Nguyên lý hoạt động của radar trong hệ thống VTS

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp em đã nhận đƣợc nhiều sự giúp đỡ từ
phía nhà trƣờng, khoa, thầy cô và bạn bè trong lớp. Tất cả đã tạo điều kiện tốt
nhất để em có thể thực hiện đồ án này.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy giáo hƣớng dẫn
Th.S Nguyễn Ngọc Sơn đã hƣớng dẫn em rất tận tình. Thầy luôn giúp đỡ em
trong quá trình làm đồ án. Nhờ vậy em mới có thể hiểu thêm về các vấn đề khó
trong hệ thống VTS. Nhờ đó em mới có thể hoàn thành đƣợc đồ án này.
Do hiểu biết còn ít nên đồ án của em còn nhiều thiếu sót. Kính mong thầy cô
thông cảm.
Hải Phòng, ngày tháng năm 2015
Sinh viên thực hiện


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan:
1. Những nội dung đƣợc viết trong đồ án là do chính tay em thực hiện dƣới
sự hƣớng dẫn trực tiếp của thầy giáo Th.S Nguyễn Ngọc Sơn.
2. Mọi tài liệu tham khảo đƣợc trích dẫn rõ ràng về tên tác giả, tên công
trình và thời gian công bố.
Sinh viên


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................
MỤC LỤC ...........................................................................................................
MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN ........................................
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ..............................................................................
PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................. i
CHƢƠNG 1: TổNG QUAN Về Hệ THốNG VTS VÀ CảNG HảI PHÒNG ....... 1

1.1. Sự phát triển của Cảng Hải Phòng và tính cấp thiết của hệ thống VTS ........ 1
1.1.1. Lịch sử ra đời và phát triển của Cảng Hải Phòng ...................................... 1
1.1.2. Tính cấp thiết của hệ thống VTS .............................................................. 3
1.2. Lịch sử ra đời và phát triển của hệ thống VTS ............................................. 4
1.2.1. Khái niệm về hệ thống VTS ..................................................................... 4
1.2.2. Lịch sử ra đời và phát triển của hệ thống VTS ......................................... 5
1.2.3. Các dịch vụ đƣợc cung cấp bởi hệ thống VTS .......................................... 6
1.2.4. Ứng dụng của hệ thống VTS .................................................................... 8
1.3. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ thống........................................... 10
1.3.1. Cấu hình toàn bộ hệ thống ...................................................................... 10
1.3.2. Mô tả hệ thống VTS ............................................................................... 11
1.3.3. Cấu trúc của hệ thống VTS tại Hải Phòng .............................................. 12
1.3.4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống .......................................................... 13
1.3.5. Đánh giá ƣu, nhƣợc điểm của hệ thống VTS tại Hải Phòng .................... 13
CHƢƠNG 2: NGUYÊN LÝ HOạT ĐộNG CủA RADAR TRONG Hệ THốNG
VTS .................................................................................................................. 15
2.1. Khái niệm chung ....................................................................................... 15
2.2. Nguyên lý hoạt động của radar .................................................................. 15
2.2.1. Xung điện ............................................................................................... 17
2.2.2. Nguyên lý phát xung trong radar ............................................................ 18
2.2.3. Cơ cấu hiện thị ảnh của radar.................................................................. 19


2.2.4. Nguyên lý đo khoảng cách...................................................................... 19
2.2.5. Nguyên lý đo góc ................................................................................... 21
2. 3. Đánh giá tầm quan trọng của radar trong hệ thống VTS............................ 22
CHƢƠNG 3: PHÂN TÍCH ĐIềU KHIểN CÔNG SUấT CủA RADAR TRONG
Hệ THốNG VTS .............................................................................................. 24
3.1. Giới thiệu về radar SCANTER 5102 ......................................................... 24
3.1.1. Giới thiệu chung về radar SCANTER 5102 ............................................ 24

3.1.2. Khả năng theo dõi mục tiêu của radar SCANTER 5102 ......................... 27
3.2. Phân tích điều khiển công suất của radar trong hệ thống VTS ................... 28
3.2.1. Mô tả chức năng ..................................................................................... 29
3.2.2. Các chức năng của phần mềm................................................................. 32
3.3.3 Bộ khuếch đại công suất bằng bán dẫn ( SSPA) ...................................... 32
3.3.4. Sự suy giảm của bộ khuếch đại công suất .............................................. 34
3.3.5. Nén xung ................................................................................................ 35
3.3.6. Công suất truyền giới hạn ....................................................................... 38
3.3.7. Kiểm soát và sử dụng radar .................................................................... 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 42
NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN .............................
ĐÁNH GIÁ CỦA NGƢỜI PHẢN BIỆN .............................................................


MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

AIS

Automatic Identification System - Hệ thống tự động nhận dạng

BITE

Built In Test Equipment - Hệ thống kiểm tra cài đặt thiết bị

IP

Internet Protocol - Giao thức mạng internet

CSS

Coastal Surveillance Service - Dịch vụ giám sát bờ biển

VTS

Vessel Traffic Service - Hệ thống kiểm soát lƣu thông tàu biển

FD

Frequency Diversity - Đa dạng về tần số

TD

Time Diversity - Đa dạng về thời gian

MTI

Moving Target Indicator - Mục tiêu di dộng

LAN

Local Area Network - Mạng nội bộ

WAN

Wide Area Network - Mạng diện rộng

SSPA

Solid State Power Amplifier - Bộ khuếch đại công suất bằng bán dẫn

CP(4)

Common Platform (Board)

PC

Personal Computer - máy tính cá nhân

LAN

Low noise amplifers - Bộ khuếch đại tập âm thấp

PA

Power Amplifier - Bộ khuếch đại công suất

PSLR

Peak Sidelobe Level Ratio – Đỉnh mức sóng phụ so với mức sóng cạnh


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số hình

Tên hình

Trang

1.1

Cảng Hải Phòng những ngày đầu thành lập

2

1.2

Cảng Hải Phòng ngày nay

2

1.3

Một số ứng dụng quan trọng của hệ thống VTS

9

1.4

Cấu hình thiết bị vô tuyến cơ bản trong hệ thống kiểm soát
lƣu thông trên biển (VTS)

10

1.5

Sơ đồ hệ thống VTS cho Cảng Hải Phòng

12

2.1

Sơ đồ khối trạm của một tram radar

16

2.2

Các xung trong radar

17

2.3

Nguyên lý hoạt động của radar phát xung

18

2.4

Nguyên lý xác định khoảng cách mục tiêu

20

2.5

Nguyên lý đo góc phƣơng vị

21

3.1

Hình ảnh hiện thị trên radar SCANTER 5102

24

3.2

Máy thu phát trong SCANTER 5102

25

3.3

Sơ đồ thành phần hệ thống radar SCANTER 5102

26

3.4

Giao diện, khai thác mục tiêu, theo dõi mục tiêu của radar
SCANTER 5102

28

3.5

Modun chế biến xung của radar SCANTER 5102

29

3.6

Sơ đồ khối hệ thống thu phát

30

3.7

Cấu tạo bên trong máy thu phát trong hệ thống radar
33

SCANTER 5102

3.8

Phạm vi hoạt động với công suất tiêu thụ nguồn

35

3.9

Mô hình giản lƣợc của nguyên tắc nén xung

36

3.10

Phác họa nguyên tắc trình tự truyền

37

3.11

Hình ảnh trên radar truyền thống và radar SCANTER 5102

38

3.12

Sử dụng công suất truyền giới hạn

39


PHẦN MỞ ĐẦU
Trong quá trình hội nhập và phát triển của đất nƣớc Cảng đóng vai trò vô
cùng quan trọng. Cảng là đầu mối giao thông trên biển, là nơi vận chuyển và lƣu
thông hàng hóa.
Vì vậy nhiều Cảng mới đã đƣợc nhà nƣớc và các doanh nghiệp đầu tƣ mạnh
mẽ xây dựng. Có nhiều hệ thống quản lý khai thác Cảng đã đƣợc ứng dụng và
một trong số đó là hệ thống lƣu thông tàu trên biển (VESSEL TRAFFIC
SERVICE – VTS ) đƣợc ứng dụng rộng nhất.
Radar là một trong những bộ phận không thể thiếu đƣợc trong hệ thống
VTS. Sau đây em xin trình bày những hiểu biết của em về rađar trong hệ thống
VTS. Đồ án của em gồm 3 chƣơng:
Chƣơng 1: Tổng quan về hệ thống VTS và Cảng Hải Phòng
Chƣơng 2: Nguyên lý hoạt động của radar trong hệ thống VTS
Chƣơng 3: Phân tích điều khiển công suất radar trong hệ thống VTS

i

CHƢƠNG 1:
TổNG QUAN Về Hệ THốNG VTS VÀ CảNG HảI PHÒNG
1.1. Sự phát triển của Cảng Hải Phòng và tính cấp thiết của hệ thống VTS
1.1.1. Lịch sử ra đời và phát triển của Cảng Hải Phòng
Trƣớc cách mạng tháng 8 và trong các cuộc kháng chiến chống quân Pháp
xâm lƣợc Cảng đóng vai trò vô cùng quan trọng là đầu mối giao thông nhƣ vận
chuyển thực phẩm, vũ khí, đạn dƣợc.. hoặc là nơi đƣa đón cán bộ về nƣớc để
lãnh đạo kháng chiến.
Trong cuộc kháng chiến chống Mỹ Cảng là nơi vô cùng quan trọng để vận
chuyển hàng hóa lƣơng thực.... để tiếp viện cho miền nam.
Sau ngày giải phóng Hải Phòng Cảng Hải Phòng và nhân dân thành phố đã
bắt tay vào xây dựng kinh tế sau chiến tranh. Đƣợc sự giúp đỡ của một số nƣớc
bạn hệ thống cầu Cảng đã đƣợc xây dựng thành công và có thể đón những loại
tàu lớn và rất nhiều xe vận tải các loại.
Ngày 11/3/1993 bộ Giao Thông Vận Tải đã ra quyết định 367/TCCB-LDD
về việc thành lập Cảng Hải Phòng. Với sự phát triển không ngừng của nền kinh
tế thời hiên đại, Cảng cũng phải tự đổi mới mình để phù hợp, do đó đã thành lập
ra rất nhiêu xí nghiệp xếp dỡ, xí nghiệp hàng rời vvv.
Cảng đã chú trọng đầu tƣ vào các khu vực trọng điểm và tổ chức khai thác
tối đa những gì mình hiện có. Cảng đã tiến hành đầu tƣ, nâng cấp nhiều kho
hành, bến bãi nên ngày càng thu hút đƣợc nhiều hàng hóa lƣu thông qua Cảng.
Từ năm 1997 Cảng đã chú trọng và triển khai nâng cấp, cải tạo Cảng Hải
Phòng theo quyết định số 492/TTG của thủ tƣớng chính phủ với tổng số vốn
40.000.000 USD bằng nguồn vốn ODA của Nhật Bản.
Hiện nay với hệ thống cầu Cảng dài 2600m với tổng diện tích bãi chứa hàng
là 40.000m2 hệ thống kho bãi đầy đủ nên Cảng Hải Phòng đƣợc đánh giá là một
trong những Cảng hàng đầu ở Việt Nam.

1


Hình1.1 Cảng Hải Phòng những ngày đầu thành lập

Hình1.2 Cảng Hải Phòng ngày nay

2


1.1.2. Tính cấp thiết của hệ thống VTS
Hệ thống quản lý giao thông tàu biển tại Cảng Hải Phòng có tầm quan trọng
đặc biệt trong việc quản lý, giám sát, bảo đảm hàng hải trong khu vực Hải
Phòng. Hệ thống VTS còn giúp công tác quản lý điều hành, giám sát số lƣợng
tàu bè ra vào Cảng dễ dàng hơn.
Bảo đảm an toàn hàng hải, trợ giúp quá trình tìm kiếm và cứu nạn tàu có
nguy cơ gặp nạn, hạn chế đến mức thấp nhất tai nạn hàng hải và ô nhiễm môi
trƣờng.
Các thủ tục ra vào Cảng đƣợc tiến hành nhanh chóng, tiện lợi, giảm thiểu
thời gian đối với các tàu khi cập Cảng.
Ngày nay do sự phát triển không ngừng nghỉ của khoa học công nghệ việc
Cảng Hải Phòng đƣa hệ thống VTS vào ứng dụng đã tăng tính hấp dẫn, cũng
nhƣ khẳng định đƣợc vị thế của Cảng trên trƣờng quốc tế.
Hỗ trợ kiểm soát, tăng cƣờng việc bảo vệ quốc phòng an ninh cũng nhƣ bảo
vệ toàn vẹn lãng thổ trên biển.
Khi hệ thống đi vào hoạt động, sẽ giúp ích rất nhiều trong công tác quản lý
phƣơng tiện lƣu thông trên toàn tuyến luồng, tham gia vào công tác an toàn và
cứu nạn trên biển, bảo vệ môi trƣờng.
Tại các vị trí điều hành của hệ thống sẽ có đƣợc sự liên lạc và hợp tác với tất
cả các phƣơng tiện trong vấn đề bảo đảm an toàn hành hải, quản lý và kiểm soát

các thông tin khí tƣợng thuỷ văn cũng nhƣ an toàn và đƣa ra đƣợc những thông
tin chính xác cho hoa tiêu và ngƣời điều khiển phƣơng tiện.
Hệ thống đƣa ra các điểm kiểm soát (Calling point) mà khi các phƣơng tiện
thuỷ vƣợt qua các vị trí này phải báo cáo với các sỹ quan điều hành VTS về
hƣớng di chuyển cũng nhƣ tốc độ di chuyển: Việc qui định các điểm cụ thể này
giúp cho việc quản lý đƣợc dẽ dàng và cập nhật thƣờng xuyên nhằm đƣa ra một
thông tin chính xác về số lƣợng và vị trí của các tàu đang tham gia lƣu thông
trên luồng.

3


Hệ thống cũng giúp cho các nhà quản lý nắm đƣợc vết hành trình của các tàu
chuyên chở các chất nguy hiểm đang tham gia lƣu thông trên luồng giúp cho
việc bảo đảm an toàn hành hải tốt hơn và phòng chống đƣợc các nguy cơ đâm va
có thể xảy ra gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến môi trƣờng.
Khi kiểm soát trên tuyến luồng, các sỹ quan điều hành hệ thống khi quan sát
trên màn hình chỉ báo thấy có dấu hiệu có thể gây đâm va hay nghi ngờ có thể
dẫn đến khả năng đâm va có quyền đƣa ra các yêu cầu điều chính hƣớng và tốc
độ đối với các phƣơng tiện nhằm giảm thiểu và ngăn ngừa khả năng tai nạn xảy
ra
Khi hệ thống đi vào hoạt động thì các phƣơng tiện vận tải đƣờng sông có
chiều dài dƣới 20m không đƣợc tham gia lƣu thông trên luồng chính điều này sẽ
giúp cho công tác quản lý luồng đƣợc hiệu quả hơn.
Khi đƣa hệ thống vào áp dụng thì một khung pháp lý về hành hải trong vùng
nƣớc quản lý của VTS cũng sẽ đƣợc áp dụng và phù hợp với luật pháp Hàng hải
Quốc tế cũng nhƣ luật Hàng hải Việt Nam.
Cùng với sự tăng trƣởng của nền kinh tế quốc dân, sự phát triển của ngành
hàng hải nói chung và của khu vực Cảng Hải Phòng nói riêng đang có những
bƣớc nhảy vọt. Điều này đƣợc chứng minh qua lƣợng hàng hoá xuất nhập khẩu

trong khu vực Cảng những năm gần đây.
Với đặc điểm luồng vào với lƣu lƣợng tàu bè lƣu thông trên tuyến là rất lớn
và ngày càng gia tăng cùng với sự điều hành giám sát và quản lý tuyến luồng
chủ yếu bằng mắt thƣờng và đơn giản nhƣ hiện nay là không đáp ứng nổi, các tai
nạn hành hải liên tiếp xảy ra và ngày càng gia tăng gây thiệt hại nghiêm trọng
đến tính mạng và tài sản, gây ô nhiễm môi trƣờng.
1.2. Lịch sử ra đời và phát triển của hệ thống VTS
1.2.1. Khái niệm về hệ thống VTS
VTS (Vessel Traffic Service)- Hệ thống kiểm soát lƣu thông tàu biển là hệ
thống dịch vụ ứng dụng công nghệ hiện đại, công nghệ số. Hệ thống đƣợc lắp
đặt trên Cảng hoặc bến tàu, hệ thống này tƣơng tự nhƣ hệ thống điều khiển
4


không lƣu cho máy bay trên các vùng trời. Hệ thống VTS sử dụng các thiết bị
nhƣ Radar, Camera giám sát (CCTV), sóng điện trên tần số cực cao VHF và hệ
thống nhận dạng tự động (Automatic Identification System -AIS) để theo dõi và
bám vết về sự di chuyển của phƣơng tiện và đáp ứng và đảm bảo an toàn hàng
hải trên các luồng và vùng biển. Bên cạnh đó, hệ thống còn có khả năng cung
cấp thông tin ngừng hoạt động của đèn Hải Đăng.
1.2.2. Lịch sử ra đời của và phát triển của hệ thống VTS
Ngày 19/8/2015, Bộ Giao thông vận tải, Ủy Ban nhân dân thành phố Hải
Phòng, Cục Hàng hải Việt Nam, Cảng vụ hàng hải Hải Phòng tổ chức Lễ khánh
thành và gắn biển công trình chào mừng 70 năm Ngày truyền thống Ngành Giao
thông vận tải Việt Nam cho Hệ thống quản lý hành hải tàu biển (VTS) luồng Hải
Phòng.
Dự án Đầu tƣ xây dựng hệ thống quản lý hành hải tàu biển (VTS) luồng Hải
Phòng theo hình thức BT do Liên danh nhà đầu tƣ Công ty CP Đầu tƣ Phát triển
Công nghệ Điện tử Viễn thông (Elcom Corp) và Công ty CP Hạ tầng Đông Á
thực hiện và hoàn thành sau gần 7 tháng thi công. Hệ thống quản lý hành hải tàu

biển (VTS) luồng Hải Phòng bao gồm: Trung tâm điều hành tại Cảng vụ hàng
hải Hải Phòng, 2 trạm radar và các tuyến viba kết nối giữa các trạm. Hệ thống có
các tính năng ƣu việt của một hệ thống công nghệ cao nhƣ: Trợ giúp, hƣớng dẫn
thông báo kịp thời các thông tin về vị trí neo đậu, thông tin về chƣớng ngại vật,
lƣu lƣợng tàu thuyền trên toàn tuyến luồng, đặc biệt trong điều kiện thời tiết xấu,
mật độ phƣơng tiện trên luồng cao. Trợ giúp công tác đảm bảo an toàn hàng hải,
an ninh hàng hải, phòng chống cháy nổ, bảo vệ môi trƣờng. Hỗ trợ điều động
tránh va chạm, ngăn ngừa mắc cạn, điều tra tai nạn hàng hải. Hỗ trợ công tác tìm
kiếm cứu nạn trong khu vực. Hỗ trợ các cơ quan hữu quan thực hiện chức năng
quản lý Nhà nƣớc tại Cảng biển.
Cảng biển Hải Phòng là cửa ngõ thông ra biển của vùng kinh tế trọng điểm
phía Bắc. Hệ thống Cảng biển Hải Phòng hiện có 39 doanh nghiệp Cảng quản lý
42 bến Cảng với tổng chiều dài mép bến lên đến hơn 10,5 km. Trong những năm
5


qua, sản lƣợng hàng hóa và số lƣợt tàu thuyền thông qua khu vực Cảng biển
không ngừng tăng cao, số lƣợng tàu vận tải cỡ lớn hơn đến và rời khu vực Cảng
biển Hải Phòng ngày càng tăng gây áp lực cho công tác quản lý Nhà nƣớc về
hàng hải tại Cảng biển.
Với việc đƣa Hệ thống VTS luồng Hải Phòng vào hoạt động, Cảng vụ hàng
hải Hải Phòng có thêm công cụ quản lý hiện đại giúp tăng cƣờng quản lý giám
sát các hoạt động hành hải trong khu vực, nâng cao hiệu quả quản lý Nhà nƣớc
tại vùng nƣớc Cảng biển, hỗ trợ công tác điều tiết giao thông hàng hải, cung cấp
thông tin an toàn cho tàu thuyền giúp thực hiện tốt hơn công tác bảo đảm an
toàn hàng hải, an ninh hàng hải và bảo vệ môi trƣờng.
1.2.3. Các dịch vụ được cung cấp bởi hệ thống VTS
Dịch vụ thông tin, là dịch vụ đảm bảo rằng các thông tin cần thiết phải sẵn
sàng kịp thời để ra các quyết định về lái tàu kịp thời. Các thông tin này đƣợc
cung cấp bằng cách phát quảng bá rộng rãi vào các thời điểm với chu kỳ cố định

hoặc theo yêu cầu của tàu thuyền, và có thể bao gồm cả các thông báo về vị trí,
nhận dạng và các dự định của tàu khác, thông tin về luồng, thông tin thời tiết,
các nguy hiểm, các thông tin có thể ảnh hƣởng đến việc quá cảnh của tàu và một
số thông tin cần thiết khác.
Dịch vụ tổ chức lƣu lƣợng giao thông, là dịch vụ để ngăn sự phát sinh tình
huống lƣu thông hàng hải nguy hiểm và cung cấp cho an toàn, di chuyển hiệu
của của các tàu thuyền. Dịch vụ này liên quan đến quản lý khai thác lƣu thông
và chuyển tiếp các thông tin về di chuyển của tàu để ngăn chặn sự tắc nghẽn và
tình huống nguy hiểm và có liên quan đến mật độ lƣu thông cao hoặc khi sự di
chuyển của phƣơng tiện mà ảnh hƣởng lớn đế lƣu lƣợng giao thông trên biển.
Dịch vụ này cũng bao gồm việc thiết lập và vận hành hệ thống để đảm bảo
thông thoáng lƣu lƣợng hoặc kế hoạch di chuyển hoặc cả hai để đặt ƣu tiên cho
việc di chuyển, phân bổ khoảng trống (space), thông báo bắt buộc về di chuyển,
tuyến phải theo, giới hạn về tốc độ và chuẩn bị các phƣơng tiện khác phù hợp
đƣợc xem xét và chỉ huy bởi cơ quan VTS. Dịch vụ này đặc biệt quan trọng
6


trƣờng hợp thời tiết hoặc dẫn đƣờng khó. Dịch vụ này đáp ứng yêu cầu của tàu
hoặc bởi Cơ quan quản lý hệ thống VTS thấy cần thiết phải thực hiện.
Để hệ thống hoạt động chính xác và hiệu quả, nhân viên vận hành hệ thống
VTS, theo yêu cầu của IMO khai thác viên phải có trình độ và bằng cấp cũng
nhƣ phải đƣợc đào tạo để thực hiện các công việc tại hệ thống VTS. Nội dung
đƣợc đào tạo cũng nhƣ khối lƣợng kiến thức đã đƣợc IMO quy định để đảm bảo
đáp ứng vận hành hệ thống VTS.
Với hiểm họa trên biển luôn rình rập từ bão tố, sóng lớn, gió to tiếng nói con
ngƣời thật là nhỏ nhoi và hạn chế, nhìn thấy nhau từ xa mà không thể trao đổi
thông tin đƣợc nhau. Có ngƣ dân đƣợc cứu nạn trở về kể lại: Khi tàu bị phá
nƣớc, tàu chìm tất cả các thuyền viên chỉ biết bám vào mảnh gỗ còn lại của tàu
lênh đênh trôi dạt theo sóng biển, nhìn thấy tàu bạn từ xa di chuyển, tất cả

thuyền viên đồng thanh gọi mà tiếng gọi chìm trong tiếng sóng và sự mênh
mông biển, lúc đó ƣớc ao giá có thiết bị nào “nhìn” đƣợc điều này trong phạm vi
cho phép. Biết đƣợc điều này IMO đã yêu cầu các chính phủ thành viên cần phải
trang bị hệ thống thiết bị VTS để giám sát các vùng biển.
Do giám sát đƣợc chặt chẽ lƣu lƣợng giao thông trên luồng và các vùng biển,
phòng tránh va chạm, hỗ trợ dẫn đƣờng hàng hải, hệ thống VTS còn có chức
năng nhận dạng và theo dõi các tàu trong khu vực tìm kiếm và cứu nạn. Chức
năng tìm kiếm cứu nạn sẽ cho phép các cơ quan chức năng yêu cầu một dịch vụ
đƣợc gọi là SAR cung cấp thông tin về hiện trạng cục bộ (giới hạn trong đặc
điểm và vị trí của tàu) trong một khu vực xác định (đƣờng tròn hay hình chữ
nhật). Nhờ vào thông tin này, có thể quản lý tốt hơn hoạt động tìm kiếm và cứu
nạn trên biển.
Một số nƣớc lân cận Việt Nam đã trang bị VTS sẽ biết đƣợc thuyền lạ xâm
phạm vùng biển họ sẽ biết ngay khi có sự xâm phạm, do vậy bà con không nên
vì ham mê đánh bắt mà xâm phạm chủ quyền của họ mà dễ bị phát hiện rồi bị
bắt, bị phạt tiền hoặc thu giữ phƣơng tiện.

7


1.2.4. Ứng dụng của hệ thống VTS
Các Radar SCANTER 5102 cung cấp hiệu suất làm việc vƣợt trội nhờ thiết
kế thông minh và ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến, phù hợp cho tất cả hệ
thống VTS và các ứng dụng cùa CSS.
Các SCANTER 5102 cung cấp hiệu suất phát hiện cao nhƣ một radar đa
năng và linh hoạt:
-Kiểm soát và giám sát của tàu giao thông trên biển
- Giám sát bề mặt
-Tìm kiếm và cứu hộ
Hệ thống quản lý giao thông trên biển( VTS) và dịch vụ giám sát bờ biển

(Coastal Surveillance Service - CSS) liên tục đƣợc mở rộng và không ngừng
phát triển bởi những nhu cầu ngày càng tăng để giám sát hiệu quả hơn các tàu
giao thông trên biển và để phát hiện các hoạt động bất hợp pháp trong môi
trƣờng biển:
- Những kẻ buôn lậu trên những chiếc thuyền tốc độ rất nhanh
- Ngƣời nhập cƣ bất hợp pháp
-Tàu thuyền với ý định thù địch
- Đánh bắt trái phép
-Tàu gây ô nhiễm môi trƣờng biển. VD tàu trở dầu....
Kích thƣớc nhỏ của một số các mục tiêu làm cho việc phát hiện trở nên khó
khăn hoặc dễ dàng bỏ qua hoặc nhầm lẫn cho các loài chim . Các mục tiêu
không hợp tác ( tàu buôn lậu, cƣớp biển..) thƣờng có kiến thức và kinh nghiệm
tận dụng tốt các điều kiện thời tiết khó khăn và các yếu tố khác để phát huy lợi
thế của họ ( nhƣ hoạt động ở các bang có nƣớc biển cao, vào ban đêm, khi trời
mƣa hoặc sƣơng mù). Để tránh bị phát hiện, mục tiêu không hợp tác thƣờng ẩn
đằng sau các tàu lớn hơn hoặc cố gắng giấu trong bóng tối để hạn chế tầm quan
sát của radar. Vì vậy hệ thống VTS sẽ đóng vai trò vô cùng quan trọng.

8


Hình 1.3:Một số ứng dụng quan trọng của hệ thống VTS
a) Kiểm soát và giám sát tàu lƣu thông trên biển
Theo khuyến nghị IALA V.128 các radar SCANTER 5102 là phù hợp để
dùng cho hệ thống VTS. Các radar SCANTER 5102 vƣợt trội trong khả năng
phát phát hiên mục tiêu trong những điều kiện thời tiết khắc nhiệt của môi
trƣờng biển( mực nƣớc biển dâng cao, bão , gió....). Đặc biệt các radar
SCANTER 5102 còn có khả năng truy tìm tất cả các mục tiêu, qua đó có thể
kiểm soát giám sát đƣợc số lƣợng tàu lƣu thông trên biển.
b) Giám sát bề mặt

Các radar SCANTER 5102 đƣợc úng dụng nhiều khoa học công nghệ hiện
đại nên nó có khả năng phát hiện và theo dõi mục tiêu nhỏ từ cự ly gần, và cho
đến chân trời radar, tùy thuộc vào thời tiết. Sự gắn với nhau, FD và TD và kỹ
thuật chế biến tiên tiến hoạt động hỗ trợ trong mọi điều kiện thời tiết.
Kỹ thuật xử lý nhiễu và tạp âm cũng đã đƣợc chứng minh để cải thiện khả
năng phát hiện tất cả các mục tiêu. Sử dụng các dịch chuyển Doppler để tiếp tục
tăng cƣờng phát hiện các mục tiêu di động với bán kính và tốc độ khác nhau cho
phép phát hiện tốt tất cả các mục tiêu.

9


c) Tìm kiếm và cứu nạn
Các radar SCANTER 5102 là tuyệt vời cho mục đích tìm kiếm và cứu nạn
do đƣợc áp dụng nhiều công nghệ và tính năng mới nên nó có thể tìm kiếm và
cứu nạn (SAR) trong những điều kiện thời tiết xấu, và đặc biệt có thể cung cấp
vị trí và thời gian bị nạn một cách tốt nhất. Do đó , sẽ hạn chế đến mức thấp nhất
thiệt hại về ngƣời và vật chất.
1.3. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ thống
1.3.1. Cấu hình toàn bộ hệ thống
Sơ đồ cấu hình thiết bị vô tuyến cơ bản trong hệ thống kiểm soát lƣu thông
trên biển (VTS) đƣợc mô tả nhƣ hình 1.4

Hình1.4 Cấu hình thiết bị vô tuyến của hệ thống kiển soát giao thông trên
biển (VTS).
Từ hình trên ta thấy một hệ thống VTS cơ bản bao gồm các khối sau:
- Khối hệ thống thiết bị vô tuyến VHF (VHF Radio System) có chức năng
thực hiện trực canh liên tục trên 2 kênh là kênh 70 và kênh 16.

10

- Khối radar (Radar System) bao gồm các anten (hoạt động trên băng tần S
và X) và các máy thu phát.
- Khối sử lý dữ liệu (Data Processor)
- Khối hệ thống nhận dạng tự động (AIS System)
- Màn hình hiển thị
1.3.2. Mô tả hệ thống VTS
a) Tổng quan về hệ thống
Các đề suất về hệ thống kiểm soát lƣu thông trên biển (VTS) đã đƣợc thiết
kế trên cơ sở kinh nghiệm lâu năm của chúng tôi trong ngành hàng hải và công
nghệ radar có độ tin cậy cao và thƣờng xuyên đƣợc cập nhật để phù hợp với sự
phát triển.
Hệ thống VTS cung cấp rất nhiều thông tin khác nhau mà các tàu tham gia
lƣu thông trên biển cần nhƣ hiện tƣợng tắc nghẽn, một tuyến đƣờng hẹp vv. Hệ
thống VTS cung cấp các dịch vụ hỗ trợ chuyển hƣớng mục tiêu nhằm đảm bảo
an toàn cho các tàu thuyền lƣu thông trên biển, và radar là thành phần quan
trọng nhất. Thiết bị vô tuyến VHF và AIS đƣợc thiết kế và xây dựng là những
cảm biến chính.
Do đó, hệ thống VTS có khả năng thực hiện việc dẫn đƣờng để đảm bảo an
toàn cho các phƣơng tiện lƣu thông trên biển.
Bằng cách kết hợp các trạm cơ sở của hệ thống AIS với hệ thống VTS trong
đó sử dụng các radar giám sát và thiết bị vô tuyến VHF nhƣ những cảm biến
chính, hệ thống VTS có thể tự động cập nhật các thông tin tiên tiến, và cung cấp
hệ thống quản lý chuyển hƣớng đáng tin cậy hơn cho các mạch giao thông. Hệ
thống VTS sẽ tiến hành sử lý dữ liệu thu đƣợc từ các thiết bị cảm biến radar với
hiệu suất cao và dữ liệu từ hệ thống AIS thu đƣợc từ các tàu thuyền hoạt động
trên biển trong tầm hoạt động của radar, và hình ảnh đƣợc hiển thị với độ phân
giải cao, hiển thị màu sắc để cung cấp thông tin khác nhau có hiệu quả để hỗ trợ
việc quản lý giao thông tàu.

11


Do đó, hệ thống VTS có khả năng tự động giám sát giao thông trên biển ( vị
trí , tốc độ, theo dõi, nhận dạng vvv), cảnh báo (va chạm, nhập cảnh, khu bảo
vệ, giới hạn tốc độ, vv), mô phỏng (CPA, TCPA, va chạm, ETA, vv) và các dịch
vụ phát thanh truyền hình (dự báo thời tiết, thông báo của chính phủ, vv) trực
tiếp cho các tàu tại Cảng quản lý VTS.
b) Vùng phủ sóng dịch vụ của VTS
Vùng phủ sóng của radar trong hệ thống là khoảng 20 NM nhƣng nó cũng có
thể bị giảm xuống bởi đảo, đồi núi, nƣớc biển vvv.
Vùng phủ sóng dịch vụ của VHF là xấp xỉ 20 NM và AIS là xấp xỉ 50 NM.
Nó phụ thuộc vào chiều cao lắp đặt anten.
1.3.3. Cấu trúc của hệ thống VTS tại Hải Phòng
Hệ thống quản lý giao thông tàu biển(VTS) khu vực Hải Phòng đƣợc lắp đặt
tại tòa nhà Đại diện Cảng vụ Hàng hải Hải Phòng tại Cát Hải có nhiệm vụ giám
sát, theo dõi các phƣơng tiện thủy ra vào luồng từ khu neo Hòn Dáu đến phao
tiêu 45. Sau đây là kết cấu chính của hệ thống:

Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống VTS cho Cảng Hải Phòng

12


1.3.4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Thiết bị chính của hệ thống quản lý giao thông tàu biển Hải Phòng nhƣ đã đề
cập ở trên, việc kết nối và tƣơng thích của các thiết bị là điều kiện tiên quyết để
xác định tính hiệu quả của hệ thống VTS. Khi kích hoạt hệ thống, VTS Radar sẽ
thu tín hiệu của các mục tiêu dƣới dạng hình ảnh và hiển thị trên bản đồ số. Việc

Radar đƣợc tích hợp thêm ARPA cho phép cán bộ vận hành hệ thống dễ dàng
nhận diện đƣợc hƣớng di chuyển của các mục tiêu và đánh giá trƣớc đƣợc nguy
cơ va chạm giữa các mục tiêu, đồng thời máy nhận dạng AIS sẽ thu và hiển thị
các thông tin từ các đài tàu trên một bản đồ số. Vì vậy các phƣơng tiện sẽ đƣợc
giám sát một cách đầy đủ khi trong tầm hoạt động của thiết bị. Khi cần trao đổi
thông tin tới các đài tàu, hệ thống VHF sẽ sử dụng để loan báo các phƣơng tiện.
Các tín hiệu hình ảnh Radar, AIS và thông tin liên lạc VHF sẽ đƣợc thu thập, xử
lý, hiển thị và lƣu trữ bằng thiết bị ghi và lƣu trữ dữ liệu S-VDR. Ngoài ra hệ
thống còn trang bị các máy tính cho phép xem lại lịch sử của các tín hiệu đã loan
báo của hệ thống.
1.3.5. Đánh giá ưu, nhược điểm của hệ thống VTS tại Hải Phòng
Ƣu điểm: Việc lắp đặt các trang thiết bị nói trên đã giúp cho Cảng vụ Hàng
hải Hải Phòng mở rộng vùng bao phủ giám sát phƣơng tiện, ngoài ra hệ thống
này còn có các ƣu điểm sau:
Có khả năng giám sát sự di chuyển của các tàu và phối hợp điều tiết giao
thông có khả năng phát hiện tất cả các mục tiêu trong luồng và nhận dạng đƣợc
tất cả các mục tiêu có trang bị AIS
Có khả năng hiển thị đƣợc hƣớng, tốc độ, dự báo đâm va
Có khả năng vẽ và lƣu vết đƣờng đi của phƣơng tiện trong luồng (phục vụ
cho công tác điều tra tai nạn, sự cố hàng hải
Có khả năng giám sát, nhận dạng và gửi thông tin tới các phƣơng tiện đƣợc
trang bị AIS một cách chính xác và dễ dàng
Cho phép các giám sát viên của Cảng vụ có thể liên lạc bằng điện thoại vô
tuyến VHF, điện văn tới các phƣơng tiện di chuyển trong luồng
13


Có thể lƣu trữ các tín hiệu hình ảnh Radar, AIS và các tín hiệu thông tin liên
lạc trên kênh thoại VHF, các dữ liệu này có thể đƣợc giám sát trực tiếp cũng nhƣ
truy xuất sử dụng lại khi cần thiết.

Nhƣợc điểm: Ngoài những ƣu điểm nêu trên, hệ thống này còn có những
hạn chế nhất định nhƣ:
Chƣa bao phủ đƣợc toàn bộ khu vực Cảng biển Đình Vũ đến thƣợng lƣu
Cảng Vật Cách
Chƣa có khả năng giám sát các phƣơng tiện xuất phát từ Cảng thủy nội địa
Chƣa thể nắm bắt đƣợc chính xác kế hoạch di chuyển của các phƣơng tiện
Chƣa có kênh thông tin kết nối giữa doanh nghiệp Cảng biển và Cảng vụ
hàng hải.

14


CHƢƠNG 2:
NGUYÊN LÝ HOạT ĐộNG CủA RADAR TRONG Hệ THốNG VTS
2.1. Khái niệm chung
Radar là phƣơng tiện vô tuyến điện dùng để phát hiện và xác định vị trí của
mục tiêu so với trạm radar. Vì vậy radar đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh
vực nhƣ hàng không, quân sự , đƣờng biển. Đặc biệt là ngành đƣờng biển và
ngành hàng không.
Radar là viết tắt của “Radio Detection And Ranging”, tức là dùng sóng vô
tuyến để xác định góc phƣơng vị và khoảng cách đến mục tiêu.
Mục tiêu phát hiện của radar thƣờng là những vật thể vật lý bất kỳ hoặc cũng
có thể là một nhóm các vật thể có đặc tính điện, từ khác biệt với đặc tính điện từ
của môi trƣờng truyền sóng. Trong ngành hàng hải đó là: tàu thuyền, các mốc
hàng hải, các tảng băng trôi, các công trình biển...
Phụ thuộc vào cấu trúc của các xung thăm dò mà ngƣời ta chia các hệ thống
định vị thành: Các hệ thống radar phát sóng liên tục và radar phát xung. Trong
đó hệ thống radar phát xung đƣợc sử dụng rộng rãi nhất trong hàng hải vì nó có
nhiều tính năng vƣợt trội so với các loại radar khác.
2.2. Nguyên lý hoạt động của radar

Để đo khoảng cách của mục tiêu radar sử dụng nguyên lý nhƣ sau: dùng
sóng điện từ siêu cao tần ( sóng radio) phát vào trong không gian dƣợi dạng
xung radio và thu lại sóng phản xạ từ mục tiêu trở về.
* Công thức tính:
D = (C*t)/2
trong đó: - D là khoảng cách từ radar đến mục tiêu
- C là vận tốc ánh sáng ( C=3*108m/s)
- t là thời gian truyền sóng ( sóng đi và sóng phản xạ trở về)
Tính chất của sóng radio
- Lan truyền trong không gian tự do

15


- Tộc độ lan truyền không đổi C=3*10 8 m/s
- Sóng mang năng lƣợng lớn, gặp mục tiêu sẽ phản xạ sóng trở về
Nguyên lý chung của radar đƣợc mô tả theo sơ đồ khối sau:
Khối đồng
bộ

Máy phát
Anten
Khối chuyển
mạch

Khối chỉ
báo

Máy thu

Hình 2.1 Sơ đồ khối của trạm radar
Trong đó:
Khối đồng bộ để tạo các xung khởi động, điều khiển và phối hợp chế độ
làm việc của tất cả các thành phần của hệ thống đồng bộ theo thời gian, mỗi
xung khởi động tƣơng thích với một chu kỳ hoạt động của trạm với độ dài T x
đƣợc gọi là chu kỳ lặp lại và độ rỗng tx.
Khối chỉ báo: chuyển đổi điện áp thị tần nhận đƣợc thành hình ảnh xem
đƣợc trên màn ảnh và chỉ báo luôn thông số của mục tiêu.
Máy phát: Tạo tín hiệu siêu cao tần với công suất đủ lớn đƣa đến anten và
phát vào trong không gian.
Máy thu: Thu nhận tín hiệu phản xạ từ anten khuếch đại và biến đổi thành
các xung thị tần thích ứng cấp cho bộ chỉ báo hiển thị điện tử.
Khối chuyển mạch: Trong radar sử dụng chung 1 anten cho cả máy phát và
máy thu. Trong thời gian phát chuyển mạch nối anten với cửa ra của tầng tạo
sóng siêu cao và khóa cửa vào của máy thu chống tác động của xung phát công
suất lớn ảnh hƣởng đến máy thu. Khi thu các tín hiệu phản xạ chuyển mạch
anten nối anten với đầu vào máy thu và khóa cửa ra của máy phát để cho tín hiệu
phản xạ khỏi rơi vào máy phát gây tổn hao công suất phát.

16


Radar đƣợc dùng cho ngành hàng hải là loại dùng nguyên lý radar xung .
Radar có nhiệm vụ phát hiện và xác định tạo độ mục tiêu so với trạm radar,
trong hàng hải tọa độ xác định bằng hệ tọa độ cực thông qua khoảng cách và
góc.
2.2.1. Xung điện
Xung điện là đại lƣợng biến thiên theo một quy luật nhất định, nó đƣợc đặc
trƣng bởi tần số f và bƣớc sóng .
Công thức tính:

f=c/

Hiện nay xung điện dùng trong radar co các loại sau:
- Xung nhọn
- Xung răng cƣa
- Xung vuông
- Xung siêu cao tần

Hình 2.2 Các xung trong radar
Các đặc trƣng của xung siêu cao tần đƣợc phát vào không gian đi giám sát
mục tiêu có các đặc trƣng sau:
- Chiều dài xung x
- Chu kỳ lặp xung Tx
Thông thƣờng hiện nay:
- x = 0,01÷ 3 s

17


-Tx = 1000 ÷ 4000 s
Ta nhận thấy rằng x <<< Tx nên cũng có thể coi Tx là khoảng cách giữa 2
xung.
2.2.2. Nguyên lý phát xung trong radar
Radar phát xung, phát đi các chùm sóng siêu cao tần có tính chu kỳ đƣợc gọi
là các chùm sóng thăm dò, các chùm sóng thăm dò có độ rộng nhỏ so với độ
rỗng lớn.Trong khoảng thời gian giữa 2 xung ấy, máy thu của trạm thu sẽ tiến
hành thu nhận các chùm sóng phản xạ từ mục tiêu trở về. Mỗi một chùm sóng
đơn lẻ phản xạ từ mục tiêu trở về máy thu có độ trễ tỷ lệ thuận với khoảng cách
của mục tiêu nơi sóng phản xạ trơ về trạm :  = 2D/c, do đó để xác định khoảng

cách D = c /2, ta cần đo đƣợc thời gian trễ  . Đồng thời nhờ anten có định
hƣớng cao và quay tròn ta có thể xác định đƣợc góc phƣơng vị của mục tiêu. Vì
các vật thể là khác nhau và ở các khoảng cách và góc phƣợng vị khác nhau, nên
sóng phản xạ từ mục tiêu trở về lần lƣợt ở những thời điểm là khác nhau. Điều
kiện duy nhất là các mục tiêu này phải nằm trong vùng phủ sóng của trạm và
cách xa nhau trong phạm vi khả năng phân giải của trạm. Bằng các phƣơng pháp
hiện thị điện tử, tạo quét tƣơng ứng chúng ta có thể tái tạo đƣợc hình ảnh trong
không gian của trạm nhƣ hình:

Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động của radar phát xung
18