báo cáo tiểu luận hệ thống radar

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Khoa Điện Tử-Viễn Thông
Đề Tài: Hệ Thống Radar
Giáo Viên Hướng Dẫn: Đào Ngọc Chiến
Sinh viên thực hiện : Ngô Minh Đức
Lớp : ĐT8-K48


Nội Dung Chính
1. Lý Thuyết Radar
2. Mô hình của hệ thống radar
3. Tham số ảnh hưởng hoạt động của rada
4. RSC- radar cross section
5. Một số loại radar và ứng dụng

1. Lý thuyết radar
1.1. Nguyên lý hoạt động
1.2. Khoảng cách của mục tiêu phát hiện
1.3. Sự phát xung trong radar

1.1 Nguyên lý Hoạt động

Radar(radio detection and ranging): phát ra sóng
diện từ và thu sóng dội lại để xác định mục tiêu

Dựa trên sự phát hiện và phủ sóng Radio

Radio là sóng điện từ:

bước sóng dài


Khoảng cách bao trùm: 1cm -> 10000km

Radar sử dụng bước sóng 10cm, tương ứng tần số
f=3GHz

1.1 Nguyên lý Hoạt động
RADAR
RAdio Detection And Ranging
Antenna
Transmitted
Pulse
Target
Cross
Section
Propagation
Reflected
Pulse
(“echo”)

1.1 Nguyên lý Hoạt động

Dựa trên sự phát hiện và phủ sóng Radio

Radio là sóng điện từ:

bước sóng dài

Khoảng cách bao trùm: 1cm -> 10000km


Radar sử dụng bước sóng 10cm -> 1.66cm, tương
ứng tần số f=3GHz -> 18GHz

1.2. Khoảng cách của mục tiêu phát hiện
T
r
a
n
s
m
i
t
t
e
d
P
u
l
s
e
R
e
f
l
e
c
t
e
d
P

u
l
s
e
R
a
n
g
e
Target
•
Target range =
cΔt
2

1.2. Khoảng cách của mục tiêu phát hiện

2R=cΔt

c = 3. m/s. Vận tốc lan truyền sóng điện từ

Δt : khoảng thời gian trễ từ lúc phát xung đến lúc nhận
được xung phản xạ trở lại

Ta có: R=cΔt/2
10
8

1.3. Sự phát xung trong radar


Chuỗi xung là dạng điều chế biên độ của sóng
mang tần số Radio.

Giống với điều chế biên độ trong viễn thông.

Thông tin rất đơn giản: một xung đơn được lặp lại
tạo thành chuỗi xung

1.3. Sự phát xung trong radar

1.3. Sự phát xung trong radar

PW: pulse width(µs)_ Thời gian phát xung

RT : Reset time(µs)_khoang thời gian giữa 2
xung.

PRT:pulse repetition time_khoảng thời gian giữa
điểm đầu xung này đến điểm đầu xung kề nó

PRT=PW+RT(ms)

PRF=1/PRT

PRF cho biết số lần phát xung trên một đơn vị thời
gian

2. Mô hình của hệ thống radar
2.1. Sơ đồ khối
2.2. Khối phát sóng (Transmitter)

2.3. Khối thu (Receiver)
2.4. Khối Nguồn (Power Supply)
2.5. Khối đồng bộ (Synchronizer)
2.6. Bộ chuyển mạch(Duplexer)
2.7. Ang ten (Antenna)
2.8. Khối hiển thị (Display)

2.1. Sơ đồ khối

2.2. Khối phát sóng (Transmitter)

Tạo sóng radio và điều chế nó với dãy xung tạo từ
bộ đồng bộ

Khuyết đại tín hiệu lên mức năng lượng cao để
phát ra môi trường

Nguồn sóng mang có thể là: Klyston, Traveling
Wave Tube (TWT) hoặc là Magneton

2.3. Khối thu (Receiver)

Rất nhạy với khoảng tần số máy phát

Khuyết đại tín hiệu phản hồi trở lại

Khi dải tần lớn càng lớn máy thu phải rất nhạy
nhưng không được nhầm với nhiễu

Phát hiện tín hiệu phản hồi nhờ Background noise

(nhiễu nền) thông qua tỉ số signal-to-noise (S/N)

Background noise được xác định bằng giá trị noise-
equivalent-power (NEP). NEP là năng lượng trung bình
của nhiễu

Tiêu chuẩn xác định mục tiêu:
Pr >(S/N)NEP với Pr: năng lượng sóng phản hồi

2.3. Khối thu (Receiver)

Năng lượng nhỏ nhất để phát hiện

Smin = (S/N)NEP (W)

MDS: Minimum Discernible Signal
MDS = 10 log(Smin/1mW) (dbm)

S/N để xác định vật sễ đuợc hiển thị hay không hiển
thị trên màn hình.

S/N =1: năng lượng phản xạ > nhiễu nền thì vật sẽ được
hiển thị -> nhiễu lớn hơn NEP sẽ được hiển thị. Cảnh báo
sai.

S/N lớn: ít có cảnh báo sai nhưng không phát hiện được 1
số mục tiêu thật

2.3. Khối thu (Receiver)


S/N nhỏ: có nhiều cảnh báo sai – high flase alarm rate
(FAR)

Máy thu CFAR (constant flase alarm rate) sẽ điều
chỉnh S/N để giữu tỉ số cảnh báo sai là không đổi.

Đặc tính máy thu:

Tích hợp xung: lấy giá trị trung bình của nhiều xung.
Nhiễu ngẫu nhiên không xuất hiện trong mỗi xung ->
xác định được nhiễu với mục tiêu (xuất hiện trong mỗi
xung)

2.3. Khối thu (Receiver)

Điều khiển thời gian nhạy(STC): giảm bớt sự tác động
tử trạng thái biển

Hắng số thời gian nhanh (FTC): giảm bớt hiệu ứng thời
gian phản xạ trong mưa

2.4. Khối Nguồn (Power Supply)

Cung cấp năng lượng cho tất cả các khối khác

Nguồn cung cấp một năng lương tiêu thụ nhỏ hơn
năng lượng phát xung

Năng lượng cần cho khối phát xung là lớn (vài kw).


Năng lượng sẽ được tích trong tụ trong khoảng thời
gian Reset Time. Sử dụng trong phát xung.

2.5. Khối đồng bộ (Synchronizer)

Kết hợp sự tính toán thời gian cho xác định phạm
vi (PW-Rmin, PRF-Rmax)

Điều chỉnh tốc độ xung gửi

Tín hiệu từ bộ dồng bộ gửi tới máy phát

Gửi một xung mới đến màn hình để reset lại quét
màn hình

2.6. Bộ chuyển mạch(Duplexer)

Chuyển mạch mạch thay đổi kết nối tử máy phát
hoặc máy thu tới ăngten.

Bảo vệ máy thu máy thu từ năng lượng cao phát ra
từ bộ phát

Khi phát giữ kết nối máy phát với ăngten trong
thời gian phát xung (PW)

Sau đó nó kết nối máy thu tới ăngten

Khi phát dãy xung mới thì kết nối phát-ăngten lại
thiết lập

2.6. Bộ chuyển mạch(Duplexer)

Khi năng lượng phát sóng thấp thì bộ chuyển
mạch là không cần thiết

2.7. Ang ten (Antenna)

Nhận xung từ máy phát và truyền ra môi truờng

Tập trung năng lượng thành một chùm tia

Tăng năng lượng

Xác định hướng của mục tiêu.

Có Nhiều hệ thống ăngten không thay đổi hướng
về vật lý nhưng có hệ thống lái tia điện tử

Beam-width (độ rộng tia): phạm vi góc của năng
lượng bức xạ lớn nhất.

Độ rộng tia theo trục ngang

Độ rộng tia theo trục đứng

2.7. Ang ten (Antenna)

θ = λ/L


θ : beam-width theo phương ngang (rad)

λ : bước sóng ca rada

L : kích thước của ăngten trong hướng kho sát

Trong ăngten 1 hướng của chùm tia θ = 2 λ /L

Hệ số hướng (Gdir) được tính bằng sự đo đạc để
sự ttập trung của tất cả các tia là tốt

Trong 1 mặt phẳng : Gdir=2Π / θ

Trong không gian: Gdir=4Π /( θΦ)
θ,Φ: beam width theo phương ngang và phương đứng

2.7. Ang ten (Antenna)

Ví Dụ1: θ=0.15 độ hay 0.025rad, Φ=20 độ hay
0.33rad
Gdir(dB)=10log[4 Π/(0.025x0.33)]=30.9(dB)

Ví dụ2: tính θ, Φ,Gdir(dB) của AN/SPS-49. Biết
chiều dài ăngten 7.3m, chiều rộng 4.3m, hoạt dộng
ở tần số 900MHz

Bước sóng: λ=c/f=0.33m

θ =λ/L=0.33/7.3=0.045rad hay 3 độ