Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu nâng cao chất lượng thông tin đo bám mục tiêu trong đài điều khiển tên lửa thế hệ mới

Chia sẻ: Trần Văn Yan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:165

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án là nghiên cứu khép kín hai hệ thống thu và phát của đài radar ĐKHL thành một hệ tự động khép kín trên cơ sở tổng hợp được thuật toán và cấu trúc Bộ phát hiện quá tải máy thu và Bộ điều khiển chống quá tải.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu nâng cao chất lượng thông tin đo bám mục tiêu trong đài điều khiển tên lửa thế hệ mới

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ LÊ VĂN SÂM NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG THÔNG TIN ĐO BÁM MỤC TIÊU TRONG ĐÀI ĐIỀU KHIỂN TÊN LỬA THẾ HỆ MỚI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ LÊ VĂN SÂM NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG THÔNG TIN ĐO BÁM MỤC TIÊU TRONG ĐÀI ĐIỀU KHIỂN TÊN LỬA THẾ HỆ MỚI Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa Mã số: 9 52 02 16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS Vũ Hỏa Tiễn 2. TS Trần Ngọc Quý HÀ NỘI – 2019
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung, số liệu và kết quả đã trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa có tác giả nào công bố trong bất cứ một công trình nào khác, các dữ liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ. TÁC GIẢ LUẬN ÁN Lê Văn Sâm
ii LỜI CẢM ƠN Công trình nghiên cứu này được thực hiện tại Viện Tên lửa - Viện Khoa học và Công nghệ quân sự - Bộ Quốc phòng. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tập thể giáo viên hướng dẫn khoa học: Đại tá, PGS TS Vũ Hỏa Tiễn Thượng tá, TS Trần Ngọc Quý đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo, tạo điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành được luận án này. Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn các Nhà khoa học đã cho luận án những ý kiến đóng góp quý báu. Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn Đảng ủy, Ban giám đốc Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, thủ trưởng và các cán bộ, nhân viên Phòng Đào tạo - Viện Khoa học và Công nghệ quân sự đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành nhiệm vụ. Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn Đảng ủy, Thủ trưởng Viện Tên lửa đã tạo mọi điều kiện, giúp đỡ tôi đạt được kết quả mong muốn. Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn Phòng Thiết bị điều khiển trên khoang - Viện Tên lửa nơi tôi học tập và công tác đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án Tác giả cũng xin cảm ơn vợ, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã ủng hộ, chia sẻ động viên trong quá trình thực hiện luận án, giúp tôi tăng thêm nghị lực và quyết tâm hoàn thành tốt nội dung luận án.
iii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ............................................. vii DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................ xii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................... xiii MỞ ĐẦU ...............................................................................................................1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG THÔNG TIN ĐO BÁM TỌA ĐỘ MỤC TIÊU TRONG ĐÀI RA ĐA ĐIỀU KHIỂN HỎA LỰC ..............................................................................9 1.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển tên lửa phòng không, vai trò kênh bám sát và sự cần thiết duy trì chất lượng đo – bám tọa độ mục tiêu ..................9 1.1.1. Tổng quan chung về hệ thống điều khiển tên lửa phòng không... 9 1.1.2. Vai trò của kênh thu - bám sát mục tiêu trong hệ thống điều khiển tên lửa .................................................................................................... 10 1.1.3. Ảnh hưởng của chất lượng thông tin đầu vào đến độ chính xác xác định tọa độ mục tiêu của các hệ bám trong đài điều khiển tên lửa .......... 11 1.2. Tổng quan về các biện pháp ổn định biên độ, chống méo dạng tín hiệu đầu vào các hệ đo - bám tọa độ mục tiêu đài điều khiển hỏa lực ......................24 1.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự mất ổn định biên độ và sự méo dạng tín hiệu đầu vào các hệ bám tọa độ mục tiêu đài điều khiển tên lửa...... 24 1.2.2. Tổng quan về các biện pháp ổn định biên độ, chống méo dạng tín hiệu đầu vào các hệ đo - bám tọa độ mục tiêu ........................................... 27 1.3. Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài ..................33 1.3.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài ............................................ 33 1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước .............................................. 37 1.4. Đặt vấn đề nghiên cứu của luận án ..............................................................37 1.5. Kết luận chương 1 ........................................................................................40
iv Chương 2: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP CHỐNG QUÁ TẢI MÁY THU TRÊN CƠ SỞ PHÂN TÍCH ĐẶC TRƯNG TÍN HIỆU ...................................41 2.1. Lựa chọn đối tượng và mô hình khảo sát ....................................................41 2.1.1. Đối tượng khảo sát, phân tích ..................................................... 41 2.1.2. Cấu trúc kênh thu - phát bám sát mục tiêu dùng cho khảo sát ... 42 2.2. Khảo sát xác định dải biến thiên biên độ tín hiệu đầu vào và đặc trưng khuếch đại tín hiệu của máy thu..........................................................................44 2.2.1. Xác định dải biến thiên công suất tín hiệu đầu vào máy thu ...... 44 2.2.2. Khảo sát đặc trưng khuếch đại và suy giảm tín hiệu để ổn định biên độ tín hiệu và chống quá tải máy thu ...................................................... 49 2.3. Khảo sát hiệu ứng chuyển đổi dải biên độ tín hiệu đầu vào máy thu bằng can thiệp vào hệ thống máy phát và bộ suy giảm tín hiệu ........................52 2.3.1. Đặt vấn đề ................................................................................... 52 2.3.2. Khảo sát hiệu ứng thay đổi đặc trưng biên độ tín hiệu đầu vào khi can thiệp vào máy phát và bộ suy giảm tín hiệu ....................................... 54 2.4. Tổng hợp thuật toán chống quá tải cho máy thu .........................................59 2.4.1. Tổng hợp thuật toán điều khiển chống quá tải ........................... 60 2.4.2. Đặc trưng điều khiển chống quá tải cho máy thu ....................... 61 2.5. Kết luận chương 2 ........................................................................................63 Chương 3: TỔNG HỢP THUẬT TOÁN, CẤU TRÚC BỘ PHÁT HIỆN VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHỐNG QUÁ TẢI MÁY THU ...............65 3.1. Tổng hợp thuật toán và cấu trúc bộ phát hiện quá tải máy thu ...................65 3.1.1. Cơ sở tổng hợp thuật toán phát hiện quá tải máy thu ................. 65 3.1.2. Độ tin cậy của phương pháp phát hiện quá tải bằng cách theo dõi biên độ của một vạch phổ xác định........................................................... 76 3.1.3. Tổng hợp thuật toán phát hiện quá tải máy thu .......................... 78
v 3.1.4. Tổng hợp cấu trúc bộ phát hiện sớm quá tải máy thu ............... 83 3.2. Tổng hợp thuật toán và cấu trúc bộ điều khiển chống quá tải máy thu ......85 3.2.1. Cơ sở hình thành thuật toán điều khiển công suất máy phát ...... 85 3.2.2. Thuật toán bộ điều khiển chống quá tải máy thu........................ 90 3.2.3. Tổng hợp cấu trúc bộ điều khiển chống quá tải máy thu ........... 94 3.3. Tổng hợp hệ thống thu – phát tự động chống quá tải máy thu kênh bám sát mục tiêu đài điều khiển hỏa lực .................................................................. 102 3.3.1. Các phần tử cơ bản của hệ thống điều khiển tự động............... 102 3.3.2. Cấu trúc chức năng của hệ thu - phát tự động chống quá tải máy thu .......................................................................................................... 103 3.3.3. Xác định hàm truyền các khâu trong hệ thu phát tự động chống quá tải máy thu ................................................................................... 104 3.3.4. Cấu trúc động học hệ thu – phát tự động chống quá tải máy thu ... 106 3.3.5. Đặc điểm hoạt động của hệ thu - phát tự động chống quá tải .. 109 3.4. Kết luận chương 3 ..................................................................................... 110 Chương 4: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ HỆ THỐNG THU PHÁT - KHÉP KÍN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CHỐNG QUÁ TẢI MÁY THU .................. 111 4.1. Mô tả mục đích và các điều kiện mô phỏng ............................................. 111 4.1.1. Mục đích mô phỏng .................................................................. 111 4.1.2. Điều kiện và dữ liệu mô phỏng................................................. 111 4.1.3. Mô hình hệ thống và phần tử sử dụng trong khảo sát .............. 113 4.2. Các phương án khảo sát, mô phỏng .......................................................... 114 4.2.1. Phương án khảo sát đặc trưng phát hiện quá tải theo tính chất mục tiêu ......................................................................................................... 114 4.2.2. Khảo sát dải biến thiên điện áp đầu vào máy thu theo cự ly, diện tích PXHD, thời điểm xuất hiện và hướng chuyển động của mục tiêu 115
vi 4.3. Kết quả khảo sát và đánh giá..................................................................... 118 4.3.1. Kết quả khảo sát và đánh giá đặc trưng phát hiện quá tải ........ 118 4.3.2. Kết quả khảo sát đặc trưng khống chế biên độ tín hiệu............ 120 4.4. Kết luận chương 4 ..................................................................................... 128 KẾT LUẬN....................................................................................................... 130 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ ................ 132 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 133
vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DAPY Dải làm việc của APY, [dB]. DMT Dải biên thiên biên độ tín hiệu, [dB]. Fx Tần số xung dò, [Hz]. Fch ;Tch Tần số, chu kỳ chùm xung, [Hz]. f0 Tần số sóng mang, [Hz]. fd Tần số Dopler, [Hz]. fTT , f ns Tần số trung tần và tần số ngoại sai, [Hz]. fkt Tần số dao động kích thích, [Hz]. G p , Gt Hệ số khuếch đại anten phát và thu. Hmt Độ cao mục tiêu, [m]. K PH (p) Hàm truyền khâu phản hồi. KTh (p) Hàm truyền máy thu. NG Mức ngưỡng, [dB]. np Số xung tích lũy trong chùm, [xung]. P0, P01, P02 Công suất ban đầu, và công suất suy giảm mức 1, mức 2, [W]. Ppx Công suất tín hiệu phản xạ, [W]. Pp Công suất phát, [W]. p ch (t ) Hàm điều chế biên độ chùm xung, [V]. p x (t) Hàm điều chế biên độ xung vuông, [V]. P csD Hàm điều biên cửa sóng, [W]. Q Độ rỗng chùm xung. R(t ) Hàm cự ly mục tiêu, [m]. S x (t ) Hàm tín hiệu, [W].
viii S x (f) Phổ tín hiệu xung dò, [dB]. S px (t) Hàm tín hiệu phản xạ, [W]. Sns 2 ( t ) Hàm điều chế biên độ ngoại sai, [W]. SG0, SG1 Mức suy giảm 0 và 1, [dB]. Tch Chu kỳ chùm xung, [s]. T0 Chu kỳ sóng mang, [s]. Tx , x Chu kỳ và độ rộng xung dò, [s]. τ x , τ ch Độ rộng xung và chùm xung, [s]. τ gc Thời gian giữ chậm, [s]. τx0, τx1 Độ rộng xung dò ban đầu và suy giảm, [s].  tl Hệ số tích lũy. τch Độ rộng chùm xung dò ,[s]. Uns Điện áp ngoại sai, [V]. Vmt Vận tốc mục tiêu, [m/s]. φв, φн Góc pha mặt phẳng đứng và ngang, [độ]. εmt Góc tà mục tiêu, [độ]. βmt Góc phương vị mục tiêu, [độ].  Bước sóng, [m].  mt Diện tích phản xạ mục tiêu, [m2]. . Suy hao đường truyền, [dB]. fth Dải thông tín hiệu, [Hz]. ABT Tự động báo động có mục tiêu. ADC Biến đổi tương tự số (Analog Digital Convertor). APY Tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại (Автоматическая Регулировка Усиления). ATMP Anten mạng pha.
ix ВAPУ Tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại theo thời gian (Временнo- Автоматическая Регулировка Усиления ). AКП Tự động bù khử nhiễu (Автоматическая Компенсация Помех). AРФ Tự động cân bằng pha (Автоматическая Реглировка Фаз). BĐH Bộ điều hướng. BĐTS Biên độ tần số. BĐV Bộ định vị. BPB Bộ phân biệt. CB Cảm biến. CBTH Cân bằng tín hiệu. CS Cửa sóng. CИД Xung chọn cự ly (Селектирующий Импульс Дальности). CСПβ Hệ truyền động bám sát phương vị (Силовой Следящий Привод β). DAC Biến đổi số tương tự (Digital Analog Convertor). DOR Bộ tự động phát hiện quá tải. Đ/C Điều chế. ĐĐK Đài điều khiển. ĐKHL Điều khiển hỏa lực. ĐKTL Điều khiển tên lửa. ĐTBT Đặc trưng biên độ tần số. FFT Biến đổi Fourier nhanh. HBG Hệ bám góc. HĐB Hệ đo bám. HĐBG Hệ đo bám góc. HĐBTĐ Hệ đo bám tọa độ. HSKĐ Hệ số khuếch đại.
x KĐ Khuếch đại. KĐLog. Khuếch đại logarithm. KĐCS Khuếch đại công suất. KĐCT Khuếch đại cao tần. KĐTT Khuếch đại trung tần. KHCN Khoa học công nghệ. MAPY Tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại theo tạp. MFĐAC Máy phát điện áp chuẩn. MT Mục tiêu. MTCD Máy tính chuyên dụng. MTQS Máy thu quan sát. MTS Máy tính số. MTSTT Máy tính số trung tâm. NDCL Nhiễu dẫn cự ly. PPY Điều chỉnh hệ số khuếch đại bằng tay (Ручная Регулировка Усиления). PXHD Phản xạ hiệu dụng. PPD Phương pháp dẫn. PПН Đài radar chiếu xạ và dẫn tên lửa (Радиолокатор Подсвета и Наведения). S/N Tỉ số tín/tạp. SGTH Suy giảm tín hiệu. TCĐT Tác chiến điện tử. THTL Tổ hợp tên lửa. TL Tên lửa. TLPK Tên lửa phòng không. TPTT Tích phân trung tần.
xi Tr.ĐA Truyền động anten. TSA Tách sóng biên độ. TSP Tách sóng pha. VGA Bộ khuếch đại với hệ số khuếch đại có thể thay đổi được. ИПЧ Tích phân trung tần (Интегратор Промежуточной Частоты). ЛЧM Điều chế tần số tuyến tính (Линейно-Частотная Модуляция). ППК Kênh thu phát (Приемно-Передающий Канал). ФАР Anten mạng pha (Фазированная Антенная Рещётка). ЦВК Tổ hợp máy tính trung tâm (Центральный Вычислительный Комплекс). ЦВФ Máy tính số pha (Цифровый Вычислитель Фазовый).
xii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Các phương pháp điều chỉnh HSKĐ tổng của máy thu 29 Bảng 3.1. Cấu trúc “Từ chế độ” của hệ thống máy phát 88 Bảng 4.1. Tham số mục tiêu sử dụng trong khảo sát đặc trưng 110 phát hiện quá tải Bảng 4.2. Dữ liệu đầu vào phục vụ khảo sát theo PA1 111 Bảng 4.3. Dữ liệu đầu vào phục vụ khảo sát theo PA2 111 Bảng 4.4. Dữ liệu đầu vào phục vụ khảo sát PA3 112 Bảng 4.5. Dữ liệu đầu vào phục vụ khảo sát PA4 113 Bảng 4.6. Tổng hợp kết quả khảo sát Phương án 1 117 Bảng 4.7. Tổng hợp kết quả khảo sát Phương án 2 119 Bảng 4.8. Tổng hợp kết quả khảo sát Phương án 3 121 Bảng 4.9. Tổng hợp kết quả khảo sát Phương án 4 122
xiii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1. Các thành phần chức năng cơ bản trong hệ thống điều 9 khiển tên lửa Hình 1.2. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển tên lửa 10 Hình 1.3. Cấu trúc của một bộ đo bám cự ly và vận tốc mục tiêu 12 radar ĐKHL Hình 1.4. Cấu trúc và nguyên lý làm việc của BPB cự ly mục tiêu 13 Hình 1.5. Nguyên lý xây dựng BPB-Vmt (a) và biểu đồ thời gian (b) 15 Hình 1.6. Các đặc trưng biên độ tần số 16 Hình 1.7. Ảnh hưởng của méo dạng tín hiệu tới dạng đặc trưng 17 BPB-Vmt Hình 1.8. Hệ đo-bám góc hiệu chỉnh theo tốc độ của đài radar 19 đơn xung chiếu xạ mục tiêu cận liên tục Hình 1.9. Mô tả tương quan công suất tín hiệu đầu vào, đầu ra 25 máy thu Hình 1 .10. Đặc trưng truyền đạt máy thu và hiện tượng méo phi 26 tuyến tín hiệu Hình 1.11. Hệ thu - phát hở mạch về điều khiển 28 Hình 1.12. Biểu đồ mô tả điều chỉnh HSKĐ máy thu theo thời 30 gian (BAPY) Hình 1.13. Sơ đồ chức năng mạch tự động điều chỉnh HSKĐ 31 (APY) (BAPY) Hình 1.14. Cấu trúc của một hệ thu – phát tự động chống quá tải 34 máy thu Hình 1.15. Vòng điều khiển kín của hệ thu - phát biết nhận thức 35 Hình 1.16 Một dạng mô hình điều khiển thu - phát khép kín 39 Hình 2.1. Cấu trúc một kênh thu – phát bám sát mục tiêu đài 43 ĐKTL Hình 2.2. Dải thay đổi công suất tín hiệu đầu vào anten thu khi 46 mt=0.02m2
xiv Hình 2.3. Dải thay đổi công suất tín hiệu đầu vào anten thu khi 46 mt=100m2 Hình 2.4. Dải động máy thu và dải biến thiên công suất tín hiệu 48 đầu vào Hình 2.5. Phân bố các phần tử SGTH và điều chỉnh HSKĐ 50 trong máy thu Hình 2.6. Nguyên lý thay đổi công suất tín hiệu phối hợp với dải 50 động và chống quá tải máy thu Hình 2.7. Nguyên lý điều chỉnh hệ số khuếch đại tổng 51 Hình 2.8. Dải thay đổi biên độ tín hiệu đầu vào máy thu theo cự 53 ly và diện tích PXHD của mục tiêu Hình 2.9. Sơ đồ khối máy phát xung dò cao tần điều chỉnh được 55 mức công suất Hình 2.10. Thay đổi biên độ tín hiệu đầu vào máy thu khi giảm Pph 56 lần thứ 1 Hình 2.11. Thay đổi biên độ tín hiệu đầu vào máy thu khi giảm 56 Pph lần thứ 2 Hình 2.12. Thay đổi biên độ tín hiệu đầu vào máy thu bằng suy giảm 58 8dB Hình 2.13. Thay đổi biên độ tín hiệu đầu vào máy thu bằng suy giảm 58 18dB Hình 2.14. Thay đổi biên độ tín hiệu đầu vào máy thu bằng suy giảm 59 26dB Hình 2.15. Lưu đồ thuật toán điều khiển công suất máy phát và 62 SGTH Hình 2.16. Dạng đặc trưng thay đổi biên độ tín hiệu đầu vào của kênh 62 thu – phát bám sát có điều khiển chống quá tải Hình 3.1. Giải thích hiện tượng méo phi tuyến của tín hiệu trong 66 máy thu Hình 3.2. Cấu trúc máy thu sử dụng để phân tích phổ tín hiệu 70 theo FFT Hình 3.3. Chân dung phổ tín hiệu đầu ra máy thu khi chưa quá tải 73 Hình 3.4. Chân dung phổ tín hiệu đầu ra máy thu khi quá tải 74
xv Hình 3.5. Cấu trúc điển hình và đặc trưng điều khiển của hệ thống 78 APY Hình 3.6. Thuật toán phát hiện quá tải máy thu 81 Hình 3.7. Đặc trưng phát hiện quá tải máy thu theo chân dung phổ 82 Hình 3.8. Cấu trúc bộ tự động phát hiện quá tải máy thu 83 Hình 3.9. Biểu đồ phân kênh theo thời gian của đài ĐKHL 86 Hình 3.10. Thuật toán bộ điều khiển chống quá tải máy thu 94 Hình 3.11. Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển chống quá tải máy thu 95 Hình 3.12. Sơ đồ cấu trúc bộ tạo luật điều khiển chống quá tải máy thu 96 Hình 3.13. Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển tự động khép kín 102 Hình 3.14. Sơ đồ cấu trúc chức năng hệ tự động chống quá tải máy thu 104 Hình 3.15. Sơ đồ cấu trúc động học hệ thu phát khép kín tự động 106 chống quá tải máy thu Hình 4.1. Mô hình khảo sát hệ tự động thu - phát chống quá tải 109 máy thu Hình 4.2. Thay đổi biên độ vạch phổ S13(13f,kFch) theo diện tích 114 PXHD Hình 4.3. Thay đổi biên độ vạch phổ S13(13f,kFch) theo vận tốc 119 mục tiêu Hình 4.4. Đặc trưng phát hiện quá tải máy thu 119 Hình 4.5. Hiệu ứng chống quá tải máy thu trong các trường hợp 116 thay đổi diện tích PXHD của mục tiêu Hình 4.6. Hiệu ứng hoàn quá tải máy thu trong các trường hợp 123 thay đổi diện tích PXHD của mục tiêu Hình 4.7. Hiệu ứng chống quá tải khi mục tiêu có cự ly ban đầu 125 và diện tích PXHD bất kỳ bay vào đài Hình 4.8. Hiệu ứng chống quá tải khi mục tiêu có cự ly ban đầu 127 và diện tích PXHD bất kỳ bay ra đài
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong hệ thống điều khiển tên lửa nói chung, điều khiển tên lửa phòng không nói riêng, tọa độ mục tiêu và tọa độ tên lửa là hai tham số cơ bản của thông tin điều khiển để hình thành các phương pháp dẫn tên lửa tiêu diệt mục tiêu. Độ chính xác xác định tọa độ tên lửa và đặc biệt là tọa độ mục tiêu là một trong những yếu tố quyết định đến xác suất tiêu diệt mục tiêu của quả tên lửa. Các thông tin về tọa độ tức thời của mục tiêu và tên lửa được đài điều khiển hỏa lực (ĐKHL) xác định thông qua các hệ thống bám sát mục tiêu và tên lửa. Trong đó, hoạt động của hệ thống bám sát tọa độ mục tiêu chịu tác động của rất nhiều yếu tố, ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác bám và xác định tọa độ tức thời của mục tiêu. Các yếu tố đó có thể kể đến như: tính ngẫu nhiên về tham số mục tiêu (cự ly, vận tốc, tọa độ...); nhiễu tác động; đặc biệt là phương pháp và chất lượng của hệ thống xử lý tín hiệu mục tiêu... Có một thực tế đối với hầu hết các loại đài ra đa, trong đó có đài điều khiển hỏa lực hiện nay là quá trình hình thành và phát tín hiệu dò không gian độc lập với quá trình thu và xử lý tín hiệu phản xạ từ mục tiêu. Trước sự phát triển không ngừng về khả năng chiến – kỹ thuật của các loại phương tiện tập kích đường không, các đài ĐKHL đứng trước một thực tế là phải phát hiện, bám sát cùng lúc nhiều mục tiêu có diện tích phản xạ hiệu dụng (PXHD) thay đổi trong dải từ 0.02m2 đến 100m2 ở những cự ly rất lớn tới (200-300)km. Những nhận định trên nói lên một điều là dải biến thiên công suất tín hiệu phản xạ đầu vào máy thu các đài ĐKHL là rất rộng trong khi dải động của đài ra đa lại có hạn. Điều đó gây khó khăn không nhỏ trong việc bảo đảm chất lượng thông tin đầu vào các hệ bám sát tọa độ. Mặt khác như ta đã biết,
2 để các hệ đo - bám tọa độ mục tiêu làm việc ổn định, với độ chính xác cao, một trong những yêu cầu quan trọng là tín hiệu mục tiêu và mức tạp âm đầu ra máy thu (đầu vào các hệ bám) phải ổn định trong dải cho phép. Vấn đề đặt ra là cần nghiên cứu, xây dựng những giải pháp kỹ thuật dựa trên những thành tựu mới của khoa học - kỹ thuật và công nghệ để có thể nâng cao khả năng tự động hóa xử lý tín hiệu nhằm nâng cao chất lượng thông tin đầu vào của các hệ bám tọa độ mục tiêu đài ĐKHL. Các đài điều khiển (ĐĐK) tên lửa phòng không (TLPK) hiện đại được nghiên cứu, thiết kế và xây dựng theo hướng: nâng cao mức độ tự động hóa, từ khâu phát hiện, bám sát mục tiêu, đến điều khiển tên lửa tiêu diệt mục tiêu; thế năng cao; đa kênh mục tiêu, đa kênh tên lửa; đa chức năng; khả năng phân biệt mục tiêu theo các tọa độ cao,… Để có được những đặc tính ưu việt như vậy, thực tế, nhiều đài thường có xu hướng sử dụng tín hiệu thăm dò không gian ở dạng cận liên tục và có cấu trúc phức tạp. Quá trình điều khiển, đồng bộ và tính toán tham số của toàn hệ thống có sự trợ giúp và điều hành của máy tính số, giúp nâng cao chất lượng, hiệu quả cũng như sự mềm dẻo trong tổ chức các chế độ làm việc của tổ hợp khí tài. Sự ra đời những tổ hợp vũ khí mới và đưa chúng vào trang bị luôn gắn liền với khoảng thời gian nghiên cứu, thiết kế, thử nghiệm, sản xuất hàng loạt và thương mại hóa khá dài (Ví dụ: như tổ hợp tên lửa phòng không S300- PMU1 đã được nghiên cứu thiết kế từ những năm 1985 đến tận 1993 mới có thể đưa vào biên chế quân đội Liên bang Nga). Thời gian trung bình giai đoạn thiết kế, chế tạo đối với một tổ hợp TLPK, theo những dữ liệu thống kê, kéo dài khoảng từ 10 đến 20 năm tùy theo tính phức tạp. Đó là một khoảng thời gian đáng kể cho sự phát triển các phương tiện tác chiến điện tử, phát triển chiến thuật và công nghệ của các phương tiện tấn công đường không của đối phương. Nói cách khác, một tổ hợp TLPK mới hiện đại luôn “lạc hậu” trước
3 những tiến bộ của các phương tiện tập kích đường không của đối phương. Đây là một thực trạng đáng lưu tâm nghiên cứu nhằm khắc phục khoảng cách giữ chậm giữa phương tiện phòng thủ (các tổ hợp TLPK) và phương tiện tấn công (các loại mục tiêu) đường không. Chính vì vậy, những tổ hợp TLPK hiện có trong trang bị của quân đội vẫn tồn tại những vấn đề cần nghiên cứu hoàn thiện như những vấn đề: phân bố tối ưu năng lượng tín hiệu phát theo cự ly; tính đơn trị trong đo cự ly mục tiêu cần tự động hóa; giảm độ rộng và tính định hướng của các cánh sóng phụ anten mạng pha; tự động hóa quá trình xử lý tín hiệu;... Những vấn đề trên, nếu không được giải quyết, sẽ có những ảnh hưởng bất lợi đến chất lượng thông tin, tính tự động hóa và tính bền vững của cả tổ hợp khí tài, làm giảm hiệu quả của hệ thống trong chiến tranh hiện đại. Một trong các vấn đề cần hoàn thiện nêu trên, vấn đề tối ưu hóa và tự động phân bố năng lượng máy phát theo cự ly và theo diện tích PXHD của mục tiêu rất đáng được quan tâm. Việc phát xung dò cùng một công suất trong toàn dải cự ly của mục tiêu dẫn đến sự thay đổi lớn dải biến động năng lượng đầu vào máy thu đài điều khiển hỏa lực. Điều đó bắt buộc hệ thống máy thu phải áp dụng các biện pháp tổng hợp hiệu chỉnh công suất tín hiệu đầu vào và điều chỉnh hệ số khuếch đại tổng để tránh quá tải máy thu, ổn định dải tín hiệu đầu ra. Trong các biện pháp đó có cả biện pháp tự động và bằng tay. Quá tải máy thu có hậu quả là làm cho hệ thống thu – xử lý tín hiệu làm việc ở chế độ phi tuyến, gây méo dạng tín hiệu mang thông tin có ích. Can thiệp bằng tay không thể kịp thời, nhất là trong điều kiện cùng lúc bám sát nhiều mục tiêu với các tính huống trên không phức tạp. Từ thực tế đó, xuất hiện nhu cầu nghiên cứu tự động hóa quá trình xử lý tín hiệu trước các hệ bám tọa độ mục tiêu đài ĐKHL trên cơ sở khép kín hai thiết bị thu và phát của đài thành một hệ tự động điều khiển. Kết quả