Bài giảng Định vị và dẫn điện tử - Chương 2: Nguyên lý và hệ thống Rada

Ch 2ương Nguyên lý và hệ thống Radar Principles and Systems ξ 1 Khái niệm và nguyên lý Radar. Radar Radio Detection and Ranging Christian 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 MR N β φO 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 Wavelength 1 mm1 km 1 m 1 μm 1 nm Frequency 1 MHz 1 GHz IR UV 109 Hz Visible 1012 Hz Ku X-BandC-BandS-BandL-BandUHF VHF K Ka W 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Allocated Frequency (GHz) 30 20 10 8 6 5 4 39 7 Wavelength (cm) Băng tần Radar Band Phạm vi Băng tần dành cho Radar tần tần số danh định HF 3 30 MHz – VHF 30 – 300 MHz 138 – 144; 216 – 225 MHz UHF 300 – 1000 MHz 420 – 450; 890 – 942 MHz L 1000 2000 MHz 1215 1400 MHz – – S 2000 – 4000 MHz 2300 – 2500; 2700 – 3700 MHz C 4000 – 8000 MHz 5250 – 5925 MHz X 8000 12 000 MH 8500 10680 MH – , z – z Ku 12 – 18 GHz 13.4 – 14.0; 15.7 – 17.7 GHz K 18 – 27 GHz 24.05 – 24.25 GHz K 27 40 GH 33 4 36 0 GHa – z . – . z mm 40 – 300 GHz From Radar Handbook Băng tần Radar From Wikipedia, the free encyclopedia Phân loại -Phân loại theo phương pháp định vị ¾ Hệ thống Radar chủ động (Active Radar) + Radar sơ cấp (Primary Radar) + Radar thứ cấp (Secondary Radar) ¾ Hệ thống Radar thụ động (Passive Radar) - Phân loại theo phân bố anten thu phát ¾ Hệ thống Radar tập trung ố ố - Phân loại theo nguyên tắc bức xạ tín hiệu ¾ Hệ th ng Radar phân b ¾ Radar liên tục – CW Radar ( Continuous Wave ) ¾ Radar xung – Pulse Radar ( Pulse Transmission) 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. 13 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 14 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) 15 Radar liên tục f t ố CW Radar Là hệ th ng radar bức tín hiệu liên tục theo thời gian. Radar xung PRT Tần số làm việc Thời gian “lắng nghe” PW PRT = 1 / PRF 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 Tần số làm việcPRT = TPt PW Pav = τ PRT PWPP tav ×=Công suất trung bình Pav PRT PWdt =Hệ số công suất dt Đơn vị công suất • Tất cả các tính toán trong radar được tính toán theo đơn vị Watts → μW, 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 ằhọa b ng hình vẽ. 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 ỗ1500 W. Tính toán năng lượng xung trong m i trường hợp tương ứng.