Giới thiệu về Radar

Gi Gi

ớ ớ

i thi u v Radar ệ ề i thi u v Radar ệ ề

Nguy n H ng Quang ồ ễ Nguy n H ng Quang ễ ồ ĐT6-K48 ĐT6-K48

Radar Radar

• Vi

ế t t ế ắ ủ ộ ả t c a Radio Detection And Ranging :là ế

ạ ộ

đây t ế ự

ế ườ

ả

1b c m bi n sóng vô tuy n ,nói chung(nh ng không hoàn toàn ) ho t đ ng ở ư d i t n s microwave (> 1 GHz), và là 1 b ộ ả ầ ố “nh y” ch c m bi n c c “nh y” . ỉ ạ ừ ạ Ở ả ng (sóng ra r ng : b c m bi n phát năng l ằ ượ ộ ả ng xung quanh và thu đi n t ) vào môi tr ệ ừ v thông tin thông qua phân tích ph n x tr ạ ở ề i.ạ l

Radar Radar

• Radar có th đ ể

ể ượ ỉ c hi u nh 1 c p k t n i ế ố ư ặ ng ,v i k t n i ớ ế ố ườ

truy n thông ch trên 1 đ tr v là sóng ph n x . ạ ề ở ề ả

ộ ề ượ ặ ậ

trí và tín hi u thu là tín hi u ph n x . • B ph n phát và thu đ u đ ệ ệ c đ t cùng 1 v ị ạ ả

Radar Radar

ng nghĩa ẳ

ồ

ng phát t ượ ạ ả ộ ấ

ậ ớ

ả ầ ng : • Chúng ta có 1 ăngten phát đ ng h ướ là nó phát đ ng nh t v m i h ng .Năng ấ ề ọ ướ i 1 kho ng cách d t l máy ả ượ ừ phát ,là đ c tr i r ng đ ng nh t trên b ề ồ m t c a 1 qu c u có bán kính là d ,v i m t ặ ủ đ năng l ộ ượ

Radar Radar

• Ăngten th c t ướ ự ế ấ

ả ủ ậ

ng ượ ướ

phát theo 1 h ng nh t đ nh :h s tăng ích c a ăngten (G) là th c ướ ủ ị đo tính hi u qu c a ăngten trong t p trung năng l ạ ủ xác đ nh.M t đ năng l ị ệ ố ệ ng phát x c a ăngten theo 1 h ượ ng s là : ẽ ậ ộ

Ăngten Radar Ăngten Radar

Send the signal (electromagnetic pulse)

Receive backscattered radiation (return signal)

H s ph n x H s ph n x

ệ ố ệ ố

ả ả

ạ ạ

Forward signal

Signal scatted by small particles

Signal scatted by large particles

Radar Radar

ể ồ

ng ườ ị

H th ng Radar đi n hình bao g m :1 máy phát ệ ố và thu sóng vô tuy n đ t cùng v trí ,th ặ ế s d ng chung 1 ăngten. ử ụ

Radar Radar

ẽ

• Sóng đ ệ

• C ng đ c a tín hi u tr v ph thu c vào ệ ộ

ở ề ụ i đích và kích c (đi n) c a ườ ả ỡ ệ ủ ớ

c phát đi và sau đó máy thu s thu ượ tín hi u tr v . ở ề ộ ủ kho ng cách t nó .

ị ả

ớ ớ i đích nh vào ờ i khi nh n ậ

c sóng ph n x l • Radar xác đ nh kho ng cách t khi phát cho t ừ i. ả tr th i gian t ễ ờ đ ượ ạ ạ

Truy n trong không gian t Truy n trong không gian t

do do

ề ề

ự ự

• Năng l ượ

i đ u ra c a 1 ăngten ủ ng t i ạ

ượ ng c a ủ ưở ớ

ng có s n t ẵ ạ ầ nh n s là tích s c a m t đ năng l ậ ẽ ậ ộ ố ủ đi m đó v i di n tích có nh h ả ệ ể ăngten.

Truy n trong không gian t Truy n trong không gian t

do do

ề ề

ự ự

ế

ị ả ng và h ệ

• N u cùng 1 ăngten s d ng cho c phát và ả ử ụ ng trình thu chúng ta có th s d ng ph ươ ể ử ụ quan h gi a di n tích ch u nh h ưở ệ ệ ữ s tăng ích. ố

Truy n trong không gian t Truy n trong không gian t

do do

ề ề

ự ự

ệ ố

ng trình h s tăng ích ăngten ng trong ượ

• Thay th ph ế ươ b ng ph ươ ằ không gian t ổ do Friis ng trình t n hao năng l ự

Radar cross-section Radar cross-section

ị ạ ệ ủ

ng (effective

• T m d ch :Ti ế • Thay th di n tích ch u nh h ế ệ ủ ệ ậ

c xác đ nh b i RCS. ở

t di n c a Radar. ưở ị ả area) c a ăngten nh n ,trong Radar ,tín hi u đ ượ • RCS là th ị ướ ệ ệ ặ ạ

c đo di n tích ph n x ho c đi n ả (electrical) c a m c tiêu. ủ ụ

Radar cross-section Radar cross-section

ho c không v i kích th c ớ ướ

c bi u di n b ng m2 ho c ằ ễ ặ

• Nó có th t l ể ỉ ệ ặ v t lý c a m c tiêu. ụ ủ ậ • Nó th ng đ ể ượ ườ dBsm

• Kí hi u c a RCS là : ệ ủ

ng trình Radar ng trình Radar

ươPh ươ Ph

ậ ả

ng t c xác i m c tiêu • Do v y ,tín hi u ph n x có th đ ệ ậ ộ ể ượ ụ ạ

ạ đ nh b ng m t đ năng l ằ ượ ị nhân v i RCS ớ

ng t i máy thu t tín hi u ượ ạ ừ ệ

• M t đ năng l ậ ộ ph n x là: ạ ả

ng trình Radar ng trình Radar

ươPh ươ Ph

• Khi nhân v i vùng ch u nh h ng c a ị ả ớ ưở ủ

ăngten Radar Ta có :

Ph Ph

ng trình t m xa c a Radar ng trình t m xa c a Radar

ươ ươ

ủ ủ

ầ ầ

• Tuỳ vào m c đ tín hi u nh n đ c,chúng ta

ậ ượ ng trình cho d và ượ

t b có ế ị ả ấ

c ứ ộ có th xác đ nh đ ể ị tìm đ ượ th dò đ ể ệ c ph ươ c kho ng cách l n nh t mà thi ớ ượ

• Trong Radar th ng s d ng R - t m xa thay ử ụ ầ

th cho d - kho ng cách. ế ườ ả

SNR(Signal Noise Ratio) SNR(Signal Noise Ratio)

ng nhi u t

i đ u vào b thu là :

ộ

ượ

ễ ạ ầ

t đ Kelvin)

ệ ộ

ể

ễ

• Năng l • Pn = kT B F • Trong đó : • k :h ng s Boltzmann’s ố ằ • T:nhi t đ máy thu(Nhi ệ ộ • B:D i thông c a nhi u máy thu(có th xem nh ư ủ ả b ng d i thông c a tín hi u) ằ

ả

ệ ớ

ớ

ườ

c SNR = Pr/Pn

ủ • Noise Figure F ,s h ng l n h n 1 so sánh v i ố ạ ng =1 . ượ

ng h p lí t ưở ợ • Sau đó ta có th tính đ ể

Xung Radar(Pulse Radar)) Xung Radar(Pulse Radar

• Xung Radar thông th

ệ ằ ờ

• D i thông c a “matched filter receiver” x p ủ ấ

ng làm vi c b ng ườ cách phát 1 xung RF ng n và đo th i gian tr ễ ắ tr v . ở ề ả x 1/ v i là đ r ng xung ỉ ớ

i t m • cũng xác đ nh đ phân gi ị ộ ộ ộ

ả ầ xa(resolution range) c a Radar : ủ

Xung Radar Xung Radar

ắ

ầ

ề

ễ

ậ ượ

ả ấ ơ

ấ ân gi

• Các xung ng n h n yêu c u d i thông nh n là l n ớ ng trung h n (nhi u nhi u h n) ,cung c p năng l ơ ơ bình th p h n (tín hi u y u h n) nh ng cung c p ấ ế ệ ơ i t m xa (resolution range) t đ phộ t h n. ố ơ ả ầ • “Matched filter” có đáp ng xung phù h p v i xung ớ ợ ứ

i m c tiêu s là :

ụ

ẽ

ớ

phát đi • T m xa t ầ • là th i gian trôi qua gi a phát và nh n xung

ữ

ậ

ờ

Xung Radar Xung Radar

ng đ ườ ặ

ề ượ c g i là PRI ho c PRT. này đ c phát đ u đ n.Chu kỳ ặ

ạ

• Các xung th ượ ọ • T n s phát l ầ ố • PRI mô t ả ầ i xung là: PRF = 1/ PRI. t m xa rõ ràng l n nh t(range ớ

unambiguos maximum) c a h th ng. ấ ủ ệ ố

Xung Radar Xung Radar

ộ • M t m c tiêu l n ụ ớ ở

i h n rõ ràng ớ ạ ư ụ ể ể

xa gi (unambigous range) có th hi u nh m c tiêu đóng (close target).

Xung Radar Xung Radar

• Đ có b i s l n ph n x tr l i, RCS c a ủ

xa th ạ ở ạ ng ph i l n. ả ớ ộ ố ầ ạ ở

ể v t ph n x ả ậ • Lí t ng chúng ta mu n R(unamb) cách xa ả ườ ố

ượ ớ c l n nh t c a Radar. ấ ủ

ề

ng c a nh ng l n quay tr l ể ạ ỏ ệ i này. có nhi u cách đ lo i b hi u ở ạ ầ ưở kho ng dò đ ả • Trong th c t ự ế ữ ủ ứ

ầ

ầĐo t m xa(Range Measurement) Đo t m xa(Range Measurement)

c l ầ

ng t h n đ r ng xung b ng vi c s ệ ử • T m xa c a m c tiêu có th đ ụ ố ơ c ể ượ ướ ượ ằ ộ ộ

ổ

ủ chính xác t d ng “b theo dõi chia c ng”(split-gate- ộ ụ tracker).

ng gi a Early ằ

c v trí ượ c l ướ ượ ữ ng đ ượ ị

• B ng cách so sánh năng l Gate và Late Gate  c a m c tiêu. ụ ủ

Radar clutter(“T p âm- Nhi u”Radar ) Radar clutter(“T p âm- Nhi u”Radar )

ễ ễ

ạ ạ

• Clutter đ c đ nh nghĩa nh là s v ng l i ự ọ ư ạ

ượ ị Radar không mong mu n.ố

• S quay tr v m c tiêu m t đ t s xu t ặ ấ ẽ ở ề ụ ấ

hi n ground clutter (area clutter)

• S quay tr v m c tiêu không v n có th ể ở ề ụ ậ

xu t hi n volume clutter ệ ự ệ ự ấ

Area Clutter Area Clutter

• Area clutter đ c mô t ượ

b i clutter cross- section trung bình trên 1 đ n v di n tích , ị ệ ả ở ơ

ượ ọ

ệ ố ậ ượ

• Cái này đ • S l ố ượ ệ c g i là h s backscatter. c ph thu c trên ộ c chi u ượ ế

ng clutter nh n đ ụ di n tích m t đ t (ground area) đ ặ ấ sáng là bao nhiêu.

Area clutter Area clutter

c đ nh nghĩa • Đ r ng c a clutter patch đ ủ

ượ ị ng v c a ăngten ị ủ ươ

ầ ặ

ớ

ộ ộ b i đ r ng góc ph ở ộ ộ ( antenna azimuth beamwidth) và t m xa ho c i clutter patch. kho ng cách t • Chi u dài c a clutter patch đ ủ c xác đ nh b i ị ả ề ượ ở

o The range gate size (shallow grazing angle-góc s

t qua

ượ

nông )

o Ho c đ r ng góc nâng (elevation beamwidth) cho các

ặ ộ ộ

ượ

t qua d c h n( steeper grazing angles) nh ư

góc s Radar không v n chi u sáng m c tiêu d

i đ t.

ố ơ ậ

ướ ấ

ụ

ế

Góc ph Góc ph

ươ ươ

ng v ị ng v ị

Góc nâng Góc nâng

Area Clutter Area Clutter

• Đ r ng c a các clutter cell là: ộ ộ ủ

• ầ

đó R là t m xa t ớ ộ ộ i trung tâm c a Clutter ủ ng v theo ị ươ

Ở Cell và là đ r ng góc ph Radian.

Area Clutter Area Clutter

• Đ sâu ho c chi u dài c a clutter cell đ c ộ ượ

ặ ở ị

ộ ộ

ủ

phóng trên m t đ t.

ặ ấ

ề ủ xác đ nh b i ph n nh h n c a : ầ ỏ ơ ủ Range gate phóng trên m t đ t. ặ ấ Đ r ng c a góc nâng nhân v i “ The total range “ ớ

Area clutter Area clutter

ư ậ ủ

đ • Nh v y ,chi u dài c a clutter cell có th ể ư ề c bi u di n nh sau : ễ ượ ể

Area Clutter Area Clutter

• Vì v y ,các góc s t qua nông (Shallow ậ ượ

grazing angles ) ,khi xung b gi i h n : ị ớ ạ

Area Clutter Area Clutter

i h n ạ ớ ạ

• T i các góc d c h n ,khi chùm gi ố ơ ầ clutter area là g n gi ng di n tích hình elip. ố ệ

Clutter Cross-section Clutter Cross-section

• Ti c a clutter ế ệ ủ

t di n c a Radar trên th c t ự ế ủ là clutter patch area nhân v i h s ớ ệ ố backscatter

• Chúng ta ch xem xét gi i h n c a xung,các

ỉ phía mà góc l t qua th p ướ ớ ạ ủ ấ

Năng l Năng l

ng Clutter quay v ng Clutter quay v

ượ ượ

ề ề

• Năng l ng ph n x clutter quan sát t i ạ ả ạ

ượ Radar là:

Năng l Năng l

ng Clutter quay v ng Clutter quay v

ượ ượ

ề ề

ượ ậ

ng Clutter gi m ả ng m c tiêu ụ ượ

• Do v y ,khi R tăng ,năng l theo 1/R^3 ,trong khi năng l gi m theo 1/R^4. ự ả ộ ả ở

cách làm tăng s l ố ượ

• Cho tr ườ ng h p gi ợ

ượ ớ

• B i vì s tr i r ng sóng Radio theo kho ng ả c. ng clutter quan sát đ ượ i h n chùm (beam- ớ ạ limited case),di n tích clutter là hàm c a R^2 ệ ủ ng clutter quay v t l vì th năng l v i 1/ ề ỉ ệ ớ ượ ế ng c a m c R^2 ,so v i 1/R^4 cho năng l ụ ủ tiêu.

Volume Clutter(Th tích Clutter) Volume Clutter(Th tích Clutter)

ể ể

ộ ộ

Range gate length Range to range gate of interest Đ r ng góc nâng và góc ph ể

ng v c a ăngten ị ủ o Th tích c a clutter cell s x p x : ỉ

ươ ẽ ấ

• Volume clutter ph thu c vào: ụ ộ

ủ

Volume Clutter Volume Clutter

t di n

c mô t

ể

ệ backscatter

ế ượ trên đ n v th tích, , có đ n v là

• Th tích clutter đ ơ

b i ti ả ở ị ơ

ị ể

• T ng clutter cross section là :

ổ

ươ

ượ

ụ

ng trình t m xa đ ầ ỉ ả

ở

c áp d ng , chúng ta s th y clutter return ch gi m theo R^2 b i vì s ự ph thu c th tích clutter theo R^2

• Vì v y ,ph ậ ẽ ấ ộ ụ

ể

Volume Clutter Cell Volume Clutter Cell

K t lu n ậ K t lu n ậ

ế ế

• H th ng Radar chi

t n hao đ

v i R^4 l n

ườ

ớ ề ỉ ệ ớ ng c a h th ng thông tin.

ng truy n t l ủ ệ ố

ườ

ệ ố h n R^2 trong truy n d n 1 đ ơ • Ph ầ

ụ ổ ề ẫ ủ

ươ

ấ

ng trình t m xa c a Radar cung c p 1 năng l ườ • Clutter có th là di n tích (m t đ t-ground) ho c th tích

ượ ng đ tín hi u quay v . ề ệ ộ ể ặ ấ

(power) nghĩa là d đoán c ể

ặ

ự ệ t –weather). ể ặ

(th i ti ờ ế ệ

ệ

ộ

• Di n tích ho c th tích clutter tăng theo R ho c R^2 ,Clutter ặ ng đ tín hi u. ư ườ c g i là radar cross ố ượ ọ

ườ

không gi m theo kho ng cách nhanh nh c ả ả • C ng đ tín hi u t l ệ ỉ ệ ớ ộ c áp d ng v i clutter ho c các m c tiêu.

section –cái đ

v i 1 tham s -đ ặ

ượ

ụ

ớ

M t s ng d ng c a Radar ụ M t s ng d ng c a Radar ụ

ộ ố ứ ộ ố ứ

ủ ủ

• Radar phát hi n ra v trí ,v n t c c a v t th .Trong 1 s h ố ệ

ậ ố ủ ậ

ị

ệ th ng tiên tiên còn xác đ nh đ

ể c hình d ng c a chúng .

ố

ị

ượ

ủ

ạ

Trong hàng không dân d ngụ Trong hàng không dân d ngụ

• Máy bay dân d ng đ

ượ

ng ng i v t , thăm dò đ

ng đi và

c trang b các thi ị ạ ậ

t b Radar ế ị ườ

ụ đ c nh báo ch ướ ể ả đ a ra đ cao chính xác. ư

ộ

i các sân

ể ạ

ươ

• Máy bay có th h cánh trong s ề

ị ệ ố

ạ ặ ấ

ượ c h tr b i Radar.Trong đó đ

c trang b h th ng đi u khi n m t đ t ượ

ng mù t ể ng bay đ ườ

bay đ đ ượ ỗ ợ ở theo dõi trên màn hình Radar

ng đi u khi n t

xa cho

ể ừ

ề

ệ ố máy bay đ

c phát tri n vào năm 1960.

• H th ng Radar d n đ ẫ ườ ể

ượ

ng d ng trong quân s ng d ng trong quân s

Ứ Ứ

ụ ụ

ự ự

c s d ng đ phát hi n máy bay và • Radar đ ể ệ

ng.

ượ ử ụ ươ • Radar đi u khi n ho l c đ tiêu di ể tàu c a đ i ph ủ ố ề ả ự ể ệ t m c ụ

tiêu.

• Radar d n đ ẫ ườ

oanh t c các m c tiêu không nhìn th y đ ng cho không quân tiêm kích , c. ụ ấ ượ ạ

ng d ng trong quân s ng d ng trong quân s

Ứ Ứ

ụ ụ

ự ự

• Các h th ng giám sát và d n đ

ệ ố

c s ượ ử

ứ

ẫ ườ ọ

ệ ố

ng Radar đ d ng cho nghiên c u khoa h c và phòng th . ủ ụ ỹ

ắ ướ

ủ

• Cho h th ng phòng th phía B c n ệ ố ớ

ể ư ệ ố

ượ ạ

ử ạ

ả

Thule, Greenland; Clear, Alaska; and

ặ ở

c M chính ủ c ph phát tri n (c.1950-63) 1 h th ng Radar đ xem nh h th ng c nh báo s m tên l a đ n đ o- BMEWS(Ballistic Missile Early Warning System ) , c l p đ t đ ượ ắ Yorkshire, England .

ng d ng trong quân s ng d ng trong quân s

Ứ Ứ

ụ ụ

ự ự

• M t h th ng Radar đ c xem nh h th ng ượ ư ệ ố

ể

ỹ

ộ ệ ố d n đ ng và ki m soát không gian - Space ẫ ườ Detention and Tracking System (SPADATS), ho t đ ng c ng tác gi a Canada và M , đ ể ữ ạ ộ ng v tinh nhân t o quan sát trái đ t. d n đ ấ ạ ẫ ườ ộ ệ