Hệ thống giám sát tàu trong cảng hải phòng VTS đi sâu nghiên cứu anten

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 đến thầy giáo hƣớng dẫn Nguyễn
Ngọc Sơn chỉ dạy rất tận tình. Thầy luôn giúp đỡ em trongNhờ 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.
TP. Hải Phòng, ngày 13 tháng 12 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Lê Quốc Anh

i


LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan:
1. Những nội dụng 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 em sẽ trích dẫn rõ ràng về tên tài liệu, tên tác giả
và ngày công bố.
Sinh viên
Lê Quốc Anh

ii

MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ii
MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN ............................................... v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ..................................................................................... vi
PHẦN MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VTS – VESSEL TRAFFIC SERVICE . 2
1. Giới thiệu về hệ thống VTS. ................................................................................. 2
1.1. Giới thiệu chung. ........................................................................................... 2
1.2. Mục đích của hệ thống VTS. .......................................................................... 3
2. Cấu trúc chức năng của hệ thống VTS. ................................................................ 4
2.1. Cấu trúc của hệ thống. .................................................................................. 4
2.2. Chức năng của hệ thống. ............................................................................... 5
2.3. Dịch vụ.......................................................................................................... 8
3.Nguyên lý hoạt động của hệ thống . ...................................................................... 9
4. Hiệu quả của hệ thống VTS tại khu vực cảng Hải Phòng.................................... 10
CHƢƠNG 2: RADAR TRONG HỆ THỐNG VTS .................................................... 13
1. Tổng quan về hệ thống radar hàng hải. ............................................................... 13
1.1. Khái niệm cơ bản. ....................................................................................... 13
1.2. Radar trong hệ thống VTS. .......................................................................... 13
2. Đặc điểm Radar trong hệ thống VTS. ................................................................. 14
3. Nguyên lý hoạt động của Radar. ........................................................................ 16
3.1. Xung điện. ................................................................................................... 16
3.2. Nguyên lý phát xung trong radar. ................................................................ 17
3.3. Cơ cấu hiện ảnh của radar. ......................................................................... 17
3.4. Nguyên lý đo khoảng cách. .......................................................................... 18
3.5. Nguyên lý đo góc. ........................................................................................ 20
CHƢƠNG 3: HỆ THỐNG ANTEN TRONG RADAR .............................................. 22
1. Giới thiệu chung. ............................................................................................... 22

1.1. Tổng quan. .................................................................................................. 22
1.2. Các loại anten được sử dụng trong radar. ................................................... 23
iii


2. Anten trong hệ thống VTS. ................................................................................ 24
2.1. Giới thiệu. ................................................................................................... 24
2.2. Anten quét Terma. ............................................................................................ 25
3. Cấu tạo, đặc điểm của anten quét Terma ..................................................................... 27
3.1. Cấu tạo vật lý của Anten. ................................................................................... 27
3.2.Phân cực trong anten. .................................................................................. 29
3.3. Tính phân tập về tần số và thời gian. ........................................................... 30
3.4.Đặc tính của anten. ...................................................................................... 31
3.5. Tầm xa cực tiểu của radar. .......................................................................... 34
4. Thuộc tính của anten. .............................................................................................. 35
4.1. Các thuộc tính cơ bản........................................................................................ 35
4.2. Dạng bức xạ.................................................................................................... 36
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 40

iv


MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN
VTS

Vessel Traffic Service – Dịch vụ điều khiển lƣu thông tàu

AIS

Automatic Identification System – Hệ thống tự động nhận dạng

SMR

Surface Movement Radars - Radar giám sát bề mặt

CCTV

Closed Circuit Television – Hệ thống truyền hình mạch kín

ULA

Uniform Linear Anten – Anten đơn tuyến tính

v


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số hình

Tên hình

Trang

1.1

Phòng điều khiển hệ thống VTS

3

1.2

Tổng quan phân hệ VTS

4

1.3

Sơ đồ khối hệ thống VTS

9

2.1

Xung điện trong radar

16

2.2

Đo khoảng cách trong radar

19

2.3

Đo góc trong radar

20

3.1

Anten loa

23

3.2

Trạm anten đƣợc lắp đặt

26

3.3

Các thông số kĩ thuật của anten

27

3.4

Hình dáng bên ngoài của anten

27

3.5

Thiết kế Anten

28

3.6

Khối điều hƣởng của Anten

28

3.7

Phân cực ngang

29

3.8

Mối quan hệ giữa các đƣờng chân trời

32

3.9

Tầm hoạt đông của ba loại chùm sóng

33

3.10

Góc bức xạ đƣợc tạo bởi ba loại chùm sóng

33

3.11

Thang đo cực tiêu của ba loại chùm sóng

34

3.12

Góc mở ngang và đứngcủa cánh sóng

36

3.13

Dạng bức xạ của chùm sóng hình quạt

37

3.14

Dạng bức xạ của chùm sóng hình cosecant

37

3.15

Dạng bức xạ của chùm sóng hình đảo cosecant

38

vi


PHẦN MỞ ĐẦU

Hiện nay đất nƣớc ta đang trong quá trình hội nhập và phát triển và đang đƣợc
nhận rất nhiều sự đầu tƣ của các nƣớc trên thế giới. Hàng hóa đƣợc vận chuyển
bằng nhiều đƣờng nhƣ hàng không, đƣờng biển, đất liền nhƣng chủ yếu là vận
chuyển bằng đƣờng biển.
Chính vì thế, nhiều bến cảng mới đã đƣợc nhà nƣớc cũng nhƣ các doanh
nghiệp tƣ nhân xây dựng để dễ dàng giao thƣơng hơn với các nƣớc khác. Có
nhiều hệ thống quản lý, khai thác bến cảng nhƣng hiện nay hệ thống điều khiển
lƣu lƣợng giao thông tàu VESSEL TRAFFIC SERVICE – VTS đƣợc ƣa chuộng
và nhiều quốc gia trên thế giới sử dụng nhƣ Anh, Bồ Đào Nha ....
Vậy Radar trong hệ thống VTS hoạt động ra sao và lý do tại sao VTS là hệ
thống đƣợc nhiều tin cậy đến vậy em xin đƣợc trình bày những tìm hiểu của em
về hệ thống này. Xin cảm ơn các thầy, cô đã lắng nghe em.

1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VTS
VESSEL TRAFFIC SERVICE
1. Giới thiệu về hệ thống VTS.
1.1. Giới thiệu chung.
Cùng với xu thế phát triển của ngành hàng hải Việt Nam trong bối cảnh chung
của khu vực và thế giới, việc phát triển các hệ thống, trang thiết bị phục vụ bảo
đảm an toàn hàng hải cho các phƣơng tiện vận tải bằng đƣờng biển trở nên là
một vấn đề cấp bách đối với các quốc gia có cảng biển.
Việt Nam ở vị trí địa lý thuận lợi nằm trên tuyến đƣờng hàng hải quốc tế với

nhiều vịnh và vũng phù hợp để làm các cảng thƣơng mại. Trong định hƣớng
phát triển của Bộ Giao thông Vận tải thì việc phát triển ngành hàng hải Việt
Nam trong xu thế mới là vấn đề tiên quyết và sống còn của Việt Nam. Đi đôi với
việc phát triển đội tàu vận tải thì việc áp dụng những tiến bộ khoa học trong lĩnh
vực bảo đảm an toàn cho tàu biển ra vào cũng cần đƣợc chú trọng.
Cảng biển khu vực Hải Phòng là một trong những khu vực năng động nhất
trong cả nƣớc với số lƣợng tàu bè ra vào cảng tăng là số vụ tai nạn hàng hải
cũng gia tăng dẫn đến những thiệt hại rất lớn về vật chất cũng nhƣ con ngƣời.
Hơn thế nữa những tai nạn hàng hải này còn gây ra việc ô nhiễm môi trƣờng.
Để giảm thiểu những thiệt hại nêu trên và nâng cao hiệu suất làm việc của
cảng Hải Phòng, một hệ thống quản lý, điều khiển giao thông tàu thuyền trong
luồng và vùng biển hiện đại nhất ngày nay đã đƣợc đƣa vào hoạt động, đó chính
là hệ thống VTS. Đây là một hệ thống thông tin góp phần đảm bảo an toàn khi
giao thông trên biển cũng nhƣ gia tăng hiệu qủa của công tác quản lý tàu thuyền
trong khu vực cảng biển đồng thời củng cố về mặt an ninh quốc phòng ở khu
vực Biển Đông.

2


1.2. Mục đích của hệ thống VTS.
VTS - Vessel Traffic Service là một hệ thống hiện đại đƣợc ứng dụng nhiều
công nghệ cao, công nghệ số giúp gia tăng độ tin cậy và khả năng điều khiển
giao thông tàu thuyền trên biển. Hệ thống này đƣợc trang bị, lắp đặt tại nhiều
cảng biển ở các quốc gia trên toàn thế giới. Các thiết bị nhƣ radar, camera theo
dõi, sóng điện từ ở tần số cực cao và hệ thống nhận dạng tự động tàu thuyền AIS
– Automatic Identification System đƣợc sử dụng để đeo bám, tìm vết về sự
chuyển động, di chuyển của các phƣơng tiện lƣu thông nhằm cung cấp thông tin
và đảm bảo an toàn hàng hải trong luồng và vùng biển đƣợc giám sát. Không
những thế thông tin hoạt động của đèn hải đăng trong khu vực lƣu thông cũng

đƣợc hệ thống thông báo cho các phƣơng tiện đang lƣu hành.

Hình 1.1: Phòng điều khiển hệ thống VTS.

3


2. Cấu trúc chức năng của hệ thống VTS.
2.1. Cấu trúc của hệ thống.
Một hệ thống VTS đƣợc cấu thành từ nhiều hệ thống con nhƣ hình 1.2. Trong
những hệ thống con này sẽ đƣợc phân thành những hệ thống chính phải bắt buộc
trang bị trong một trạm VTS và những hệ thống phụ có thể có hoặc không. Hệ
thống phụ là những thiết bị có thể đã đƣợc lắp đặt rồi hoặc không cần thiết nếu
cảng biển không có yêu cầu sử dụng chức năng của thiết bị này.

Hình 1.2: Các hệ thống trong VTS

Trong đó các hệ thống chính của VTS là:
-Thiết bị vô tuyến điện .
-Hệ thống nhận dạng tự động AIS nhằm mục đích trao đổi thông tin giữa các
trạm radar nói chung.
-Hệ thống dự báo thời tiết biển .
-Hệ thống thông tin cộng đồng .
-Hệ thống quản lý thông tin .
-Hệ thống Radar.
Các hệ thống phụ có thể lắp đặt thêm dành riêng cho các dự án riêng biệt là:
4


-Hệ thống truyền hình CCTV .

-Hệ thống quang điện .
2.2. Chức năng của hệ thống.
Hệ thống VTS sẽ kết nối các trang thiết bị điện tử điều khiển lại với nhau
nhằm để truy tìm, bám vết các mục tiêu đồng thời trao đổi và tiến hành xử lý
thông tin nhận đƣợc từ các trung tâm thời tiết với tàu thuyền. Đồng thời quản lý
và giám sát hoạt động của các phƣơng tiện lƣu thông bằng công nghệ số trên dải
tần cực cao VHF và SHF.
Chức năng chính của hệ thống VTS có thể mô tả nhƣ sau:
- Phát các thông tin về di chuyển của các phƣơng tiện hành hải, các điều kiện về
khí tƣợng thuỷ văn hay kế hoạch di chuyển của các phƣơng tiện khác cùng tham
gia giao thông trong khu vực.
- Trao đổi thông tin với các phƣơng tiện tham gia lƣu thông về những vấn đề
liên quan đến an toàn nhƣ các thông báo về hàng hải, tình trạng các trang thiết bị
báo hiệu trên tuyến, các thông tin về khí tƣợng thuỷ văn, tình trạng lƣu thông
trên toàn tuyến.
- Thông báo, điều động các phƣơng tiện trong các trƣờng hợp cụ thể. Cảnh báo
các phƣơng tiện tham gia hành hải các thay đổi đột xuất trên tuyến nhƣ xác tàu
đắm,đâm va...
Trong các hệ thống VTS hiện nay thƣờng yêu cầu bắt buộc phải có rất nhiều hệ
thống thông tin liên lạc. Chúng có thể bao gồm liên lạc điện thoại mặt đất, liên
lạc sóng cao tần và liên lạc vệ tinh. Nhƣng thông thƣờng chủ yếu dùng phƣơng
pháp liên lạc qua hệ thống VTS.
Các chức năng trên đƣợc hệ thống thực hiện qua các hệ thống con:
Một trong những thiết bị chính của hệ thống VTS là radar sẽ đƣợc sử dụng để
phát hiện, định vị mục tiêu đang di chuyển trong khu vực và kiểm soát trên băng
tần X bằng cách phân tập tần số và phân tập thời gian. Do radar đƣợc sử dụng
kết hợp với một phần mềm chuyên dụng, đƣợc thiết kế dành riêng cho những
5

ứng dụng chuyên nghiệp nhƣ VTS, hệ thống giám sát bờ biển hay radar giám sát
bề mặt nên độ phân giải và khả năng chống nhiễu đƣợc nâng lên rất cao giúp
cho việc phát hiện các mục tiêu dù rất nhỏ và ở trong thời tiết khắc nhiệt, khó
khăn một cách dễ dàng hơn.
Hệ thống nhận dạng tự động AIS (Automatic Identification System) là hệ thống thu phát
thông tin dựa trên sóng vô tuyến VHF. AIS đƣợc thiết kế dựa theo công nghệ “Tự tổ chức
đa truy cập” (Self Organized Time Division Multiple Access – SOTDMA), nó cho phép ta
kết nối thông tin toàn cầu sử dụng cho hàng hải, hàng không,... Hệ thống đƣợc sử dụng để
ghi nhận vị trí của tàu trong một khoảng thời gian nhất định (vị trí tàu thay đổi theo thời
gian). Ngoài ra, hệ thống AIS còn cho phép truyền thông tin 2 chiều giữa tàu và bờ bằng
cách sử dụng các bản tin ngắn (short messages). AIS ngày càng trở nên quan trọng đối với
giám sát giao thông bởi các bản tin AIS cho phép xác định vị trí và xác thực các mục tiêu.
Hệ thống AIS gửi các bản tin xác định vị trí dựa trên tín hiệu thu đƣợc từ hệ thống GPS
(Global Positioning System), do vậy sự sai lệch tín hiệu GPS sẽ ảnh hƣởng đến sai lệch vị trí
so với thực tế. Một yếu tố khác gây ra lỗi đối với hệ thống AIS là việc cấu hình các bộ thu
phát, các cấu hình này sẽ ảnh hƣởng đến việc xác định vị trí và xác thực thông tin tàu. Các
trạm AIS đƣợc sử dụng để truyền và nhận các bản tin AIS.
Thiết bị vô tuyến điện Radio Direction Finder (RDF) thông báo hƣớng nhận đƣợc tín hiệu
VHF. Vì vậy, khi tàu sử dụng tín hiệu VHF, các giao điểm của các đƣờng RDF trên màn
hình giao thông sẽ cho biết vị trí (gần đúng) của con tàu. Do vậy cung cấp cho các nhà điều
hành VTS phƣơng tiện để có thể xác định vị trí các tàu trên màn hình hiển thị tình trạng giao
thông.
Hệ thống VHF (Very High Frequency): Phƣơng tiện thông tin liên lạc chính giữa tàu và
bờ là sử dụng sóng vô tuyến VHF. Mỗi ngƣời điều hành VTS phải có truy cập vào kênh vô
tuyến VHF tại các kênh đƣợc quy định trong vùng quản lý. Hệ thống thông tin VHF là một
thành phần quan trọng trong hệ thống VTS. Các hệ thống thông tin VHF (VHFCOM) là
một hệ thống hoàn chỉnh và riêng biệt, có thể đƣợc tích hợp vào hệ thống VTS .

6

Thiết bị truyền hình CCTV là đƣa việc sử dụng Camera – Máy ảnh Video để thu và
truyền tín hiệu đến một nơi cụ thể, trên một tập hợp giới hạn của màn hình. Thuật ngữ này
thƣờng đƣợc áp dụng cho những ngƣời sử dụng để giám sát trong các lĩnh vực có thể cần
theo dõi nhƣ buồng lái tàu thủy, ngân hàng, sòng bạc, sân bay, cảng biển, các căn cứ quân
sự, và các cửa hàng tự trả tiền,...
Các chức năng chủ yếu khác của hệ thống bao gồm:
-Xử lý tín hiệu Video: Chức năng này thực hiện tách số đo từ tín hiệu radar .
Đầu vào là hình ảnh radar. Đầu ra là các biểu đồ và tín hiệu hình ảnh đã số hóa.
-Phần mềm giao tiếp: Chức năng này thực hiện việc loại bỏ sự trùng lặp và dữ
liệu xác thực cần thiết, chuyển đổi định dạng và chuyển đổi giao thức cho các dữ
liệu cảm biến.
-Theo dõi: Dựa trên các phép đo cảm biến, một hình ảnh giao thông phù hợp
đƣợc xây dựng. Đối với các đối tƣợng bị theo dõi, ít nhất cần duy trì đƣợc vị trí
thực tế và vectơ tốc độ.
-Nhận dạng: Căn cứ vào thông tin đƣợc nhập từ những ngƣời điều hành, dữ
liệu từ hệ thống hoặc AIS (nhận đƣợc từ các đối tƣợng mục tiêu), các đối tƣợng
mục tiêu sẽ đƣợc xác định với tên tàu, hô hiệu hoặc 1 văn bản chỉ định.
-Cảnh báo: Cung cấp các thông báo cho các nhà điều hành VTS về các tình
huống bất thƣờng hoặc các tình huống có khả năng nguy hiểm.
-Định tuyến: Mỗi tàu có thể đƣợc gắn vào một tuyến xác định. Các chức năng
định tuyến cung cấp thông tin về lịch trình và các thông báo về những sai khác
so với tuyến quy định.
-Lập kế hoạch hành trình: Hệ thống duy trì kế hoạch và xác định thông tin
trong cơ sở dữ liệu DB.
-Các giao diện thông tin: Điều khiển thiết bị vô tuyến VHF và các giao diện
tín hiệu thoại với thiết bị vô tuyến. Điều khiển thiết bị vô tuyến VHF.
-Hiển thị lƣu lƣợng giao thông (operator): Tổng quan về tình hình giao thông
thực tế.
7

Hiển thị EOS. Ghép các hình ảnh từ các Camera.
-Ghi: Các thông tin xử lý tín hiệu hệ thống đƣợc lƣu trữ trên ổ cứng.
-Phát lại: Các thông tin xử lý dữ liệu hệ thống đã đƣợc ghi có thể đƣợc phát lại
cho các vị trí làm việc cần thiết để phân tích.
-Lƣu trữ: Các thông tin xử lý dữ liệu hệ thống đã đƣợc ghi có thể đƣợc lƣu trữ
bởi các băng từ (tape) để hổ trợ chức năng phát lại để phân tích thông tin.
-Điều khiển và giám sát: Báo cáo trạng thái hệ thống và bảo trì hệ thống.
2.3. Dịch vụ.
Dịch vụ trong hệ thống VTS này gồm có:
- 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 …
- 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 thông tin an toàn, di chuyển
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 , 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 trƣờng

8

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.
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 nên 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
tìm kiếm và cứu hộ đƣợc gọi là SAR (Search And Rescue) 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.

3.Nguyên lý hoạt động của hệ thống .
* Sơ đồ khối của hệ thống VTS cơ bản:
Hệ thống gồm các khối chính nhƣ sau:

Hình 1.3: Sơ đồ khối hệ thống VTS.
Từ hình 1.3 ta thấy một hệ thống VTS cơ bản có các khối nhƣ sau:
9


- Khối hệ thống thiết bị vô tuyến VHF (VHF Radio System) liên tục trực canh
trên kênh 16 và kênh 70.
- Khối hệ thống Radar (Radar System) bao gồm anten và các máy thu phát.
- Khối hệ thống nhận dạng tự động (AIS system) .
- Khối xử lý dữ liệu (Data Processor) .
- Màn hình hiển thị theo dõi hoạt động của hệ thống.
*Nguyên lý làm việc của hệ thống.
Khi hệ thống VTS đƣợc kích hoạt , radar sẽ thu đƣợc tín hiệu hình ảnh của các

mục tiêu và hiển thị trên bản đồ số. Do radar đƣợc tích hợp thêm ARPA
(Automatic radar plotting aid - hệ thống radar tự động hiển thị) nên cán bộ vận
hành hệ thống có thể dễ dàng nhận diện đƣợc hƣớng di chuyển của các mục tiêu
và đoán đƣợc trƣớc các nguy cơ va chạm có thể xảy ra giữa các mục tiêu, đồng
thời máy nhận dạng AIS sẽ thu đƣợc và hiển thị các thông tin từ các đài tàu trên
một bản đồ số. Do đó các phƣơng tiện lƣu thông sẽ đƣợc giám sát chặt chẽ trong
tầm hoạt động của thiết bị. Khi cần trao đổi thông tin với các đài tàu, hệ thống
VHF sẽ đƣợc sử dụng để loan báo các phƣơng tiện. Tất cả các tín hiệu hình ảnh
radar, AIS và thông tin liên lạc VHF sẽ đƣợc thu thập, xử lý, hiển thị và lƣu trữ
qua thiết bị ghi và lƣu trữ dữ liệu trên biển S-VDR (System - Voyage Data
Recorder) . Ngoài ra hệ thống đƣợc trang bị thêm các máy tính để có thể xem lại
lịch sử của các tín hiệu đã loan báo của hệ thống.
4. Hiệu quả của hệ thống VTS tại khu vực cảng Hải Phòng.
Hệ thống quản lý hàng hải VTS luồng vào cảng Hải Phòng có tầm quan trọng
đặc biệt trong việc cải tiến cơ chế quản lý, giám sát, bảo đảm an toàn hàng hải
trong khu vực cảng Hải Phòng. Tăng cƣờng công tác quản lý điều hành và giám
sát tàu thuyền hoạt động trên luồng, khu nƣớc cảng.

10


Bảo đảm an toàn hàng hải hỗ trợ cho công tác tìm kiếm cứu hộ, cứu nạn,
ngăn ngừa các hiểm hoạ về hàng hải. Giảm đến mức thấp nhất vê tai nạn hàng
hải về gây ô nhiễm môi trƣờng.
Đối với công tác thủ tục tàu biển ra vào khu vực đƣợc nhanh chóng, thuận
lợi, giảm phiền hà đối với các tàu và chủ tàu nƣớc ngoài đến cảng.
Tính hấp dẫn của cảng cũng đƣợc tăng lên đáng kể đối với các nƣớc trong
khu vực. Đặc biệt trong xu thế cạnh tranh khốc liệt những năm gần đây trong
lĩnh vực hàng hải, việc đƣa hệ thống vào hoạt động sẽ làm tăng tính hấp dẫn của
hệ thống cảng Hải Phòng đối với các chủ tàu và các hãng tàu nƣớc ngoài, tăng

tính cạnh tranh của hệ thống cảng tại Hải Phòng đối với các cảng khác trong khu
vực.
Hỗ trợ việc kiểm soát, tăng cƣờng công tác bảo vệ bờ biển bảo vệ an ninh
quốc phòng trên khu vực biển phía nam thuộc chủ quyền lãnh hải trên biển của
Việt Nam, giữa vực độc lập và bảo vệ toàn vẹn lãnh thổ quốc gia 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.

11


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 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.

12


CHƯƠNG 2: RADAR TRONG HỆ THỐNG VTS
1. Tổng quan về hệ thống radar hàng hải.
1.1. Khái niệm cơ bản.
Thuật ngữ “RADAR” là viết tắt của nhóm từ “ Radio Detection And
Ranging”, có nghĩa là hệ thống xác định vị trí của mục tiêu bằng cách đo cự ly
và góc phƣơng vị nhờ vào nguyên lý sóng phản xạ.
Mục tiêu phát hiện 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 điều kiện hàng hải đó là: tàu thuyền, các mốc hàng
hải, bờ đất, các tảng băng trôi, các công trình biển… . Những thông tin hữu ích
về mục tiêu đều do các sóng điện từ mang lại, đƣợc gia công và xử lý phù hợp
để trở thành những kết quả đo lƣờng hữu ích tại các trạm radar.
Phụ thuộc vào nguồn gốc của các sóng tới trạm này mà ngƣời ta chia các hệ

thống định vị thành các hệ định vị tích cực và thụ động. Phụ thuộc vào cấu trúc
của các sóng thăm dò, ngƣời ta còn chia các hệ thống định vị thành: các hệ
thống radar phát sóng liên tục và các hệ thống radar phát sóng không liên tục
hay radar phát xung. Trong các hệ thống radar phát sóng liên tục sóng phát đi
có thể bị điều chế hoặc không bị điều chế.
1.2. Radar trong hệ thống VTS.
Radar trong hệ thống VTS là radar phát xung, hoạt động ở tần số siêu cao và
có bƣớc sóng cực kì ngắn. Do có bƣớc sóng cực kì ngắn nên sóng có tính chất
có thể phản xạ tốt từ mục tiêu, ngoài ra còn truyền lan theo đƣờng thẳng với tốc
độ không đổi và chịu rất ít ảnh hƣởng của thời tiết nhu sƣơng mù hay mƣa.
Radar phát đi các chùm sóng siêu cao tần có tính chu kì, đƣợc gọi là các chùm
xung “thăm dò”, có độ rộng xung rất nhỏ so với độ rỗng lớn. Trong khoảng thời
gian giữa hai chùm xung ấy, máy thu của trạm thu nhận các chùm xung phản xạ
từ mục tiêu trở về. Mỗi một chùm xung đơn lẻ phản xạ từ mục tiêu trở về máy
13


thu có độ trễ tỷ lệ thuận với khoảng cách của mục tiêu nơi sóng phản xạ trở về
với trạm. Do đó có thể xác định đƣợc khoảng cách từ mục tiêu đến trạm. Đồng
thời nhờ anten có độ định hƣớng cao và quay tròn có thể xác định góc phƣơng vị
của mục tiêu. Vì các vật thể khác nhau ở các khoảng cách và phƣơng vị khác
nhau nên sóng phản xạ trở về lần lƣợt ở những thời điểm khác nhau, từ đó cho
phép hệ thống có thể quan sát và xác định đƣợc nhiều mục tiêu cùng một lúc.
Điều kiện duy nhất là các mục tiêu này nằm trong vùng phủ sóng của trạm và
cách xa nhau trong phạm vi phân giải của trạm.
2. Đặc điểm Radar trong hệ thống VTS.
Nhờ có sự kết hợp của radar và hệ thống tự động nhận dạng AIS nên cảm biến
chính của VTS có thể hỗ trợ giám sát biển có hiệu quả. Hệ thống AIS có thể tự
động xác định tên và các tàu vị trí hiện tại của tàu đƣợc điều hƣớng trong khu
vực giám sát nên Radar có thể phát hiện các tàu đang điều hƣớng vào khu vực

giám sát với hiệu suất cao. và có thể nắm bắt tình hình chuyển hƣớng của các
tàu. Đồng thời các thiết bị vô tuyến điện có thể giúp các nhà quản lý dễ dàng
thực hiện thông tin liên lạc với các tàu thuyền đƣợc phát hiện bằng radar hoặc hệ
thống AIS.
Radar có độ tin cậy cao bởi việc sử dụng máy phát-thu kép băng tần X. Nói
cách khác, trong trƣờng hợp xảy ra một trƣờng hợp trục trặc, hoạt động thu-phát
sẽ đƣợc tiếp tục bằng cách chuyển sang một máy khác. Hơn nữa, các trục trặc
của máy thu-phát sẽ đƣợc sửa chữa ngay mà không làm giảm hiệu quả của hệ
thống.
Tín hiệu phản xạ của mục tiêu nhƣ tàu sẽ đƣợc radar tiếp nhận tự động hoặc
thủ công và mỗi radar có thể đƣợc tự động theo dõi tối thiểu là 300 mục tiêu.
Không những thế, hệ thống radar còn cho phép cài đặt thiết lập lại khu vực giám
sát tàu thuyền trong luồng, có thể tăng lên hoặc giảm đi sao cho phù hợp với khu
vực quản lý của cảng.

14


Hệ thống cảm biến radar cũng đƣợc hệ thống VTS sử dụng bằng phƣơng pháp
điều khiển từ xa mang lại những lợi ích từ việc thu thập tín hiệu video từ các
khu vực giám sát cụ thể là:
- Hình ảnh từ radar đƣợc xử lý kỹ hơn.
- Kiểm soát các tín hiệu đƣợc gửi đến trung tâm VTS.
- Tối ƣu đƣợc độ rộng cho các xung có tầm ngắn hoặc xa.
- Máy thu có độ nhạy cao.
- Hệ thống thu phát làm việc liên tục trong 24 giờ.
Các thiết bị có hiệu suất cao, chất lƣợng radar cực tốt và có độ tin cậy cao từ
anten, máy thu-phát kép. Các radar tuân thủ các quy định phát thanh và cũng
đáp ứng đầy đủ với các tiêu chuẩn hiệu suất hiện tại của IMO.
Với việc sử dụng hệ thống anten mới, radar sẽ có đặc tính phân tập về cả tần

số lẫn thời gian, có nghĩa là radar sẽ phát hiện mục tiêu tại hai tần số khác nhau
tại hai thời điểm khác nhau trong một vòng quay của anten.
Hệ thống sử dụng kỹ thuật nén xung trong radar và ứng dụng kỹ thuật bán
dẫn, điều này có nghĩa nó có một khả năng xử lý video rất hiệu quả và chi tiết
làm giảm hiệu lực của nhiễu rất đáng kể trong cùng một thời điểm dẫn đến một
độ phân giải mục tiêu độc lập rất cao thuộc một dãy các mục tiêu trong khu vực
giám sát.
Cùng với đó là kỹ thuật lọc và xử lý hình ảnh đƣợc cải thiện rất nhiều.
Một lợi ích khác của việc sử dụng công nghệ bán dẫn (không magnetron) là
sự thay thế thƣờng xuyên của magnetron trong hệ thống radar dẫn đƣờng thông
thƣờng sẽ không còn cần thiết.

15


3. Nguyên lý hoạt động của Radar.
3.1. Xung điện.
Xung điện là một đại lƣợng biến thiên theo một chu kì nhất định, nó đƣợc
đặc trƣng bởi tần số f và bƣớc sóng λ với f 

C



.

Hiện nay xung điện đƣợc dùng trong radar gồm các loại nhƣ sau:
- Xung nhọn
- Xung răng cƣa
- Xung vuông

- Xung siêu cao tần

Hình 2.1: Xung điện trong radar

Các đặc trƣng của xung siêu cao tần bức xạ vào không gian để xác định mục
tiêu gồm có:
- Chiều dài xung τx.
- Chu kì lặp xung Tx.
Với τx nằm trong khoảng từ 0.01-3 µs và Tx nằm trong khoảng từ 1000 - 4000
µs. Ta thấy đƣợc rằng τx << Tx nên có thể coi Tx là khoảng cách giữa hai xung.

16


Xung siêu cao tần sử dụng trong hệ thống VTS sử dụng tần số f trong khoảng
9.14 - 9.5 Ghz.
3.2. Nguyên lý phát xung trong radar.
Radar phát một xung siêu cao tần trong thời gian τx để dò tìm mục tiêu, sau đó
chờ xung phản xạ trở về mới phát xung tiếp theo theo một chu kì xác định là Tx.
Radar phát sóng hƣớng nào sẽ thu sóng phản xạ trên hƣớng đó.
Do τx << Tx nên cũng có thể coi Tx là thời gian thu xung. Tín hiệu phản xạ
từ mục tiêu khi trở về sẽ qua anten vào chuyển mạch rồi vào máy thu sau đó
đƣợc khuếch đại và sửa đổi thành tín hiệu điện rồi đƣa sang bộ chỉ báo thành tín
hiệu ánh sáng trông thấy đƣợc trên màn hình hiện thị ở vị trí tƣơng ứng với vị trí
ngoài thực địa.
Để cho máy phát, máy thu và máy chỉ báo hoạt động đồng bộ với nhau, ngƣời
ta tạo ra các xung chỉ thị từ khối đồng bộ điều khiển toàn trạm radar. Để anten
có thể dùng chung cho cả bộ phát và thu, ngƣời ta dùng bộ chuyển mạch anten
tách máy phát và máy thu phù hợp lúc thu và lúc phát:
- Ngắt máy thu khi máy phát hoạt động (phát sóng), chống công suất lớn phá

hỏng máy thu.
- Ngắt máy phát khi máy thu hoạt động (thu sóng), đảm bảo công suất đủ lớn
để thực hiện thành tín hiệu mục tiêu.
3.3. Cơ cấu hiện ảnh của radar.
Trong radar sử dụng ống phóng tia điện tử CRT để thể hiện ảnh các mục tiêu.
Giả sử tại thời điểm t1 có tín hiệu phản xạ từ mục tiêu trở về, sau khi biến đổi sẽ
tạo trên cathode tín hiệu âm hơn bình thƣờng (tín hiệu dƣơng vào lƣới ống
phóng tia điện tử) tại thời điểm đó mật độ các tia điện tử bắn về màn hình nhiều
hơn, làm điểm sáng sáng hơn lên, đó chính là ảnh của mục tiêu. Khi tia quét đi
qua, nhờ có lớp lƣu quang nên điểm sáng vẫn còn lƣu lại. Một mục tiêu khác ở
xa tâm hơn nên tín hiệu về sau (thời điểm t2) nên ảnh ở xa tâm hơn.
17


Anten và tia quét quay đồng bộ, đồng pha khi quét qua một mục tiêu nhỏ, búp
phát lƣớt qua nhanh nên tín hiệu phản xạ trở về nhỏ dẫn đến ảnh trên màn hình
nhỏ. Giả sử có mục tiêu là một dải bờ, tín hiệu phản xạ trở về là một dải sáng
liên tục. Vậy các mục tiêu nhỏ thời gian sóng phản xạ ít nên ảnh thể hiện nhỏ và
ngƣợc lại.
Để tia quét quay đồng bộ, đồng pha với anten, ở cổ CRT một từ trƣờng đƣợc
tạo ra bằng cách đƣa vào cuộn lái tia để từ trƣờng này điều khiển tia quét quay
đồng bộ, đồng pha với anten.
Để tia quét chuyển động từ tâm ra biên, ngƣời ta dùng xung rang cƣa đƣa vào
cuộn lái tia để xung này điều khiển các tia điện tử chuyển động từ tâm ra biên.
3.4. Nguyên lý đo khoảng cách.
Radar phát xung siêu cao tần từ anten lan truyền vào không gian do tìm mục
tiêu đồng thời điểm sáng (trên tia quét) cũng chạy từ tâm ra biên màn ảnh. Khi
xung gặp mục tiêu phản xạ trở về thì điểm sáng cũng chạy đƣợc một khoảng
trên bán kính của màn hình hiển thị tƣơng ứng tỉ lệ với khoảng cách ngoài thực
tế. Tại điểm đó, điểm sáng sẽ sáng hơn lên do có tín hiệu của mục tiêu đƣa vào

cathode của ống phóng tia điện tử. Nhƣ vậy sóng phản xạ từ mục tiêu về sẽ gây
một vùng sáng trên màn hình có hình dáng, kích thƣớc phụ thuộc hình dáng,
kích thƣớc của mục tiêu đƣợc phát hiện.
Do đó chỉ cần nhìn vị trí vùng sáng trên màn hình hiển thị là có thể xác định
đƣợc khoảng cách thực tế của mục tiêu ở gần thì đốm sáng ở gần tâm màn ảnh
(vị trí của radar). Độ sáng của ảnh phụ thuộc mức độ phản xạ của mục tiêu.
Nếu gọi t là khoảng thời gian từ khi phát xung và cho đến khi thu đƣợc sóng
phản xạ từ mục tiêu trở về radar thì khoảng cách từ anten đến mục tiêu sẽ là:

D

C *t
2

Trong đó : - D: khoảng cách từ radar đến mục tiêu.

18


- t: thời gian truyền sóng.
- C: vận tốc truyền sóng trong môi trƣờng.
Mà t 

d
C *d
nên D 
 k *d
v
2v

Trong đó: - d: khoảng cách từ tâm đến vị trí điểm sáng trên màn hình.
- V: tốc độ dịch chuyển của điểm sáng trên màn hình.
Nhƣ vậy muốn đo khoảng cách từ radar tới mục tiêu thì chỉ cần đo khoảng
cách từ tâm màn hình tới ảnh mục tiêu qua cơ cấu biến đổi tỉ lệ.
Hơn nữa: tmax 

2Dmax r
Cr
.
 nên v 
C
v
2 Dmax

Nghĩa là ở thang tầm xa khác nhau thì tốc độ tia quét cũng khác nhau.
Giả sử có hai mục tiêu 1 và 2 cùng nằm trên một đƣờng phƣơng vị so với
radar. Khi đó các mục tiêu 1 và 2 sẽ có ảnh tƣơng ứng là I và II trên cùng đƣờng
phƣơng vị trên màn hình tỉ lệ với khoảng cách D1 và D2 của các mục tiêu 1 và 2
so với radar trong thực tế.

Hình 2.2: Đo khoảng cách trong radar
19