Kỹ thuật nén xung trong các hệ thống rađa hiện đại

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN
*********
KỸ THUẬT NÉN XƯNG TRONG CÁC HỆ THỐNG
RAĐA HIỆN ĐẠI
(Pulse compression technique using ỉn modern radar systems)
MÃ SỐ: QT-08-09
CHỦ TRÌ ĐÉ TÀI : ĐỎ TRUNG KIÊN
CÁC CÁN B ộ THAM GIA: THS. NGUYỄN ANH ĐỨC
THS. LÊ QUANG THẢO
rTiẠl HC-: / ' ~ n
TPI 'i : ■ -
____
! > T /
_
HÀ NỘI - 2008
1. Báo cáo tóm tắt (tiếng Việt)
a. Tên đề tài, mã sổ
Kỹ thuật nén xung trong các hệ thống rađa hiện đại
b. Chủ trì đề tài
ThS. Đỗ Trung Kiên, Khoa Vật lý, Trường ĐHKHTN
c. Các cán bộ tham gia
ThS. Nguyễn Anh Đức
ThS. Lê Quang Thảo
d. Mục tiều và nội dung nghiên cứu
Tìm hiểu các kĩ thuật xử lí túi hiệu số cho các hệ thống rađa hiện đại, đặc biệt là
kỹ thuật nén xung tăng độ phân giải mục tiêu
e. Các kết quả đạt được
■ 01 bài báo VNU 2008: Simulation of Alternative Transmission of Barker
Code and M-Code in Radar System to Detect Near and Far Targets
■ 01 bài báo in Kỷ yếu Proceedings of ICT.rda'08. Hanoi Aug. 8-9, 2008:

Ngbỉên cửu kĩ thuật phát tín hiệu mã xen kẽ tìm kiếm các mục tiêu gần và
xa trong các hệ thống rađa hiện đại
■ 01 chương trình mô phỏng kỹ thuật nén xung
■ 01 khóa luận tốt nghiệp sinh viên khóa K49, 2008
f. Tình hình kỉnh phí của đề tài: Đã thanh toán hết kinh phí của đề tài
Chi phí hết kinh phí tạm ứng của đề tài là: 20.188.000VNĐ
- Thuê khoán chuyên môn: 12.000.000VNĐ
- Dịch vụ Internet 1.518.000VNĐ
- Mua sắm vật tư, linh kiện điện tử 4.520.000VNĐ
- Seminar khoa học 550.000VNĐ
- Chi phí điện, nước, cơ sở vật chất 800.000VNĐ
Mã số :
QT-08-09
Quản lý phí
KHOA QUẢN LÝ
800.000VNĐ
CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI
PGS.TS. Nguyễn Thế Bình
ThS. ĐỖ Trung Kiên
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN
2. Summary {by English)
a. Project, code
Pulse com pression technique using in modern radar systems
Code : QT-08-09
b. Main responsible person
MS. Do Trung Kien, Faculty of Physics,
Hanoi University of Science (HUS), Hanoi National University
c. Incorporated members
MS. Nguyen Anh Due
MS. Le Quang Thao

d. Purposes and contents
Reseach of pulse compresson for improvement of radar resolution
e. Results
■ 01 paper of VNU Journal
Simulation of Alternative Transmission of Barker Code and M-Code in
Radar System to Detect Near and Far Targets
■ 01 paper of Proceedings of ICT.rda'08. Hanoi Aug. 8-9, 2008:
Nghiên cứu kĩ thuật phát tín hiệu mã xen kẽ tìm kiếm các mục tiêu gần và
xa trong các hệ thổng rađa hiện đại
■ 01 simulation program of Pulse Compression
■ 01 thesises of undergraduated student K49, 2008
3
MỤC LỤC
MỤC LỤC 4
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 5
CÁC KÉT QUẢ CHÍNH 6
1. KỸ THUẬT NÉN XUNG TRONG CÁC HỆ THỐNG RAĐA

6
1.1 Tổng quan về hệ thống rađa 6
1.2 Kỹ thuật nén xung nâng cao độ phân giải
7
2. Nén xung sử dụng mã Barker 9
2.1. Sự tương quan 10
2.2 Mã Barker 13
3. Kết quả mô phỏng việc phát mã xen kẽ, điều chế BPSK và quá Ưình nén xung 14
3.1. Phát mã Barker và mã M đan xen, điều chế BPSK

14
3.2 Mô phỏng nén xung mã Barker và mã M 16

KẾT LUẬN 19
TÀI LIỆU THAM KHẢO 20
PHỤ LỤC 21
TÓM TẮT CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN c ứ u CỦA CÁ NHÂN

30
SCIENCE PROJECT 32
PHIẾU ĐẢNG KÍ KẾT QỦA NGHIÊN c ứ u KHOA HỌC
33
4
MỤC TIÊU ĐÈ TÀI
Rađa là một hệ thống điện tử rất có nhiều ứng đụng trong kĩ thuật quân sự cũng
như dân sự. Sự phát triển của rađa gần như gắn liền với các cuộc chiến tranh lớn trên
thế giới giữa các cường quốc hùng mạnh. Ngày nay, rađa có những ứng dụng vỏ cùng
hữu ích trong thực tế đời sống xã hội.
Việc nghiên cứu và triển khai các hệ thống rađa tại Việt Nam là một yêu cầu thực
tế không thể phủ nhận, giúp cho việc vận hành, phát huy và tự chế tạo được các hệ
thống theo yêu cầu, phù hợp yêu cầu và giá thành hợp lí.
Việc nghiên cứu này tập trung chủ yếu vào khai thác thêm các bài toán rađa hiện
đại, dựa vào các kĩ thuật, các linh kiện và thuật toán hiện đại để có thể triển khai
những ứng dụng độ chính xác cao.
Công việc chính của đề tài là tập trung kỳ thuật nén xung số của rađa, đưa thêm
vào giải pháp phát mã xen kẽ để dò quét các mục tiêu gần và xa. Với các tín hiệu cao
tần, việc triển khai còn hạn chế, nghiên cứu đi vào việc kiểm tra giải pháp thông qua
công cụ mô phỏng Matlab Simulink
Nhân dịp này, tôi xin trân ữọng cảm ơn Đại học Quốc gia Hà nội, Ban Giám hiệu,
Phòng Khoa học và Công nghệ, Phòng Ke hoạch tài vụ, Ban chủ nhiệm Khoa Vật lý
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã giúp đỡ và tạo điều kiện về mặt tài chính và
các thủ tục khác trong suốt thời gian tôi làm đề tài.
Xin trân trọng cảm om.

5
CÁC KÉT QUẢ CHÍNH
1. KỸ THUẬT NÉN XUNG TRONG CÁC HỆ THỐNG RAĐA.
1.1 Tổng quan về hệ thống rađa
RADAR là từ viết tắt của cụm từ “RAdio Detection And Ranging” có nghĩa là:
phương tiện dùng sóng vô tuyển điện để phát hiện và xác định vị trí mục tiêu. Tên này
do hải quân Mỹ đặt ra ừong đại chiến thể giới lần thứ hai, tuy không đủ nghĩa lắm
nhưng cũng đâ trở nên thông dụng khắp thế giới.
Radar được biết đến vào những năm đầu của thế kỉ 20, nhưng ý tưởng cơ sở về
radar đã bắt đầu từ những thí nghiệm cổ điển về bức xạ điện từ ở cuối những năm
1880 bởi nhà vật lý người Đức Heinrich Hertz ở cuối nhừng năm 1880.
Vào năm 1904, Christian Hiilsmeyer nhận được một bằng sáng chế cho thiết bị
gọi là Teỉemobiloscope (hay thiết bị quan sát vật thể từ xa). Nó được đề nghị sử dụng
như một thiết bị tránh va trạm cho những con tàu. Nhưng nó không thu hút được sự
chú ý và nhanh chóng rơi vào quên lãng.
Năm 1922, Guglielmo Marconi đã có một bài diễn thuyết,ông có ý tưởng cho
rằng có thể phát hiện các vật thể từ xa sử dụng sóng vô tuyển. Nhưng mãi đến năm
1933 ông mới đưa ra được thiết bị đầu tiên như vậy.
Năm 1925/26, 2 nhà vật lý người Mỹ, và 2 nhà nghiên cửu người Anh đưa ra
những thí nghiệm đo các thông số của khí quyển sự dụng thiết bị phát xung vô tuyến
và được coi như là một radar.
Năm 1933 khi mà Hitler lên nắm quyền ở Đức thì viện German Kriegsmarine
(Navy) bắt đầu nghiên cứu Funkmesstecknik hay còn gọi là công nghệ đo đạc từ xa.
Những nghiên cứu ờ nước Nga bắt đầu từ những năm 1934, Nhưng ban đầu gặp
phải những khó khăn do vấn đề chính trị, tuy vậy vẫn cho ra đời thiết bị phát hiện máy
bay từ khoảng cách 70 km.
Những năm 1935-37,Sir Robert Watson-Watt (1892-1973) đã thành công trong
việc tạo ra một hệ thống thiết bị cho phép phát hiện máy bay ném bom từ khoảng cách
150 km thậm trí còn xa hơn. Và ông được coi là người phát minh ra hệ thống radar
hoàn chỉnh.

Và đến năm 1939, thì các hệ thống như vậy đã xuất hiện ở các nước như là:
Anh, Pháp, Đức, Hungary, Ý, Nhật, Hà Lan, Phần Lan, Nga và Mỹ.
Thời kỳ chiến tranh thế giới lần thứ II, cùng với sức mạnh của người Đức, sự ác
liệt cùa chiến tranh, tốc độ phát triên của khoa học quân sự Radar trở thành một khí
tài quân sự không thê thiếu với quân đội bất cứ nước nào. Làm cho sự phát triển của
radar đạt được những kết quả rất lớn.
6
Sau chiến tranh thế giới thứ II, người Đức đã tạm dừng tât cả các nghiên cứu vê
radar, cho đến năm 1950 bất kỳ một dự án nghiên cứu nào về radar đều bị cẩm. Rất
nhiều nhà nghiên cứu đã phải di cư sang các nước khác để có thể tiếp tục sự nghệp của
mình.
Radar được bảo mật rất cao trong suốt chiến tranh thế giới II, và chỉ đên năm
1946 thì một thiết bị của người Mỹ đã được công bố rộng rãi, nó dùng để đo khoảng
cách đến mặt trăng (và nó cho kết quả là khoảng 385 000 km),và đến bây giờ người ta
biết rằng thậm chí người Hungary đã làm được được điều tương tự từ năm 1944.
Thời kỳ chiến tranh lạnh (1945-1989), trong chiến tranh ở Việt Nam (1961-
1975) những tên lửa chống phản xạ được mang trên máy bay F-105 của Mỹ lần đẩu
tiên được sử dụng,được quân Mỹ gọi là “Chồn hoang”.
Cho đến ngày hôm nay thì ngoài mục đích phục vụ chiến tranh thì radar có mặt
trong rất nhiều lĩch vực của đời sống như:
Radar trong lĩnh vực hàng không:
• Máy bay dân dụng được trang bị các thiết bị Radar để cảnh báo chướng
ngại vật, thăm dò đường đi và đưa ra độ cao chính xác.
• Máy bay có thể hạ cánh trong sương mù tại các sân bay được trang bị hệ
thống điều khiển mặt đất được hỗ trợ bởi Radar.Trong đó đường bay
được theo dõi trên màn hình Radar.
• Điều khiển giao thông hàng không.
Đặc biệt trong lĩnh vực quân SỊT thì radar đã trở thành một trong những
trang bị quan trọng quan trọng nhẩí của quan đội mỗi quốc gia:
• Rađar được sử dụng để phát hiện máy bay và tàu của đối phương.

• Radar điều khiển hoả lực để tiêu diệt mục tiêu.
• Radar dẫn đường cho không quân tiêm kích , oanh tạc các mục tiêu không nhìn
thấy được.
• Các hệ thống giám sát và dẫn đường, Radar được sử dụng cho nghiên cứu khoa
học và phòng thủ.
Radar trong lĩnh vực khi tượng:
Radar cũng được ứng dụng để đo khoảng cách , diện tích địa lý ,tìm và định vị
ngoài khơi.
Ngoài ra, radar còn được sử đụng để nghiên cứu các hành tinh và tầng điện ly
thuộc hệ mặt trời, phát hiện các tia sáng và các vật thể di chuyển ngoài không gian.
1.2 Kỹ thuật nén xung nâng cao độ phân giải
Độ phân giải theo khoảng cách:
7
Độ phân giải theo khoảng cách của radar ỉà khả năng về khoảng cách cùa radar còn có
thể phân biệt được hai hoặc nhiều mục tiêu rất gần nhau.
Xung
ỉ
ItWM.,
Y
L c
R < —
■5
Xung phản xạ
Xung phản xạ
Vật 1 Vật 2
R
2R
j
l
cr

Xung phản xạ
Xung phản xạ
Vật 1
Hình 1. ỉ Độ phân giải của radar
Khả năng phân giải của radar phụ thuộc thời gian có xung:
<rr L
p 'ì in
Vật 2
( 1.1)
r: Thời gian có xung, B: Bandwidth của tín hiệu.
Ta thấy như trên hình 1. ỉ.
cr
• Trường hợp đâu khi khoảng cách giữa 2 vật là R < —:
2 xung phản xạ sẽ bị chồng chập lên nhau vì vậy radar sẽ hiểu đây là 1
v ật. Như vậy có nghĩa ỉà nó không có khả năng phân biệt đây là 2 vật.
• Trường hợp thứ 2 khi khoảng cách giữa 2 vật là R >
Khi đó 2 xung phản xạ không bị chập vào làm 1 vì vậy radar có khả
8
năng phân biệt đây là 2 vật
Dễ thấy nếu độ rộng xung càng ngắn thì độ phân giải càng tốt.
Nhưng khi xung càng ngấn thì công suất phát trung bình càng nhỏ không đảm
bảo được điều kiện phát. Dan tới để dam bảo công suất phát trung bình thì công suất
phát đỉnh tại thời điểm phát là rất lớn điều đó dẫn đến một loạt những khó khăn như:
• Yêu cầu về nguồn nuôi còng suất cao
• Khó khăn trong vấn đề linh kiện
• Vấn đề an toàn
Radar chế tạo ra sẽ có kích thước lớn hơn,nặng hơn,đắt hơn
Ta lấy 1 ví dụ đcm giản để thấy rõ điều này: Với yêu cầu độ phân giải p=15cm,
năng lượng của 1 xung E = 1 mJ. Dễ thấy độ rộng xung của radar này là ĩ = :0 -9s thì
với công thức: E(J) = P(w). ĩ(s)

Ta cần phải có công suất phát là: p= 1000000 W=1 MW! một con số khủng
khiếp Nếu biết ràng với yêu cầu như vậy nếu ta tăng độ rộng xung phát lên X = 0,1 ms
thì ta chi cần công suất phát p = 10 w .
Công suất
-Lí-
rì _ * rì _
; I ri — ;
ĩ->
r?-
Thời gian
Hình 1.2 Công suẩt xung thay đổi sau khi nén xung
Để dung hòa được vấn đề đảm bảo được công suất phát mà vẫn giữ được độ
phân giải phù hợp thì ta sử dụng kỹ thuật nén xung.
2. Nén xung sử dụng mã Barker.
9
2.1. Sự tương quan
Sự tương quan là một phép toán được sử dụng trong nhiều ứng dụng cùa DSP.
Phương pháp này so sánh tín hiệu bổ trợ với một hoặc nhiều tín hiệu để xác định tính
chất tương tự giữa các cặp tín hiệu với nhau và để xác định các thông tin bổ sung dựa
trên mtính chất tương tự đó. Chẳng hạn trong thông tin số, tập hợp các ký tự số liệu
được biểu thị bằng một dãy số duy nhất, nếu một trong các dãy số đó được truyền đi,
thì ở bên thu phải xác định được dãy số nào đã thu được bằng cách so sánh tín hiệu thu
được với mỗi bit cùa các dãy khả dĩ từ tập hợp các ký tự số liệu, trong trường hợp này
là các tín hiệu phản xạ thu được từ mục tiêu, đây là các phiên bản đã bị trễ của tín hiệu
truyền dẫn, và nhờ cách đo độ trễ ta có thể xác định được vị trí của mục tiêu.
Một cách tổng quát, ta coi sự tương quan giữa các tín hiệu là một số đo sự phù
hợp giữa các cặp tín hiệu với nhau.
Trong sự tương quan ta sử dụng hai hàm là:
Hàm tương quan chéo (Cross-correlation)
Hàm tự tương quan (Autocorrelation)

Để đơn giản ta xét hai dãy giá trị thực có năng lượng xác định là x[n] và y[n]
Hàm tương quan chéo được định nghĩa bởi:
rxy[l]= Ỳx[n]y[n-l]
n=-“ (2 . 1)
Trong đó: ỉ là tham số trễ
Hay ta có thể viết lại
rxy[l] = y[l]*x[-lì (22)
Còn Hàm tự tương quan được định nghĩa:
■— (2.3)
Hay: rjl] = x[l]* 4-1]
Giả sử ta có chuỗi x[n], và y[n] có cùng số phần tử là 9 như sau:
x[n]={-l 1-1-111-11 -1}
y[n]={-l 1-1-111-1 -1 -1}
Thực hiện tương quan chéo ta thu được :
10
x[n]*
-1 1-1 -1 1 1 -1 -1 -1
y[n]
-1
1 - 1 1 1-1-1 1 1 1
1
-1 1-1-1 1 1 -1 -1 -1
1
1 1
1-1 1 1-1-1 1 1
1-1 1 1-1-1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
1
i
1

-1
1 -1
1 -1
1 -1
1 1
r«y[l]
1 -2 3 -1 -1 2 -1 -2 7 -2 -3 0 1 0 1 0 1
Còn tự tương quan, ta thu được bảng sau:
x[n]* -1 1 - 1 - 1 1 1 -1 -1 -1
x[n]___________________________
-1
1
-1
-1
1 -1
1 -11-
-1 1-11
-1 1-111-
-1 1-1 1 1 -1 -
rxy[l] 1 0 1 -0 -1 0 -3 -2 7 -2 -3 0 1 0 1 0 1
Đồ thị của chúng lần lượt là:
-1-1111
1 -1 -1 -1
-1111
1 1 1
-1 *1
11
Su dung ham Cross-Correlation
Hình 2.1 Sử dụng hàm tương quan chéo
Su dung ham Auto-Correlation

Hình 2.2: Sử dụng hàm tự tương quan
Chuỗi mã Barker là chuỗi :
(2.4)
12
2.2 Mã Barker
Chiêu dài Mã
2
1 -1, 1 1
3
1 1 -1
4
1-1 1 1, 1 -1 -1 -1
5
111-1 1
7
1 1 1-1-1 1-1
11
1 1 1 -1 -1 -1 1-1-1 1 -1
13 11111-1-111-11-11
Khi áp dụng hàm tự tương quan cho chuỗi mã Barker 13-bit:
{1 1 1 1 1-1-1 1 1-1 1-1 1} ta thu được kết quả đặc biệt:
1 1 1 1 1-1-1 1 1-1 1-1 1
{B13m}
1
1
1
1
1 1
1 1 1 1 1 - 1-11
1 1 1 1 - 1 - 1 1 1

1 1 1- 1-1 1 1-1
1-1 1-1 1
- 1 1 - 1 1
1 -1 1
1 1 1 1 1 1 - 1-1 1 1-1 1 *1 1
1
1 1 1 1
1- 1-1 1 1-1 1-1 1
1
1
1
-1 -1 -1 -1 -1
-1 -1 -1 -1 -1 1
1 1 1 1 - 1-1
1 1 1 - 1-11
1 1 - 1-1 1-1 1-1
1 - 1-1 1-1 1 -1
1 1-1 1-1 1
1-1 1-1 ]
-1 -1 -1 - - 1-111 -1 -1
1-1 1-1
1 1 1 1 1- 1-1 1 1-1
1 -1 1
-1 -1 -1 -1-1 - 1 1- 1-1 1*1 1 -1
1 1 1 1 1 1 -
-1 1 1-1 1-1 1
Auto
correlation 101010101010 13 010101010101
13
Chỉ có một đỉnh cực đại với biên độ gấp 13 lẩn những đỉnh còn lại.

Ngoài ra, trong nghiên cứu của chúng tôi, để đồng thời tìm kiếm các đối tượng
ờ gần và xa, mã M là mã giả ngẫu nhiên được đưa thêm vào để phát xen kẽ với mã
Barker. Mã Barker độ dài tối đa 13 bít là mã ngẳn, sẽ được đùng để tìm các mục tiêu ở
gần. Mã GNN có chiều dài mã bàng 2m - 1, với m là trọng số mũ cao nhất trong đa
thức nguyên thùy của mã.
Một chú ý là nếu dùng mã GNN dài này để tìm kiếm mục tiêu ở gần thì sẽ xảy
ra hiện tượng xung mã chưa phát hết đi đã bị chồng chập bởi sự trở về nhanh chóng
của chính xung đỏ, hoặc sự phàn xạ trở về của hai xung phản xạ từ hai mục tiêu rất
gần nhau
3. Kết quả mô phỏng việc phát mã xen kẽ, điều chế BPSK và quá trình
nén xung
3.1. Phát mã Barker và mã M đan xen, điều chế BPSK
Công cụ mô phỏng sử dụng ở đây là Matlab Simulink. Mô hình khối tạo mã
được thiết kế như trong hình 3.1. Trong mô hình này có 2 khối tạo mã, tương ứng cho
mã Barker và mã M. Sau đó hai mã được bố trí lệch pha nhau và cộng lại qua bộ cộng.
Kết quả được chi ra trong hình ảnh chụp của dao động kí trong hình 3.2.
14
Hình 3.2. Tín hiệu mã Barker và mã Mphải xen kẽ
Ở kênh 1 là hỉnh ảnh của mã Barker 13 bít. Ở đây để mô phỏng, mã được phát
như sau: Trong một khoảng thời gian lặp lại xung 156 xung nhịp thì phát ra một mã
Barker 13 bít có giá trị: {11111-1-111-11-11}.
Ở kênh 2 là mã GNN với đa thức phát sinh: X 6 + X + 1 và trạng thái ban đầu
{000001} cho 6 thanh ghi dịch.
Với bố trí như vậy, mã GNN 26 - 1 = 63 bít được phát ra có giá trị:
{111001001011011101100110101011111100000100001100010100111101000}.
Cho mã GNN phát ra trễ sau 30 xung nhịp để tránh chồng chập lên mã Barker.
Ở kênh 3, 2 tín hiệu mã này được cộng lại với nhau. Cuối cùng được dòng mã
như sau: trong 156 xung nhịp, phát ra 13 nhịp cho mã Barker, nghi 17 nhịp rồi tiếp tục
phát đi mã GNN 63 nhịp, phần cuối cùng lại về trạng thái 0.
Trên thực tế, thời gian lặp lại xung phải dài hơn để các mã trong hai xung mã

phải cách xa nhau. Ở đây để dễ dàng quan sát, chúng tôi chọn là 156 xung nhịp.
Tiếp theo, trong hình 3.3 là mô hình điều chế khóa dịch pha nhị phân BPSK
(Binary Phase Shift Keying). Bằng cách tạo ra khối sin trung tần, nhân với tín hiệu mã
được tạo trong hình 3.2, sẽ thu được tín hiệu BPSK trong hình 3.4
15
Sine Wave
Hình 3.3. Mô hình điểu chế BPSK
Hình 3.4. Điều chế khóa dịch pha nhị phán BPSK cho chuỗi mã
3.2 Mô phỏng nén xung mã Barker và mã M
Quá trình nén xung có nhiều tên gọi, là khối lọc phối hợp, là quá trinh tụ tương
quan. Đó là việc sử dụng các thanh ghi dịch để làm trễ đi các tín hiệu thu nhận được.
Sau đó tẩt cả các tín hiệu bị dịch đi này được cộng lại sẽ thành đầu ra của hàm tự
tương quan.
Quá trình tự tương quan của mã Barker 13 bít được mô tả trong bảng như đã
trình bày ở trên.
Hàm tự tương quan cho thấy sẽ có một đinh (main lobe) có độ cao bằng chiều
dài chuỗi mã Barker 13 bít. Còn tất cả các thùy phụ (sidelobes) có độ cao bàng 1. Quá
trình cũng được thực hiện tương tự với mã GNN. Sơ đồ khối mô phỏng nén xung được
trình bày trong hình 3.5.
1 6
' ** ệi
BP8K*iflnal
Lã vảo
Lối ra
T/hBPSK
T/h phản xạ
Hàmtựtưdng quan
□
Dao động kí
TỉhBPSK

T/h phản xạ
đáu ra
Hình 3.5. Mô phỏng quá trình nén xung tín hiệu mã xen kẽ
Trong hinh 3.5 cho thấy, có khối giả lập kênh truyền, trong đó có mô phỏng sự
suy hao tín hiệu và tạp nhiễu tác động vào tín hiệu.
Việc nén xung được tách thành 2 phần, một phần thiết kế cho mã Barker gồm
12 mắt trễ và bộ cộng 13 đầu vào cho 12 mắt trễ và bản thân tín hiệu phản xạ. Một
phần thiết kế cho mã GNN gồm 62 mắt trễ và bộ cộng 63 phần tử (hình 3.6).
Da tay 1
C Đ - ^ 1
Tỉh BPSK l—^
♦ '
r * 1
r ^ i
r ^ i
•
■
r * i
r * i
to
r ^ i
11
r ^ i
12
1 . 1
c i )T/h phin M
. . N é n x u n g m ã B a r k e r
_)Hàm tựtu ongquin 3
TAphỉnxạ 2 1
ỄHỈ-

4 í s 7 1 » 10 11 12 11 14 !«
ỂhS
áhầhỂhỂhảHẳh
.Q r
TABPSK
Nén xung mi GNN L
Hĩnh 3.6. Aíạch nén xung cho 2 loại mã
Trong trường hợp mức tạp nhiễu thấp, ta có tín hiệu đầu ra thể hiện trên hỉnh 3.7.
Trong đó, kênh 1 là tín hiệu phản xạ thu được qua kênh truyền.
Tín hiệu kênh 2 là đầu ra khối nén mã Barker, có đỉnh chính có độ cao khoảng 13.
Tín hiệu kênh 3 là đầu ra khối nén mã GNN, đỉnh chính có độ cao xấp xỉ 60.
Trong tín hiệu thử 3 này có hai đỉnh cao 60 tương ứng với 2 xung mã GNN, còn 2 đỉnh
thấp hơn có độ cao xấp xỉ 35, báo hiệu cũng một xung mã GNN, nhưng có biên độ
thấp hơn. Lí do ở đây là mã GNN có tính chất vòng, với chuỗi mã 63 bít đưa ra ở trên
được phát ra bắt đầu ở bất cứ bít nào.
Vì vậy với xung mã thứ 2, độ tự tương quan không cao (-35), tuy nhiên cũng đủ để ta
nhận biết đó là dấu hiệu của tín hiệu phản xạ.
Khi tăng mức nhiễu lên, tín hiệu gần như bị chìm hoàn toàn trong nhiễu. Nếu không có
kỳ thuật nén xung thì xem như không thể nhận biết được là có tín hiệu phản xạ trở về.
Nhưng trên hình 3.8 cho thấy đầu ra cùa khối nén xung cho hai loại mã báo hiệu rõ
ràng sự trở về của tín hiệu.
Hình 3.7. Kết quả của việc nén xung(khi mức nhiễu thấp)
- .1
-I
1
Hình 3.8. Kết quà cùa việc nén xung (khi mức nhiễu cao)
18
KỂT LUẬN
So sánh với mục tiêu để ra của đề tài, kết quả thu được của chúng tôi đã hoàn
thành được mục tiêu đề ra.

Các kết quả gồm có:
■ 01 bài báo VNU 2008: Simulation of Alternative Transmission of Barker
Code and M-Code in Radar System to Detect Near and Far Targets
■ 01 bài báo in Kỷ yếu Proceedings of ICT.rda'08. Hanoi Aug. 8-9, 2008:
Nghiên cứu kĩ thuật phát tín hiệu mã xen kê tìm kiếm các mục tiêu gần và
xa trong cảc hệ thống rađa hiện đại
■ 01 chương trình mô phòng kỳ thuật nén xung
■ 01 khóa luận tốt nghiệp sinh viên khóa K49, 2008
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là qua sự thiết kế và mô phỏng trên môi trường Matlab
Simulink, giải pháp kỹ thuật phát xen kẽ 2 loại mã ngắn và dài tương ứng là mã Barker
và mã GNN được kiểm tra là có thể thực hiện được. Hơn nữa, việc phát xen kẽ này
hoàn toàn không ảnh hưởng gì đến quá trình xử lí tín hiệu phản xạ thu về, cụ thể ờ đây
đưa ra là quả trình nén xung. Với hai khối nén xung cấu trúc riêng biệt, phần xử lí tín
hiệu hoàn toàn có thể nhận biết được có tín hiệu trở về hay không, và tín hiệu đó thuộc
loại mã nào phát đi.
Những kết quả nghiên cứu này đang tiếp tục được nhóm tác giả bắt đầu triển khai
trên các bo mạch phần cứng, tập trung vào khai thác các hệ vi xử lý và các linh kiện tái
cấu hình.
19
TÀI LIÊU THAM KHẢO
[1]. Bassem R. Mahafza, “Matlab Simulation for Radar Systems Design”, Chapman
& Hall /CRC, 2004.
[2]. Christian Wolff, “Radar Basics”, Germany, 1997
[3]. Christian Wolff, “Radar Handbooks”, Germany, 1997
[4]. Nadav Levanon, “Noncoherent Pulse Compression”, IEEE Transactions on
Aerospace and Electronic Systems, Vol. 42, NO. 2 APRIL 2006
[5]. Jeffrey s. Fu, “Phase-coded Pulse Compression Implementation for Radar
Performance Analysis'', 0-7803-2046-8/94/S4.00 1994 IEEE
20
PHU LUC

• *
1. Bài báo Tạp chí VNU
Do Trung Kien1, Bach Gia Duong 2, Simulation of Alternative Transmission of
Barker Code and M-Code in Radar System to Detect Near and Far Targets
(Hiện đang trong quá trinh in ấn)
2. Bài báo Kỷ yếu hội nghị ICT.rda’08
Đỗ Trung Kiên, Bạch Gia Dương, Nghiên cứu kỹ thuật phát tín hiệu mã xen kẽ
tìm kiếm các mục tiêu gần và xa trong các hệ thống rađa hiện đại
(Hiện đang trong quá trình in ấn Proceeding)
3. Photocopy bìa luận văn Đại học được thực hiện theo hướng đề tài
Khóa luận Đại học:
• Nguyễn Mạnh Hùng, K49 Vật lý, Thiết kế, chế tạo mô-đun phát tín hiệu
mõ pha và mô phỏng kĩ thuật nén xung trong các hệ thống radar hiện
đại, 2008.
Điểm khóa luận: 10
21
1. BàibáoVNU
Simulation of Alternative Transmission of Barker Code and
M-Code in Radar System to Detect Near and Far Targets
Do Trung Kien1, Bach Gia Duong2
1Faculty o f Physics, College o f Science
Research Center fo r Electronics and Telecommunication, College o f Technology
Vietnam National University
Abstract, This report suggests a technical solution to detect targets both in near and far ranges.
Barker code 13 bit and long M-code which are generated alternatively are modulated by BPSK
method and transmitted out in a form of train of pulses. The results of simulations show that this
solution ensures the high resolution of near targets and power of transmitted pulse for detecting of
far targets. The channel of transmission is designed with variable levels of attenuation and white
noise. The technique of pulse compression is also investigated with Barker code and M-code that
improves dramatically the signal to noise ratio. The system will be researched and fabricated with

microcontroller and FPGA devices.
Keywords; Barker code, M-code, alternative transmission, BPSK, pulse compression, simulation
1. Introduction
Radar systems were invented in early days and developed rapidly in the World War II.
Nowadays, requirements for radar systems are more and more complicated and diversified. Therefore,
many types o f radar were fabricated with different specifications. However, improvements o f radar are
always attractive scientists and radar designers [1-3].
By this motivation, purposes o f our work are using simulation tool to investigate a system that
can detect targets in near and far regions simultaneously. Pulse compression technique will be also
simulated with the reflected signal o f this system to ensure effective operation o f system.
2. Some radar theories using for simulations 11 {
parameters: (SNR)„ul = rA ' ' _ (1)
Radar equation is the most important expression in description of relationships of radar system’s
P,G2Ẳ2a
(4 xfk T 'B F L R
Where p, is the peak transmitted power, G is antenna gain, Ả is wavelength, a is radar cross
section RCS, k is the Boltzman constant, Tc is the effective noise temperature, B is the bandwidth, F =
(SNR)m / (SNR)„U, is the noise figure, L is the radar losses.
P f iU 'a ^
Maximum range Rmm : RmiX -
(47rý kTt,B FịSNR )u
(2)
Range resolution AR: ^ C/ l B
r is the pulse width. The formulas (1), (2) show that both o f (SNR),,,,! and Rm„, will increase
22
when Pi or T increase. But follow (3), it will also increase the AR, or reduce the resolution. So there is
a conflict when radar designers want to improve these parameters.
Solution here is pulse compression techniques [4,5]. In transmitting, ữansmitter will emit wide
pulses to ensure enough transmitted power. In receiving, these pulses are broken into sub-pulses that
are shorter, and o f course, it will improve the resolution o f radar. Barker codes are often used with the

technique because o f its auto-correlation, output o f the compression block, has a main peak's
magnitude equal to length o f Barker sequence N, and side peaks magnitude are one. This outstanding
property helps us easily recognize reflected pulses and the instant them come back. The Barker codes
are listed in Table 1 and auto-correlation function is shown in Figure 1.
Table 1: Barker sequences
Length _ Length
Sequences Sequences
N N
2 10
7 1110010
3
110
11
11100010010
4 1110
13 1111100110101
5 11101
Fig
1. Auto-correlation function as the output of pulse
compressor of Barker code 13 bit.
Further, in our research, to detect near and far targets simultaneously, M-codes, which are
pseudo noise (PN) codes, are chosen to transmit alternatively with Barker codes. Maximum Barker
code length is 13 will be used to search near targets. PN codes have long length equal
2m - ], while m
is highest weight in primitive polynomial. A note that if we use long codes to detect near targets, it is
easily happens a phenomena of superposition of transmitted pulse with its received pulses, or
superposition of two or more echoes from very close targets.
3. Results and discussion
Barker code and M -code alternative transmissions, BPSK modulation
A tool that we used was Matlab Simulink. Model of code generator is designed in Figure 2.

This model involves two blocks o f code creators for Barker and M-code, respectively. Two codes are
generated diphase by themselves and added by adder. Figure 3 shows the process o f BPSK
modulation, with intermediate frequency (IF) multiples code signal. Figure 5 is this process signals.
In Figure 4, Barker code is {11111-1-111-11-11}. The M code 63 bit with primitive polynomial
x6 + X + 1 and initial state {000001} has sequence:
{ 111001001011011101100110101011111100000100001100010100111101000}
Fig 2. Model of Barker code and M code generator rig.3. Model of BPSK modulator
23
Fig 4. Signals of alternative Barker code and M-code Fig 5. BPSK signal of Barker code and M-code
Pulse compression sim ulation o f BPSK signal of Barker code and M-code
In fact, a process o f pulse compression is a matched filter with output is autocorrelation
function. It uses registers to delay signals and sum all to form autocorrelation function. Block model of
this process is shown in Figure 6, Results of pulse compression processes are shown in Figure 7.
In the Figure 6, we have the simulated channel that includes attenuation block and noise adding.
The process o f pulse compression is separated into two parts. One part designed for Barker code is
involved twelve delay taps and an adder 13 inputs for outputs of twelve delay taps and the signal itself.
Another part for M-code is composed o f 62 delay taps and adder 63 inputs.
M-coda puls* compression
Fig 6. Pulse compression process ofBPSK. signal
Fig 7. Pulse compression process of BPSK signal (a) Low noise, (b) High noise
In Fig.7a, case o f low noise, first signal is the reflection that receives from output of the
channel. Second signal is output o f Barker code pulse compression with peak magnitude about 13.
This is the length or the number o f bits of Barker code. Third signal is output o f M-code pulse
compression. We note that in the third signal, there are two peaks approximately 60. while other is 35.
It due to the circular property o f M-code, M sequence can be start with any bit of 63 bits mentioned
above. That means the structure o f pulse compression processor slightly not match the structure o f
24
sequence. If we want to have more beautiful picture, we can create 63 processors matching 63
sequences o f this M-code, and average 63 auto-correlation functions. However, the peaks o f 35 in
height are enough to recognize the reflections. In Fig.7b, case of high noise, the signals are buried in

noise. But with the technique o f pulse compression, we also detect the reflections.
4. Conclusion
With the design and simulation in the Matlab Simulink environment, the solution o f alternative
transmission of short code and long code are done. The reflected signal, the output o f the virtual
channel, is processed in the pulse compression processor. The processor included two separated blocks
for Barker code and M-code respectively, will help the radar operators recognize existence o f the
echoes and which these echoes are.
Acknowledgments. This work is implemented with the help o f the “QT-08-09” project that is support
by the College o f Science, Vietnam National University. I would like to thank for the help.
References
[1 ] Bassem R. Mahafza, Matlab Simulation for Radar Systems Design, Chapman & Hall /CRC, 2004.
[2] Christian WolfT, Radar Basics, Germany, 1997
[3] Christian Wolff, Radar Handbooks, Germany, 1997
[4] Nadav Levanon, Noncoherent Pulse Compression, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 42,
NO. 2, p.756, 2006.
[5] Jeffrey s. Fu, Phase-coded Pulse Compression Implementation for Radar Performance Analysis, 0-7803-2046-
8/94/Ì4.00 1994 IEEE, p. 1039.
25