Slide hệ thống radar nguyễn hồng quang, 60 trang

Giới thiệu về Radar
Nguyễn Hồng Quang
ĐT6-K48


Radar


Radar
• Viết tắt của Radio Detection And Ranging :là
1bộ cảm biến sóng vơ tuyến ,nói chung(nhưng
khơng hồn tồn ) hoạt động ở dải tần số
microwave (> 1 GHz), và là 1 bộ cảm biến cực
“nhạy” . Ở đây từ “nhạy” chỉ ra rằng : bộ cảm
biến phát năng lượng (sóng điện từ) vào môi
trường xung quanh và thu về thông tin thơng
qua phân tích phản xạ trở lại.


Radar
• Radar có thể được hiểu như 1 cặp kết nối
truyền thông chỉ trên 1 đường ,với kết nối trở
về là sóng phản xạ.
• Bộ phận phát và thu đều được đặt cùng 1 vị trí
và tín hiệu thu là tín hiệu phản xạ .


Radar
• Chúng ta có 1 ăngten phát đẳng hướng nghĩa là
nó phát đồng nhất về mọi hướng .Năng lượng
phát

tại 1 khoảng cách d từ máy phát ,là
được trải rộng đồng nhất trên bề mặt của 1 quả
cầu có bán kính là d ,với mật độ năng lượng :


Radar
• Ăngten thực tế phát theo 1 hướng nhất định :hệ
số tăng ích của ăngten (G) là thước đo tính
hiệu quả của ăngten trong tập trung năng lượng
phát xạ của ăngten theo 1 hướng xác định.Mật
độ năng lượng sẽ là :


Ăngten Radar

Send the signal (electromagnetic pulse)

Receive back-scattered radiation (return signal)


Hệ số phản xạ
Forward
signal

Signal scatted by small particles

Signal scatted by large particles


Radar

Hệ thống Radar điển hình bao gồm :1 máy phát
và thu sóng vơ tuyến đặt cùng vị trí ,thường sử
dụng chung 1 ăngten.


Radar
• Sóng được phát đi và sau đó máy thu sẽ thu tín
hiệu trở về.
• Cường độ của tín hiệu trở về phụ thuộc vào
khoảng cách tới đích và kích cỡ(điện) của nó .
• Radar xác định khoảng cách tới đích nhờ vào
trễ thời gian từ khi phát cho tới khi nhận được
sóng phản xạ lại.


Truyền trong khơng gian tự do
• Năng lượng có sẵn tại đầu ra của 1 ăngten
nhận sẽ là tích số của mật độ năng lượng tại
điểm đó với diện tích có ảnh hưởng của
ăngten.


Truyền trong khơng gian tự do
• Nếu cùng 1 ăngten sử dụng cho cả phát và thu
chúng ta có thể sử dụng phương trình quan hệ
giữa diện tích chịu ảnh hưởng và hệ số tăng
ích.

Truyền trong khơng gian tự do
• Thay thế phương trình hệ số tăng ích ăngten
bằng phương trình tổn hao năng lượng trong
không gian tự do Friis


Radar cross-section
• Tạm dịch :Tiết diện của Radar.
• Thay thế diện tích chịu ảnh hưởng (effective
area) của ăngten nhận ,trong Radar ,tín hiệu
được xác định bởi RCS.
• RCS là thước đo diện tích phản xạ hoặc điện
(electrical) của mục tiêu.


Radar cross-section
• Nó có thể tỉ lệ hoặc khơng với kích thước vật
lý của mục tiêu.
• Nó thường được biểu diễn bằng m2 hoặc
dBsm
• Kí hiệu của RCS là :


Phương trình Radar
• Do vậy ,tín hiệu phản xạ có thể được xác định
bằng mật độ năng lượng tại mục tiêu nhân với
RCS

• Mật độ năng lượng tại máy thu từ tín hiệu
phản xạ là:

Phương trình Radar
• Khi nhân với vùng chịu ảnh hưởng của ăngten
Radar Ta có :


Phương trình tầm xa của Radar
• Tuỳ vào mức độ tín hiệu nhận được,chúng ta
có thể xác định được phương trình cho d và
tìm được khoảng cách lớn nhất mà thiết bị có
thể dị được

• Trong Radar thường sử dụng R - tầm xa thay
thế cho d - khoảng cách.


SNR(Signal Noise Ratio)
•
•
•
•
•
•

Năng lượng nhiễu tại đầu vào bộ thu là :
Pn = kT B F
Trong đó :
k :hằng số Boltzmann’s
T:nhiệt độ máy thu(Nhiệt độ Kelvin)

B:Dải thông của nhiễu máy thu(có thể xem như bằng
dải thơng của tín hiệu)
• Noise Figure F ,số hạng lớn hơn 1 so sánh với trường
hợp lí tưởng =1 .
• Sau đó ta có thể tính được SNR = Pr/Pn.


Xung Radar(Pulse Radar)
• Xung Radar thơng thường làm việc bằng cách
phát 1 xung RF ngắn và đo thời gian trễ trở về.
• Dải thơng của “matched filter receiver” xấp xỉ
1/ với là độ rộng xung
• cũng xác định độ phân giải tầm xa(resolution
range) của Radar :


Xung Radar
• Các xung ngắn hơn u cầu dải thơng nhận là lớn hơn
(nhiều nhiễu hơn) ,cung cấp năng lượng trung bình
thấp hơn (tín hiệu yếu hơn) nhưng cung cấp độ phân
giải tầm xa (resolution range) tốt hơn.
• “Matched filter” có đáp ứng xung phù hợp với xung
phát đi
• Tầm xa tới mục tiêu sẽ là :
•

là thời gian trơi qua giữa phát và nhận xung.


Xung Radar

• Các xung thường được phát đều đặn.Chu kỳ
này được gọi là PRI hoặc PRT.
• Tần số phát lại xung là: PRF = 1/ PRI.
• PRI mơ tả tầm xa rõ ràng lớn nhất(range
unambiguos maximum) của hệ thống.


Xung Radar
• Một mục tiêu lớn ở xa giới hạn rõ ràng
(unambigous range) có thể hiểu như mục tiêu
đóng (close target).


Xung Radar
• Để có bội số lần phản xạ trở lại, RCS của vật
phản xạ ở xa thường phải lớn.
• Lí tưởng chúng ta muốn R(unamb) cách xa
khoảng dị được lớn nhất của Radar.
• Trong thực tế có nhiều cách để loại bỏ hiệu
ứng của những lần quay trở lại này.


Đo tầm xa(Range Measurement)
• Tầm xa của mục tiêu có thể được ước lượng
chính xác tốt hơn độ rộng xung bằng việc sử
dụng “bộ theo dõi chia cổng”(split-gatetracker).
• Bằng cách so sánh năng lượng giữa Early Gate
và Late Gate  ước lượng được vị trí của mục
tiêu.