Nghiên cứu thiết kế bộ lọc phối hợp dùng trong đài rada sử dụng tín hiệu điều tần tuyến tính

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Vũ Thị Hân

NGHÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ LỌC PHỐI HỢP DÙNG TRONG
ĐÀI RA ĐA SỬ DỤNG TÍN HIỆU ĐIỀU TẦN TUYẾN TÍNH

Chun ngành: Điện tử viễn thơng

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Điện tử viễn thông

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS. Phạm Thành Công

Hà Nội – Năm 2013


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan tồn bộ nội dung được đề cập trong luận văn “Nghiên cứu,
thiết kế bộ lọc phối hợp dùng trong đài ra đa sử dụng tín hiệu điều tần tuyến
tính’’ được viết dựa trên kết quả nghiên cứu theo đề cương của cá nhân tôi dưới sự
hướng dẫn của TS.Phạm Thành Công.
Mọi thông tin và số liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ nguồn và sử dụng
đúng luật bản quyền quy định.
Tơi xin hồn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình.

Hà Nội, ngày 25 tháng 6 năm 2012
Học viên

Vũ Thị Hân

1


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. 1
MỤC LỤC ......................................................................................................... 2
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................... 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................... 6
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................. 8
PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................. 10
1. Lý do chọn đề tài ..................................................................................... 10
2. Lịch sử nghiên cứu .................................................................................. 10
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu ...... 11
4. Tóm tắt nội dung luận văn ...................................................................... 11
5. Phương pháp nghiên cứu......................................................................... 12
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC VÀ YÊU CẦU CHIẾN – KỸ
THUẬT ĐỐI VỚI ĐÀI RA ĐA CẢNH GIỚI PHỊNG KHƠNG ................. 13
1.1 Những nét đặc trưng của hệ thống ra đa cảnh giới phịng khơng ......... 13
1.2 Phân loại các đài ra đa........................................................................... 16
1.2.1 Phân loại theo công dụng ............................................................... 16
1.2.2 Theo dấu hiệu kỹ thuật ................................................................... 17
1.3 Sơ đồ cấu trúc tổng quát của đài ra đa cảnh giới .................................. 19
1.4 Các yêu cầu chiến – kỹ thuật cơ bản đối với đài ra đa cảnh giới ......... 21
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TÍN HIỆU DẢI RỘNG ............................. 23
2.1 Khái niệm – Phân loại – Ưu điểm của tín hiệu dải rộng ....................... 23
2.1.1 Khái niệm ....................................................................................... 23
2.1.2 Phân loại ......................................................................................... 24
2.1.3 Các ưu điểm của tín hiệu dải rộng ................................................. 25
2

2.2 Thiết bị thu khi xử lý tương quan bằng bộ lọc phối hợp ...................... 26
2.2.1 Bộ lọc phối hợp và đặc tính xung của nó ....................................... 27
2.2.2 Đặc tính tần số của bộ lọc phối hợp ............................................... 29
2.2.3 Dạng tín hiệu ở đầu ra bộ lọc tối ưu............................................... 31
2.2.4 Tỷ số tín/tạp ở lối ra bộ lọc tối ưu .................................................. 34
2.2.5 Lọc tối ưu tín hiệu điều tần tuyến tính ........................................... 35
2.3 Các dạng tín hiệu điều chế tần số và đặc trưng của nó ......................... 38
2.3.1 Tín hiệu điều tần tuyến tính (LFM) ................................................ 38
2.3.2 Tín hiệu điều tần theo luật chữ V .................................................... 42
2.3.3 Chuỗi mã M..................................................................................... 44
CHƯƠNG 3: XỬ LÝ TÍN HIỆU ĐIỀU TẦN TUYẾN TÍNH TRONG BỘ LỌC
PHỐI HỢP SỬ DỤNG KỸ THUẬT FFT ...................................................... 47
3.1 Đặc điểm xây dựng các hệ thống hình thành xung điều tần tuyến tính 47
3.1.1 Hệ thống hình thành xung ĐTTT theo phương pháp thụ động ..... 47
3.1.2 Hệ thống hình thành xung ĐTTT bằng phương pháp chủ động .... 48
3.1.3 Đặc điểm xây dựng các hệ thống xử lý tín hiệu phản xạ trong ra đa
phát xạ xung điều tần tuyến tính ............................................................. 49
3.2 Phân tích thuật tốn và xây dựng sơ đồ cấu trúc bộ lọc phối hợp ........ 49
3.2.1 Phân tích thuật tốn ........................................................................ 51
3.2.2 Sơ đồ cấu trúc bộ lọc phối hợp ...................................................... 52
3.3 Xử lý tín hiệu điều tần tuyến tính trong bộ lọc phối hợp sử dụng kỹ thuật
FFT .................................................................................................................. 53
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ BỘ LỌC PHỐI HỢP DÙNG TRONG ĐÀI RA ĐA
SỬ DỤNG TÍN HIỆU ĐIỀU TẦN TUYẾN TÍNH........................................ 56
4.1 Xây dựng mơ hình kiểm tra tính năng của BLPH ................................ 57
3

4.2 Công cụ phần mềm thiết kế bộ lọc phối hợp ........................................ 57
4.3 Thiết kế BLPH sử dụng kỹ thuật FFT.................................................. 66
4.4 Import chương trình thiết kế trên vào phần cứng ................................. 68
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 71

4


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt

Ý nghĩa

Thuật ngữ

FPGA

Field Programmable Gate Array

Mạng cổng lập trình

LFM

Linear Frequency Modulation

Điều tần tuyến tính

CW radar

Continous Wave radar

Ra đa phát xung liên tục

FFT

Fast Fourier Transform

Biến đổi nhanh Fourier

IFFT

Inverse Fast Fourier Transform

Biến đổi ngược FFT

DSP

Digital Signal Processing

Xử lý tín hiệu số

VHSIC Hadware Description

Ngơn ngữ mơ tả phần cứng

Language

VHSIC

VHDL

BLPH

Bộ lọc phối hợp

BLTU

Bộ lọc tối ưu

TMTDĐ

Tách mục tiêu di động
Xử lý tương quan

XLTQ

5


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Hệ thống ra đa ............................................................................................13
Hình 1.2 Phân loại các đài ra đa ................................................................................16
Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc tổng quát của đài ra đa cảnh giới .......................................21
Hình 2.1 Dạng tín hiệu và đặc tuyến xung cần có của bộ lọc phối hợp....................29
Hình 2.2 Bộ lọc tính mơ đun tích phân tương quan ..................................................29
Hình 2.3 Dạng đặc tuyến biên độ - tần số và đặc tuyến pha – tần số của BLTU .....31
Hình 2.4 Đồ thị minh họa hiện tượng cộng pha của các hài trong BPH..................33

Hình 2.5 Sự phụ thuộc thời gian giữ chậm của bộ lọc vào tần số ...........................36
Hình 2.6 Bộ lọc làm trên dây giữ chậm tán sắc ........................................................37
Hình 2.7 Dạng tín hiệu đầu ra bộ lọc tối ưu tín hiệu điều tần ...................................38
Hình 2.8 Tín hiệu điều tần tuyến tính và đầu ra sau bộ lọc nén ................................40
Hình 2.9 Giản đồ bất định của xung điều tần tuyến tính .........................................42
Hình 2.10 Tín hiệu điều tần hình chữ V và qui luật điều chế ...................................43
Hình 2.11 Giản đồ bất định của xung điều tần hình chữ V.......................................43
Hình 2.12 Sơ đồ mạch tạo chuỗi mã M ....................................................................45
Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc đơn giản tuyến hình thành và phát xạ xung điều tần tuyến tính
theo phương pháp thụ động.......................................................................................47
Hình 3.2 Phương pháp thụ động hình thành xung điều tần tuyến tính......................48
Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc thiết bị hình thành xung điều tần tuyến tính theo phương pháp
tích cực.......................................................................................................................49
Hình 3.4 Sơ đồ đảo ngược qui luật điều chế tần số trong xung tín hiệu phản xạ........50
Hình 3.5 Sơ đồ cấu trúc đài ra đa hình thành xung phát xạ điều tần tuyến tính theo
phương pháp thụ động và thu nén xung nhờ sơ đồ đảo ngược qui luật điều chế tần số và
bộ lọc mã......................................................................................................................51

6


Hình 3.6 Sơ đồ cấu trúc bộ lọc phối hợp ..................................................................53
Hình 4.1 Mơ hình kiểm tra hoạt động của bộ lọc phối hợp ......................................56
Hình 4.2 Tín hiệu đầu ra bộ lọc phối hợp khi có tín hiệu phản xạ từ mục tiêu ........57
Hình 4.3 Tài nguyên Xillinx Blockset Blockset trong thư viện Matlab Simulink ...58
Hình 4.4 Một chương trình thiết kế trong mơi trường phần mềm Matlab Simulink 61
Hình 4.5 Sơ đồ khối mức cao của Board ML605 .....................................................63
Hình 4.6 Hình ảnh của Board ML605.......................................................................64
Hình 4.7 Mơ hình kiểm tra hoạt động của bộ lọc phối hợp ......................................64
Hình 4.8 Mơ đun tạo giả tín hiệu ..............................................................................65

Hình 4.9 Mơ hình bộ nhân ........................................................................................66
Hình 4.10 Mơ đun thực hiện FFT .............................................................................66
Hình 4.11 Mơ đun IFFT ............................................................................................67
Hình 4. 12 Mơ phỏng kết quả của bộ lọc phối hợp ...................................................67
Hình 4. 13 Kết quả biên dịch từ phần mềm Matlab tạo ra một chương trình trong
Xillinx........................................................................................................................68

7


LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, sự phát triển nhảy vọt của khoa học kỹ thuật đặc biệt
là kỹ thuật điện tử - tin học đã làm thay đổi về cơ bản nội dung cũng như chất lượng
của các thiết bị điện tử. Công nghệ chế tạo linh kiện điện tử đã cho phép chế tạo được
các IC tổ hợp lớn và những dạng tín hiệu phức tạp cũng bắt đầu được ứng dụng rộng
rãi trong tất cả các lĩnh vực vô tuyến viễn thông, ra đa, điều khiển.. Tín hiệu phức tạp
đã đáp ứng được các yêu cầu rất cao về tính năng kỹ, chiến thuật cần có của một hệ
thống thiết bị ra đa hiện đại. Ứng dụng chủ yếu của ra đa liên tục sử dụng tín hiệu phức
tạp là quan sát, phát hiện các mục tiêu bay, xác định khoảng cách và vận tốc của mục
tiêu so với trạm ra đa liên tục. Những năm gần đây, đã xuất hiện nhiều sản phẩm ứng
dụng công nghệ ra đa liên tục trong các lĩnh vực như: ra đa cảnh giới tầm trung, ra đa
kiểm soát biên giới, ra đa đo sơ tốc đạn pháo, ra đa đo bám quỹ đạo đạn, ra đa kiểm
soát các phương tiện giao thông…
Ở nước ta, các thiết bị ra đa sử dụng trong quân đội chủ yếu vẫn là các loại ra đa
xung được trang bị từ những năm 70 của thế kỷ trước theo công nghệ của Liên Xô
trước đây. Hiện tại, một số cơ sở nghiên cứu trong quân đội cũng đã được trang bị một
số loại ra đa liên tục nhưng khả năng ứng dụng còn ở mức độ hạn chế.
Luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế bộ lọc phối hợp dùng
trong đài ra đa sử dụng tín hiệu điều tần tuyến tính’’ với những nội dung cụ thể
sau:

- Tìm hiểu tổng quan về tín hiệu điều tần tuyến tính
- Tìm hiểu tổng quan về bộ lọc phối hợp.
- Thiết kế bộ lọc phối hợp dùng trong đài ra đa sử dụng tín hiệu điều tần tuyến
tính.

8


Với lòng biết ơn chân thành, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS.Phạm
Thành Cơng đã tận tình chỉ bảo và có những đóng góp quý báu, giúp đỡ em trong suốt
quá trình làm luận văn. Và cuối cùng em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy,
cơ giáo Viện Điện tử - Viễn thơng nói riêng và Trung tâm đào tạo sau đại học, các
đồng nghiệp nói chung đã dạy bảo và cung cấp cho em những kiến thức quý báu trong
quá trình học tập tại trường. Cảm ơn gia đình, bạn bè đã khích lệ, ủng hộ tơi trong
những năm qua.
Trong q trình nghiên cứu khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận
được những ý kiến đóng góp chân thành của các thầy cô và đồng nghiệp.
Hà Nội, tháng 06 năm 2012
Học viên thực hiện

Vũ Thị Hân

9


PHẦN MỞ ĐẦU
ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thiết kế bộ lọc phối hợp dùng trong đài ra đa sử dụng tín hiệu
điều tần tuyến tính.
TÁC GIẢ: Vũ Thị Hân
Khóa: 2010B

Người hướng dẫn: TS.Phạm Thành Công
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay các đài ra đa thế hệ mới đã phát huy được tính năng vượt trội bằng
việc sử dụng sức mạnh của công nghệ hiện đại như các đài 96L6E, 55D6, Kacta
2E2....Những đài ra đa hiện đại đã khắc phục được hai yếu tố mâu thuẫn là phân biệt
theo cự ly và tốc độ, ngồi ra cịn giải quyết khá tốt bài tốn năng lượng, nâng cao tỷ số
tín/tạp.
Đặc điểm chung của các đài ra đa đó là sử dụng tín hiệu phức tạp, kết hợp bài
toán xử lý ứng dụng công nghệ hiện đại.
Xu hướng chung của các đài ra đa hiện nay là phát xạ tín hiệu phức tạp, ứng
dụng cơng nghệ cao trong việc xử lý tín hiệu số đã đáp ứng được cơ bản các yêu cầu
phức tạp mà các đài ra đa thế hệ cũ không đáp ứng được.
Với xu hướng đó việc phát triển nghiên cứu để chế tạo ra một bộ lọc phối hợp
ứng dụng được trong đài ra đa sử dụng tín hiệu điều tần tuyến tính là cần thiết.
2. Lịch sử nghiên cứu
Tháng 3/2012: Nghiên cứu tổng quan về tín hiệu điều tần tuyến tính và phần
mềm dùng trong thiết kế.

10


Tháng 4/2012: Nghiên cứu tổng quan về bộ lọc phối hợp dùng trong các đài ra
đa hiện nay.
Tháng 5/2012: Nghiên cứu thiết kế bộ lọc phối hợp sử dụng tín hiệu điều tần
tuyến tính bằng phần mềm Xillinx kết hợp với Matlab.
Tháng 6: Hoàn thiện nội dung luận văn và viết luận văn.
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Luận văn nghiên cứu về ứng dụng của tín hiệu dải rộng, cụ thể là tín hiệu điều
tần tuyến tính trong thiết kế bộ lọc phối hợp sử dụng trong các đài ra đa.
4. Tóm tắt nội dung luận văn

Chương I: Tổng quan về cấu trúc và yêu cầu chiến – kỹ thuật đối với ra đa cảnh
giới phịng khơng.
Giới thiệu sơ bộ về hệ thống ra đa cảnh giới phịng khơng, phân loại các đài ra
đa và sơ đồ tổng quát của một đài ra đa cảnh giới.
Chương II: Tổng quan về tín hiệu dải rộng và bộ lọc phối hợp.
Tìm hiểu về khái niệm, phân loại và ưu, nhược điểm của tín hiệu dải rộng so với
tín hiệu đơn xung; tìm hiểu sơ bộ về bộ lọc phối hợp: đặc tính tần số, tín hiệu đầu ra
cũng như tỷ số tín/tạp của bộ lọc phối hợp
Chương III: Xử lý tín hiệu điều tần tuyến tính trong bộ lọc phối hợp sử dụng kỹ
thuật FFT.
Giới thiệu về thuật tốn xử lý tín hiệu điều tần tuyến tính trong bộ lọc phối hợp
và đưa ra mơ hình tổng qt về một bộ lọc phối hợp cần thiết kế.

11


Chương IV: Thiết kế bộ lọc phối hợp dùng trong đài ra đa sử dụng tín hiệu điều
tần tuyến tính.
Xây dựng mơ hình kiểm tra tính năng của bộ lọc phối hợp, giới thiệu tổng quan
về công nghệ phần mềm sử dụng trong luận văn, đó là phần mềm Xllinx kết hợp với
Matlab. Mô phỏng và đưa ra các kết quả mô phỏng về bộ lọc phối hợp.
5. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết: Tổng qua về hệ thống ra đa cảnh giới phịng khơng, tìm
hiểu về tín hiệu điều tần tuyến tính và bộ lọc phối hợp.
Nghiên cứu cơng nghệ: Tìm hiểu về Xillinx kết hợp với Matlab để xử lý tín hiệu
điều tần tuyến tính trong bộ lọc phối hợp.

12

Chương I: TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC VÀ YÊU CẦU CHIẾN – KỸ THUẬT
ĐỐI VỚI RA ĐA CẢNH GIỚI PHÒNG KHÔNG
1.1 Những nét đặc trưng của hệ thống ra đa cảnh giới phịng khơng
Hệ thống ra đa cảnh giới phịng khơng là nhóm cấu trúc các phương tiện kỹ
thuật vơ tuyến điện được bố trí theo những quy tắc nhất định trên lãnh thổ, có liên hệ
chức năng với nhau để giải quyết nhiệm vụ thu thập, xử lý và cung cấp thông tin ra đa
về các mục tiêu trên không.
Sơ đồ tổng quát của một hệ thống ra đa như sau:

Hình 1.1: Hệ thống ra đa

13


Các phương tiện kỹ thuật vô tuyến điện trong hệ thống trên bao gồm:
- Các phương tiện ra đa,
- Các phương tiện xử lý thông tin ra đa,
- Các phương tiện truyền thông tin ra đa.
Thông tin ra đa do hệ thống này tạo ra dùng để đánh giá tình hình khơng phận
và giải quyết các nhiệm vụ sau:
- Phát hiện và phân phối các mục tiêu trên không,
- Xác định hỏa lực và phương tiện phịng khơng cần thiết,
- Chỉ thị mục tiêu cho các tổ hợp tên lửa phịng khơng,
- Dẫn đường cho máy bay tiêm kích đến các mục tiêu cần tiêu diêt.
Mối liên hệ chức năng giữa các phương tiện trong hệ thống với nhau nhằm tạo
ra mạng ra đa có khả năng quan trắc tồn diện vùng không gian cần quản lý, mà thực
chất là tạo ra những đặc trưng chất lượng mới, cho phép giải quyết những nhiệm vụ mà
không một đài ra đa riêng lẻ nào có thể giải quyết được. Đạt được như thế, trước hết là
do khơng cịn những hạn chế về kích thước hình học vùng quan sát, gây ra do độ cong
của Trái đất. Các phần tử của hệ thống ra đa có thể bố trí trên những địa điểm xác định

của lãnh thổ, cho phép tránh được những khó khăn về mặt nguyên lý xuất hiện khi cần
quan sát vùng không gian rộng lớn trên lãnh thổ.
Những ưu điểm chính của hệ thống ra đa:
- Cho phép nhận được thơng tin đầy đủ và có độ chính xác cao về mục tiêu nhờ
xử lý các thông tin đơn lẻ thu từ các đài ra đa chủng loại khác nhau làm việc ở những
tần số khác nhau và ở các vị trí xa nhau.

14


- Tăng xác suất phát hiện mục tiêu.
- Việc trao đổi thông tin về mục tiêu giữa các đài ra đa với nhau cho phép tăng
cự ly phát hiện, khắc phục các vùng mù (vùng mù đỉnh đầu và vùng mù ở góc tà thấp)
và các khe mù của giản đồ hướng anten trong mặt phẳng thẳng đứng của từng đài riêng
lẻ.
- Việc xử lý thống kê tín hiệu mục tiêu thu được từ các đài ra đa riêng lẻ theo
nhiều hướng khác nhau cho phép hệ thống có khả năng theo dõi liên tục được các mục
tiêu cơ động và các mục tiêu có dấu vết ra đa nhỏ (mục tiêu “tàng hình”).
- Hệ thống có khả năng đối phó thích nghi với những tình huống “chiến tranh
điện tử” khác nhau, cho phép giảm nhỏ ảnh hưởng của nhiễu tự nhiên hoặc nhân tạo,
giảm hiệu quả của các phương tiện trinh sát điện tử và chống ra đa của đối phương.
Tín hiệu (bao gồm cả tín hiệu có ích và nhiễu) thu được từ máy thu của ra đa thứ
i (i = 1,2,...,I) mang thông tin về mục tiêu thứ j (j = 1,2,....,J) nào đó trong khơng gian,
khi mục tiêu này được chiếu xạ bởi tín hiệu phát từ máy phát của ra đa thứ k (k =
1,2....,K) trong hệ thống ra đa cảnh giới phịng khơng, về mặt tốn học có thể biểu diễn
dưới dạng hàm của thời gian y(t), hoặc dưới dạng ma trận ba chiều:

(1.1)
Nhiệm vụ của các phương tiện xử lý thông tin ra đa là phải tách được các tín
hiệu có ích từ tập hợp các tín hiệu Yijk(t) đã thu được, hợp nhất các tín hiệu của cùng

một mục tiêu, tổng hợp thơng tin nhận được từ các tín hiệu đã hợp nhất, ước lượng các
tham số về chuyển động của từng mục tiêu, biến đổi thơng tin thành dạng thích hợp và
cung cấp cho nơi sử dụng tin. Quá trình xử lý thông tin ra đa thường phân đoạn thành 3
cấp: xử lý cấp 1, xử lý cấp 2, xử lý cấp 3.

15


1.2 Phân loại các đài ra đa:

Hình 1.2 : Phân loại các đài ra đa.
1.2.1 Phân loại theo công dụng
- Phát hiện xa các mục tiêu trên không (ra đa cảnh giới): để trinh sát phát hiện
các mục tiêu trên không ở cự ly xa. Loại đài này thường đo 2 tọa độ: cự ly và phương
vị của mục tiêu với độ chính xác vừa phải. Độ cao của mục tiêu có thể được xác định
rất sơ lược. Cơng suất phát của đài lớn.
- Phát hiện các mục tiêu trên khơng và dẫn đường cho máy bay tiêm kích đến
các mục tiêu đó (ra đa cảnh giới và dẫn đường): là khâu cung cấp thông tin chủ yếu
trong hệ thống dẫn đường cho máy bay tiêm kích bay đến các mục tiêu trên không. Để
đảm bảo dẫn đường cần thông tin về vị trí khơng gian của các mục tiêu và các máy bay
tiêm kích, ra đa cần đo được cả ba tọa độ: cự ly, phương vị và độ cao với độ chính xác
đủ đảm bảo dẫn đường thành công.

16


- Ra đa phát hiện mục tiêu bay thấp: để trinh sát các mục tiêu bay thấp. Ra đa
loại này có búp sóng rà thấp sát mặt đất, làm việc ở dải sóng cm hoặc dm, có thiết bị áp
chế nhiễu tiêu cực phản xạ từ mặt đất, công suất phát nhỏ, gọn nhẹ, cơ động.
- Ra đa chỉ thị mục tiêu cho tổ hợp tên lửa phịng khơng cần có cự ly tác dụng

đủ xa sao cho sau khi nhận được chỉ thị mục tiêu từ nó, các phương tiện hỏa lực phịng
khơng đủ thời gian chuẩn bị để tiêu diệt mục tiêu ở tầm xa nhất. Thông tin ra đa (về cả
3 tọa độ) cần đủ chính xác đảm bảo cho các đài điều khiển tên lửa bám sát ngay được
mục tiêu mà không cần sục sao.
- Ra đa chuyên dụng: chẳng hạn như ra đa có độ chính xác cao, ra đa dùng để
phủ vùng nón mù đỉnh đầu...
1.2.2 Theo dấu hiệu kỹ thuật:
Có thể chia các ra đa theo dải sóng, theo phương pháp ra đa, theo phương pháp
đo cự ly, theo số lượng kênh ra đa độc lập.
* Tần số làm việc của ra đa có thể thuộc dải tần như bảng dưới đây. Ra đa HF
lợi dụng sự phản xạ sóng ở tầng đối lưu và tầng điện ly để phát hiện các mục tiêu trong
đường chân trời. Ra đa dải VHF và UHF để phát hiện các mục tiêu ngoài đường chân
trời. Các ra đa cảnh giới thông thường làm việc ở dải sóng m(10  1m), dm (10 – 1
dm), và cm (10 – 1cm).

17


*Theo phương pháp ra đa:
Các phương tiện ra đa, nếu xét theo phương pháp ra đa, có thể bao gồm các loại
ra đa sau:
- Ra đa chủ động có trả lời thụ động. Loại ra đa này là nguồn cung cấp chủ yếu
thông tin ra đa hiện nay. Nguyên lý làm việc của nó dựa trên sự chủ động phát tín hiệu
cao tần chiếu xạ vào các mục tiêu và thu các tín hiệu phản xạ thụ động từ chúng.
- Ra đa chủ động có trả lời chủ động để phát hiện và nhận biết các máy bay ta có
trang bị máy trả lời tương ứng.
- Ra đa thụ động phát hiện và định vị mục tiêu dựa trên việc thu các bức xạ vô
tuyến riêng của các mục tiêu (như bức xạ vô tuyến của mục tiêu, bức xạ vô tuyến từ
các thiết bị kỹ thuật vô tuyến điện của mục tiêu,...).
* Theo phương pháp đo cự ly có thể chia thành 2 nhóm lớn: ra đa bức xạ xung

và ra đa bức xạ liên tục. Ra đa bức xạ xung có ưu điểm chính: đơn giản việc đo cự ly,
về mặt kỹ thuật cho phép dễ dàng sử dụng chung một anten cho cả phát và thu. Nhược
điểm của nó là cần phải dùng máy phát cơng suất xung lớn, khá phức tạp việc đo tốc độ
mục tiêu (đặc biệt khi cần đo độ chính xác cao). Ra đa bức xạ liên tục liên tục cho phép

18


tách mục tiêu theo tốc độ và đo đơn trị tốc độ trong dải tốc độ khá rộng, công suất phát
không cần lớn. Nhược điểm này của loại này là việc khử ghép giữa tuyến thu và phát
rất phức tạp, thiết bị đầu cuối cũng rất phức tạp khi cần quan sát nhiều mục tiêu theo
nhiều tham số.
1.3 Sơ đồ cấu trúc tổng quát của đài ra đa cảnh giới:
Dưới đây là sơ đồ cấu trúc tổng quát của các đài ra đa cảnh giới làm việc theo
phương pháp ra đa chủ động. Các đài ra đa này cần đảm bảo:
- Hình thành tín hiệu phát xạ có cấu trúc định trước và bức xạ định hướng sóng
điện từ vào khơng gian.
- Thu và xử lý các tín hiệu phản xạ từ mục tiêu,
- Phát hiện mục tiêu, đo tọa độ và các tham số về chuyển động của nó.
Muốn vậy trong sơ đồ cấu trúc tổng quát của loại đài ra đa này cần có các hệ
thống sau:
- Hệ thống hình thành tín hiệu phát xạ,
- Hệ thống anten để bức xạ định hướng tín hiệu phát và thu các tín hiệu phản xạ.
Để tạo ra hình dạng vùng quan sát cần thiết và đảm bảo khả năng xác định các tọa độ
góc của mục tiêu cần tiến hành quét búp sóng anten (theo phương pháp cơ điện hoặc
điện tử) trong các mặt phẳng tương ứng.
- Hệ thống xử lý tín hiệu thu nhằm cực đại hóa chất lượng phát hiện mục tiêu
khi có tác động của các loại nhiễu khác nhau. Hệ thống này gồm các thiết bị: khuếch
đại, lọc phối hợp, tích lũy tín hiệu, chống nhiễu tiêu cực và chống nhiễu tích cực.

19


- Hệ thống phát hiện, đo tọa độ và cac tham số chuyển động của mục tiêu. Trong
các ra đa phát hiện mục tiêu bằng mắt và đọc tọa độ trên màn hiện sóng thì đó là hệ
thống “hiện sóng – trắc thủ”, còn trong ra đa tự động phát hiện và lấy tọa độ mục tiêu
thì đó là các máy tính điện tử chuyên dụng.
- Hệ thống anten phát làm việc cùng với hệ thống tạo tín hiệu phát, tạo thành
tuyến hình thành và bức xạ tín hiệu phát. Còn hệ thống anten thu làm việc cùng với hệ
thống xử lý tín hiệu thu, tạo thành tuyến thu và tách tín hiệu khỏi nhiễu. Cấu trúc và
các tham số của hai tuyến này quyết định các đặc trưng quan trọng nhất của đài ra đa.
- Hệ thống đồng bộ, đảm bảo đồng bộ hoạt động của tất cả các tuyến và các hệ
thống trong đài ra đa,
- Hệ thống điều khiển kiểm tra và bảo vệ các chế độ làm việc của đài, cho phép
chọn chế độ tối ưu trong những tình huống nhiễu cụ thể,
- Hệ thống nguồn cấp điện cho đài ra đa,
- Các hệ thống và thiết bị phụ, đảm bảo hoạt động bình thường của các tuyến và
các hệ thống chính trong đài (như hệ thống thơng gió và làm nguội máy, hệ thống bảo
vệ quá tải, thiết bị khử ghép...)

20


Hình 1.3: Sơ đồ cấu trúc tổng quát của đài ra đa cảnh giới.
1.4 Các yêu cầu chiến – kỹ thuật cơ bản đối với ra đa cảnh giới
Để thực hiện có hiệu quả các nhiệm vụ phức tạp và đa dạng, đài ra đa cần thỏa
mãn những yêu cầu nhất định. Các yêu cầu này thường chia thành hai loại: yêu cầu
chiến thuật và yêu cầu kỹ thuật.
Hệ thống chỉ tiêu sử dụng để đánh giá khả năng chiến đấu của đài ra đa và tiến
hành các tính tốn chiến thuật được gọi là các đặc trưng chiến thuật của đài, và bao

gồm:
- Thành phần của thông tin ra đa,
- Vùng quan sát (hình dạng vùng và các tham số của nó),
- Độ chính xác của thơng tin,
- Khả năng phân biệt theo các tọa độ,

21


- Khả năng thông tin,
- Khả năng chống nhiễu,
- Độ tin cậy,
- Khả năng dung hòa điện từ,
- Các đặc trưng cơ động (thời gian triển khai và thu hồi, thời gian nối và tắt
máy, độ cơ động...).
Thông tin mà ra đa đưa ra cần có các thành phần sau đây:
- Tọa độ không gian của mục tiêu,
- Tên quốc gia hoặc cơ quan, đơn vị sở hữu mục tiêu,
- Đặc tính của mục tiêu (đơn hay nhóm) và thành phần định lượng của mục tiêu
nhóm,
-Các dạng nhiễu tạo ra và cường độ của chúng.

22


Chương II: TỔNG QUAN VỀ TÍN HIỆU DẢI RỘNG
2.1 Khái niệm – Phân loại – Ưu điểm của tín hiệu dải rộng
2.1.1 Khái niệm
Trong các đài ra đa chủ động, tồn bộ thơng tin về một mục tiêu đều ẩn chứa
trong các tham số của các tín hiệu phản xạ từ mục tiêu đó, các tín hiệu này được hình

thành do bức xạ thứ cấp của mục tiêu, khi mục tiêu đó bị chiếu xạ bởi tín hiệu được
phát xạ từ đài ra đa. Đài ra đa có thể phát tín hiệu liên tục, tín hiệu tựa liên tục, tín hiệu
xung (chuỗi xung vơ tuyến tuần hồn chu kỳ T). Chuỗi xung vơ tuyến có thể tương
quan (pha đầu như nhau hoặc thay đổi theo quy luật biết trước) hoặc không tương quan
(pha đầu ngẫu nhiên). Các đài ra đa xung thường sử dụng loại xung vô tuyến sau đây:
-

Xung vơ tuyến đơn giản: khơng có điều chế tần số mang trong xung.

-

Xung vơ tuyến mà sóng mang trong xung bị điều chế ( điều tần hoặc điều
pha,…) theo một quy luật thì được gọi chung là tín hiệu phức tạp hay tín
hiệu dải rộng.

Trong ra đa, để làm tăng độ chính xác tới hạn đo cự ly cần sử dụng các tín hiệu
phát với phổ rộng, bởi vì độ chính xác tới hạn đo cự ly σR liên quan với độ chính xác
tới hạn đo thời gian giữ chậm στ qua biểu thức:

 R = c  2 = 1
2q 

(2.1)

Ở đây, q là tỷ số tín/tạp (q>>1) và  là độ rộng hiệu dụng của phổ đường bao
tín hiệu. Độ rộng phổ của xung vô tuyến với tần số mang không đổi lại tỷ lệ nghịch với
độ rộng của nó. Để tăng khả năng phân biệt theo cự ly ΔR cần thu hẹp độ rộng xung τx
bởi vì: R = cx/ 2, tức là mở rộng phổ của nó.

23

Tuy nhiên khi công suất đỉnh của xung phát bị hạn chế thì sự giảm độ rộng xung
phát sẽ dẫn tới làm giảm năng lượng bức xạ và do đó giảm cự ly phát hiện của ra đa.
Đồng thời, khi giảm độ rộng xung thì khả năng phân biệt theo tốc độ hướng tâm Δv
cũng bị giảm vì: V = 0,6/x ( với λ là bước sóng làm việc của ra đa).
Có thể khắc phục mâu thuẫn này nếu mở rộng phổ xung phát không phải bằng
cách thu hẹp độ rộng xung mà bằng cách điều chế tần số hay pha của dao động mang
trong độ rộng xung, tức là sử dụng tín hiệu dải rộng (tín hiệu phức tạp hay tín hiệu giả
tạp).
Để đặc trưng cho tính chất “đơn giản” hay “phức tạp” của tín hiệu thường dùng
giá trị B = F. x
Đối với tín hiệu dải rộng thì tích của độ rộng phổ F với độ rộng xung τx, tức là
đáy của tín hiệu B (hay cịn gọi là hệ số nén xung), là rất lớn hơn 1:
B = F τx >>1

(2.2)

Cịn đối với tín hiệu dải hẹp thì B = F τx 1
2.1.2 Phân loại
Có nhiều dạng điều chế tần số hay pha dao động trong độ rộng xung và cũng có
rất nhiều tài liệu khác nhau đề cập đến các dạng khác nhau. Tuy nhiên theo tài liệu đã
nghiên cứu thì có thể tạm thời chia tín hiệu phức tạp thành các dạng sau:
-

Tín hiệu điều tần

-

Tín hiệu nhiều tần số

-

Tín hiệu điều pha

-

Tín hiệu tần số rời rạc (tín hiệu có tần số được mã hóa theo qui luật mã nào
đó)…

24