Định vị và dẫn đường điện tử ppt

B mônộ
B mônộ


K thu t Thông tinỹ ậ
K thu t Thông tinỹ ậ


Hà n i, 09 - 2009ộ
Email:
Giảng viên: TS.
Giảng viên: TS.
Đỗ Trọng Tuấn
Đỗ Trọng Tuấn
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Khoa Điện tử - Viễn thông
Khoa Điện tử - Viễn thông
Định vị và dẫn đường điện tử
Định vị và dẫn đường điện tử
( Electronics Positioning and Navigation )
( Electronics Positioning and Navigation )

Nguyên lý và
Nguyên lý và
hệ thống Radar
hệ thống Radar


Radar Principles &Systems

Radar Principles &Systems

ξ
ξ
4. Sai số phép đo tham số
4. Sai số phép đo tham số
mục tiêu Radar
mục tiêu Radar


Nhiễu nhiệt - Noise
Nhiễu nhiệt - Noise
FBKTN
0
=
•
Đơn vị: W hoặc dB
•
K: hằng số Boltzman; k = 1,38*10
-23
(J/
0
K)
•
T
0
: nhiệt độ của hệ thống; T
0
= 290 (
0

K)
•
F: hệ số nhiễu nhiệt ( NF: Noise Figure); F = vài dB
•
B: băng thông của hệ thống Radar [Hz]
•
Tính theo dB
)()()lg(10)(
0
dBBdBFKTdBN ++=
)()(204)( dBBdBFdBN ++−=


Sai số phép đo tham số mục tiêu
Sai số phép đo tham số mục tiêu
•
Tổng quát:
SNR
M
M
×
=
2
δ
•
M: đại lượng cần đo → cự ly R, tần số
Doppler f
D
, vận tốc xuyên tâm v
xt

•
Đơn vị: theo đại lượng đo [m], [Hz], [m/s]


Sai số phép đo độ cự ly
Sai số phép đo độ cự ly
•
Tổng quát:
SNR
M
M
×
=
2
δ
2
τ
c
R =
B
1
=
τ
SNRB
c
SNR
R
R
×××
=

×
=
222
δ
B
c
R
2
=
•
M → cự ly R


Ví dụ
Ví dụ
Một trạm Radar bức xạ sóng điện từ với độ
rộng xung là 1,5 µs và tỷ số SNR yêu cầu là
13 dB. Hãy cho biết:
a. Băng thông của trạm radar.
b. Sai số phép đo cự ly của trạm Radar ?
c. Sai số phép đo cự ly là bao nhiêu khi tăng độ
rộng xung lên hai lần. Cho nhận xét.


Ví dụ
Ví dụ
)(67,666
105,1
11
6

KHzB =
×
==
−
τ
SNRB
c
SNR
R
R
×××
=
×
=
222
δ
•
Băng thông của hệ thống radar xung
)(575,35
2021067,6662
103
3
8
m
R
≈
×××
×
=
δ

20101010
3,1
10
13
10
)(
≈===
dBSNR
SNR


Sai số phép đo độ tần số Doppler
Sai số phép đo độ tần số Doppler
•
Tổng quát:
SNR
M
M
×
=
2
δ
t
f
ff
t
D
DD
111
=→≈

∆
≈
Thời gian nhận biết tần dịch tần Doppler là t (sec):
SNRtSNR
f
D
f
D
×
=
×
=
2
1
2
δ
Understanding radar systems


[ ]
s
Δf
t
D
1
≈
The length of time taken to make an observation
with a radar set is called the integration time,
because all the data on a target are integrated or
added up until the measurements are sufficiently

accurate.
Very roughly, the integration time needed to
resolve two doppler frequencies seperated by Δf
d

is given by
Thời gian nhận biết tần dịch tần Doppler t (sec):
(source: Understanding radar systems)


Thời gian nhận biết tần dịch tần Doppler (integration
time)
(source: Understanding radar systems)


Sai số phép đo độ vận tốc xuyên tâm
Sai số phép đo độ vận tốc xuyên tâm
•
Tổng quát:
SNR
M
M
×
=
2
δ
λ
νν
xtxt
D

f
c
f
22
==
Thời gian nhận biết tần dịch tần Doppler là t (sec):
SNRtSNR
xt
xt
×
=
×
=
222
λ
ν
δ
ν
2
λ
ν
×
=
D
xt
f
t
f
D
1

=
t
xt
2
λ
ν
=






Ví dụ
Ví dụ
Một chiếc tàu chuyển động với vận tốc 5 m/s được giám
sát bởi 2 hệ thống radar.
- Một trạm làm việc ở băng tần VHF tại tần số 138 MHz
- Một trạm làm việc ở băng tần S tại tần số 3 GHz
a. Hãy xác định khoảng thời gian cần thiết để hai hệ
thống trên có thể phân biệt tín hiệu phản xạ từ con tàu
và từ đất liền.
b. Giả thiết tỷ số SNR là 20 dB. Hãy cho biết sai số phép
đo vận tốc.


Ví dụ
Ví dụ
)(17,2
10138

103
6
8
1
1
m
f
c
≈
×
×
==
λ
Thời gian nhận biết tần dịch tần Doppler là t (sec):
)(325,0
1002217,0
1
2
1
Hz
SNRt
D
f
=
××
=
×
=
δ
(sec)217,0

6,4
11
==
∆
=
D
f
t
)(6,4
17,2
52
2
Hzf
xt
D
=
×
==
λ
ν
)(6,406,4
)()(
Hzfff
groundDshipDD
=−=−=∆


Ví dụ
Ví dụ
Thời gian nhận biết tần dịch tần Doppler là t (sec):

)/(705,0
1002217,0
17,2
2
sm
SNRt
xt
=
××
=
×
=
λ
δ
ν
(sec)217,0
6,4
11
==
∆
=
D
f
t

ξ
ξ
5. Phương trình Radar
5. Phương trình Radar

+ Tương đối:
+ Tương đối:
δ
δ
(dbsqm) = 10 lg[
(dbsqm) = 10 lg[
δ
δ
(sqm)]
(sqm)]
1.
1.
Diện tích phản xạ hiệu dụng radar
Diện tích phản xạ hiệu dụng radar


- ký hiệu: RCS hoặc
- ký hiệu: RCS hoặc
δ
δ
- RCS : Radar Cross Section
- RCS : Radar Cross Section
- Đơn vị:
- Đơn vị:
+ Tuyệt đối:

+ Tuyệt đối:
δ
δ
(m
(m
2
2
) hoặc
) hoặc
δ
δ
(sqm)
(sqm)
sqm: square meter
sqm: square meter




Diện tích phản xạ hiệu dụng RCS
Radar Cross Section.
S
p
: diện tích bề mặt vật lý của mục tiêu được chiếu xạ
→Hình dạng , kích thước của mục tiêu
k
f
: hệ số phản xạ
→ Vật liệu cấu thành mục tiêu, tính chất của bề mặt phản xạ.
k

d
: hệ số hướng tính
→ Tỷ lệ năng lượng phản xạ trở lại theo hướng trạm radar so
với tất cả các hướng ( tán xạ đều – uniform scattering )
)(
2
mkkSRCS
dfp
××==
δ

Các kiểu tán xạ - scattering
Uniform scattering
Forward scattering
Backward scattering
tán x uạ đề
tán x v phía tr cạ ề ướ
tán x v phía sauạ ề
echoes echoes


Diện tích phản xạ hiệu dụng RCS
của một số bề mặt điển hình
Mặt cầu, bán kính = a

2
aRCS
πδ
==
Mặt trụ, bán kính = a , chiều cao = h

λ
π
δ
2
2 ah
RCS
==
Tấm phẳng hình vuông, cạnh = a
2
4
4
λ
π
δ
a
RCS
==
Tấm phẳng hình chữ nhật,
rộng = a , dài = b
2
22
4
λ
π
δ
ba
RCS
==

Ví dụ
Ví dụ
Xác định diện tích phản xạ hiệu dụng của tấm phẳng chữ
nhật có độ dài cạnh là a = 0,093 m
;
b = 1m khi được
chiếu xạ bởi tín hiệu từ trạm Radar có tần số làm việc là
1 GHz và 10 GHz ?
2
2
22
2
22
4
4
c
f
ba
ba
RCS ×===
π
λ
π
δ
)(207,1
103
101093,014,34
2
282

2922
mRCS =
×
××××
==
×
×
δ
f = 1 GHz
Diện tích mặt cắt vật lý:
)(093,01093,0
2
mbaX
cross
=×=×=
)(817,0)207,1lg(10 dbsqmRCS ==


Ví dụ
Ví dụ
f = 10 GHz
)(7,120
103
101093,014,34
2
282
21022
mRCS =
×
××××

==
×
×
δ
Diện tích mặt cắt vật lý:
)(093,01093,0
2
sec
mbaX
ssion
=×=×=
)(817,20)7,120lg(10 dbsqmRCS
==


Nhận xét
Nhận xét
-
Diện tích phản xạ hiệu dụng có thể lớn hơn
hoặc nhỏ hơn rất nhiều so với diện tích vật lý
của mục tiêu được chiếu xạ.
-
Khi tần số tăng hoặc giảm thì diện tích phản xạ
hiệu dụng radar của cùng một mục tiêu sẽ tăng
hoặc giảm.
-
RCS của mục tiêu hình cầu không phụ thuộc
vào tần số.