Bài giảng Kỹ thuật định vị và dẫn đường điện tử - Nguyên lý và hệ thống Radar

Trường Đại học Bách Khoa Hà NộiKhoa Điện tử Viễn thông Kỹ thuật định vịvà dẫn đường điện tửElectronics Positioning and Navigations TS. Đỗ Trọng Tuấn Bộ môn Kỹ thuật thông tin Hà Nội, 8-2010 Chương 2Nguyên lý và hệ thống Radar Principles and Systems ξ 1. Khái niệm và nguyên lý Radar RadarRadio Detection and RangingChristian Huelsmeyer, Đức 1904 Khái niệm Radar Radar là hệ thống thiết bị phát hiện (detect) và xác định vị trí (ranging) của đối tượng thông qua việc thu, phát và xử lý sóng điện từ. TARGET, RETURN, ECHO, CONTACT, OBJECT, REFLECTING OBJECT N M R φ O β LOS Range: cự ly theo tầm nhìn thẳng (Line of Sight) Mục tiêu Radar Mục tiêu radar là tất cả các đối tượng có khả năng phản xạ sóng điện từ nằm trong tầm phát hiện của trạm radar. Phân loại: Mục tiêu quan sát: Mục tiêu nhân tạo Mục tiêu tự nhiên Mục tiêu giả: là những đối tượng không cần quan sát nhưng xuất hiện trong vùng phủ sóng của trạm radar, gây nhiễu đối với các mục tiêu cần quan sát. Tham số xác định vị trí: 3D: M (D, φ, β ) hoặc M ( H, φ, β ) trong đó: H = D sin (β) 2 D: M (D, φ ) Quỹ đạo mục tiêu: tập hợp các vị trí của mục tiêu theo thời gian Radar Frequency Bands Frequency Wavelength 1 mm 1 km 1 m 1 nm 1 MHz 1 GHz IR UV 109 Hz 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 30 20 10 8 6 5 4 3 9 7 Allocated Frequency (GHz) Wavelength (cm) X-Band C-Band S-Band L-Band UHF VHF Visible 1012 Hz Ku K Ka W Băng tần Radar Band Phạm vi Băng tần dành cho Radar tần tần số danh định HF 3 – 30 MHzVHF 30 – 300 MHz 138 – 144; 216 – 225 MHzUHF 300 – 1000 MHz 420 – 450; 890 – 942 MHzL 1000 – 2000 MHz 1215 – 1400 MHz S 2000 – 4000 MHz 2300 – 2500; 2700 – 3700 MHzC 4000 – 8000 MHz 5250 – 5925 MHzX 8000 – 12,000 MHz 8500 – 10680 MHzKu 12 – 18 GHz 13.4 – 14.0; 15.7 – 17.7 GHz K 18 – 27 GHz 24.05 – 24.25 GHzKa 27 – 40 GHz 33.4 – 36.0 GHzmm 40 – 300 GHz From Radar Handbook Băng tần Radar From Wikipedia, the free encyclopedia Radar liên tục – CW Radar ( Continuous Wave ) Radar xung – Pulse Radar ( Pulse Transmission) - Phân loại theo nguyên tắc bức xạ tín hiệu Phân loại theo phương pháp định vị Hệ thống Radar chủ động (Active Radar) + Radar sơ cấp (Primary Radar) + Radar thứ cấp (Secondary Radar) Hệ thống Radar thụ động (Passive Radar) Phân loại - Phân loại theo phân bố anten thu phát Hệ thống Radar tập trung Hệ thống Radar phân bố * Primary Radar A Primary Radar transmits high-frequency signals which are reflected at targets. The echoes are received and evaluated. This means, unlike secondary radar sets a primary radar unit receive it's own emitted signals as an echo again. * Secondary Radar At these radar sets the airplane must have a transponder (transmitting responder) on board and this transponder responds to interrogation by transmitting a coded reply signal. This response can contain much more information, than a primary radar unit is able to acquire (E.g. an altitude, an identification code or also any technical problems on board such as a radio contact loss ...). * (c) Radar liên tục Là hệ thống radar bức tín hiệu liên tục theo thời gian. t f CW Radar Radar xung Sơ đồ khối hệ thống Radar xung Radar xung Chuỗi xung phát và xung thu IPP: Inter Pulse Period – Chu kỳ lặp xung PRI: Pulse Repetition Interval – Khoảng lặp xung Radar xung Độ rộng xung PW- Pulse Width thời gian bức xạ tín hiệu trong một chu kỳ bức xạ. Tần số lặp xung PRF - Pulse Repetition Frequency Số xung phát trong một giây. Thời gian lặp xung PRT - Pulse Repetition Time (PRT=1/PRF) PW ảnh hưởng đến : Phạm vi phát hiện mục tiêu của Radar Cự ly tối thiểu và tối đa có thể phát hiệnmục tiêu PRF xác định: Cự ly tối đa phát hiện mục tiêu Thông số cơ bản PW = τ Tần số làm việc PRT = T Pt Pav Công suất trung bình Pav Hệ số công suất dt Đơn vị công suất Tất cả các tính toán trong radar được tính toán theo đơn vị Watts → W, nW, pW . . . đơn vị tuyệt đối hoặc dBW, dBm - đơn vị tương đối hay được dùng Ví dụ 1 Giả sử một trạm Radar giám sát hàng không có công suất đỉnh là 100 KW, bức xạ tín hiệu theo kiểu xung với độ rộng 10 µs và chu kỳ lặp xung là 1 ms. Hãy xác định công suất trung bình, hệ số công suất dt và minh họa bằng hình vẽ. Ví dụ 1 PW = 10 µs Tần số làm việc PRT = 1 ms Pt=100 KW Pav = 1 (KW) hay Ví dụ 3 Một trạm Radar xung có công suất đỉnh 10 KW, sử dụng hai tần số lặp xung PRF, fr1 = 10 KHz và fr2 = 30 KHz. Xác định độ rộng xung cho mỗi tần số lặp xung để trạm radar có công suất phát trung bình không đổi là 1500 W. Tính toán năng lượng xung trong mỗi trường hợp tương ứng. Năng lượng xung