Xây dựng phần mềm mô phỏng radar hàng hải

LỜI CẢM ƠN
Tác giả trân trọng cám ơn các Thầy trong Ban chủ nhiệm Khoa Hàng hải,
các phòng, ban, thư viện, v.v, đã đóng góp, tạo điều kiện thuận lợi, giúp tác giả
trong việc cung cấp tài liệu, số liệu, v.v, để hoàn thành luận văn này.
Tác giả trân trọng cám ơn đến các Thầy giáo trong Khoa Hàng hải, gia
đình, bạn bè và người thân đã động viên, đóng góp nhiều ý kiến quý báu và tạo
điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn đúng thời hạn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy giáo TS. Nguyễn Minh Đức, thầy đã
hướng dẫn, chỉ bảo tận tình chu đáo trong suốt thời gian tác giả thực hiện luận
văn cũng như theo học tại Trường Đại học Hàng hải Việt Nam.
Mặc dù tác giả rất cố gắng trong quá trình thực hiện và viết đề tài, nhưng
với nội dung khá lớn, việc thu thập và xử lý tài liệu nhiều và bản thân còn những
hạn chế nhất định, vì vậy khó tránh khỏi những khiếm khuyết. Tác giả rất mong
nhận được sự đóng góp ý kiến xây dựng của các thầy, các bạn sinh viên để luận
văn ngày càng được hoàn chỉnh hơn.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn!

1


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là luận văn của riêng tôi và được sự hướng dẫn
của TS. Nguyễn Minh Đức. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong luận văn
này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Nếu phát
hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội
dung luận văn của mình.
Hải phòng, ngày.....tháng....năm 2015
Sinh viên thực hiện

2

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN..................................................................................................ii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU............................................vi
DANH MỤC BẢNG...........................................................................................vii
DANH MỤC HÌNH...........................................................................................viii
MỞ ĐẦU..............................................................................................................ix
1. Tính cấp thiết của đề tài....................................................................................ix
2. Mục đích của việc nghiên cứu đề tài................................................................xi
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài...................................................xii
4. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................xii
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.......................................................xiii

3


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

RADAR : Radio Detection And Ranging
VRM

: Variable Range Marker

EBL

: Electronic Bearing lines

SHM

: Ship Heading Maker

RM

: Range Marker

RDD

: Rudder

RPM

: Revolutions per minute

HDG

: Ship Heading

SOG

: Speed over ground

COG

: Course over ground

RACON : Radar Transponder Beacon
PVCT

: Phương vị con trỏ

KCCT

: Khoảng cách con trỏ

DANH MỤC CÁC BẢNG

4


Số bảng
2.1

Tên bảng
Các thông số chính của tàu mô hình

5

Trang
40


Số hình
1.1
1.2
1.3
1.4
2.1
2.2
2.3

2.4
2.5
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13

Tên hình
Mô tả nguyên lý chung của Radar theo sơ đồ khối
Nguyên lý đo khoảng cách
Nguyên lý đo góc
Sơ đồ khối ống phóng tia điện tử
Các hệ trục tọa độ cho tàu biển
Chuyển động của tàu trong hệ tọa độ phẳng
Các hệ trục tọa độ
Giao diện điều khiển chuyển động của tàu
Vết di chuyển của tàu ứng với góc bẻ lái 10 phải
Sơ đồ khối xây dựng bộ cơ sở dữ liệu
Chương trình hỗ trợ thể hiện đường bờ biển
Chương trình hỗ trợ thể hiện các phao đèn và tiêu hàng hải
Sơ đồ khối xây dựng màn hình Radar

Chức năng điều khiển của Radar
Đường phương vị điện tử
Vòng cự ly di động
Các chức năng hiển thị của Radar
Phần mềm mô phỏng màn hình Radar
Chức năng của phần mềm mô phỏng màn hình Radar
Giao diện chính của màn hình Radar
Chương trình thể hiện đường bờ biển
Chương trình thể hiện các phao đèn hàng hải
DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang
3
7
8
13
39
40
41
53
53
57
57
58
59
61
62
63
65
65

66
67
68
68

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Theo số liệu thống kê, ngày nay vận tải đường biển chiếm khoảng 80%
tổng lượng hàng hoá luân chuyển trên thế giới, riêng ở Việt Nam là hơn 90%.
Công nghiệp vận tải đường biển thế giới hiện đang ngày càng phát triển với xu
hướng ngày càng hiện đại và đa dạng. Các cảng biển được các nước trên thế giới
triệt để khai thác với quy mô cảng và số lượng cảng tăng nhanh.

6


Ngày 23/06/1994 Việt Nam phê chuẩn “Công ước Quốc tế của Liên hiệp
quốc về Luật biển 1982”, từ đó đến nay ngành hàng hải phát triển một cách
nhanh chóng cả về số lượng cũng như chất lượng.
Chúng ta có thể nhận thấy số lượng hàng hoá xuất khẩu và nhập khẩu của
nước ta thông qua đường biển ngày càng tăng. Công nghiệp đóng tàu những
năm qua cũng đã phát triển vượt bậc đã đưa Việt Nam vào danh sách những
nước có công nghiệp đóng tàu ở vị trí dẫn đầu trên thế giới.
Ngoài ra, đội ngũ thuyền viên của nước ta cũng đã được nâng cao cả
chuyên môn nghiệp vụ cũng như tay nghề, được bạn bè thế giới đánh giá cao.
Chỉ xét trong vòng 10 năm qua thì đội ngũ thuyền viên đã đảm nhận khai thác
trên những con tàu siêu trường, siêu trọng trên những tuyến hàng hải lớn, điều
mà trước đây 10 năm không có hay chỉ dừng ở mức độ sỹ quan vận hành và mức
thuyền viên trợ giúp.
Có thể nói, cùng với quá trình hội nhập của đất nước, ngành hàng hải đã

góp một phần không nhỏ vào công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước.
Điều đó cũng phản ánh đúng phần nào quá trình tăng trưởng kinh tế của nước ta
trong thời gian gần đây.
Bên cạnh đó như chúng ta đã thấy, để đáp ứng nhu cầu công việc đòi hỏi
sinh viên ra trường nắm vững lý thuyết và thành thạo các công việc thực hành
mà một trong những công việc thực hành đó là công tác thường xuyên xác định
vị trí tàu. Công tác xác định vị trí tàu thường xuyên và chính xác sẽ giúp con tàu
đi đúng theo hải trình đã tính toán. Chính vì điều này mà đòi hỏi sinh viên cần
phải được thực hành công tác xác định vị tri tàu thường xuyên và công tác thực
hành phải sát với yêu cầu thực tế công việc.
Qua khảo sát, tìm hiểu và đánh giá, các sinh viên sau khi tốt nghiệp về các
đơn vị công tác còn nhiều lúng túng, không ít các sinh viên còn mất khá nhiều
thời gian làm quen, học hỏi lại để thực hiện các công việc liên quan đến thao tác
hải đồ, sử dụng các ẩn phẩm hàng hải, hay xác định vị trí tàu bằng địa văn…
7


Điều này chứng tỏ kỹ năng thực hành của sinh viên khi còn trên ghế nhà trường
còn thiếu.
Như để góp một phần công sức trong công tác đó, tác giả muốn xây dựng
phần mềm mô phỏng màn hình RADAR phục vụ công tác học tập và thực hành
môn Địa văn cho sinh viên Khoa Hàng hải. Để từ đó sinh viên có thể học tập và
nghiên cứu, cũng như thực hành công tác xác định vị trí tàu được nhanh chóng
và chính xác.
Tình hình thực tế
-Thực trạng trên các phòng thực hành
Tại khoa Hàng hải – Trường Đại học hàng hải Việt Nam hiện tại có 2
phòng thực hành Hải đồ và 3 phòng thực hành Radar. Nhưng do số lượng sinh
viên lớn, nhu cầu thực hành cao, vì vậy cơ sở vật chất chưa thể đáp ứng được
đầy đủ các nhu cầu thực hành của sinh viên. Nhiều nội dung thực hành sinh viên

chỉ được giới thiệu mà không được thực hành do thiếu dụng cụ, hải đồ hay ấn
phẩm hàng hải.Dụng cụ, tài liệu, ấn phẩm sử dụng trên phòng thực hành còn
thiếu nhiều về số lượng, kém về chất lượng, chưa đúng chủng loại yêu cầu, dẫn
đến nhiều nội dung, kỹ năng thực hành không được hướng dẫn cụ thể, nhiều kỹ
năng chỉ được giới thiệu, thời gian thao tác của sinh viên cũng lâu hơn, thiếu
chính xác.
-Thực trạng thực hành của sinh viên hiện nay
Qua khảo sát, tìm hiểu và đánh giá, các sinh viên sau khi tốt nghiệp
về các đơn vị công tác còn nhiều lúng túng, không ít các sinh viên còn mất khá
nhiều thời gian làm quen, học hỏi lại để thực hiện các công việc liên quan đến
thao tác hải đồ, sử dụng các ẩn phẩm hàng hải, hay xác định vị trí tàu bằng địa
văn… Điều này chứng tỏ kỹ năng thực hành của sinh viên khi còn trên ghế nhà
trường còn thiếu. Có thể do các nguyên nhân sau:

8


Ý thức học tập của một bộ phận sinh viên chưa cao, nhiều sinh viên chưa
thực sự thấy được tầm quan trọng của công tác thực hành, vì vậy hay lơ là không
tập trung nghe giảng hay thực hiện các yêu cầu của giáo viên hướng dẫn.
Việc bố trí thời gian thực hành chưa hợp lý, nhiều nhóm được bố trí thực
hành khi nội dung lý thuyết của phần thực hành còn chưa được dạy.
Phương pháp giảng dạy hướng dẫn thực hành chưa thực sự thống nhất,
phù hợp và hiệu quả. Đa số giáo viên khi tham gia giảng dạy hướng dẫn thực
hành đều theo phương pháp trực quan và hướng dẫn bằng kinh nghiệm thực tiễn
là chính, chưa thống nhất được các quy trình hướng dẫn cụ thể dùng chung cho
các giáo viên, kết quả là sinh viên nắm bắt và triển khai vấn đề không thống
nhất, có nội dung trừu tượng, hiệu quả kém. Đây chính là nguyên nhân chính và
cũng là đòi hỏi khách quan để đổi mới quy trình hướng dẫn thực hành.
2. Mục đích của việc nghiên cứu củađề tài

Bằng thực tế những kiến thức được trang bị trong quá trình học tập tại
trường, thực hiện phương châm gắn việc học tập với công tác nghiên cứu khoa
học và thực tiễn sản xuất, đề tài “Xây dựng phần mềm mô phỏng Radar hàng
hải”được thực hiện với mục đích:
Đưa ra các phương pháp xác định vị trí tàu kết hợp với sử dụng các chức
năng của RADAR để thực hành công tác xác định vị trí tàu và giải các bài toán
Địa văn;
Nghiên cứu, xây dựng phần mềm mô phỏng màn hình RADAR để phục
vụ học tập và thực hành môn Địa văn;
Đưa ra một tài liệu phục vụ cho các giảng viên có thể tham khảo để giảng
dạy cho sinh viên;
Xây dựng phần mềm mô phỏng RADAR để thuyền viên, sinh viên đang
học tập tại trường có thể sử dụng các chức năng của RADAR để phục vụ công
tác xác định vị trí tàu cũng như giải các bài toán liên quan.
9


3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đề tài tập trung nghiên cứu xây dựng phần mềm mô phỏng màn hình
RADAR, chuyển đổi cơ sở dữ liệu từ Hải đồ sang RADAR. Từ đó dựa trên cơ
sở các phương pháp xác định vị trí tàu tạo điều kiện giúp cho sinh viên có công
cụ hỗ trợ để phục vụ học tập và thực hành môn Địa văn. Phạm vi chủ yếu của đề
tài là mô phỏng màn hình RADAR với đầy đủ các chức năng để phục vụ công
tác xác định vị trí tàu cũng như giải các bài toán liên quan.
4. Phương pháp nghiên cứu
Từ mục đích và đối tượng nghiên cứu, đề tài thực hiện theo phương pháp
tiếp cận cơ sở khoa học liên quan đến công tác thực hành. Tác giả muốn xây
dựng phần mềm mô phỏng màn hình RADAR thể hiện chính xác chân thực khu
vực luồng TOKYO và tờ hải đồ Japan W90. Để phục vụ công tác xác định vị trí
tàu, sinh viên sẽ sử dụng các chức năng của RADAR để tính toán đo đạc đến các

mục tiêu kết hợp với tờ hải đồ Japan W90 để nhận dạng mục tiêu để tính toán ra
vị trí tàu tại thời điểm quan trắc.
Sử dụng ngôn ngữ lập trình Visual Basic để xây dựng phần mềm mô
phỏng màn hình RADAR phục vụ học tập và thực hành môn Địa văn.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Việc nghiên cứu xây dựng phần mềm mô phỏng phục vụ công tác học tập
và thực hành môn Địa văn giúp cho sinh viên có điều kiện được thực hành một
cách trực quan sinh động. Phần mềm mô phỏng các chức năng RADAR có thể
cài đặt trên máy tính cá nhân, giúp sinh viên có thể thực hành ngay tại nhà và
chủ động thời gian học tập.
Ý nghĩa khoa học: Đề tài xây dựng phần mềm mô phỏng phục vụ công tác
học tập và thực hành sẽ giúp cho người học có cái nhìn tổng quan về công việc
thực hành môn Địa văn.
Ý nghĩa thực tiễn:Đối với sinh viên Khoa Hàng hải, kỹ năng thực hành
của sinh viên sau khi tốt nghiệp ra trường là một yêu cầu rất quan trọng. Nếu kỹ
10


năng này được trang bị tốt, đầy đủ, khoa học trong quá trình học tập, thì học
viên sau khi tốt nghiệp ra trường sẽ tiếp cận và thực hiện được ngay các công
việc kỹ thuật trên tàu biển, nhanh chóng đáp ứng yêu cầu ngành nghề, góp phần
khai thác và điều khiển con tàu một cách hiệu quả. Dẫn đến sự tin tưởng trong
nghề nghiệp của các công ty vận tải biển đối với sinh viên mang thương hiệu
Đại học Hàng hải Việt Nam sau khi tốt nghiệp.

11


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG
PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PHỤC VỤ CÔNG TÁC HỌC TẬP VÀ THỰC

HÀNH MÔN ĐỊA VĂN[1]
1.1.Giới thiệu về RADAR hàng hải
1.1.1.

Lý thuyết về RADAR
RADAR là phương tiện vô tuyến điện dùng để phát hiện và xác định vị trí

của mục tiêu so với trạm radar. Vì vậy RADAR được sử dụng rộng rãi trong cả
lĩnh vực quân sự và giao thông. Đặc biệt là ngành đường biển và đường không.
Thuật ngữ RADAR là viết tắc của Radio Detection And Ranging, tức là
dùng sóng vô tuyến để xác định phương vị và khoảng cách tới mục tiêu .
Dù các nguyên lý cơ bản của radar được các nhà khoa học Anh và Mỹ
phát hiện đầu tiên trong chiến tranh thế giới thứ hai, việc dùng tín hiệu dội như
là một thiết bị hàng hải không phải là một phát minh mới .
Trước khi có RADAR, khi hành hải trong sương mù ở gần bờ biển gồ
ghề, tàu thuyền có thể thổi một hồi còi, bắn một phát súng, hoặc gõ chuông .
Khoảng thời gian từ khi phát tín hiệu âm thanh đến khi nhận được tín hiệu phản
hồi sẽ chỉ ra khoảng cách từ tàu tới bờ biển hoặc vách đá, đồng thời hướng nghe
được tín hiệu dội về cũng cho biết góc phương vị tương đối (góc mạn) của bờ
biển so với tàu.
Từ khi ra đời đến nay, radar không ngừng được cải tiến, ngày càng được
hoàn thiện. Cùng sự phát triển của các ngành khoa học, được ứng dụng thành
tựu về tự động hóa, kỹ thuật điện, cùng với sự phát triển về vô tuyến điện tử;
tính năng kỹ thuật, khai thác và hoạt động của RADAR được nâng cao không
ngừng. Đến nay với tính ưu việt của nó, tất cả các loại tàu hàng hải trên biển đều
trang bị radar. RADAR đã ngày càng đi sâu phục vụ đời sống.
Với cán bộ hàng hải, để dẫn tàu an toàn cần phải biết chính xác vị trí tàu
của mình và sự chuyển động tương quan với các mục tiêu trên biển. RADAR
sẵn sàng cung cấp những thông tin trên một cách chính xác và nhanh chóngtrong
12

khoảng thời gian rất ngắn để tránh va, xác định vị trí tàu … Từ những vấn đề
quan trọng đó, RADAR đã trở thành phương tiện dẫn đường chủ yếu và đảm
bảo an toàn cho tàu khi hành hải. Đặc biệt là khi hành hải ở nơi có mật độ tàu
thuyền lớn, hành hải ven bờ, trong sương mù, trong băng, trong đêm tối, khi tầm
nhìn xa bị hạn chế…
Đặc biệt loại RADAR phát xung được sử dụng hầu hết trên các tàu biển
1.1.2.

Nguyên lý hoạt động của RADAR

1.1.2.1. Nguyên lý chung của RADAR
Để đo khoảng cách, RADAR xung sử dụng nguyên lý như sau: dùng sóng
điện từ siêu cao tần (sóng radio) phát vào không gian dưới dạng xung radio và
thu lại sóng phản xạ từ mục tiêu trở về.
Công thức tính:
D=

C *t
2

trong đó: - D: khoảng cách từ radar đến mục tiêu
- C: tốc độ truyền sóng (3*108 m/s)
- t: thời gian truyền sóng (đi và phản xạ trở về)
Tính chất của sóng radio:
-

Lan truyền trong không gian theo đường thẳng.

-

Tốc độ lan truyền không đổi: C = 3*108 m/s

-

Mang năng lượng lớn, gặp mục tiêu sẽ phản xạ trở về.

-

13


Khố
i
đồ
ng bộ

Má
y phá
t
Anten
Khố
i
chuyể
n mạch

Khố
i
chỉbá

o

Má
y thu

Hình 1.1. Mơ tả ngun lý chung của radar theo sơ đồ khối.
Diễn giải: máy phát tạo ra 1 xung điện từ siêu cao tần, qua chuyển mạch,
tới anten, bức xạ vào khơng gian. Xung radio gặp mục tiêu phản xạ trở về, qua
mạch vào máy thu, qua bộ khuếch đại và sửa đổi tín hiệu cho ta tín hiệu quan
sát được trên màn hình.
1.1.2.2.Ngun lý RADAR xung
RADAR được trang bị cho ngành hàng hải, hàng khơng là loại dùng
ngun lý radar xung. Radar có nhiệm vụ phát hiện và xác định tọa độ mục tiêu
so với trạm RADAR. trong hàng hải, tọa độ xác định bằng hệ tọa độ cực thơng
qua khoảng cách và góc.
Xung điện:Là đại lượng biến thiên nhanh theo 1 qui luật nhất định (chu
kỳ nhất định), nó được đặc trưng bởi tần số f và bước sóng λ.
Cơng thức:

f =

C
λ

14


Hiện nay xung điện dùng trong radar có các loại sau:
-

Xung nhọn

-

Xung răng cưa

-

Xung vuông

-

Xung siêu cao tần (xung radio)
Các đặc trưng của xung radio bức xạ vào không gian đi thám sát mục tiêu:

-

Chiều dài xung: τx

-

Chu kỳ lập xung: Tx
Thông thường hiện nay:

-

τx = 0.01 ÷ 3 µs

-

Tx = 1000 ÷ 4000 µs
Ta nhận thấy rằng τx<< Tx nên cũng có thể coi Tx là khoảng cách giữa 2
xung. Với xung radio hiện nay thường sử dụng tần số f = 9400 Mhz (λ = 3.2
cm).
Nguyên lý phát xung trong radar xung:
Radar phát 1 xung radio trong thời gian τx thám sát mục tiêu, sau đó chờ
xung phản xạ trở về mới phát xung tiếp theo theo một chu kỳ nhất định là T x.
Radar phát sóng hướng nào sẽ thu sóng phản xạ trên hướng đó.
Do τx<< Tx nên cũng có thể coi T x là thời gian thu xung. Tín hiệu phản xạ
từ mục tiêu trở về, qua anten, vào chuyển mạch rồi vào máy thu, khuếch đại, sửa

15


đổi thành tín hiệu điện, đưa sang bộ chỉ báo thành tín hiệu ánh sáng trông thấy
được trên mặt chỉ báo ở vị trí tương ứng với vị trí ngoài thực địa.
Để cho máy phát, máy thu và máy chỉ báo hoạt động đồng bộ với nhau,
người 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 bộ thu, người ta tạo ra bộ
chuyển mạch anten tách máy phát và máy thu phù hợp lúc phát và lúc thu:
-

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 thể hiện thành tín hiệu mục tiêu.
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 t 1 có tín hiệu phản xạ từ mục tiêu trở về, sau khi biến
đổi sẽ tạo trên cathode tín hiệu âm hơn bình thường (tín hiệu dương vào lưới
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 lưu quang nên điểm sáng vẫn còn lưu lại. Một mục
tiêu khác ở xa tâm hơn nên tín hiệu về sau (thời điểm t2) nên ảnh ở xa tâm hơn.
Anten và tia quét quay đồng bộ, đồng pha. Mục tiêu 1 nhỏ, búp phát lướt
qua nhanh nên tín hiệu phản xạ trở về nhỏ → ảnh trên màn hình nhỏ. Giả sử có
mục tiêu là 1 dãi bờ, tín hiệu phản xạ trở về là 1 dãi sáng liên tục. Vậy các mục
tiêu nhỏ thời gian sóng phản xạ ít nên ảnh thể hiện nhỏ & ngược lại.
Để tia quét quay đồng bộ, đồng pha với anten, người ta tạo ra ở cổ CRT 1
từ trường xoay bằng cách đưa vào cuộn lái tia để từ trường này điều khiển tia
quét quay đồng bộ, đồng pha với anten.

16


Để tia quét chuyển động từ tâm ra biên, người ta tạo ra xung răng cưa đưa
vào cuộn lái tia để xung này điều khiển các tia điện tử chuyển động từ tâm ra
biên.
Nguyên lý đo khoảng cách
Radar phát xung radio bắt đầu từ anten lan truyền vào không gian thám
sát 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 được 1
khoảng trên bán kính của màn ảnh tương 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 đưa vào
cathode của ống phóng tia điện tử. Như vậy sóng phản xạ từ mục tiêu về sẽ gây
1 vùng sáng trên màn hình có hình dáng, kích thước phụ thuộc hình dáng, kích
thước của mục tiêu.

Do đó chỉ cần nhìn vị trí vùng sáng trên màn ảnh là có thể xác định được
khoảng cách thực tế của mục tiêu ngoài thực địa. Mục tiêu ở xa thì đốm sáng ở
gần biên màn ảnh, ngược lại mục tiêu ở gần thì đốm sáng ở gần tâm nàn ảnh (vị
trí tàu ta). 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 được
sóng phản xạ từ mục tiêu trở về radar, thì khoảng cách từ anten tới mục tiêu sẽ

là:

D=

C *t
2

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

t: thời gian truyền sóng

-

C: vận tốc truyền sóng trong môi trường
Mà

t=

d
C *d
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.
17


Như vậy muốn đo khoảng cách từ tàu ta 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 =

2D ma x
C

=

Cr
r
v=
2D max
v⇒

Nghĩa là ở thang tầm xa khác nhau thì tốc độ tia quét cũng khác nhau.
Minh họa điều trên như sau: giả sử có 2 mục tiêu 1 và 2 cùng nằm trên 1
đường phương vị so với tàu ta. Khi đó các mục tiêu 1 và 2 sẽ có ảnh tương ứng
là I và II trên cùng đường phương vị trên màn hình. Các khoảng cách d 1 và d2
của I và II so với tâm màn hình tỉ lệ với khoảng cách D 1 và D2 của các mục tiêu

1 và 2 so với radar trong thực tế.

D2
D1

d

I

II

I

II

D

Hình 1.2. Nguyên lý đo khoảng cách.
Nguyên lý đo góc
Để đo được góc mạn của mục tiêu, khi anten quay và phát sóng vào
không gian thám sát mục tiêu, thì trên màn ảnh tia quét cũng quay. Người ta
thiết kế sao cho chúng quay đồng pha và đồng bộ với nhau, nghĩa là anten và tia
quét có cùng tốc độ quay, và khi búp phát trùng mặt phẳng trục dọc tàu thì tia
quét chỉ đúng hướng 00 trên mặt chỉ báo.
Radar phải cùng lúc bao quát được cả khu vực quanh tàu, và đảm bảo
phân biệt được từng mục tiêu ở các hướng khác nhau khi chúng không nằm dính
vào nhau. để thực hiện điều này, người ta thiết kế sao cho anten quay tròn 360 0
18

và có tính định hướng sóng phát: anten radar bức xạ sóng điện từ vào không
gian có giản đồ phát hình búp (gọi là búp phát radar).
Đặc trưng của búp phát là góc mở ngang αn và góc mở đứng αđ, nghĩa là
các góc theo mặt cắt ngang và đứng. Búp phát radar có αn<<αđ để tập trung
năng lượng vào góc mở đứng đồng thời đảm bảo phát hiện được các mục tiêu
ngay khi tàu lắc.
Thông thường:
αn = 005 ÷ 30
αđ = 200 ÷ 300
0

I
1

II

1

2
2

Hình 1.3. Nguyên lý đo góc
Giả sử có 2 mục tiêu 1 & 2 có góc mạn tương ứng 1,2 ngoài thực địa
như hình vẽ. Khi anten quay góc chụp vào mục tiêu 1 thì tia quét trên màn ảnh
cũng quay được góc 1. Do đó ảnh của mục tiêu 1 cũng nằm trên đường thẳng
19


hợp với mũi tàu góc bằng góc mạn thật 1 của mục tiêu. Tương tự, với mục tiêu
2 ta cũng xác định được góc trên màn ảnh bằng góc mạn ngoài thực tế 2 của

mục tiêu.
Như vậy theo nguyên lý trên ta đo được góc mạn của mục tiêu.
Độ sáng của ảnh trên màn hình phụ thuộc:
-

sự tăng, giảm độ sáng (do người dùng thay đổi)

-

sóng phản xạ, khoảng cách tới mục tiêu, thời tiết…
1.1.3.

Thông số kĩ thuật của RADAR

1.1.3.1. Chiều dài bước sóng 
Người ta chọn bước sóng  (tương ứng tần số f = C/) sao cho thỏa mãn
các yêu cầu: sóng truyền thẳng, tập trung năng lượng vào 1 búp phát hẹp, có khả
năng định hướng cao và loại bỏ được ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng thủy
văn. Đồng thời để cho sóng có thể mang đủ năng lượng đi xa thì trong chiều dài
xung phát τx phải có từ 300 ÷ 500 dao động toàn phần.
Tuy nhiên để tăng độ phân giải theo khoảng cách thì phải giảm τx tức
giảm  (tăng f). Radar ngày nay dùng sóng có bước sóng cm, truyền thẳng toàn
bộ đối với mục tiêu lớn. Thường có 3 loại bước sóng:
 = 10 cm

 = 3.2 cm  = 0.8 cm

Bước sóng dài thì tầm tác dụng lớn song độ phân giải kém, trái lại bước
sóng ngắn có tầm tác dụng nhỏ nhưng lại phân giải tốt hơn. Vì vậy tùy từng loại
radar mà chế tạo theo bước sóng phù hợp. Hiện nay radar dùng chủ yếu bước

sóng 3.2 cm tức có tần số 9400 Mhz.
1.1.3.2. Chiều dài xung phát τ x
Với các loại radar khác nhau, sẽ có τx khác nhau. τx càng lớn thì năng
lượng của xung tới mục tiêu càng lớn, tăng tầm xa tác dụng nhưng giảm độ phân
giải, tăng bán kính vùng chết. Ngược lại, τx nhỏ, tầm xa tác dụng nhỏ, giảm bán
kính vùng chết nhưng độ phân giải tốt hơn.
20


Ngày nay radar được sản xuất với 2 chế độ xung dài và ngắn, tùy thang
tầm xa và yêu cầu thực tế hàng hải mà chuyển chế độ xung phát cho phù hợp.
Người ta tạo ra công tắc chuyển đổi chế độ PULSE SWITCH với 2 chế độ
LONG và SHORT (với một số máy của Nhật thì 2 chế độ này là NORMAL và
NARROW). Thông thường τx = 0.01 ÷ 3 µs
1.1.3.3. Chu kỳ lập xung TX và Tần số lập xung FX = 1/ TX
Chu kỳ lập xung là khoảng thời gian giữa 2 lần phát xung kế tiếp, tần số
lập xung là lượng xung xuất hiện trong một đơn vị thời gian, phụ thuộc vào tốc
độ quay của anten.
Để thu được sóng phản xạ từ mục tiêu xa nhất (ở thang cự li đang sử
dụng) thì trong thời gian thu xung:
Tx ≥ 2Dmax/C
(do τx<< Tx nên có thể coi Tx là thời gian thu xung)
⇒

Fx ≤

C
2 * Dmax

Ngoài ra để ảnh mục tiêu luôn hiện rõ và tốt trên màn hình, phải đảm bảo

trong 1 vòng quay của anten phải có từ 8  12 xung đập vào mục tiêu (giá trị 8 
12 xung được gọi là Nmin). Vậy tần số lập xung tối thiểu:
Fxmin = 6Nmin* n / αng
Như vậy tần số lập xung để phát hiện mục tiêu ở Dmax là:
6Nmin * n / αng ≤ Fx ≤ C / 2Dmax
trong đó: n: tốc độ quay của anten (vòng / phút)
N: số xung đập vào mục tiêu trong một vòng quay của anten
Tần số lập xung của các radar hiện nay: Fx = 400  3200 xung / giây

21


P

Px

t

Công suất phát xung Px là công suất máy
phát phát đi trong thời gian τx.
τx

Px =

∫ Pdt
0

τx

τx

Pt
b

Tx

Công suất trung bình Ptb của máy phát trong cả chu kỳ Tx.
Ptb * Tx = Px * τx

Ptb =
Do đó:

Px * τ x
Tx

1.1.3.4. Độ nhạy máy thu PTH.MIN
Độ nhạy máy thu là công suất nhỏ nhất phản xạ từ mục tiêu trở về mà
máy thu còn có khả năng khuếch đại lên đưa sang máy chỉ báo thể hiện thành
ảnh trên màn hình. Độ nhạy máy thu tính theo công thức:
Pth.min = N * q * K * f * T
Trong đó: N: hệ số tạp âm
q: hệ số phân giải
K: hằng số Bozman (= 1.38 * 10-3 J/độ)
f: độ rộng dãi lọt (dãi thông)
T: nhiệt độ tuyệt đối nơi thu (0K)
Trong máy thu, Pth.min càng nhỏ, độ nhạy càng tốt, radar càng có khả năng
khuếch đại tín hiệu mục tiêu ở xa. Một số cách để tăng độ nhạy máy thu:
22

-

Giảm hệ số tạp âm N: thay linh kiện điện tử bằng linh kiện bán dẫn

-

Giảm độ rộng dãi lọt f

-

Giảm hệ số phân giải q.

1.1.3.5. Hệ số định hướng của Anten GA
Đại lượng này đặc trưng cho khả năng tập trung năng lượng bức xạ về 1
phía (trong 1 búp phát) của anten radar.
Hệ số này phụ thuộc vào góc mở của búp phát (αng và αđ).
Ga = 4 / (αng * αđ)
Đối với anten khe có chiều dài l, độ rộng d thì αng và αđ tính theo:
αng = 70 / l αđ = 70 / d
1.1.3.6. Tốc độ vòng quanh của Anten: N (Vòng/ Phút)
Tốc độ thường được thiết kế trong các loại anten hiện nay là 18  30 vòng
/ phút.Thông thường hay dùng n = 22  24 vòng / phút.
1.1.4. Mục tiêu RADAR
1.1.4.1. Mục tiêu riêng biệt
Là những mục tiêu nằm riêng biệt với nhau, ảnh của chúng là những điểm
sáng riêng biệt trên màn hình.
Điều kiện để có mục tiêu riêng biệt:
∆D ≥

C *τ

2

x

+

d * D
0.5 Dma

,

α 0 ≥ α ng + 57.3

d
D

1.1.4.2. Mục tiêu nhóm
Là cụm mục tiêu không phân biệt được về góc và khoảng cách. Những
mục tiêu này trên màn ảnh sẽ chập lại với nhau không phân biệt được. Trong
trường hợp này, để khử ta hạ thang tầm xa và chuyển sang chế độ phát xung
ngắn.

23


1.1.4.3. Mục tiêu khối
Hiện tượng này do các đám mây huyền phù, mây tích điện gây ra. Anh
các mục tiêu này trên màn ảnh tương đối lớn, biên mờ và biến đổi theo thời gian.
Để phân biệt, dựa vào tính chất quan trọng nhất là hình ảnh có độ lớn thay đổi
theo thời gian và hạ thang tầm xa xuống.

1.1.5.

Máy chỉ báo RADAR
Máy chỉ báo đặt ở buồng lái, là thiết bị đầu cuối của radar thể hiện mọi

thơng tin cần thiết và đặt tồn bộ các núm nút điều khiển. Người sử dụng trực
tiếp điều khiển trạm radar lấy các thơng số mục tiêu cần thiết. Máy chỉ báo cho 2
thơng số chính của mục tiêu là khoảng cách và góc. Máy chỉ báo có các loại: chỉ
báo chuyển động tương đối, chỉ báo chuyển động thật, radar + ARPA.
Các

u

cầu

với

máy

chỉ

cao á
p
Tạo xung
khở
i độ
ng

trễ

cốđònh

giã
n
xung

tạo qué
t

K/đại
qué
t

mạch
qué
t trò
n

Anten

FOCUS
trễ
biế
n đổ
i

RR

tạo dấ
u

cựli
cốđònh

tạo dấ
u
cựli
di độ
ng
VRM Control
VRM Brilliance

dậ
p qué
t
nghòch

hộ
i tụ
CONTRAST

chỉ
nh
tâ
m

K/đại
xung ả
nh

tă

ng
sá
ng
tạo
dấ
u mũ
i

MT

24

CENTER
BRILLIANCE

SHM

báo:


Hình 1.4. Sơ đồ khối ống phóng tia điện tử
1.1.5.1. Cơ cấu đo cự ly
Đo cự li tới mục tiêu là đo khoảng cách tỉ lệ ở màn hình từ tâm tia quét
đến ảnh mục tiêu. Thường để đo cự li người ta thiết kế cơ cấu đo bằng vòng cự li
cố định và di động.
Đo bằng vòng cự ly di động : Đưa một xung vuông dương có thể di
chuyễn được trên đường quét, khi tia quét quay ta được một vòng tròn. Vòng
tròn này có thể thay đổi được bán kính. Việc thay đổi bán kính vòng tròn do một
nút điều khiển trên mặt máy, quay nút thì bán kính vòng tròn thay đổi đồng thời
làm làm thay đổi giá trị của đèn điện tử chỉ thị khoảng cách tên đồng hồ chỉ báo,

tương ứng với khoảng cách ngoài thực địa. Muốn đo khoảng cách ta điều chỉnh
cho vòng tròn này tiếp xúc với mục tiêu và đọc giá trị trên đồng hồ.
Đo bằng vòng cự ly cố định : có 2 cách
Cách 1 : người ta vạch trên một tấm mica những vòng tròn đồng tâm hoặc
những đường thẳng song song để đo khoảng cách bằng nội suy. Tâm của tấm
mica được đặt trùng với tâm tia quét của màn hình.
Cách 2 : đưa các xung dương cách đều nhau lên tia quét, khi tia quét quay
sẽ tạo thành những vòng tròn đồng tâm cách đều nhau để có thể nội suy ra cự ly.
Ngoài ra ở các radar mới ngày nay trên màn hình người ta còn tạo ra con
trỏ có thể sử dụng để đo khoảng cách đến các mục tiêu.
1.1.5.2. Cơ cấu đo hướng
Người ta bố trí thước đo độ( còn gọi là vòng khắc độ hoặc vòng phương
vị ) ở mép màn ảnh. Thước đo cố định ( vòng khắc độ cố định hoặc vòng
25