Đồ án Thiết bị radar giám sát thứ cấp SIR-M

ay được hỏi bởi tia phản xạ có công suất đủ lớn sẽ trả lời và gây ra hiện tượng bóng ma Giảm công suất trong vùng có địa vật gây phản xạ sẽ giảm sự phản xạ và loại trừ hiện tượng bóng ma Giả Vị trí thật Địa vật gây phản xạ Hình 3.3 Điều chỉnh công suất phát theo địa vật quanh đài. Anten của trạm mặt đất thực hiện cả phát tín hiệu hỏi lẫn thu tín hiệu trả lời từ máy bay. Nguyên tắc thu phát tin là qua các búp sóng chính có tính định hướng cao. Transpondor trên máy bay khi thu được tín hiệu hỏi là các xung cao tần phát từ đài radar thứ cấp sẽ thực hiện kiểm tra, xử lí, giải mã tín hiệu này rồi tìm mã trả lời tương ứng để phát đáp thông qua anten thu phát vô hướng. Tần số tín hiệu trả lời là 1090MHz. Trở lại trạm radar mặt đất, thông tin trả lời từ transponder thu qua anten thứ cấp sẽ được xử lí qua các công đoạn KDCT, trộn tần với dao động nội trong máy thu để đổi về trung tần, khuyếch đại trung tần rồi tách sóng, tách ra tín hiệu video cũng như tín hiệu trả lời, gửi vào phân hệ điều khiển và hiển thị để có những thông tin mong muốn. Quá trình xử lí trong máy thu là quá trình xử lí tín hiệu tương tự. Các tín hiệu tương tự này sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu số và được xử lí tại khâu cuối trong phân hệ điều khiển và hiển thị. Phân hệ điều khiển và hiển thị giữ vai trò trái tim. Nó thực hiện chuyển đổi A/D để kiểm tra, xử lí các thông tin tách được trong máy thu, cho ra kết quả cuối cùng và đưa lên hiển thị cũng như chuyển giao kết quả này đến các bộ phận liên quan cần thiết. Phân hệ này không những cấp tín hiệu đồng bộ hoạt động giữa khối thu và khối phát mà còn thực hiện phân tích tín hiệu thu, tín hiệu phát để có những thông tin về trạng thái hoạt động của các phân hệ chức năng từ đó tạo ra tín hiệu điều khiển điều khiển trở lại tác động vào các phận hệ này để ổn định hoạt động của trạm mặt đất cũng như đưa ra các cảnh báo khẩn cấp khi có sự cố về thiết bị. Để đảm bảo an toàn cũng như tính liên tục trong hoạt động, trạm radar mặt đất có cấu trúc dự phòng cho cả phân hệ phát, phân hệ thu và phân hệ điều khiển. 3.1.3 Các Mode cơ bản của radar Thứ cấp 3.1.3.1 Các đặc trưng của tín hiệu hỏi Tần số sóng mang : 1030MHz0.2MHz. Tính chất phân cực : phân cực đứng. Dạng điều chế : điều chế xung. Các mode hỏi : có 7 mode hỏi là mode1, mode 2, mode3/A, mode B, mode C, mode D và mode S. Để mỗi đài SSR phân biệt được các tín hiệu trả lời mong muốn tương ứng với tín hiệu hỏi của đài với các tín hiệu trả lời tương ứng với các tín hiệu hỏi từ đài khác, mỗi trạm SSR ở mặt đất được đăng kí làm việc ở một tần số Ft quy định. Nhờ vậy dễ dàng lọc bỏ được các tín hiệu trả lời không đồng bộ với tín hiệu trả lời đồng bộ với tín hiệu của đài SSR. MODE A MODE C P1 P2 P231 P1 P2 P3 2ms 2ms 21ms 8ms Hình 3.4 Minh hoạ Mode. Mode hỏi tmode(ms) tx(ms) Chức năng Sử dụng 1 30.1 0.80.1 Bảo vệ Quân sự 2 50.1 0.80.1 Bảo vệ Quân sự 3/A 80.1 0.80.1 Nhận dạng QS/Dân sự B 170.1 0.80.1 Nhận dạng Dân sự C 210.1 0.80.1 Độ cao QS/DS D 250.1 0.80.1 Chưa xác định DS Bảng 3.1 Cho biết tmode xác định khoảng cách xung P1-P3, độ rộng xung tx của các mode. 3.1.3.2 Các đặc trưng tín hiệu trả lời Tần số sóng mang : 10903 MHz. Tính chất phân cực : phân cực đứng. Dạng điều chế : điều chế xung. Các mã trả lời Mỗi tổ hợp mã bao gồm 2 xung khung F1, F2 và các xung mang thông tin nằm giữa chúng. Khoảng cách giữa 2 xung khung luôn luôn là tkhung=20.3ms. Trong khoảng cách đó có 13 vị trí cách đều nhau 1.45ms (=1/14tkhung) trừ vị trí giữa khung không có xung, còn 12 vị trí còn lại có thể có hoặc không có xung thông tin tuỳ thuộc vào thông tin chung của tổ hợp mã trả lời. Tổ hợp mã trả lời được sắp xếp theo thứ tự của 4 tổ hợp con {A}, {B}, {C}, {D}. Mỗi tổ hợp con đều là tổ hợp mã 3 bit nhị phân {A1, A2, A4}{B1, B2, B4}{C1, C2, C4}{D1, D2, D4} có phân bố vị trí đan xen nhau trong tín hiệu trả lời theo quy định như hình 3.5. Như vậy mỗi tổ hợp con 3 số nhị phân nằm trong khoảng [000,111] khi chuyển sang hệ thập phân sẽ tương ứng trong khoảng [0,7]. Ví dụ: {A}, {B}, {C}, {D}={0,1,0}, {1,0,1}, {0,1,0}, {1,1,1}=2527. F1 C1 A1 C2 A2 C4 A4 X B1 D1 B2 D2 B4 D4 F2 Vị trí trống 20.3ms 0.45ms 1.45ms F1 0 0 1 1 0 0 X 1 1 0 1 1 1 F2 Hình 3.5 Tổ hợp mã xung trả lời. Như vậy từ 12 vị trí (không kể vị trí giữa) sẽ tạo thành 212=4096 tổ hợp mã. Nếu thêm xung thông tin ở vị trí giữa (X) thì tạo được 213=8192 tổ hợp mã khác nhau. Hiện các xung {C}, {D}, X chỉ sử dụng cho mục đích kiểm tra một số tổ hợp mã đặc biệt. 7700 – Máy bay cần cấp cứu 7600 – Máy bay hỏng thông tin liên lạc 7500 – Máy bay bị không tặc Khi kiểm soát viên không lưu có thêm yêu cầu nhận dạng máy bay thì trong tổ hợp mã trả lời xuất hiện thêm xung nhận dạng (SPI – Special position dentification) ở phía sau và cách xung khung một khoảng 4.32ms. 3.1.4 Giải mã thời gian thực Mọi câu trả lời từ Transponder có dữ liệu được mô tả trong một số hoặc tất cả 12 vị trí xung thông tin giữa hai xung khung F1 và F2. Độ dài khung luôn là 20.3ms. Cặp xung hỏi nhận được (P1, P3) được phân tích bởi transponder và nó sẽ tạo câu trả lời sau 30.5ms sau khi nhận được xung P3. Bộ giải mã gồm các mạch làm trễ xung vào 20.3ms và tìm kiếm xung đi đôi với nó sau khoảng trễ này (cặp xung F1/ F2). Mỗi xung vào F1 đi đôi với xung F2 sau 20.3ms. Nếu có sự trùng khớp giữa F1 và F2 thì hệ thống hiểu là câu trả lời từ transponder đúng bất kể là mã gì và bộ giải mã sẽ cho ra 1 xung có độ rộng 1ms. Nếu transponder tiếp tục trả lời thì sự trùng khớp sẽ được phát hiện và bộ giải mã cho một xung ra. Các xung ra này, xác định là có mục tiêu, và được gửi tới màn hiển thị hiện lên là 1 cung sáng nhỏ trong thời gian thực. Cung sáng hiện lên trong suốt thời gian chiếu rọi và mục tiêu. Do đó ta có được dấu hiệu về mục tiêu như là khoảng cách và góc phương vị. Dữ liệu mã trong cặp xung khung được lấy ra thế nào? Có một thiết bị gọi là “light pen”. Nó giống như 1 cây bút ngoại trừ là nó dùng để đọc! Đầu bút là một cảm biến tác động rất nhanh. Khi xung sáng đầu tiên hiện lên, tế bào cảm nhận được và lập tức phát ra một xung nhấn, rồi một xung cổng hình thành để bắt lấy câu trả lời lặp lại từ transponder. Xung cổng này có tác dụng ngăn cách câu trả lời này với câu trả lời khác trong khoảng thời gian hỏi. Bởi vì thời gian lặp lại câu hỏi được biết trước, cho nên xung cổng sẽ xuất hiện cùng lúc với câu trả lời tiếp theo từ transponder. Xem hình 3.6 T T 3 2 1 Thời gian hỏi Mục tiêu trả lời Light pen Xung trễ Xung cổng Trùng xung F1/F2 Hình 3.6 Sự phát xung cổng giải mã thời gian thực, dùng để ngăn cách các câu trả lời. Light pen sẽ cảm biến khi xuất hiện sự trùng lập F1/F2. Light pen chỉ bắt các xung trả lời của cùng một transponder. Trong thời gian của xung cổng thì 12 vị trí xung trong khung được kiểm tra. Nếu một xung xuất hiện tại vị trí xung nào đó thì nó được phân chia vào các nhóm xung A,B,C,D. Mạng tính toán sẽ tính các giá trị kí hiệu xung trong mỗi nhóm và cho kết quả về dấu hiệu của mục tiêu. Quá trình này gọi là giải mã chủ động thời gian thực. Sau khi có được mã theo phương pháp chủ động, người điều hành sẽ thiết lập một bộ lọc mã bị động. Nó gồm 5 chuyển mạch lựa chọn. Một cái dùng để lựa chọn mode, bốn cái còn lại là bản sao của chúng được sử dụng trên transponder để lựa chọn mã trong vị trí đầu tiên. Nếu mã được xác định theo phương pháp chủ động là: modeA, 2235 thì các chuyển mạch của bộ lọc bị động sẽ được thiết lập tương ứng. Tất cả các câu trả lời có nội dung mã như trên sẽ được đi qua bộ lọc. Quá trình này như là việc cho chìa khoá vào ổ khoá. Nếu đúng khoá thì cửa mở ra. Mỗi khi mã này được đi qua, bộ lọc phát 1 xung ra riêng để xác định là có mục tiêu. Vì vậy câu trả lời được tách từ bộ lọc là hai xung sáng, xung này ngay sau xung kia (khoảng 3 lần thời gian của xung). Theo phương pháp này thì một mục tiêu độc lập sẽ được phân biệt trong một nhóm các mục tiêu. Quá trình này gọi là giải mã bị động thời gian thực. 3.1.5 Giải mã và tách dữ liệu tự động Phương pháp này cho kết quả là hiển thị mục tiêu không theo thời gian thực nhưng nó cho phép người dùng có thể đọc, trực tiếp từ màn hình, tất cả các dữ liệu liên quan. Các dữ liệu gồm có: vị trí, nhận dạng, độ cao và lịch sử của mục tiêu.Có rất nhiều thiết bị được sử dụng và được chỉ ra trong hình 3.7 Quá trình vận hành được mô tả như sau. Câu trả lời được đưa tới bộ giải mã theo thời gian thực. Chúng được kiểm tra xem có phù hợp với định dạng chuẩn quốc tế sau đó được xác định là mã có giá trị. Các mã được đưa tới một bộ định dạng mẫu dữ liệu (partical plot former). Tại đây chỉ các câu trả lời tương ứng với câu hỏi của nó mới được lưu trữ, những câu hỏi khác bị loại bỏ. Việc này được thực hiện bằng xử lí tương quan khoảng cách và chỉ những câu hỏi có cùng khoảng cách được giữ lại làm dữ liệu. Các mẫu dữ liệu được đưa tới bộ định dạng dữ liệu có hiệu lực (valid plot former). Tại đây quá trình mục tiêu được quét bởi búp sóng anten được kiểm tra, sử dụng sự tương thích về góc phương vị. Trong quá trình xử lí, góc phương vị của mục tiêu được tính toán và việc kiểm tra đạt được độ tin cậy cho phép thì khối này sẽ cho tín hiệu ra. Tín hiệu ra là dạng số, nó mô tả khoảng cách, góc phương vị, độ cao, và mã của mục tiêu (và mode hỏi). Tín hiệu số được tập hợp theo một định dạng chuẩn để truyền dẫn như là bản tin số nối tiếp. Định dạng này cho phép bộ nhận dữ liệu hiểu được ý nghĩa của các chuỗi số ‘0’ và ‘1’. Tại nơi nhận đầu cuối của tuyến truyền dẫn mỗi bản tin đi qua xử lí lựa chọn “sorting”. Các dữ liệu về khoảng cách, góc phương vị được đưa tới máy phát hiển thị vị trí (position generator) và chuyển dạng từ R,q sang giá trị điện thế làm lệc X,Y, nên vị trí mục tiêu sẽ hiển thị là một kí hiệu trên màn hình. Các dữ liệu mã thì được đưa vào bộ phát kí tự (charater generator), bộ này sẽ viết ra các kí tự Alphanumeric ngay bên cạnh kí hiệu vị trí của mục tiêu. Kết hợp với bộ xử lí lựa chọn là bộ xử lí lưu trữ (storage process). khi có plot (dữ liệu về khoảng cách và góc phương vị) mới vào hệ thống thì các plot cũ sẽ được hiển thị là một chấm nhỏ theo sau kí hiệu vị trí. Vì vậy một máy bay có quỹ đạo thẳng sẽ hiển thị trên màn hình là 1 kí hiệu và theo sau khoảng 5 chấm sáng. Mạng này cho ta các dữ liệu sau, cập nhật tại mỗi vòng quay của anten: Vị trí (mô tả là hình vuông, tròn, thoi,..., kí hiệu) Vị trí trước đó (mô tả là các chấm sáng) Mode và mã (một kí tự kèm theo 4 số, ví dụ: A 2201) Độ cao (3 chữ số, mô tả độ cao của mục tiêu tới hàng trăm feet). Câu hỏi vào Giải mã Định dạng các mẫu plot Định dạng plot có hiệu lực Định dạng dữ liệu ra Truyền dẫn (modem) R,q Dữ liệu vào R,q,Mode,Code,Độ cao Tương quan Có hiệu lực Tương quan Bộ phát kí tự Bộ phát vị trí (X,Y) Lựa chọn dữ liệu modem A2201 155 Tuyến truyền dẫn Hình 3.7 Hệ thống giải mã và tách dữ liệu tự động. 3.1.6. Tính toán khoảng cách của radar thứ cấp 3.1.6.1. Khoảng cách đường lên St: mức công suất tín hiệu nhỏ nhất yêu cầu tại đầu vào transponder Gt: tăng ích anten của transponder Pi: công suất hỏi đỉnh tại anten trạm hỏi (interrogator) Gi: Tăng ích anten của interrogator Mật độ công suất nhận được tại transponder là: At: diện tích hiệu dụng của anten transponder Công suất nhận được tại transponder là: Trong đó li là bước sóng hỏi. Do đó: Để có khoảng cách cức đại (Ri(max)) thì mức công suất đầu vào transponder là nhỏ nhất (St). Ta có: Khoảng cách hỏi cực đại đạt được là: Trong thực tế còn có các suy hao mất mát sau: Li: suy hao giữa interrogator và anten của nó Lt: suy hao giữa transponder và anten của nó La: suy hao trong khí quyển Vậy khoảng cách đường lên cực đại được tính như sau: 3.1.6.2. Khoảng cách đường xuống Trong đó: Pt: công suất ra đỉnh của transponder tính theo watts Gt: tăng ích anten của transponder Gi: Tăng ích anten của interrogator lr là bước sóng trả lời từ transponder Sr: công suất tín hiệu nhỏ nhất tại anten thu của trạm mặt đất Li, Lt, La: là suy hao trên đường truyền tín hiệu * Các tiêu chuẩn ICAO. Công suất phát hiệu dụng ERP (effective radiated power) không được lớn hơn 52.5dBW. Nếu tăng ích của anten là 23dB (200 lần) thì công suất của máy phát không được lớn hơn 52.5-23=29.5dBW (891.3W). Do đó có thể viết lại Mức tín hiệu yêu cầu tại transponder để kích thích trả lời, St ICAO quy định cả hai xung hỏi (P1,P3) nhận tại transponder thường là -71dBmW (=-101dBW=0.810-10W) với giới hạn trong khoảng -69dBmW (=-99dBW) và -77dBmW (=-107dBW) 3.2. Các vấn đề và cách giải quyết 3.2.1. Nhiễu do tín hiệu trả lời không mong muốn (fruit) * Khái niệm Nhiễu trả lời không mong muốn là tín hiệu trả lời dành cho một đài radar này nhưng đài radar khác lại thu được. * Nguyên nhân Có nhiều đài radar thứ cấp cùng làm việc trong một vùng phục vụ. Transponder sau khi nhận được tín hiệu hỏi từ một trạm interrogator thì phát tín hiệu trả lời đa hướng. Do đó máy thu của một đài radar đồng thời nhận tín hiệu trả lời mong muốn tương ứng với câu hỏi của mình và nhận tín hiệu trả lời không mong muốn tương ứng với câu hỏi của đài radar khác. Các tín hiệu trả lời không mong muốn sẽ gây nhiễu, tạo ra trên màn hình các dấu vết lạ. * Khắc phục. Trong hệ thống xử lí tín hiệu thu radar thứ cấp có mạch chống nhiễu trả lời không đồng bộ (defruit). Hoạt động của mạch như sau: Mỗi trạm radar thứ cấp có tần số lặp lại câu hỏi riêng là F0, tần số trả lời tương ứng với nó cũng là F0. Mạch giải mã tín hiệu trả lời sẽ phát hiện các cặp xung khung trả lời F1 và F2 rồi sẽ cho ra một xung đơn có chu kì lặp lại là T0=1/F0. Thực hiện gữ chậm các xung đơn sau giải mã qua chu kì T0 và làm trùng. Trong n chu kì giữ chậm liên tiếp sẽ có một số xung trùng nhau không ít hơn k lần, ta nói các xung đó thoả mãn tiêu chuẩn tương quan k/n và được coi là tín hiệu trả lời thực Tiêu chuẩn tương quan thường được chọn là: 2/2, 2/3 cho đến 2/6. Nguyên lí làm việc được mô tả trong hình dưới: F0 F0 F0 F F’ F F’ F F’ F F’ F F’ F F’ F F’ F F’ F F’ T0 F1 F2 F1’F2’ F1 F2 F1’F2’ F1 F2 F1’F2’ F1 F2 F1’F2’ F0 F0 F0 Xung kích phát Cặp xung khung tín hiệu trả lời (F1’F2’ là nhiễu không đồng bộ) Các xung đơn sau giải mã chu kì n-2 Các xung đơn sau giải mã chu kì n-1 Các xung đơn sau giải mã chu kì n Các xung thoả mãn tiêu chuẩn phát hiện 2/3: chỉ còn lại xung đồng bộ t t t Đài radar A Đài radar B Mục tiêu hỏi trả lời không mong muốn trả lời Hình 3.8 Nguyên lí chống nhiễu không mong muốn tiêu chuẩn 2/3 3.2.2. Nhiễu do các tín hiệu trả lời bị trùng lên nhau một phần (garbling) *Khái niệm. Khi hai mục tiêu bay gần nhau hoặc có góc phương vị rất sát nhau, hai mục tiêu này cùng nhận được tín hiệu hỏi của cùng một đài radar thứ cấp, các tín hiệu trả lời của hai transponder được đài radar thu, hai tín hiệu trả lời có thể bị trùng lên nhau một phần gây ra nhiễu. * Khắc phục. Để tách các tín hiệu trả lời này ta giữ chậm chúng đi một khoảng thời gian bằng khoảng cách giữa hai xung khung (20.3ms) sau đó so sánh vị trí thời gian của chúng với tín hiệu không bị giữ chậm. Tại vị trí có hai xung trùng nhau sẽ tách được xung đơn tương ứng với tín hiệu trả lời của từng mục tiêu. Kết hợp các tín hiệu vừa tách với thứ tự tín hiệu phương vị của từng mục tiêu sẽ nhận biết chính xác riêng rẽ từng máy bay. Đài radar Mục tiêu A B Xung kích phát F1B F1A F2A F1B Phần trồng lên nhau 20.3ms n ms F1A F1B F2A F1B F1A F1B t t t Giữ chậm 20.3ms Xung đơn tương ứng tín hiệu trả lời của từng máy bay Hình 3.9 Tách tín hiệu trả lời trùng lên nhau một phần 3.2.3. Triệt tiêu búp sóng phụ (sidelobe suppression) 3.2.3.1. RSLS (Receiver sidelobe suppression) Triệt búp sóng phụ RSLS là biện pháp sử dụng hai kênh thu để loại bỏ tín hiệu trả lời của máy bay thu từ các búp sóng phụ anten trạm mặt đất. Máy thu sẽ so sánh biên độ của tín hiệu nhận được trên kênh tổng và kênh kiểm tra: Nếu biên độ tín hiệu kênh tổng lớn hơn biên độ tín hiệu kênh kiểm tra là kdB, nghĩa là tín hiệu thu từ búp sóng chính, nó được đưa vào xử lí. Nếu biên độ tín hiệu kênh tổng không lớn hơn biên độ tín hiệu kênh kiểm tra là kdB nghĩa là tín hiệu thu từ búp sóng phụ, nó bị loại bỏ. k là hệ số độ lợi có thể điều chỉnh trong khoảng (0,10)dB. 3.2.3.2. ISLS (Interrogator sidelobe suppression) Triệt búp sóng phụ ISLS là biện pháp ngăn chặn transponder trả lời các tín hiệu hỏi phát ra từ các búp sóng phụ kênh hỏi tổng của anten trạm mặt đất bằng cách sử dụng búp sóng toàn phương để triệt tiêu các búp sóng phụ này. Búp sóng triệt tiêu sẽ chùm lấy các búp sóng phụ và dùng để phát xung kiểm tra P2, P2 chậm sau xung P1 của kênh hỏi tổng là 2ms. Do chùm hết các búp sóng phụ nên năng lượng xung P2 ở các hướng có búp sóng phụ sẽ lớn hơn năng lượng xung P1,P3 phát ra từ các búp sóng phụ. Theo tiêu chuẩn ICAO: P1< P2 : triệt tiêu, transponder không trả lời (A) P1 P2 và P3= P1 1dB : transponder có thể trả lời (B) P1 P2+9dB và P3= P1 1dB : transponder phải trả lời (C). P1 P2 P3 P1 P2 P3 P1 P2 P3 P1,P3 P2 A C B Hình 3.10 Triệt tiêu búp sóng phụ với ISLS. 3.2.3.3. IISLS (Improved interrogation sidelobe suppression) Trong thực tế, vùng không gian quan sát xung quanh đài radar thứ cấp thường có các chướng ngại vật như đồi núi, các tòa nhà cao tầng... gây phản xạ sóng radar. Trong trường hợp tín hiệu hỏi từ búp sóng chính máy hỏi bị phản xạ từ địa vật rồi mới tới máy bay, nếu máy bay thu được xung P1 sớm trước 2ms và có mức lớn hơn P2 thì transponder sẽ trả lời mặc dù không được hỏi theo hướng trực xạ. Để khắc phục điều này, máy phát của trạm radar cần phát thêm xung P1* theo kênh anten triệt tiêu có mức thấp hơn xung P2 của chính kênh triệt tiêu và trùng với thời điểm xung P1 của kênh hỏi tổng. Khi mục tiêu không nằm trong búp sóng chính của anten trạm mặt đất thì transponder sẽ thu được xung P1* trước tiên (theo đường trực xạ của kênh triệt tiêu toàn hướng nên ngắn nhất). Xung P2 kiểm tra đến chậm hơn 2ms so với xung P1*. Còn xung P1 của kênh hỏi tổng đến chậm hơn xung P1* tuỳ thuộc đường đi của tia phản xạ. Transponder sẽ so sánh xung thu được đầu tiên là P1* có biên độ nhỏ với xung thứ hai có biên độ bình thường là xung P1 hoặc xung P2 (tuỳ thuộc xung nào đến trước) và do vậy nó không bị kích hoạt trả lời. Khi mục tiêu nằm trong búp sóng chính của anten trạm mặt đất thì transponder sẽ thu được các xung P1* và P1 cùng thời điểm do đó xung thu đầu tiên có biên độ lớn hơn xung thu sau 2ms là P2 và transponder sẽ phát tín hiệu trả lời. P1’,P3’ P2 ảnh P2 P1’ P2’ P3’ P1’,P3’ P1* P2 P1* P2 P1’ P2’ P3’ ISLS thì bị lỗi IISLS để khắc phục Hình 3.11 Triệt tiêu búp sóng phụ với IISLS. 3.2.4. Kĩ thuật đơn xung (monopulse technique) Mục đích chính của kĩ thuật đơn xung là tính chính xác góc phương vị của mục tiêu bằng việc xử lí một xung đơn thu từ transponder. Trong khi hệ thống SSR trước đây yêu cầu ít nhất 6-8 xung để xác định được góc phương vị. Kĩ thuật đơn xung cho phép xác định vị trí mục tiêu chính xác hơn. Kĩ thuật đơn xung sử dụng hai anten (hoặc một anten phân chia). Việc cấp điện cho mỗi anten (hay mỗi phần của anten) là riêng rẽ. 3.2.4.1. Anten radar thứ cấp đơn xung Anten thứ cấp đơn xung dùng để phát các xung tín hiệu hỏi (1030MHz) và thu các xung trả lời (1090MHz) theo các giản đồ hướng tương thích với các kênh: kênh tổng, kênh hiệu, kênh triệt tiêu. Giản đồ hướng kênh tổng có độ định hướng cao, dùng cho cả phát hỏi lẫn thu trả lời. Độ rộng búp sóng vào khoảng 2.4o (mức nửa công suất). Giản đồ hướng hiệu hau còn gọi là giản đồ hướng đơn xung có hai búp sóng rộng nằm đối xứng nhau qua trục búp sóng tổng. Hướng cực đại của giản đồ hướng hiệu lệch khỏi hướng cực đại giản đồ hướng tổng 2.50. Giản đồ hướng triệt tiêu có dạng toàn phương, cho phép triệt tiêu ảnh hưởng do các búp sóng phụ của kênh hỏi tổng gây ra, không cho kích hoạt nhầm transponder trên máy bay trả lời ở ngoài búp sóng chính của kênh tổng cũng như khử hết tín hiệu trả kời thu từ các búp sóng phụ kênh tổng. D W S Dựa vào quan hệ biên độ và pha giữa các tín hiệu thu về từ búp sóng hiệu và tổng xác định được góc lệch của máy bay so với hướng trục quang của anten (góc OBA-off boresight angle) theo nguên lí biên độ pha. Hình 3.12 Giản đồ hướng của anten thứ cấp đơn xung. *Nguyên lí hình thành búp sóng các kênh tổng, hiệu, triệt tiêu: Để hình thành búp sóng riêng biệt cho các kênh tổng, hiệu, triệt tiêu cần chọn số lượng chấn tử, cách sắp đặt các chấn tử trong dàn anten, chọn phân bố biên độ pha thích hợp. Dàn anten gồm 35 chấn tử cột ở mặt trước để phát xạ về phía trước và một chấn tử ở trung tâm của mặt sau phát xạ về phía sau (để triệt tiêu cánh sóng đuôi). Mỗi một cột gồm 11 chấn tử được cấp điện đồng pha, nhờ vậy mỗi cột tương đương như một chấn tử kết hợp. Hình thành giản đồ hướng kênh tổng: Để hình thành giản đồ hướng tổng như mong muốn, năng lượng tới đầu vào kênh tổng chỉ cấp cho 35 chấn tử ở mặt trước sao cho đồng pha và biên độ giảm dần từ tâm ra hai biên, chấn tử ở giữa được cấp điện hơi giảm hơn giảm hơn một chút so vơí hai bên. Hình thành giản đồ hướng kênh hiệu: Để hình thành giản đồ hướng có dạng hai búp sóng đối xứng nhau qua trục quang của búp sóng kênh tổng, năng lượng tới đầu vào kênh hiệu chỉ cấp cho 17 chấn tử trái và 17 chấn tử phải mà không cấp cho chấn tử giữa: Phân bố pha: 17 chấn tử mỗi bên được cấp điện đồng pha, nhưng bên trái ngược pha với bên phải. Phân bố biên độ: các chấn tử số 1 (phía ngoài cùng) đến chấn tử 17(vùng giữa) ở cả bên trái và bên phải được cấp điện tăng dần từ chấn tử 1 đến chấn tử 9 sau đó giảm dần từ chấn tử 9 đến chấn tử 17. Phần tử 9 của mỗi bên chính là phần tử trung tâm và trung với tâm pha vủa mỗi bên. Hình thành giản đồ hướng kênh triệt tiêu: Năng lượng sóng cao tần đầu vào kênh triệt tiêu được phân bố tới 35 chấn tử phía trước và 1 chấn tử phía sau: Với 35 chấn tử phía trước: trừ chấn tử trung tâm, 34 chấn tử đều được cấp điện đồng pha. Chấn tử trung tâm được cấp điện ngược pha với 34 chấn tử kia. Biên độ của chấn tử phát xạ phía sau được điều chỉnh tối ưu sao cho mức tín hiệu của giản đồ hướng triệt tiêu chùm hết các búp sóng phụ cảu giản đồ hướng kênh tổng. 3.2.4.2. Đo góc phương vị bằng phương pháp biên độ-pha Phương pháp biên độ pha dựa trên cơ sở sử dụng tương quan biên độ cũng như pha của điện áp 2 anten thu đặt cách nhau một khoảng d. Phương pháp này còn gọi là phương pháp tổng hiệu. Nguyên lí như sau: Nếu 2 anten thu hoạt động đồng pha vector điện áp vào máy thu sẽ là tổng 2 vector điện áp từ 2 anten: U1, U2: các vector điện áp đầu vào máy thu từ anten 1 và 2. Nếu 2 anten như nhau và hướng cực đại cánh sóng thẳng góc với đắy thì U1=U2. Theo hình 3.13 ta có : là hiệu pha của hai điện áp U1 và U2. Do đó ta có: Nếu 2 anten hoạt động ngược pha vector điện áp vào máy thu là hiệu 2 vector điện áp vào từ 2 anten: Nếu đo được tỉ số ta xác định được góc phương vị j y U2 Uh U1 Ut DR R1 R2 d j j A B M Hình 3.13 3.3. Mode S Khả năng bão hoà của hệ thống SSR hiện tại theo sự phát triển liên tục của số lượng các máy bay là điểm nhấn cho việc phát triển transponder mode S. Giải pháp mới này cho phép hỏi các máy bay một cách độc lập nên các câu trả lời của chúng được giữ riêng biệt nhau. Hơn nữa, câu trả lời bao gồm cả dữ liệu về nhận dạng và độ cao, tránh việc phải dùng các câu trả lời tích hợp hai mode A và mode C. Các transponder được thiết kế để tương thích với các transponder đời trước. Để tương thích với transponder đời cũ, các câu hỏi của transponder mode S tương tự như các câu hỏi của transponder mode A/C. Mode S có 2 loại câu hỏi: câu hỏi tất cả và câu hỏi riêng biệt. Câu hỏi tất cả rất giống với tín hiệu hỏi mode A/C chuẩn (hình 3.14). Có một sự khác biệt là có thêm xung P4 sau xung P3. Độ rộng của P4 sẽ quyết định transponder sẽ trả lời hay không trả lời. Nếu độ rộng P4 là 1.6ms thì transponder sẽ trả lời cùng với địa chỉ của nó, nếu độ rộng 0.8ms thì nó sẽ không phát đáp. Sự xuất hiện của xung P4 không có ảnh hưởng tới hệ thống đời trước. Một transponder mode S có thể trả lời một câu hỏi theo mode A/C nhưng nó sẽ ngừng ngay khi phát hiện ra xung P4. P1 P4 P3 Mode A 8ms Mode C 21ms 20ms Câu hỏi tất cả 0.8ms 1.6ms 0.8ms 20ms P2 0.8ms Điều khiển SLS Hình 3.14 Định dạng câu hỏi tất cả mode S. Hình 3.15 mô tả định dạng câu hỏi riêng biệt. Định dạng gồm 2 xung P1 và P2, xung P2 có biên độ lớn hơn P1 để mô phỏng xung triệt tiêu búp sóng phụ của một câu hỏi mode A/C. Sau xung P2 là xung dài P6 có thể rộng 16.25ms hoặc 30.25ms, tương ứng nó chứa đựng 56 hay 112 bit dữ liệu kèm theo một xung đồng bộ. Dữ liệu truyền sử dụng phương pháp điều chế DPSK. Đảo pha lần thứ nhất, 1,25ms sau sườn trước của xung P6, được transponder dùng để đồng bộ với đồng hồ bộ nhận của nó. Xung triệt tiêu búp sóng phụ mode S là P5 được truyền từ búp sóng điều khiển của anten để gối lên đúng vào thời gian đảo pha đồng bộ của xung P6. Xung P5 giữ cho transponder làm việc đồng bộ do đó nó giải mã dữ liệu nhận được. Định dạng câu trả lời mode S được chỉ ra trong hình 3.16. Câu trả lời được nhận ra bằng việc phát hiện 4 xung mào đầu. Theo sau