Kỹ thuật định vị và dẫn đường điện tử ppsx

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Khoa Điện tử Viễn thông
Kỹ thuật định vị
và dẫn đường điện tử
Electronics Positioning and Navigations
TS. Đỗ Trọng Tuấn
Bộ môn Kỹ thuật thông tin
Hà Nội, 8-2010
Phần 1
Kỹ thuật Radar
ξ 1. Khái niệm và phân loại
Radar (tiếp theo)
•
s(t) = a(t)cos(
ω
0
t+
φ
0
)
•
a(t) : đường bao xung - “pulsed radar”
Nguyên lý cơ bản của Radar xung
T
Thời gian
tần số làm việc f
0
s(t)
a(t)
cos(
ω

0
t+
φ
0
)
s
r
(t)
ON
OFF
∆t
echo
đo độ trễ cự ly mục tiêu
Tính toán cự ly
Range Calculation
•
Cự ly - Range, R = (c T
R
)/2
•
Range : km hoặc nm (nautical miles)
•
T
R
: µs (microseconds)
R(km) = 0.15T
R
(µs) hoặc
R(nmi) = 0.081 T
R

(µs)
1 km  6.67 µs
1 nmi  12,34 µs
Xác định cự ly theo đơn vị km và nmi tương ứng
với độ trễ thời gian 27 µs?
Tính toán cự ly
Range Calculation
R(km) = 0.15T
R
(µs) hay R(nmi) = 0.081 T
R
(µs)
= 0.15 × 27 hay = 0.081 × 27
= 4.05 km hay = 2.187 nmi
Radar sơ cấp
PRF = 10 kHz
M #1,
6 km
M #2,
18 km
thời gian
seconds
Tính toán cự ly
Range Calculation
Biên độ
Thời gian,
t (ms) 0
Xung phát
ambiguous range : cự ly xảy ra nhầm lẫn
Tính toán cự ly

Range Calculation
Radarsơ cấp
PRF = 10 kHz
M #1,
6 km
M #2,
18 km
Thời gian
seconds
Range [km] = 0.15T
R
(µs),
→ A-scan
PRF = 10 kHz→ mỗi
xung được lặp lại sau
0.0001 s = 0.1 ms
Tính toán cự ly
Range Calculation
Biên độ
Thời gian,
t (ms)0 0.04 0.1 0.12 0.14
Xung phát
xung phản xạ
M #1
M #1
M #2
Cự ly 6 km tương ứng với độ trễ 40 µs và cự ly 18 km
tương ứng với độ trễ 120 µs
Chú ý rằng mục tiêu M #2 ở quá xa trạm radar nên tín
hiệu phản xạ (echo) sẽ nhận được trong chu kỳ kế sau,

tạo nên cự ly không chính xác là 3 km
ambiguous range : cự ly xảy ra nhầm lẫn
Tính toán cự ly
Range Calculation
Ví dụ 2
Giả sử một trạm Radar giám sát hàng không có công suất
đỉnh là 100 KW, bức xạ tín hiệu theo kiểu xung với độ rộng 10
µs và chu kỳ lặp xung là 1 ms. Hãy xác định cự ly làm việc (tối
đa và tối thiểu) và độ phân giải về mặt cự ly của trạm Radar
trên ?
2
min
τ
c
R =
2
)(
max
τ
−
=
Tc
R
Độ phân giải cự ly - Range Resolution
ΔR: độ phân giải cự ly
Độ phân giải cự ly - Range Resolution
a. Hai mục tiêu không thể phân biệt về cự ly
b. Hai mục tiêu có thể phân biệt về cự ly
unresolved return
t

c
∆+
2
τ
Ví dụ
Một hệ thống Radar xung có cự ly làm việc tối đa 3000
km và băng thông là 3.33 kHz. Hãy xác định:
a. Tần số lặp xung PRF (f
r
) yêu cầu
b. Chu kỳ lặp xung PRT ( IPP = T)
c. Độ rộng xung phát τ .
d. Cự ly phân giải mục tiêu ΔR
e. Hãy cho biết ảnh hưởng của các tham số đến cự ly
làm việc tối đa của một hệ thống Radar.
)(50
103,20
11
3
Hz
T
PRF ≈
×
==
−
B
cc
R
22
==∆

τ
2
)(
max
τ
−
=
Tc
R
)(45,45
)103.3(2
)/(103
2
3
5
km
Hz
skm
B
c
R =
××
×
==∆
sms
kHzB
µτ
3003.0
33.3
11

====
Ví dụ
τ=0,3 ms
T = 20,3 ms
d
t
=1.5%
)(3,20103.0
103
10322
3
8
6
max
ms
c
R
TIPPPRT
=×+
×
××
=+===
−
τ
%5,10148,0
103,20
103,0
3
3
≈≈

×
×
==
−
−
T
d
t
τ
Ảnh hưởng của các tham số đến cự ly làm việc
của hệ thống Radar xung
•
Power Range
•
Pulse Width Range
•
PRT Range
•
PRF Range
•
Frequency Range
2
)(
max
τ
−
=
Tc
R
ξ 2. Cơ sở vật lý của Radar

Cơ sở vật lý Radar
•
Radar làm việc dựa trên 4 tính chất của sóng
điện từ:
1. Sóng điện từ truyền lan với vận tốc hữu hạn , không đổi. c = 3
*10
8
(m/s)
2. Sóng điện từ truyền thẳng.
3. Năng lượng sóng điện từ sẽ phản xạ khi gặp môi trường không
đồng nhất (mục tiêu).
4. Tần số thu được tại trạm Radar sai lệch so với tần số phát, gây
nên do sự chuyển động tương đối giữa mục tiêu và trạm Radar
và được xác định thông qua hiệu ứng Doppler.
M
RS
echo
Anten radar bức
xạ định hướng
tần số làm việc
của radar
theo phương
góc tà ∆β
theo phương
góc phương vị ∆φ
Kích thước búp sóng tại mức
nửa công suất
( công suất đỉnh giảm đi một
nửa  suy hao – 3 dB)
Mẫu bức xạ

Radiation pattern
HPBW: half power beam width
Kích thước búp
sóng tại mức nửa
công suất
( suy hao – 3 dB)
Phương vị ∆φ
Góc ngẩng ∆β
THE
THE
P
P
LAN
LAN
P
P
OSITION
OSITION
I
I
NDICATOR
NDICATOR
Độ rộng búp sóng lớn
Độ rộng búp sóng lớn
RADAR
RADAR
Đ r ng búp sóng ộ ộ
Đ r ng búp sóng ộ ộ
quan tr ng h n công su tọ ơ ấ
quan tr ng h n công su tọ ơ ấ

PPI
PPI
THE
THE
P
P
LAN
LAN
P
P
OSITION
OSITION
I
I
NDICATOR
NDICATOR
RADAR
RADAR
Độ rộng búp sóng nhỏ
Độ rộng búp sóng nhỏ
Đ r ng búp sóng ộ ộ
Đ r ng búp sóng ộ ộ
quan tr ng h n công su tọ ơ ấ
quan tr ng h n công su tọ ơ ấ
PPI
PPI
Mẫu bức xạ
Radiation pattern
HPBW: half power beam width
Kích thước búp

sóng tại mức nửa
công suất
( suy hao – 3 dB)
Độ rộng thep hướng vị ∆φ
Độ rộng theo hướng góc tà ∆β
00
41253
βϕ
∆×∆
=G
)(deg
60
00
ree
d
λ
βϕ
≈∆=∆
)(rad
d
λ
βϕ
≈∆=∆
Anten Parabol
d: độ mở anten (m) - apeture
λ: bước sóng làm việc (m)
(From Understanding Radar Systems)
Hệ số khuếch đại anten
β
sinra

=
ϕ
sinrb
=
ϕ
sinsin
2
βrabS
==
suatcongnuamuctaisongbupcatmattichDien
caumattichDien
G
__________
___
=
ϕβ
π
ϕβ
π
sinsin
4
sinsin
4
2
2
==
r
r
G
β

ϕ
β
∆
?
=
G
S
ϕ
∆
Hệ số khuếch đại anten
β
sinra
=
ϕ
sinrb
=
ϕ
sinsin
2
βrabS
==
suatcongnuamuctaisongbupcatmattichDien
caumattichDien
G
__________
___
=
ϕβ
π
ϕβ

π
sinsin
4
sinsin
4
2
2
==
r
r
G
β
ϕ
β
∆
( )
ree)β(
or
ree)β(ππβ
π
radianβ
π
β
π
G
deg
41253
deg
41253
22

36036044
sinsin
4
∆×∆×
=






×
×
===
ϕϕϕϕϕ
S
ϕ
∆