Hình 1.2 Phương pháp tần số đo cự ly

Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Ta có quy luật biến đổi tần số của tín hiệu phát xạ:

fp=f + .t với nTm t n Tm + Tm/2



(1.10)



Tm: chu kỳ điều chế tuần hoàn.

n là số nguyên dơng.

Quy luật biến đổi tần số của tín hiệu phản xạ:

fpx=f + (t- R) với: nTm t nTm +Tm/2



(1.11)



Hiệu tấn số 2 tín hiệu phát xạ và phản xạ là:

fh=fp-fpx= . R



(1.12)



Đo fh ta có thể xác định đợc R và R0:



R0 =



Cf h

2



(1.13)



Hiệu 2 tần số đúng bằng tần số phách của 2 tín hiệu.

Trong các đoạn nTm+Tm/2 t (n+1)Tm tín hiệu 2 tần số có giá trị âm nhng giá

trị tuyệt đối của nó vấn không đổi và bằng tần số phách F ph. Do đó ta chỉ cần đo tấn

số phách và xác định R0 theo (1.13).

Trong (1.13) ta thay fh= Fph và =



2.f m

Tm



Ta đợc công thức tính cự ly trong phơng pháp điều tần:



R0 =



CTm

Fph

4 f m



(1.14)



Tơng tự với trờng hợp điều tần hình sin ta cũng có công thức xác định nh (1.14)

Trong trờng hợp trên, ta mới chỉ xét có tín hiệu phản xạ về từ 1 mục tiêu. Trờng

hợp này thờng áp dụng ở máy đo cao phục vụ cho máy bay hạ cánh vì chỉ có 1 mục

tiêu phản xạ đứng yên là mặt đất.

Nếu đồng thời có nhiều mục tiêu, thì đầu vào mày thu có nhiều tín hiệu phản xạ

về, do đó dẫn đến hiện tợng giao thoa giữa tín hiệu phát xạ và từng tín hiệu phản



26



Báo cáo thực tập tốt nghiệp

xạ. Còn giao thoa giữa các tín hiệu phản xạ với nhau cũng có nhng các tín hiệu này

yếu nên có thể bỏ qua.

Trờng hợp này ta không thể dùng điều chế hình sin đợc vì tần số phách của tín

hiệu phản xạ từ mỗi mục tiêu sẽ biến đổi theo chu kỳ. Với quy luật điều chế là đờng gấp khúc tam giác cân, sau tách sóng thì tín hiệu tổng sẽ gồm nhiều tần số

phách, mỗi tần số sẽ tơng ứng với một mục tiêu. Các tần số đó có thể đợc xác định

bằng máy phân tích phổ 1 đờng hoặc nhiều đờng để quan sát các tần số phách.

Khả năng phân biệt của phơng pháp tần số

Khả năng phân biệt của phơng pháp tần số phụ thuộc vào khả năng phân biệt đợc các tần số phách của tần kế hoặc của máy phân tích phổ/ Phơng pháp này đạt đợc khả năng phân biệt cự ly rất cao (có thể đạt tới vài m).

1.2.3.Đo cự ly bằng phơng pháp đơn xung

Trong phơng pháp này, dao động cao tần của máy phát nhờ có anten đợc phát

ra ngoài không gian dới dạng sóng điện từ theo từng xung hẹp có độ rộng x và chu

kỳ lặp lại TL, với x << TL. Trong khoảng thời gian không phát xạ, anten nhận sóng

phản xạ tự các mục tiêu về với năng lợng rất nhỏ và dạng xung vẫn giống nh khi

phát xạ. Xung phản xạ chậm so với xung phát xạ

0

một khoảng thời gian = 2.Rphụ

thuộc cự ly mục tiêu, do đó cự ly mục

R

2

C. R

R

=

0 (1. 19)

tiêu sẽ đợc tính theo công thức:

. Phơng pháp xung có thể xác

2

định đồng thời cự ly của nhiều mục tiêu tơng đối đơn giản và dùng chung một

anten cho cả thu và phát.

Sơ đồ khối đơn giản và giản đồ điện áp có dạng nh hình 1.3

Sai số đo cự ly và các nguyên nhân gây sai số trong phơng pháp xung:

- Sai số đo cự ly:

Nếu ký hiệu R là đánh giá đo thời gian giữ chậm R của mục tiêu. Khi

đó cự ly của mục tiêu đo đợc là:



C

R 0 = . R

2

27



(1.15)



Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Sai số đo cự ly và sai số đo thời gian giữ chậm là:

R=



R 0 R- 0



R=



R R



(1.16)



Sai số đo cự ly có thể tính theo sai số đo thời gian giữ chậm:



R =



C

R

2



(1.17)



Để đặc trng cho sai số đo chúng ta ký hiệu D là phơng sai của đánh giá thời

gian giữ chậm. Phơng sai sẽ đặc trng cho độ chính xác của phép đo. Các phép đo

tối u là các phép đo không chệch nên phơng sai đánh giá trong phép đo này bằng

trung bình bình phơng của nó:

+



D(R ) = (R R ) 2 .P(R )





28



Báo cáo thực tập tốt nghiệp



HT

phát



CM

anten



HT

đồng bộ



HT

thu



HT

nguồn



Mục

tiêu



HT

chỉ thị

TL



Kích phát



t



Xung phát



t



Xung phản



t



xạ



R

Hình 1.3 Đo cự ly bằng phơng pháp xung

Khi đó phơng sai đánh giá trong phép đó không chệch là phơng sai giới hạn.

Khi tạp vào là tạp trắng có mật độ phổ công xuất là N o/2 và phân bố của thời

gian giữ chậm của tín hiệu tuân theo luật chuẩn:



1

P( R ) =

.e

2.D



Thì theo [4], ta có:



( R R ) 2

2D



D =



(1.18)



1

R.W 2



(1.19)



Là phơng sai giới hạn có đợc trong phép đo không chệch.

Trong đó: R =



2E x

No



là tỷ số tín/tạp, Ex là năng lợng của tín hiệu phản xạ.



W=1/x : độ rộng phổ hiệu dụng của tín hiệu.



29



Báo cáo thực tập tốt nghiệp

- Nguyên nhân gây sai số:

+Sai số do tạp âm gây ra

+Sai số do tốc độ truyền sóng thay đổi, do môi trờng truyền sóng

+ Sai số doa các tham số của các linh kiện điện tử và mạch điện không ổn định

+Sai số do tín hiệu bị giữ chậm trong các mạch

+Sai số do thiết bị hiển thị

+Các sai số khác nh: trắc thủ đọc cự ly không chính xác, do mục tiêu chuyển

động

1.2.4.So sánh các phơng pháp đo cự ly

Qua việc khảo sát các phơng pháp đo cự ly ta có nhận xét về u, nhợc điểm

của từng phơng pháp.

* Phơng pháp pha:

Ưu điểm: phơng pháp này chủ yếu là đo đợc cự ly rất nhỏ với độ chính xác cao.

Nhợc điểm: Khó thực hiện việc quan sát, khi có nhiều mục tiêu cần phân biệt thì

kết cấu phức tạp. Với hệ thống pha dùng bức xạ liên tục thì không có khả năng

phân biệt về cự ly. Do đó phơng pháp này ít dùng trong radar.

* Phơng pháp tần số:

Ưu điểm:

- Độ chính xác và khả năng phân biệt về cự ly cao hơn phơng pháp xung (có

thể đạt tới cỡ vài mét)

- Đo đợc mục tiêu ở cự ly rất ngắn.

- Nếu chỉ đo cự ly một mục tiêu thì kết cấu của đài tơng đối đơn giản.

Nhợc điểm: Khó thực hiện đồng thời đo cự ly của nhiều mục tiêu. Nếu tìm cách

đồng thời đo cự ly nhiều mục tiêu thì kết cấu rất phức tạp. Khi có ảnh hởng của địa

vật và hiệu ứng Dopler thì khó đo đạc, nếu cần khử các ảnh hởng đó thì kết cấu sẽ

phức tạp.

Phơng pháp này không đợc sử dụng rộng rãi mà thờng chỉ áp dụng ở radar đơn

giản, độ chính xác phép đo cao và lâu vì trong điều kiện thời tiết phức tạp.



30



Báo cáo thực tập tốt nghiệp

* Phơng pháp xung:

Ưu điểm: Nổi bật là đồng thời đo đợc cự ly của nhiều mục tiêu, cấu tạo tơng đối

đơn giản, dễ chấp nhận.

Nhợc điểm: Độ chính xác, khả năng phân biệt về cự ly và cự ly cực tiểu kém hơn

phơng pháp tần số.

So với nhiệm vụ của đài radar thì các chỉ tiều trên vẫn đảm bảo yêu cầu thực

tế nên phơng pháp xung hiện nay đợc sử dụng rộng rãi nhất trong radar.

Nhận xét về phơng pháp xung:

Kết quả nhận đợc cho phép ta có kết luận sau:

Sai số đo thời gian giữ chậm trong phơng pháp xung tỉ lệ nghịch với tỉ số

tín/tạp R và bình phơng độ rộng phổ hiệu dụng W của tín hiệu. Vì vậy các xung

hẹp và các tín hiệu dải rộng cho phép đo cự ly tốt hơn.

Các kết quả nhận đợc đúng với trờng hợp đo một lần khi tham số đo không

đổi. Thực tế có thể đo tham số không đổi nhiều lần trong nhiều chu kỳ cuả tín hiệu

đầu vào. Điều này chỉ có thể thực hiện đợc khi tham số đo không đổi.

Thực tế mục tiêu luôn chuyển động, vì vậy phép đo tối u phải tính đến quy

luật chuyển động của mục tiêu. Do vậy khi tổng hợp các thiết bị đo trong trờng hợp

này phải xét đến các quy luật chuyển động của mục tiêu dới dạng các mô hình

chuyển động, khi đó hệ đo trở thành một hệ tự động bám.

1.3Nguyên lý bám và các phơng pháp bám cự ly trong radar xung

Khi mục tiêu chuyển động, cự ly của nó tới đài Rađa luôn thay đổi do đó thời

gian chậm tín hiệu R phản xạ từ mục tiêu trở về đài cũng luôn thay đổi theo cự ly

của mục tiêu. quá trính đánh giá liên tiếp cự ly của mục tiêu đang chuyển động đợc

gọi là quá trính bám cự ly. Trong hệ bám cự ly, ngời tạo ra một cửa sóng cự ly, vị

trí cửa sóng luôn bám theo xug phản xạ về sao cho vị tí của nó luôn luôn trùng với

xung phản xạ về từ mục tiêu, từ đó cự ly của mục tiêu đợc xác định theo vị trí của

cửa cự ly. Trong phần này ta sẽ nghiên cứu nguyên lý và một số phơng pháp bám

cự ly đang đợc sử dụng phổ biến hiện nay trong các đài ra đa hiện đại.



31



Báo cáo thực tập tốt nghiệp

1.3.1 Nguyên lý bám cự ly

Sơ đồ khối tổng quát của hệ bám cự ly có dạng sau:

Tín hiệu

vào

Bộ phân biệt

thời gian



Usl



Hiệu

chỉnh



khuyếch đại

và biến đổi



Khâu tích

phân

Uđk



Cửa sóng 1

Cửa sóng 2



Mạch tạo

xung



Xung

Khâu giữ

chậm biến đổi đồng bộ



Xung đo



Hình 1.5 Sơ đồ khối hệ thống bám cự ly

- Bộ phân biệt đóng vai trò là bộ phát hiện sai số bám.

- Khâu phân tích đóng vai trò là phần tử chấp hành của hệ bám.

- Khâu giữ chậm biến đổi và mạch tạo xung là đối tợng điều khiển.

Đối tợng điều khiển trong sơ đồ tổng quát là khâu giữ chậm biến đổi và mạch

tạo xung. Khâu này tạo ra các xung đo và cũng chính là đánh giá 0 của thời gian

giữ chậm tín hiệu đúng R so với xung dò và tỉ lệ với U đk lấy ở đầu ra phần tử chấp

hành (khâu tích phân). Cùng với xung đo, khâu này tạo ra 2 xung cửa dới dạng 2

xung chữ nhật liên tiếp. Sờn trớc của xung cửa 2 trùng với sờn sau của xung cửa 1

và là tâm cửa sáng tại 0.

Xung cửa sóng đợc đa đến bộ phân biệt thời gian. Tới bộ phân biệt thời gian

còn có tín hiệu mục tiêu phản xạ về có dạng xung thị tần. Bộ phân biệt thời gian sẽ

tính sai số bám =0-R tuỳ theo sự khác nhau giữa tâm đờng bao tín hiệu về và

tâm xung cửa sóng, sai số này sẽ đợc biến đổi thành điện áp sai lệch để đa tới thết

bị chấp hành. Giá trị điện áp sai số phụ thuộc vào độ lệch , còn dấu của nó phụ

thuộc vào chiệu lệch giữa chúng.

Thiết bị chấp hành chính là một khâu tích phân sẽ tạo ra một điện áp điều khiển

Uđk tác động vào khâu giữ chậm biến đổi để thay đổi giá trị 0 theo hớng làm giảm

sai số bám tới bằng 0. Nh vậy, khi R thay đổi thì 0 sẽ bám theo R.



32



Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Khâu giữ chậm biến đổi đợc kích bằng xung đồng bộ trùng với xung phát.

Mạch tạo xung sẽ tạo ra 2 xung cửa, tại thời điểm 0, mạch sẽ chuyển đỏi từ sờn

sau của xung cửa 1 sang sờn trớc của xung cửa 2, đồng thời xung đo (tơng ứng

với cự ly) cũng đợc tạo ra. Minh hoạ chi tiết về xung cửa sóng đợc trình bày

trong các phơng pháp bám ở phần tiếp sau.

Chất lợng của hệ bám (quá trình quá độ, sai số, độ ổn định) phụ thuộc voà hàm

số truyền của hệ thống. Để hệ thống hoạt động tốt hơn thì có thêm khâu hiệu chỉnh.

1.3.2 Các phơng pháp bám cự ly trong radar xung

Trong phần này ta sẽ phân tích một số phơng pháp bám cự ly đợc dùng phổ

biến hiện nay.

1.3.2.1 Phơng pháp bám theo tâm tín hiệu phản xạ về

Hầu hết các hệ bám cự ly hiện nay đều dùng phơng pháp bám theo tâm tín

hiệu phản xạ về. trong phơng pháp này ngời ta sử dụng một xung cửa sóng bao gồm

sung cửa 1 và xung cửa 2 và gọi tơng ứng là xung cửa sớm vào xung cửa muộn. Hệ

thống hoạt động sao cho tâm của xung cửa sóng luôn bám theo tâm tín hiệu phản

xạ về tơng tự nh đã trình bày trong phần hoạt động của sơ đồ khối tổng quát. Giản

đồ thời gian của các loại tín hiệu nh hình 1.6

Đờng bao của tín hiệu phản xạ về giả thiết là dạng hình chuông nh ở hình

1.6-a với độ rộng xung ở mức 0.5 công xuất là x. Xung cửa sóng trên hình 1.6-b

bao gồm cửa sớm và cửa muộn cùng có độ rộng là c . Xung cửa có tâm tại thời

gian giữ chậm t=0. Độ rộng của cửa sóng lớn hơn xung phản xạ: 2c >x.

Phần trùng nhau của xung phản xạ về và xung cửa sóng nh hình 1.6-c, trong

đó chúng ta giả thiết rằng cx để thuận tiện cho minh hoạ. Mỗi xung cửa sẽ cho

qua một phần tín hiệu về và phần tín hiệu ứng với cửa muộn sẽ đợc đảo cực tính.

Tín hiệu ở đầu ra 2 cổng đợc cộng lại và có dạng nh hình1.6-c. Tín hiệu này (hình

1.6-c) đợc đa tới một bộ tích phân, đáp ứng tức thời của bộ tích phân đợc trình bày

ở hình 1.6-d.



33