1.2. Tổng quan về các biện pháp ổn định biên độ, chống méo dạng tín hiệu
1.2.2. Tổng quan về các biện pháp ổn định biên độ, chống méo dạng
dạng tín hiệu đầu vào các hệ đo - bám tọa độ mục tiêu
Như đã phân tích ở mục 1.1 trong các đài ra đa ĐKHL (đài ĐKTL), thông tin đầu vào hệ bám tọa độ mục tiêu là thông tin đầu ra của hệ thống thu xử lý.
Khống chế dải biến thiên biên độ tín hiệu đầu vào máy thu để tránh quá tải, nâng cao chất lượng xử lý tín hiệu đồng nghĩa với việc nâng cao chất lượng thông tin đầu vào các hệ bám, giảm sai số xác định tọa độ mục tiêu và nâng cao chất lượng thông tin điều khiển tên lửa.
1.2.2.1. Tổng quan về các biện pháp ổn định biên độ và chống méo dạng tín hiệu đầu vào các hệ bám tọa độ mục tiêu đài ĐKTL
Trong thực tế hiện nay, hệ thống thu - phát tuyến bám sát mục tiêu đài ĐKTL thường là một hệ thống mà tuyến phát độc lập với tuyến thu về mặt điều khiển. Nó chỉ có mối liên hệ với nhau về đồng bộ (hình 1.11).
Hình 1.11. Hệ thu - phát hở mạch về điều khiển
Với hệ thống này, trong điều kiện công suất phát không đổi, dải biến thiên biên độ tín hiệu đầu vào máy thu sẽ rất lớn do sự thay đổi của cự ly và diện tích PXHD của mục tiêu. Để duy trì biên độ tín hiệu ở đầu ra trong dải hẹp xác định, máy thu phải điều chỉnh hệ số khuếch đại K trong dải rộng tương ứng với dải thay đổi tín hiệu đầu vào.
Trong thực tế, để điều chỉnh KΣ, máy thu ra đa thường phải áp dụng phương pháp tổng hợp [25],[47] bao gồm: suy giảm tín hiệu (SGTH) đầu vào; tự động điều chỉnh khuếch đại (APY); điều chỉnh khuếch đại bằng tay (PPY). Điều chỉnh hệ số khuếch đại (HSKĐ) tuyến thu thường được thực hiện ở ngay
Máy phát cao tần Tầng điều chế xung Cao tần máy thu Máy thu trung tần Xử lý tín hiệu thị tần Các hệ bám sát tọa độ mục tiêu Đồng bộ MT AT AT
những tầng đầu. Bảng 1.1 mô tả tổng hợp các phương pháp điều chỉnh HSKĐ tổng thường thấy trong các hệ thống máy thu.
a) Phương pháp thủ công
Điều chỉnh hệ số khuếch đại bằng tay (РРУ) là phương pháp đơn giản nhất. Việc điều chỉnh được thực hiện thông qua thiết bị hiển thị, cơ cấu chuyển mạch và chiết áp tác động trực tiếp vào các tầng khuếch đại trung tần (KĐTT), thị tần, hoặc được số hóa thơng qua các bộ mã hóa và giải mã.
Bảng 1.1. Các phương pháp điều chỉnh HSKĐ tổng của máy thu
Tiếng Anh Tiếng Nga Việt Nam
STC Sensitivity Time Control ВАРУ-Временная автоматическая регулировка усиления Tự động điều chỉnh HSKĐ theo thời gian
AGC Atomatic Gain
Control АРУ-Автоматическая регулировка усиления Tự động điều chỉnh HSKĐ MGC Main Gain Control РРУ-Ручная регулировка
усиления Điều chỉnh HSKĐ đại bằng tay
Log Amp Logarithmic Amplifier ЛРУ- Логарифмическая регулировка усиление Điều chỉnh HSKĐ Logarit
b) Phương pháp thời gian (Sensitivity Time Control - STC, BAPY)
Trong các hệ thống thu - phát, sự thay đổi biên độ tín hiệu phản xạ đầu vào trong dải lớn theo quy luật thời gian cho phép người ta điều chỉnh HSKĐ theo thời gian với mục đích duy trì biên độ tín hiệu nằm trong dải động của máy thu. Các mạch điều chỉnh HSKĐ theo quy luật thời gian phù hợp quy luật thay đổi cơng suất tín hiệu đầu vào được gọi là mạch điều chỉnh HSKĐ theo thời gian (BAPY).
Các mạch BAPY sử dụng điện áp ngưỡng thay đổi theo thời gian đưa vào các tầng KĐTT nhằm điều khiển HSKĐ máy thu. Hình 1.12 biểu thị một dạng biểu đồ nguyên tắc hoạt động của mạch BAPY cơ bản. Khi máy phát phát
xạ, mạch BAPY giảm HSKĐ tới 0 để vơ hiệu hóa việc khuếch đại tín hiệu dị qua chuyển mạch anten thu - phát. Khi kết thúc xung phát, điện áp BAPY bắt đầu xuất hiện, làm tăng dần HSKĐ máy thu đến giá trị cho trước. Về lý thuyết, HSKĐ máy thu sẽ tỉ lệ với R4 (R - cự ly đến mục tiêu).
Hình 1.12. Biểu đồ mơ tả điều chỉnh HSKĐ máy thu theo thời gian (BAPY) Điện áp BAPY làm thay đổi HSKĐ máy thu trong giới hạn cự ly gần dưới 50km. Ở cự ly đó tín hiệu phản xạ có cơng suất lớn dễ gây quá tải cho máy thu. Ngồi dải cự ly 50km, BAPY khơng có hiệu quả rõ rệt bằng APY [15].
c) Phương pháp tự động (Automatic Gain Control – AGC, APY)
Tự động điều chỉnh HSKĐ là phương pháp phổ biến nhất đối với mọi loại máy thu, nó bảo đảm cho máy thu có độ nhạy cao nhất và tự động ổn định biên độ đầu ra khi biên độ tín hiệu đầu vào máy thu thay đổi trong phạm vi dải động D. Trong thực tế thường áp dụng một số mạch APУ như: МАРУ – tự động điều chỉnh khuếch đại tức thời; БАРУ – tự động điều chỉnh khuếch đại nhanh; ШАРУ - tự động điều chỉnh khuếch đại dải rộng. Những biến thể của APУ nói trên có thể được sử dụng đồng thời trong một máy thu và có tác dụng riêng đối với nhiễu xung, nhiễu tạp và tín hiệu.
Dạng phổ biến nhất của APY là mạch điều chỉnh khuếch đại các tầng đầu tuyến KĐTT theo mức trung bình của tín hiệu đầu ra. Theo đó, điện áp АРУ (điện áp điều khiển) được hình thành theo ngun lý tích phân phần tín hiệu vượt ngưỡng Ura như chỉ ra trên hình 1.13 dưới đây. Như vậy, nếu
ngưỡng (Ura) được chọn theo tiêu chí độ nhạy thực tế (S/N) thì tất cả tín hiệu lớn hơn ngưỡng này đều được tích phân theo thời gian và biến đổi thành điện áp điều khiển khuếch đại cho các tầng đầu KĐTT.
Trên cơ sở hình 1.13, rõ ràng АРУ là mạch hồi tiếp trong một máy thu tự động thay đổi HSKĐ, không cần sự can thiệp của con người.
Hình 1.13. Sơ đồ chức năng mạch tự động điều chỉnh HSKĐ (APY) Mạch APY thường là khâu tích phân qn tính dải rộng. Nó điều khiển biên độ tín hiệu đầu ra trên cơ sở tích phân tín hiệu của chu kỳ trước khi đầu vào thay đổi biên độ.
d) Giảm cơng suất phát và suy giảm tín hiệu đầu vào máy thu
Các phương pháp điều chỉnh HSKĐ máy thu kể trên chỉ có tác dụng điều chỉnh K máy thu nhằm ổn định biên độ tín hiệu đầu ra khi biên độ tín hiệu đầu vào biến thiên trong dải động danh định D cho trước. Tuy nhiên, khi biên độ tín hiệu đầu vào vượt ra ngoài dải động máy thu, tất cả các mạch APY và PPY đều hết dải điều chỉnh, máy thu bắt đầu quá tải. Lúc này, tín hiệu đầu ra sẽ bị méo dạng nếu như khơng có biện pháp bổ sung đưa biên độ tín hiệu đầu vào quay trở vào dải động danh định D của máy thu.
Trong thực tế thường thấy sự có mặt của phần tử Attenuator nằm ngay ở đầu vào bộ khuếch đại cao tần (KĐCT) máy thu. Đây chính là phần tử suy giảm tín hiệu (SGTH) mỗi khi máy thu bị quá tải.
Trung tần vào Trung tần ra Đường tín hiệu Điện áp điều khiển CL Ura Ra
Ở giai đoạn những năm cuối thế kỷ 20, nhờ sự phát triển của khoa học công nghệ (KHCN), nhiều loại máy phát xung cao tần có khả năng điều chỉnh được cơng suất phát. Chính vì vậy, để hiệu chỉnh cơng suất tín hiệu đầu vào khi lớn tới mức vượt giá trị dải động của máy thu, người ta sử dụng các biện pháp: suy giảm công suất phát và SGTH.
Thông thường, đối với các đài ra đa ĐKHL thế hệ cũ [10], máy phát chỉ có thể suy giảm một lần mức 50% cơng suất, còn đối với các đài thế hệ mới [1], [51] thì máy phát có thể điều chỉnh cơng suất phát ở nhiều mức hơn. Bộ SGTH đầu vào máy thu cũng có nhiều mức suy giảm khác nhau.
Đặc điểm chung của việc lựa chọn mức SGTH hay suy giảm công suất máy phát là thực hiện bằng tay [9], [11] trực tiếp, hoặc thông qua mã (code). Kết quả của việc thay đổi mức SGTH hay suy giảm công suất máy phát đều dẫn đến việc khống chế độ lớn tín hiệu đầu vào máy thu, đưa nó vào dải làm việc hiệu quả của máy thu.
1.2.2.2. Một số nhận xét về các phương pháp ổn định biên độ đầu ra và chống quá tải cho máy thu
Đối với các hệ thu – phát độc lập như thể hiện trên hình 1.11, để ổn định biên độ tín hiệu đầu ra (cũng là ổn định tỷ số S/N) và chống quá tải cho máy thu, trong điều kiện tín hiệu đầu vào thay đổi trong phạm vi rất lớn, gấp nhiều lần dải động máy thu, người ta phải sử dụng nhiều biện pháp có cả bằng tay và tự động như:
- APY - tự động điều chỉnh HSKĐ; - PPY - điều chỉnh HSKĐ bằng tay;
- SGTH - hạn chế cơng suất tín hiệu đầu vào;
- Chuyển mức cơng suất phát - hạn chế công suất phát.
Trong tất cả bốn biện pháp cơ bản trên, có tới ba biện pháp cuối khơng được tự động hóa, tức là cần sự can thiệp của con người. Thời điểm và mức độ điều chỉnh mang yếu tố chủ quan có thể dẫn tới sự giữ chậm không mong
muốn, gây ra hiện tượng méo tín hiệu tạm thời. Điều đó trực tiếp làm giảm chất lượng thơng tin có ích của tín hiệu ở đầu vào các hệ đo – bám tọa độ.
- Ngun nhân mức độ tự động hóa cịn thấp
+ Đa số các đài ra đa ĐKHL thế hệ cũ là đài đơn kênh mục tiêu, máy phát xây dựng trên cơ sở của Magnhetron khơng có khả năng điều chỉnh cơng suất nên vấn đề khép kín, tự động hóa hai hệ thu, phát không đặt ra.
+ Trong các đài ra đa ĐKHL thế hệ cũ, phương pháp điều hành chế độ làm việc của các hệ thống chức năng trên cơ sở công nghệ analog, trong khi các giải pháp đề xuất mới đều địi hỏi hiện thực hóa bằng thiết bị sẽ làm tăng kích thước, khối lượng, tăng chi phí về năng lượng và tài chính.
Xu hướng hiện nay, đã có một số đài ra đa ĐKHL hiện thực hóa việc khép kín hai hệ thu – phát, tự động điều khiển bộ SGTH đầu vào máy thu và công suất máy phát như đài РПH của tổ hợp C-400 “Triump”, C-500 “Prometey”. Trong thực tế vấn đề nghiên cứu, phát triển các hệ thống điều khiển TLPK hiện đại đa kênh mục tiêu, đa kênh tên lửa địi hỏi một cấu trúc tự động khép kín hai hệ thu - phát. Hệ thống cho phép cùng lúc xử lý thông tin nhiều mục tiêu, nhiều tên lửa ở các cự ly và hướng khác nhau. Độ chính xác xác định tọa độ mục tiêu, tên lửa trong bối cảnh đó địi hỏi mức độ tự động hóa của đài ra đa ĐKHL ngày càng cao. Đây rõ ràng là vấn đề nghiên cứu có cả ý nghĩa khoa học và thực tế.