2.5.1 Sơ đồ cấu trúc tổng quát HTTMTDĐ
Hình 6:Sơ đồ cấu trúc tổng quát HTTMTDĐ
Bao gồm các khối :
- Bộ tách sóng pha để biến đổi lượng dịch tần Doppler trong tín hiệu phản xạ ở tần số vô tuyến thành các xung thị tần có biên độ thay đổi theo lượng dịch tần đó
- Bộ tạo tín hiệu chuẩn cho tách sóng pha
- Bộ hạn chế tín hiệu đầu vào tách sóng pha để chuẩn hóa tín hiệu phản xạ nhằm khôi phục trung thực tin tức về tốc độ hướng tâm của mục tiêu chứa trong lượng dịch tần Doppler của tín hiệu phản xạ, tránh méo tin do sự thay đổi biên độ tín hiệu phản xạ. Đồng thời để phối hợp dải động đầu vào tách sóng pha với dải động đầu ra khuếch đại trung tần.
- Thiết bị bù khử qua chu kỳ đóng vai trò bộ lọc răng lược (chặn phổ tín hiệu địa vật, cho qua phổ tín hiệu mục tiêu di động)
- Bộ tích lũy không tương can (tích lũy thị tần, thường thực hiện trên hiện sóng nhìn vòng) các tín hiệu phản xạ
- Bộ nắn dòng 2 nửa chu kỳ (- tách sóng đồng bộ) chuyển các xung 2 cực tính ở đầu ra thiết bị bù khử qua chu kỳ thành một cực tính để tích lũy được các xung thị tần đó nhờ bộ tích lũy không tương can.
Sơ đồ gồm 2 kênh có tín hiệu chuẩn lệch pha nhau 90° (còn gọi là 2 kênh “cầu phương”), đầu ra 2 kênh được cộng với nhau, để loại trừ khả năng mất tín hiệu có ích do chưa biết pha đầu của nó.
2.5.2 Các đặc trưng cơ bản của HTTMTDĐ tương can trong có thiết bị bù khử qua chu kỳ
- Hệ số truyền chuẩn hóa tín hiệu có ích theo công suất : 𝑘𝑝𝑐ℎ (𝑉𝑟 ) hoặc 𝑘𝑝𝑐ℎ (𝐹đ)
- Giá tri trung bình cuá hệ số truyện chuán hốá 𝑘𝑝𝑐ℎ (𝑉𝑟 ) - Hệ số chế áp tín hiệu nhiễu tiêu cực theo công suất 𝐾𝑐𝑎. - Hệ số thay đổi tổn hao khi nối HTTMTDĐ
a) Hệ số truyền chuẩn hóa tín hiệu có ích trong HTTMTDĐ có số lần bù khử ( số thiết bị bù khử qua chu kỳ mắc nối tiếp với nhau) khác nhau, dẫn ra ở cột 2 và 3 ở bảng công thức
b) Giá trị trung bình của hệ số truyền công suất chuẩn hóa:
Để đơn giản tính toán, ta sẽ giả thiết rằng 𝑝(𝑉𝑟) tuân theo luật phân bố đều, tức:
𝑝(𝑉𝑟) = 1
𝑉𝑟𝑚𝑎𝑥, 𝑉𝑟
∈[0, 𝑉𝑟𝑚𝑎𝑥]
c) Hệ số chế áp nhiễu tiêu cực trong HTTMTDĐ có bù khử qua chu kỳ xác định theo cột 5 bảng công thức.
d) Hệ số thay đổi tổn hao
Trị số của hệ số tổn hao 𝑘𝐿phụ thuộc vào việc thực hiện kỹ thuật thiết bị bù khử qua chu kỳ , cỡ 3÷5dB
Đối với HTTMTDĐ có thiết bị bù khử qua chu kỳ dùng đèn tích nhớ, 𝑘𝐿≈ 5 dB. Nếu hệ thống TMTDĐ ở thị tần chỉ sử dụng 1 kênh thì tổn hao tăng thêm 1 lượng phụ cở 2dB.
Hình 7:Công thức xác định các đặc trưng cơ bản của HTTMTDĐ theo số lần bù khử
2.5.3 Các giải pháp kỹ thuật trong HTTMTDĐ theo phương pháp xung tương can có bù khử qua chu kỳ
a) Hiện tượng pha mù, pha không trong tách sóng pha và cách khắc phục - Tách sóng pha không cân bằng
Hình 8: Tách sóng pha không cân bằng Lối vào tách sóng có 2 loại tín hiệu
𝑈𝑡í𝑛 = 𝑈𝑚𝑆𝑖𝑛[2𝜋(𝑓𝑜 + 𝑓đ)𝑡 + 𝜑𝑜]
= 𝑈𝑚𝑆𝑖𝑛[2𝜋𝑓0𝑡 + 𝜑đ + 𝜑𝑜] Tín hiệu chuẩn :
𝑈𝑐 𝑢 𝑛ℎ ẩ = 𝑈𝑚 ℎ𝑐 𝑆𝑖𝑛 𝜋𝑓(2 𝑐ℎ𝑡 + 𝜑0 ℎ𝑐 ) Tín hiệu ra sau tách sóng (tuyến tính) không cân bằng :
𝑈𝑟𝑎𝑇𝑆𝐾𝐶𝐵 = 2𝐾𝑇𝑆𝑈
𝑚
|𝐶𝑜𝑠 𝜑đ
|
- Tách sóng pha cân bằng :gồm hai nửa với các linh kiện hoàn toàn đối xứng nhau, C1=C2, R1=R2, điện áp chuẩn đặt vào 2 diode ngược pha nhau như hình dưới
Hình 9:Tách sóng pha cân bằng 𝑈 =
2𝐾 𝑈 |𝐶𝑜𝑠 𝜑đ
| ,
𝜉𝑈 =
𝐾 𝑈 |𝑆𝑖𝑛 𝜑đ
|
𝑐1 𝑇𝑆 𝑚
21 𝐶
𝑇𝑆 𝑚 2
𝑈 =
2𝐾 𝑈 |𝐶𝑜𝑠 𝜑đ
| , 𝜉𝑈
= 𝐾 𝑈 |𝑆𝑖𝑛 𝜑đ
|
𝑐2 𝑇𝑆 𝑚
22 𝐶
𝑇𝑆 𝑚 2
1 𝑈𝑟𝑎𝑇𝑆𝑃𝐶𝐵=
2 (𝑈𝑐1 − 𝑈𝑐2) 𝜉𝑇𝑆𝑃𝐶𝐵= 𝜉𝑈𝐶1 + 𝜉𝑈𝐶2
b) Các yêu cầu đối với các tín hiệu vào tách sóng pha và giải pháp kỹ thuật thực hiện các yêu cầu
đó
Tần số tương can (tần số của các tín hiệu phản xạ và tín hiệu chuẩn đưa vào tách sóng pha) càng cao thì đòi hỏi độ ổn định tần số điện áp chuẩn càng cao, nên khó thực hiện về mặt kỹ thuật. Vì thế thường chọn tương can ở trung tần.
Thực vậy độ ổn định tương đối của các bộ dao động (máy phát của radar, bộ dao động ngoại sai của máy thu, bộ tạo tín hiệu chuẩn ) để đảm bảo cho thăng giáng biên độ tương đối của điện áp ra tách sóng pha 𝑈𝑟𝑎𝑇𝑆𝑃/𝑈𝑚 không vượt quá m% (cỡ 10%) gây ra do sự không ổn định hiệu pha trong một chu kỳ lặp lại 𝑇1 (chính do sự không ổn định tần số của các bộ dao động ) cần thỏa mãn các bất đẳng thức sau :
∆𝑓𝑝 𝑡ℎá
𝑓𝑝 𝑡ℎá ≤ 𝑚 2𝜋𝑓𝑝 𝑡ℎá𝜏𝑥(1)
∆𝑓𝑐 𝑢 𝑛 ℎ ẩ
≤ 𝑚 𝑓𝑐 𝑢 𝑛ℎ ẩ 2𝜋𝑓𝑐 𝑢 𝑛ℎ ẩ 𝑇1(2)
∆𝑓𝑛𝑔𝑜 𝑖ạ 𝑠𝑎𝑖≤ 𝑚 𝑓𝑛𝑔𝑜 𝑖 𝑠𝑎𝑖ạ 2𝜋𝑓𝑛𝑔𝑜 𝑖 𝑠𝑎𝑖ạ 𝑇1(3)
Nếu tương can ở trung tần thì yêu cầu độ ổn định tần số tín hiệu chuẩn có thể giảm hàng chục lần so với khi tương can ở cao tần (cỡ tần số máy phát).
Tín hiệu phản xạ trước khi vào tách sóng pha cần đưa qua bộ hạn chế để sao cho tín hiệu phản xạ vào tách sóng pha (hỗn hợp tín hiệu và nhiễu tiêu cực) có biên độ không đổi, đảm bảo cho tin tức về sự tồn tại của mục tiêu di động chứa đựng chỉ trong lượng dịch pha của tín hiệu phản xạ so với tín hiệu chuẩn.
Điện áp chuẩn tạo ra từ thiết bị tạo điện áp chuẩn cần thỏa mãn các yêu cầu:
Pha đầu của điện áp chuẩn 𝜑𝑐ℎcần bằng pha đầu ngẫu nhiên 𝜑0của tín hiệu phát xạ. Muốn vậy cần định pha cho dao động tạo tín hiệu chuẩn bằng pha của tín hiệu máy phát (khi tương can trong) hoặc của tín hiệu phản xạ (khi tương can ngoài).
Độ ổn định tần số phải cao, thỏa mãn bất đẳng thức số (2)
Để chế áp được các tín hiệu phản xạ từ nguồn nhiễu tiêu cực chuyển động với tốc độ gió (bù gió ), khi tương can trong, trong từng chu kỳ lặp lại 𝑇1
của xung phát, tần số của điện áp chuẩn cần thay đổi thêm một lượng đúng bằng lượng dịch tần Doppler trong tín hiệu nhiễu tiêu cực sao cho nhiễu tiêu cực biến thành nhiễu tốc độ hướng tâm bằng 0.
Để thỏa mãn 2 yêu cầu đầu, phải tiến hành định pha cho tín hiệu chuẩn trong khoảng thời gian cỡ bằng độ rộng xung tín hiệu phát 𝜏𝑥ở giai đoạn đầu của dao động tạo tín hiệu chuẩn.
Để thỏa mãn yêu cầu thứ 3 phải sử dụng mạch bù gió. Tín hiệu phản xạ từ mục tiêu di động chậm theo tốc độ gió với thành phần hướng tâm 𝑉𝑟𝑔𝑖ó sẽ chứa lượng dịch tần Doppler 𝐹 =2𝑉𝑟𝑔𝑖ó, do đó sẽ sinh ra lượng dịch pha Doppler 𝜑 = 2𝜋𝐹 𝑡 .
đ 𝜆 đ đ
Hình 10:Sơ đồ khối thiết bị tạo tín hiệu chuẩn
Theo nguyên tắc trên có thể xây dựng được sơ đồ khối thiết bị tạo tín hiệu chuẩn cho tách sóng pha như hình trên. Thực hiện được yêu cầu thứ nhất và thứ hai nhờ bộ dao động tương can tạo ra tín hiệu tần số 𝑓𝑡𝑐bằng tần số trung tần kênh tín hiệu, và được
định pha theo pha của tín hiệu phát nhờ xung trung tần định pha. Thực hiện yêu cầu thứ ba bằng cách mắc sơ đồ bù gió vào giữa đầu ra của bộ dao động tương can và đầu vào tách sóng pha.
c) Đặc tính biến tần và chất lượng khử nhiễu của thiết bị bù khử qua chu kỳ
Sơ đồ cấu trúc đơn giản của thiết bị bù khử qua chu kỳ một lần và hai lần được biểu diễn như hình sau:
Hình 11Thiết bị bù khử qua chu kỳ
Thể hiện kỹ thuật mỗi khâu bù khử qua chu kỳ trong sơ đồ có thể bằng thiết bị tương tự (ví dụ dùng đèn tích nhớ trừ, đóng vai trò giữ chậm tín hiệu một 𝑇1 và trừ;
dây giữ chậm siêu âm và mạch trừ ) hoặc thiết bị số (vd: giữ chậm bằng các bộ nhớ RAM và trừ bằng thiết bị trừ số học …)
Đặc tính biên độ-tần số (hệ số truyền điện áp chuẩn hóa ) của thiết bị bù khử qua chu kỳ được xác định theo hệ thức :
𝐾𝑐ℎ1(𝑓) = |𝑆𝑖𝑛𝜋𝑓𝑇1 | 𝐾𝑐ℎ2(𝑓) = 𝑆𝑖𝑛2𝜋𝑓𝑇1
Hình 12:Đặc tuyến biên-tần của thiết bị bù khử qua chu kỳ
Đặc tuyến biên-tần của thiết bị bù khử qua chu kỳ có dạng như hình 12. Độ sâu khoảng lõm và các vị trí điểm lõm trên cục tần số không phụ thuộc gì vào tham số của nhiễu tiêu cực.
Dải tần số Δ𝐹𝑚ù lân cận tần số mù có 𝐾𝑐ℎ( )𝑓 ≤ 0,1 gọi là vùng mù (hình12).
Mục tiêu bay với tốc độ nằm trong vùng này thì không phát hiện được vì không có tín hiệu ra sau khi bù khử qua chu kỳ. Để tránh hiện tượng này cần chọn tốc độ mù thứ nhất
𝑉𝑟 𝑚 ù1 tương ứng với vùng mù đầu tiên lớn hơn 𝑉𝑟 𝑚𝑎𝑥có thể của mục tiêu.
Dải tần số ∆𝐹𝐶𝐴lân cận f=0 có 𝐾𝑐ℎ ( ) ≤ 0,1 𝑓 gọi là dải chế áp (hình 12). Nhiễu địa vật ( hoặc nhiễu tiêu cực chuyển động với 𝑉𝑟𝑔𝑖ó, sau khi đã bù gió ) có dải phổ thị tần 1
∆𝐹 nằm lọt vào vùng ∆𝐹 thì sẽ bị chế áp hết. Có thể xác định giá trị của ∆𝐹
2 0,5 𝐶𝐴 𝐶𝐴
khi cho 𝐾𝑐ℎ ( )|𝑓 𝑓1=∆𝐹𝐶𝐴=0,1.
2.5.4 Ảnh hưởng của những nhân tố không ổn định đến hiệu quả tách mục tiêu di động
Những nhân tố không ổn định ảnh hưởng đến hiệu quả tách mục tiêu di động khi tương can trong là :
- Sự không ổn định tần số dao động của máy phát xung siêu cao tần hoặc sự thay đổi pha từ xung tới xung trong bộ khuếch đại công suất ra;
- Sự không ổn định pha của dao động tương can;
- Sự không ổn định độ rộng xung ;
- Sự không ổn định biên độ xung phát xạ;
- Sự không phối hợp giữa 2 kênh giữ chậm và không giữ chậm trong thiết bị bù khử qua chu kỳ.