1.2. Tổng quan về các biện pháp ổn định biên độ, chống méo dạng tín hiệu
1.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự mất ổn định biên độ và sự méo
dạng tín hiệu đầu vào các hệ bám tọa độ mục tiêu đài điều khiển tên lửa
Ngồi các thơng tin bất định thường được xác định bằng hệ số mất mát thông tin trong quá trình khảo sát đánh giá chất lượng hệ thu - phát [19,25], các yếu tố có thể gây bất ổn định biên độ và méo dạng tín hiệu bao gồm: tác động của các loại nhiễu, sự biến thiên lớn của biên độ tín hiệu vào; phương pháp và chất lượng của các hệ thống khuếch đại biến đổi tín hiệu của máy thu ...
Nếu coi vấn đề nhiễu và phương pháp chống các loại nhiễu đã có hiệu quả tốt thì yếu tố chính ảnh hưởng đến sự mất ổn định biên độ và méo dạng tín hiệu là do sự biến động biên độ tín hiệu đầu vào và phương pháp xử lý tín hiệu của máy thu.
- Mất ổn định biên độ tín hiệu đầu ra do biên độ tín hiệu đầu vào
Đối với mỗi tuyến thu vô tuyến bất kỳ, theo sự thay đổi cơng suất (hay biên độ) tín hiệu đầu vào, hệ số khuếch đại toàn tuyến được xác định theo biểu thức sau: ra Σ vao U K = U (1.12)
Trong đó: KΣ - hệ số khuếch đại của toàn tuyến thu; Uvào, Ura - biên độ tín
hiệu tương ứng với đầu vào và đầu ra máy thu. Yêu cầu ở đây là Ura ổn định quanh mức xác định trong toàn dải thay đổi của Uvào.
Theo cấu trúc máy thu, hệ số khuếch đại tồn tuyến của nó được xác định bởi biểu thức:
N
Σ i
Trong đó i là chỉ số của các tầng khuếch đại và xử lý tín hiệu của máy thu, tính từ đầu vào.
Dải thay đổi tín hiệu đầu ra máy thu, về nguyên tắc, thường rất nhỏ so với dải thay đổi biên độ tín hiệu đầu vào [1], [42]. Đối với máy thu bất kỳ, Ura cần ổn định ở một dải xác định, đảm bảo cho các thiết bị đầu cuối (hiện hình, tọa độ,...) hoạt động đúng chức năng với sai số nhỏ. Trê sơ đồ hình 1.9 thể hiện một ví dụ về tương quan dải thay đổi biên độ tín hiệu giữa đầu vào và đầu ra máy thu. Sơ đồ đã thể hiện một cách rõ nét về sự cần thiết phải điều chỉnh hệ số khuếch đại máy thu để duy trì mối tương quan đó.
Thực tế như thể hiện ở hình 1.9 [42], Uvào thay đổi trong dải biến thiên tương đối lớn (140dB), trong khi Ura thay đổi trong dải rất hẹp (0.3dB). Do đó, hệ số khuếch đại toàn tuyến thu K cần phải thay đổi như một hàm của Uvào để ổn định tín hiệu đầu ra Ura ở mức cho phép.
Hình 1.9. Mơ tả tương quan cơng suất tín hiệu đầu vào, đầu ra máy thu Khi biên độ tín hiệu vào biến thiên vượt ngồi dải động D của máy thu, biên độ đầu ra sẽ mất ổn định do hệ số khuếch đại tổng KΣ bị hạn chế.
Dải biến thiên đầu vào dBW
- Méo dạng tín hiệu đầu ra do q tải máy thu
Máy thu có chức năng chính là gia cơng, xử lý tín hiệu. Trong các tham số của máy thu vô tuyến, người ta đặc biệt lưu ý tới một tham số quan trọng đó là dải động máy thu [1], [42].
Dải động máy thu, theo định nghĩa, bằng 10log(Pmax/Pmin), trong đó Pmin là cơng suất nhỏ nhất của tín hiệu phản xạ từ mục tiêu ở đầu vào, xác định độ nhạy thực tế của máy thu, còn Pmax là cơng suất cực đại của tín hiệu mà khi đó máy thu chưa bị quá tải. Tín hiệu nhỏ nhất (Pmin) phản xạ từ mục tiêu là mức tín hiệu đầu vào máy thu (tính theo cơng suất hoặc biên độ) đảm bảo độ tin cậy phát hiện mục tiêu với xác suất phát hiện cho trước. Xác suất phát hiện mục tiêu thường được xác định bởi mức cho trước của tỷ số tín/tạp (S/N) đầu ra máy thu. Mỗi hệ thống máy thu có một giá trị dải động nhất định được xác định trong tính năng kỹ thuật của đài.
Tín hiệu đầu vào máy thu nếu nằm ngồi dải động máy thu thì hoặc là khơng phát hiện được mục tiêu, hoặc là làm cho máy thu quá tải. Khi bị quá tải, máy thu sẽ làm việc ở phần phi tuyến bão hòa của đặc trưng khuếch đại và là nguyên nhân chính dẫn đến méo dạng tín hiệu.
Hình 1.10. Đặc trưng truyền đạt máy thu và hiện tượng méo phi tuyến tín hiệu
Ura Ura Uv UV t t KĐ phi tuyến
Tín hiệu méo phi tuyến
Để thể hiện trực quan sự méo dạng tín hiệu do quá tải máy thu, ta xét đặc trưng khuếch đại của máy thu (hình 1.10), theo đó phần tuyến tính của đặc trưng khuếch đại máy thu là có hạn. Quá tải máy thu xuất hiện khi biên độ tín hiệu đầu vào tăng đến mức vượt khỏi vùng tuyến tính và nằm cả vào vùng đặc tính phi tuyến. Khi tín hiệu được khuếch đại trong phần phi tuyến của đặc trưng khuếch đại máy thu, tín hiệu ra sẽ bị méo dạng so với tín hiệu vào. Như thể hiện ở hình 1.10, dạng chng của tín hiệu thị tần chuyển thành dạng hình thang và thơng tin về đỉnh xung (tâm năng lượng xung) bị mất đi.
Khi máy thu bị quá tải, tín hiệu bị méo dạng, phổ của nó cũng thay đổi. Về lý thuyết, tín hiệu phản xạ từ mục tiêu mang thơng tin về các tham số để có thể đo cự ly, vận tốc, tọa độ góc,.... khi tín hiệu bị méo dạng, thông tin mạng trên nó bị sai lệch, như đã phân tích ở mục 1.1.3.
Điểm chung của hầu hết các phương pháp xác định tọa độ mục tiêu của các hệ đo - bám tọa độ là phải tích phân tín hiệu đầu vào theo thời gian như đã trình bày trong mục (1.1.3). Chính vì vậy, khi q tải máy thu, tín hiệu đầu vào hệ bám tọa độ bị méo so với dạng cơ bản, dẫn đến sai số kết quả tích phân, tiếp đến là sai số xác định tọa độ mục tiêu.
Ngoài ra, khi máy thu làm việc ở vùng phi tuyến của đặc trưng khuếch đại, sẽ xuất hiện những thành phần hài bậc cao không mong muốn gây ảnh hưởng xấu đến quá trình xử lý tín hiệu của các thiết bị đầu cuối [15], [21].
Như vậy bài toán điều chỉnh K máy thu để ổn định biên độ tín hiệu đầu ra và bài toán chống quá tải là hết sức quan trọng, liên quan trực tiếp tới độ tin cậy của thông tin đầu vào các hệ bám tọa độ mục tiêu trong đài ĐKTL.