1.2. Những nguồn gây sai số và các phương pháp hiệu chuẩn cơ bản
1.2.3. Các phương pháp hiệu chuẩn cơ bản
Hiệu chuẩn AMP có nhiều phương pháp khác nhau. Tuy nhiên, khơng có nhiều tài liệu mơ tả chi tiết về các phương pháp cụ thể. Luận án nhận thấy rằng, trong [31] đã đưa ra cách phân loại tương đối hợp lý về các phương pháp hiệu chuẩn thơng dụng nhất. Theo đó, có bốn phương pháp hiệu chuẩn sử dụng phổ biến hiện nay. Đó là các phương pháp: quét đầu dò trường gần [6, 7], đặt đầu dò cố định [8, 9], đường hiệu chuẩn [10, 11, 76-79] và cảm ứng qua lại [12, 13]. Ngồi ra cịn một số phương pháp khác như phương pháp trường xa [14, 15], phương pháp nhảy pha [45, 46], phương pháp mã trực giao [47, 48], v.v. nhưng chúng thường bổ trợ cho các phương pháp cơ bản trên với miền ứng dụng cụ thể. Trong đó, phương pháp quét đầu dò trường gần chỉ dùng tại nhà máy, phịng thí nghiệm; cịn phương pháp đặt đầu dị cố định, đường hiệu chuẩn được sử dụng cho hiệu chuẩn ngoài trận địa; trong khi đó phương pháp cảm ứng qua lại được sử dụng cho cả hai trường hợp trên.
Bốn phương pháp hiệu chuẩn trên đều thực hiện qua các bước cơ bản, được tóm tắt như sau [31]:
+ Bước 1: Đo sự sai lệch pha và biên độ của tất cả các kênh ở nhà máy (phịng thí nghiệm) sử dụng phương pháp phù hợp ở cả chế độ thu và phát. Đây gọi là đo sai số tĩnh.
+ Bước 2: Đo các sai số ở tần số và nhiệt độ khác nhau mà hệ thống thường hoạt động.
+ Bước 3: Nếu bộ xoay pha, suy giảm được sử dụng (như búp sóng tương tự), thì chu trình hiệu chuẩn cần được thực hiện cho tất cả các bước dịch pha và suy giảm.
19
+ Bước 4: Hiệu chuẩn hệ thống ngồi trận địa (có thể là định kỳ hoặc thương xuyên trong quá trình vận hành).
Các tiểu mục dưới đây sẽ trình bày chi tiết về các phương pháp hiệu chuẩn cơ bản nêu trên, cùng với các ưu điểm và hạn chế của chúng.
1.2.3.1. Phương pháp quét đầu dò trường gần (đo trường gần)
Trong phương pháp này [6, 7], ăng ten kiểm tra (ăng ten dò) được sử dụng để quét qua mảng ăng ten và đo trực tiếp giá trị pha, biên độ tương đối của mỗi phần tử. Trong chế độ phát, ra đa phát tín hiệu kiểm tra vào từng phần tử ăng ten, tín hiệu thu được trên ăng ten dò được sử dụng để đo tham số pha, biên độ. Trong chế độ thu, ăng ten dị phát tín hiệu kiểm tra, từng phần tử ăng ten thu và đo tham số. Cuối cùng, các hệ số sau khi tính tốn được lưu lại để sử dụng khi ra đa hoạt động trong môi trường thực địa.
Hình 1.8. Mơ hình kỹ thuật hiệu chuẩn qt đầu dị trường gần
Mơ hình kỹ thuật của phương pháp được minh họa trên hình 1.8. Phương pháp này có ưu điểm là đo chính xác giá trị pha và biên độ, loại bỏ được các yếu tố không xác định như nhiễu, mức suy giảm của đầu dò. Tuy nhiên, khi sử dụng phương pháp này cần thiết kế hệ đo phức tạp, chi phí cao và tốn rất nhiều thời gian. Vì thế, phương pháp này phù hợp cho việc hiệu chuẩn ban đầu ở nhà máy hơn là hiệu chuẩn định kỳ.
20
1.2.3.2. Phương pháp đặt đầu dò cố định
Trong phương pháp này [8, 9], một vài đầu dò (ăng ten dò) được đặt cố định ở bên ngoài mặt mở ăng ten. Khác với phương pháp đo trường gần, trong phương pháp này, các giá trị cảm ứng giữa đầu dò và các phần tử ăng ten không giống nhau (do khoảng cách giữa chúng khác nhau). Với mảng ăng ten có kích thước lớn, các giá trị cảm ứng rất khác nhau và có dải thay đổi lớn, do vậy cần phải đặt thêm các đầu dò vào bên trong của mảng.
MĐTP MĐTP ….. Thiết bị đo- điều khiển Dao động chuẩn Ăng ten dò Ăng ten - 1 Ăng ten - N
Hình 1.9. Mơ hình kỹ thuật phương pháp hiệu chuẩn đặt đầu dị cố định
Mơ hình kỹ thuật của phương pháp được chỉ ra trên hình 1.9. Dễ thấy rằng, khi sử dụng phương pháp này, trước tiên cần phải hiệu chuẩn ở nhà máy bằng phương pháp đo trường gần để đo các giá trị tín hiệu cảm ứng khác nhau giữa đầu dò và các phần tử ăng ten. Sau đó, các giá trị này được lưu lại và sử dụng trong q trình hiệu chuẩn ngồi thực địa.
Phương pháp này có ưu điểm là khơng cần di chuyển đầu dị, chi phí thấp, dễ triển khai. Vì vậy nó được sử dụng khá phổ biến. Tuy nhiên, nó có hạn chế là cần mở rộng kích thước mặt mở ăng ten, nên làm ảnh hưởng đến GĐH và gây ra sai số lớn.
1.2.3.3. Phương pháp đường hiệu chuẩn
Trong phương pháp này [10, 11, 76-79], tín hiệu tham chiếu được truyền tới từng phần tử ăng ten của mảng thông qua các đường dẫn. Đây là phương
21
pháp phổ biến để hiệu chuẩn hệ thống ngoài thực địa. Đường hiệu chuẩn lấy mẫu tín hiệu trong chế độ thu và phát thơng qua các mạch ghép được lắp đặt ở gần các phần tử ăng ten. Tín hiệu đo được sẽ được sử dụng để tính tốn các giá trị sai lệch giữa các kênh và hiệu chỉnh cho phù hợp.
Để phương pháp này thành công, sai lệch về pha và biên độ do đường hiệu chuẩn và mạch ghép gây ra phải bằng nhau hoặc phải được xác định. Các đường hiệu chuẩn này phải thiết kế giống nhau và các hiệu ứng của nó cũng giống nhau. Hơn nữa, mức sai lệch pha và biên độ phải được đo kiểm và chuẩn hóa. Có như vậy, việc hiệu chuẩn theo phương pháp này mới đạt hiệu quả. Điều đó có nghĩa là, trước khi hiệu chuẩn ngoài thực địa, cần tiến hành hiệu chuẩn các phần tử ăng ten, các đường hiệu chuẩn và mạch ghép tại nhà máy. Mặc dù ba đối tượng này có thể đo độc lập, tuy nhiên để nâng cao độ chính xác thì nên kết nối hồn chỉnh chúng vào hệ thống để đo đồng thời.
Khi hiệu chuẩn tại nhà máy, ta có thể sử dụng phương pháp đo trường gần. Khi hiệu chuẩn ngoài thực địa, ta giả thuyết rằng các phần tử ăng ten, các đường hiệu chuẩn, các mạch ghép có giá trị khơng đổi theo thời gian. Vì chúng là các phần tử "thụ động" nên giả thuyết này là hợp lý. Tuy nhiên, nếu một trong các phần tử đó bị hỏng thì cần phải hiệu chuẩn lại tại nhà máy.
MĐTP MĐTP ….. Thiết bị đo- điều khiển Ăng ten - 1 Ăng ten - N Đ ư ờ n g h iệ u c h u ẩn Bộ chia 1:N
22
Mơ hình kỹ thuật của phương pháp được minh họa trên hình 1.10. Dễ nhận thấy, phương pháp có ưu điểm là giá trị đo chính xác, khơng phải mở rộng kích thước mặt mở ăng ten, thuận lợi khi hiệu chuẩn ngoài thực địa. Bên cạnh đó nó cũng có nhược điểm là cần mở rộng phần cứng, hiệu chuẩn tại nhà máy cần qua nhiều bước phức tạp.
1.2.3.4. Phương pháp cảm ứng qua lại (mutual coupling method)
Phương pháp này (gọi là phương pháp MCM) dựa trên ý tưởng là việc sử dụng tín hiệu lai ghép (cảm ứng) lẫn nhau giữa các phần tử trong mảng để đo các giá trị pha và biên độ giữa các phần tử bằng cách phát từ một phần tử và thu từ một phần tử khác [12, 13].
Mơ hình kỹ thuật của phương pháp được minh họa trên hình 1.11. Đây là phương pháp hiệu chuẩn có những ưu điểm như khơng cần hiệu chuẩn trước ở nhà máy, không cần mở rộng phần cứng, dải động tín hiệu cảm ứng có thể được tối ưu. Bên cạnh ưu điểm thì nó có một số hạn chế, đó là các kênh phải có khả năng bật tắt độc lập, các phần tử ăng ten phải đối xứng theo hàng và theo cột, cần mở rộng ăng ten với mảng có kích thước nhỏ và khi một phần tử hỏng thì các phần tử xung quanh khơng thể hiệu chuẩn được.
MĐTP MĐTP Thiết bị đo- điều khiển Ăng ten - 1 MĐTP Ăng ten - 2 Ăng ten - 3 C12 C23
Hình 1.11. Mơ hình kỹ thuật hiệu chuẩn theo phương pháp MCM