Luận văn: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo rađa cộng hưởng cảnh báo sớm đối với các mục tiêu có dấu vết nhỏ

Chia sẻ: Tran Van Cong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:366

Thêm vào BST

Báo xấu

107
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo rađa cộng hưởng cảnh báo sớm đối với các mục tiêu có dấu vết nhỏ bao gồm những nội dung về chiến kỹ thuật của đài rađa cộng hưởng resonance ne, cảnh báo sớm đối với mục tiêu có dấu vết nhỏ; những dữ liệu tham chiếu từ rađa cộng hưởng, cơ sở lập luận thiết kế hệ thống phương án mẫu rút gọn.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo rađa cộng hưởng cảnh báo sớm đối với các mục tiêu có dấu vết nhỏ

ViÖn Ra®a - ViÖn KHCN Qu©n sù Nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o Ra®a céng h−ëng c¶nh b¸o sím ®èi víi c¸c môc tiªu cã dÊu vÕt nhá Lª Ngäc Uyªn 8656 Ha noi - 2010
1.MỞ ĐẦU Trong chiến lược quân sự của nhiều nước thì việc phát hiện mục tiêu kể cả các mục tiêu tàng hình, tên lửa đạn đạo, tên lửa có cánh được ưu tiên nghiên cứu từ những năm của thế kỷ trước. Công nghệ rađa, từ khi hình thành đến nay đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển và đã đạt được những kết quả to lớn, tăng cự ly, độ cao phát hiện, tăng độ chính xác, thích nghi với nhiều loại mục tiêu khác nhau. Từ chỗ chỉ dùng cho Quân sự, ngày nay rađa đã được sử dụng cho nhiều ngành kỹ thuật kể cả các ngành dân sự khác nhau như ngành khí tượng thuỷ văn, giao thông vận tải,... Mặc dù vậy rađa cảnh giới (phát hiện từ xa, đo độ cao,...) vẫn đang là vấn đề được quan tâm hơn cả vì nó ảnh hưởng đến an ninh quốc gia, nhất là khi phải đối phó với các loại tên lửa có cánh, tên lửa mang đầu đạn hạt nhân. Từ khi công nghệ tàng hình ra đời, cùng với sự phát triển công nghệ vi điện tử, xử lý số tín hiệu, CNTT, rađa cảnh giới phát triển theo hướng giảm dần tần số mang. Từ chỗ làm việc ở dải sóng decimet, centimet, rađa cảnh giới chuyển dần sang làm việc ở dải sóng mét để sử dụng lợi thế phản xạ cộng hưởng của các mục tiêu bay (máy bay, trực thăng, tên lửa có cánh) kể cả chúng được sản xuất theo công nghệ tàng hình và khả năng uốn cong của sóng điện từ theo chiều cong của trái đất để phát hiện mục tiêu bay thấp, kể cả tàu biển trên cự ly “ sau chân trời”, mặt khác đã có thể sử dụng tín hiệu phức tạp, có tần số mang tuỳ chọn trong dải tần lớn với việc xử lý số tín hiệu cho phép nâng cao đáng kể tính năng kỹ chiến thuật, độ tin cậy, tính thân thiện của giao tiếp người máy và khả năng tự động hoá cao độ của các đài rađa. Đi đầu trong hướng phát triển loại rađa trên là Cộng hoà Liên bang Nga. CHLB Nga đã xuất sang các nước Ả rập loại rađa Resonanse để cảnh giới biển. Các nước Trung Quốc, Pháp, Australia cũng đã sang chào hàng tại Việt Nam các đài rađa tương tự. Hướng nghiên cứu được mở rộng từ rađa xung, tần số cao, anten quét trong không gian được chuyển dần thành rađa sử dụng tín hiệu thăm dò tương can dài, điều chế đa dạng (giả liên tục) hệ số rỗng nhỏ, tần số giảm dần xuống dải sóng mét và quét đồng thời trong không gian, khai thác có hiệu quả hiệu ứng cộng hưởng đa dạng mục tiêu trên không, vấn đề này đã có kết quả được thể hiện trên các đài rađa như Rabôla, Varonhegiơ… của Nga. Thời gian gần đây một số ý tưởng của loại rađa mới này được làm rõ trong đài rađa Resonanse NE của Trung tâm NIDDAR và được giới thiệu tại Trung tâm KHKT & CNQS, đồng thời Trung tâm 1
NIDDAR cũng đã chuyển giao Công nghệ chế tạo loại đài này cho Arập Xêut, Iran, Trung quốc… Một số công ty của Trung quốc, Austalia,…cũng đã có những thành công đưa hướng nghiên cứu trên đây về loại rađa ngoài đường chân trời, đài rađa cảnh giới biển tầm xa “подсолнух E” Những vấn đề lý thuyết mới như trên thực hiện được nhờ áp dụng các công nghệ thu đa kênh dải rộng, xử lý số tín hiệu, lọc dopple, nén tín hiệu, xử lý tương can, lọc số và các thành tựu phần cứng. Những phần cứng của CNTT cũng phát triển rất nhanh và mạnh. Viện KH&CNQS đã bước đầu nghiên cứu về lan truyền sóng, phản xạ cộng hưởng, máy thu đa kênh và năm 2007 Viện KH & CNQS đã mở đề tài nghiên cứu nền cấp Viện: ‘’Nghiên cứu cơ sở khoa học và khả năng chế tạo rađa báo động sớm kiểu Resonance-NE bằng phương thức chuyển giao công nghệ và hợp tác thiết kế với đối tác nước ngoài (Nga)‘’. Với Chuyên đề về bước đi, Chuyên đề về đối tác, Chuyên đề về thiết bị cụ thể tham chiếu, về tác chiến rađa trong điều kiện mới thời bình, giai đoạn đầu chiến tranh và qúa trình chiến tranh. Mục tiêu của đề tài này là: Nghiên cứu một số cơ sở khoa học, hiệu ứng vật lý ứng dụng trong hệ thống rađa thế hệ mới, cụ thể là rađa kiểu Resonance-NE do CH Liên bang Nga thiết kế chế tạo và kết hợp cùng đối tác Nga xây dựng sơ bộ bộ tài liệu thiết kế kỹ thuật đài rađa dựa trên mẫu đài rađa Resonance-NE của Nga. Đề tài hiện đang trong giai đoạn thực hiện. Việc đề xuất mở đề tài này với mục đích chuẩn bị cơ sở cho việc tiếp cận chuyển giao công nghệ đài rađa này từ phía đối tác do cần có những bước chuẩn bị về công nghệ cũng như tiềm năng thực hiện một số mô đul then chốt của đài này tại Việt nam. Xu hướng phát triển các hệ thống ra đa trong các thập niên đầu thế kỷ 21: - Khai thác có hiệu qủa các miền tần số mới: mở rộng dải sóng mét, vùng lazer hồng ngoại; -Ứng dụng các hiệu ứng vật lý trong các bài toán rađa: hiệu ứng lan truyền sóng, tán xạ cộng hưởng, phân cực, điều chế thứ cấp đa dạng, quang hình, quang lý và nhiễu xạ hình học, tàng hình vô tuyến; - Xây dựng rađa tương can, hệ thống rađa tương can, hoàn thiện rađa thụ động, rađa phân tập; - Phát triển công nghệ hệ thống: phát thu, xử lý hiển thị, truyền tin với việc ứng dụng các công nghệ mới; 2
- Đa dạng hóa rađa đặc chủng: rađa tầm thấp, rađa chỉ thị điều khiển, rađa hàng rào, - Sử dụng các linh kiện khuếch đại công suất có độ tin cậy cao đối với các đài rađa sóng mét; - Sử dụng các bộ tạo dao động tần số và thời gian chuẩn có độ ổn định và chính xác rất cao; - Ứng dụng công nghệ xử lý số, công nghệ thông tin trong các hệ thống đài Rađa và mạng Rađa. Trong sự phát triển chung của khoa học kỹ thuật công nghệ hiện đại, đặc biệt là công nghệ thông tin, toán học hiện đại và xử lý số tín hiệu, nhiều hiệu ứng vật lý, giải pháp công nghệ và thuật toán thể hiện trước đây chưa thể áp dụng được thì hiện nay đã được khai thác đưa vào ứng dụng có hiệu quả. Các hệ thống rađa thế hệ mới ra đời và ngày càng được hoàn thiện, nâng cao tính năng kỹ chiến thuật, đáp ứng những yêu cầu mới của chiến tranh công nghệ cao. Khai thác có hiệu quả các hiệu ứng điển hình như: - Các hiệu ứng bức xạ thứ cấp và điều chế bức xạ thứ cấp; - Hiệu ứng lan truyền thẳng và khúc xạ sóng điện từ trong không gian; - Anten mạng pha búp sóng số, thu và tổng hợp bức xạ thứ cấp trên mặt mở anten, thu đa kênh dải rộng; - Xây dựng thuật toán, công cụ tính toán thực hiện các chức năng đa dạng phức tạp, thời gian thực. - Xây dựng mô hình toán học của bức xạ thứ cấp điều chế bởi mục tiêu cơ động có cấu hình đa dạng. - Xử lý và nhận dạng chủng loại mục tiêu; Đặc biệt, để phát hiện và báo động sớm các mục tiêu có dấu vết nhỏ (tên lửa hành trình, các loại máy bay được chế tạo theo công nghệ tàng hình,..), trên thế giới đã sử dụng các phương pháp và công nghệ phi truyền thống trong xử lý tín hiệu rađa: sử dụng phương pháp tích lũy tương can dài trong dải sóng mét và sóng ngắn, hiệu ứng cộng hưởng tán xạ, nguyên lý rađa nền... Với các công nghệ mới như vậy, diện tích phản xạ hiệu dụng của các mục tiêu dấu vết nhỏ có thể tăng lên cỡ 10...100 lần (ví dụ, đối với tên lửa có cánh AMK, diện tích này là khoảng 10 m2 so với 0,1 m2 theo các phương pháp truyền thống). Các đặc trưng kỹ thuật chủ yếu của loại hình rađa Resonance có thế mạnh về tính năng sau : 3
- Rađa đa năng, tương can, nhìn vòng, 3D, sóng mét mạng pha búp sóng số sử dụng cho nhiều mục đích, cảnh giới báo động sớm, dẫn đường, chỉ thị hỏa lực mục tiêu phù hợp với tác chiến Phòng không, Không quân và Hải quân; - Là đài rađa đa năng có khả năng phát hiện mục tiêu xa, sớm ở các tầng độ cao thấp, trung, cao, đặc biệt là với khí tài bay tàng hình, tên lửa có cánh, tên lửa đạn đạo.....; - Khai thác nhiều hiệu ứng vật lý nâng cao tính năng ; - Sử dụng bước sóng hợp lý trong bài toán ra đa phát hiện xa với khí tài bay có dấu vết nhỏ, tận dụng được tốt hiệu ứng tán xạ cộng hưởng ở mục tiêu nhỏ công nghệ tàng hình; - Sử dụng hệ thống anten phidơ đa kênh dải rộng và cấu trúc tín hiệu đáp ứng tính thích nghi môi trường, tính đa dạng của mục tiêu (đa dạng về tham số tín hiệu); - Sử dụng công nghệ xử lý tín hiệu và tin tức tạo ra tính đa dạng các chế độ làm việc của đài mở rộng đưa những tính năng mới độ chính xác phân giải cao, nhịp độ lấy tin nhanh, hoạt động liên tục 24/24, khả năng thích nghi với môi trường nhiễu đa dạng, đặc biệt là bài toán nhận dạng chủng loại mục tiêu mà các đài rađa hiện có trong trang bị chưa thực hiện được; - Công nghệ tự động hoá rất cao, thực hiện các nhiệm vụ ở thời gian thực đảm bảo độ ổn định, tin cậy, dễ sử dụng, dễ đảm bảo; - Bộ tính năng chiến kỹ thuật cao, đáp ứng yêu cầu nhiệm vụ tác chiến mới; - Đài rađa “Resonance” hoạt động trong các chế độ tự động và chế độ bán tự động, làm việc độc lập hoặc là thành phần chức năng trong các hệ thống phòng không. Đài cũng có thể được sử dụng cho các mục đích dân sự như quản lý không lưu, quản lý kinh tế biển; - Đài rađa “Resonance” còn có nhiều ưu điểm khác như: khai thác sử dụng đơn giản, các phần tử linh kiện phổ cập, không cần cơ cấu quay anten khi sử dụng công nghệ anten mạng pha, thu - phát riêng biệt. Đài có khả năng chống nhiễu cao, năng lượng tiêu thụ ít. Đài có độ tin cậy cao, thời gian làm việc trung bình đến hỏng từ 2000 đến 5000 giờ, hệ thống kiểm tra được thực hiện tự động đến từng phần tử trong quá trình hoạt động; - Phù hợp với tổ chức tác chiến rađa bờ biển dài, nhiều vùng lãnh thổ hẹp. Đề tài này nhằm đặt nền móng cho việc xây dựng một đài rađa thoả mãn được các tính năng cung cấp tin tức tình báo Ra đa để đảm bảo an ninh không phận trong giai đoạn tới, bao gồm: 4
+ Nghiên cứu nguyên lý phản xạ cộng hưởng là nguyên lý để chọn tần số làm việc thích hợp cho việc xác định đa dạng các mục tiêu bay trong đó có : các mục tiêu có dấu vết nhỏ, tên lửa có cánh, máy bay tàng hình; + Nghiên cứu sự lan truyền của sóng có bước sóng như trên để phát hiện sau chân trời; + Xây dựng máy phát và anten có khả năng làm việc ở dải tần rộng công suất đỉnh không cao trong khi công suất trung bình lớn, phối hợp anten không cần một thiết bị chuyên dùng...; + Xây dựng hệ thống anten phát thu đa kênh độc lập nhau; + Xây dựng hệ thống anten thu đa kênh tạo giản đồ hướng bằng phương pháp số ; + Xử lý tối ưu tín hiệu phát điều tần thay đổi tham số thích nghi; + Nghiên cứu các thuật toán xử lý tín hiệu thông tin Ra đa làm việc ở thời gian thực, quản lý đồng thời nhiều mục tiêu, tốc độ lấy tin nhanh, làm việc 24/24, độ chính xác phân giải cao, làm việc ổn định, tin cậy, chủ động trong công tác đảm bảo kỹ thuật và phân tích hệ thống, nhất là nội dung đảm bảo toán học (nội dung được coi là thế mạnh và khả thi hiện nay), phát hiện điểm dấu, quỹ đạo, nhận dạng mục tiêu, điều khiển đa dạng các chế độ toàn đài... Đài rađa "Resonance-NE" là đài rađa do Trung tâm "NIIDAR - RESONANCE" Cộng hoà Liên bang Nga chế tạo là đài rađa hệ mới có thể sử dụng như một rađa mẫu để tham chiếu khi thiết kế chế tạo. - Qua giới thiệu của các đối tác nước ngoài, tổng hợp thực tiễn với luận cứ nêu trên, Chuyên đề xây dựng cụ thể hoá mục tiêu đề tài dựa trên: + Nghiên cứu tiếp cận rađa cộng hưởng tham chiếu từ mẫu đã được nhiều nước nghiên cứu và ứng dụng, đặc biệt là Cộng hoà Liên bang Nga, đài làm việc ở tần số thấp 35 – 70 MHz, đa chức năng với đặc điểm sau: + Khai thác tốt nguyên lý “Cộng hưởng” phát hiện đa dạng các mục tiêu, hiệu quả cao ở dải 30-75MHz; + Khai thác tốt hiệu ứng lan truyền sóng bề mặt tận dụng tối đa hiệu ứng ở cuối đường chân trời. + Xây dựng đài rađa cộng hưởng có tính đa năng cho nhiệm vụ cảnh giới, dẫn đường, chỉ thị mục tiêu. Báo động sớm phù hợp với nhiệm vụ của Quân chủng PKKQ, Quân chủng HQ với đặc thù bờ biển dài. 5
+ Đài xây dựng theo nguyên tắc rađa số, đặc biệt là hệ thống thu - phát độc lập (có thể đặt cơ sở phát triển rađa đa vị trí), thu đa kênh, xử lý giản đồ hướng anten theo nguyên tắc từ pha sang số, áp dụng có hiệu quả nguyên lý “xử lý toán học” tạo tiềm năng tin tức rađa chất lượng cao. + Khả năng làm việc 24/24 do sử dụng hệ thống anten tĩnh, có khả năng quan sát liên lục trong mọi hướng nên giảm được bài toán cơ khí lực truyền động và liên kết giao liên cao tần và điều khiển quay anten. Khả năng nhịp độ lấy tin rất cao (1 giây) – Nhịp độ lấy tin rất cần thiết trong tác chiến vốn không thể có được ở các đài rađa tầm xa quét bằng cơ khí. + Hệ thống rađa xây dựng trên cơ sở bán cơ động bao gồm: • Anten tĩnh: giá thành không cao, cấu trúc đơn giản; • Cơ động: Toàn bộ trang bị; + Nghiên cứu kết hợp xây dựng lực lượng thực hiện nhiệm vụ với bước đi cơ bản chủ động về thiết kế hệ thống kỹ thuật, công nghệ và tích hợp, thực nghiệm đánh giá trên cơ sở hợp tác với Nga. 6
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHIẾN KỸ THUẬT CỦA ĐÀI RAĐA CỘNG HƯỞNG RESONANCE-NE, CẢNH BÁO SỚM ĐỐI VỚI MỤC TIÊU CÓ DẤU VẾT NHỎ Đài ra đa Cộng hưởng cảnh báo sớm với mục tiêu có dấu vết nhỏ sử dụng tính chất của hiệu ứng cộng hưởng tán xạ thứ cấp của các thành phần mục tiêu. Khi chiếu xạ mục tiêu ở các tần số thích hợp (bước sóng cỡ gấp hai lần kích thước vật thể), bản thân các thành phần này trở thành một nguồn bức xạ thứ cấp có độ cộng hưởng cao, dẫn đến việc gia tăng đáng kể diện tích phản xạ hiệu dụng của mục tiêu. Điều này rất có ý nghĩa đối với việc phát hiện các mục tiêu có diện tích phản xạ hiệu dụng thông thường nhỏ (các mục tiêu có dấu vết nhỏ). Hiệu ứng phát xạ thứ cấp cộng hưởng được thể hiện rõ nhất trong dải sóng cận dải sóng mét. Vì vậy các nhà thiết kế đã lựa chọn dải tần số từ 35 đến 70 MHz là dải tần số làm việc của ra đa Cộng hưởng. Lựa chọn dải tần số làm việc này là một phát triển khá mới mẻ so với các ý tưởng thiết kế chế tạo ra đa truyền thống. - Đài ra đa Cộng hưởng là sử dụng mạng anten định pha cố định. Không có cơ cấu cơ khí quay anten làm cho kết cấu của rađa, kéo theo một loạt các vấn đề khác về điều khiển và xử lý trở nên đơn giản hơn hẳn so với các đài rađa với giàn anten quay. Điều này tạo nhiều thuận lợi khi nghiên cứu tìm hiểu nguyên lý làm việc của rađa. Điểm trả giá duy nhất là kích thước lớn của mạng anten cố định (các chấn tử anten của mạng phải cách nhau khoảng 2,5 m) và làm cho các nhà chỉ huy băn khoăn về khả năng cơ động cũng như tính sống còn của rađa trong chiến tranh. Tuy nhiên, với tất cả các ưu việt của rađa (kể cả về mặt giá thành và khả năng làm chủ công nghệ để tự chế tạo và bảo đảm kỹ thuật), việc triển khai loại rađa này trong thời bình hiện tại để nhanh chóng phủ kín trường rađa cả nước và giảm thời gian hoạt động trực chiến cho các loại rađa quân sự khác là rất hợp lý và có ý nghĩa. - Đài rađa Cộng hưởng là đài rađa với mạng anten số, trong đó toàn bộ xử lý không-thời gian tín hiệu được thực hiện ở tuyến thu, bằng phương pháp số trên tổ hợp tính toán chuyên dụng. Có thể nói rađa Cộng hưởng là loại rađa số. Vai trò quyết định tới các chỉ tiêu chất lượng của rađa nằm ở bộ thuật toán và chương trình xử lý chứ không tập trung ở thiết bị phần cứng (cả ở phần siêu cao tần và phần tính toán). Điều này vừa đơn giản hóa cấu trúc của đài, giảm thiểu tiêu thụ năng lượng, 7
lại tạo ra những khả năng mới, đa dạng và phong phú trong hoạt động so với các rađa truyền thống. - Đài rađa Cộng hưởng Resonance-NE có cấu trúc Modul. Từ cấp độ cao nhất, thấy rõ rađa Cộng hưởng thực chất bao gồm 03 hoặc 04 khối “tiểu rađa” hoàn toàn độc lập, mỗi tiểu rađa phụ trách một khu vực phương vị 90o hoặc 120o được bố trí theo hình tam giác hoặc hình vuông hoặc hình sao và kết nối tới máy chủ trung tâm nhau qua một mạng nối bộ. 1.1. Tính năng chiến kỹ thuật của đài rađa Cộng hưởng cảnh báo sớm với mục tiêu có dấu vết nhỏ Đài rađa Cộng hưởng là đài ra đa tương can dải sóng mét với anten mạng pha, có nhiệm vụ trực ban chiến đấu, quản lý vùng trời trong chế độ nhìn vòng. Được sử dụng để phát hiện tầm xa có hiệu quả các loại mục tiêu được chế tạo theo công nghệ hiện đại và các vật thể bay trong không gian, bao gồm các loại tên lửa đạn đạo, tên lửa có cánh có dấu vết ra đa nhỏ, các thiết bị bay siêu âm, bao gồm cả các thiết bị bay được chế tạo theo công nghệ tàng hình, trong điều kiện có tác động của nhiễu điện từ và nhiễu tự nhiên. Đài Rađa cộng hưởng là đài rađa tầm xa, báo động sớm được thiết kế dựa trên những lập luận cơ bản: Vấn đề phát hiện mục tiêu nhỏ, cự ly xa, bay thấp, báo động sớm, trong đó có cả thiết bị bay công nghệ “tàng hình”. Tác chiến, tấn công đường không nhiều chủng loại và vũ khí đồng thời (lớp rất rộng chủng loại các mục tiêu). Sự phát triển mạnh của công nghệ tính toán, siêu cao tần Hiệu ứng phản xạ, tán xạ cộng hưởng từ mục tiêu với các bước sóng VHF (35-70 MHz). Các phương tiện tấn công bay với tốc độ cao, nhịp xử lý, lấy tin yêu cầu rất nhanh (1giây). Khai thác tối đa hiệu ứng lan truyền sóng bề mặt ở dải VHF Đài rađa Cộng hưởng có thế mạnh về tính năng: - Rađa đa năng, tương can, nhìn vòng, 3D, sóng mét mạng pha sử dụng cho nhiều mục đích, cảnh giới báo động sớm, dẫn đường, chỉ thị hỏa lực phù hợp với tác chiến Phòng không, Không quân và Hải quân; 8
- Là đài rađa đa năng có khả năng phát hiện mục tiêu xa, sớm ở các tầng độ cao thấp, trung, cao, đặc biệt là với khí tài bay tàng hình, tên lửa có cánh, tên lửa đạn đạo..... - Khai thác nhiều hiệu ứng vật lý nâng cao tính năng; - Sử dụng bước sóng hợp lý trong bài toán ra đa phát hiện xa với khí tài dấu vết nhỏ, tận dụng được tốt hiệu ứng tán xạ cộng hưởng ở mục tiêu nhỏ công nghệ tàng hình; - Sử dụng hệ thống anten phidơ đa kênh dải rộng và cấu trúc tín hiệu đáp ứng tính thích nghi môi trường, tính đa dạng của mục tiêu; - Sử dụng công nghệ xử lý tín hiệu và tin tức tạo ra tính đa dạng các chế độ làm việc của đài mở rộng đưa những tính năng mới độ chính xác phân giải cao, nhịp độ lấy tin nhanh, hoạt động liên tục 24/24, khả năng thích nghi với môi trường nhiễu đa dạng, đặc biệt là bài toán nhận dạng chủng loại mục tiêu ở các đài rađa hiện có trong trang bị chưa thực hiện được; - Công nghệ tự động hoá rất cao, thực hiện các nhiệm vụ ở thời gian thực đảm bảo độ ổn định, tin cậy, dễ sử dụng, dễ đảm bảo; - Bộ tính năng chiến kỹ thuật cao, đáp ứng yêu cầu nhiệm vụ tác chiến mới; - Đài rađa Cộng hưởng hoạt động trong các chế độ tự động và chế độ bán tự động, làm việc độc lập hoặc là thành phần chức năng trong các hệ thống phòng không. Đài cũng có thể được sử dụng cho các mục đích quân sự và dân sự nhu cầu quản lý kinh tế biển; - Đài rađa Cộng hưởng có rất nhiều ưu điểm: khai thác sử dụng đơn giản, các phần tử linh kiện phổ cập , không cần cơ cấu quay anten khi sử dụng công nghệ anten mạng pha, thu - phát riêng biệt. Đài có khả năng chống nhiễu cao, năng lượng tiêu thụ ít. Đài có độ tin cậy cao, thời gian làm việc trung bình đến hỏng từ 2000 đến 5000 giờ, hệ thống kiểm tra được thực hiện tự động đến từng phần tử trong quá trình hoạt động; - Phù hợp với tổ chức tác chiến rađa bờ biển dài, nhiều vùng lãnh thổ hẹp. • Phát hiện và bám sát ở cự ly tầm xa các loại mục tiêu, trong đó có cả các loại mục tiêu có kích thước nhỏ và các loại mục tiêu được chế tạo theo công nghệ tàng hình; • Tự động xác định toạ độ của các mục tiêu trên không và truyền các thông tin mục tiêu cho các tổ hợp và các hệ thống vũ khí hoả lực; • Tự động xác định các tham số chuyển động và kiểu loại mục tiêu; 9
• Đưa ra và truyền các thông tin về các mục tiêu bám sát được cho các đối tượng dùng tin để có thể ra các quyết định kịp thời và chính xác; • Phân tích tình hình nhiễu và tự động thích nghi với các điều kiện có sự tác động của nhiễu; Tự động hoặc bán tự động phát hiện và bám sát các mục tiêu trên không theo phương vị và cự ly trong khoảng vùng trời được phân công làm nhiệm vụ trực ban chiến đấu (chế độ trực ban); • Tự động hoặc bán tự động phát hiện và bám sát các mục tiêu trên không đã được thông báo theo phương vị và cự ly trong khoảng vùng trời được phân công (chế độ trực theo phân tuyến); • Tự động phân loại mục tiêu theo các dấu hiệu: - Mục tiêu đơn lẻ – mục tiêu nhóm; - Mục tiêu lớn – mục tiêu nhỏ; • Tự động đo các tham số chuyển động của các mục tiêu; • Tự động hoặc bán tự động thự hiện quá trình phát hiện, hiển thị toạ độ các mục tiêu và các tham số chuyển động của chúng có tính đến kết quả phân tích tình hình nhiễu và khả năng thích nghi với các điều kiện này; • Tự động kiểm tra tình trạng kỹ thuật của thiết bị và xác định vị trí hỏng hóc của đài. Nhận dạng các nhóm mục tiêu • Xác suất nhận dạng và phân biệt các nhóm mục tiêu rất cao (0,8…0,9) theo các dấu hiệu về quĩ đạo và xác định chính xác số lượng các mục tiêu đặc trưng bởi đài có khả năng phân biệt cao và độ chính xác đo vận tốc hướng tâm của mục tiêu (1…1,5 µ/s). Tần suất khôi phục thông tin của đài cao (1…10 s), do đài có khả năng quét điện tử không gian, không bị hạn chế bởi tốc độ quay của anten, ngoài ra, đài còn được ứng dụng các phương pháp Dopple về xử lý tín hiệu cho phép đài bám sát được các mục tiêu có vận tốc lớn với độ tin cậy cao (các mục tiêu siêu âm). Khả năng chống nhiễu của đài được bảo đảm bằng hàng loạt các biện pháp truyền thống, ngoài ra đài còn có chế độ chuyển tần thích nghi trong dải tần làm việc rộng, sử dụng các kiểu xung phát xạ khác nhau. Điều này làm cho đối phương không thể sử dụng các biện pháp trinh sát điện từ và tạo ra nhiễu ngắm tích cực. Nhiễu chặn của đối phương hầu như không gây ảnh hưởng đến hoạt động của đài 10
do dải thông của tuyến thu rất hẹp (khoảng 1 Hz). Nhiễu tiêu cực được chế áp bởi các bộ lọc Đốp le. Hệ số chế áp nhiễu tiêu cực không nhỏ hơn 70 dB. Ở dải tần làm việc của đài trên thực tế chỉ quan sát được mức tạp vũ trụ có công suất rất nhỏ tác động ( từ -190 dB đến 200 dB). Đặc tính kỹ thuật-chiến thuật chính của đài rađa Cộng hưởng Resonance-NE Số Đặc tính kỹ thuật Tham số kỹ thuật TT 1 Vùng quan sát: Cự ly, km 10...1100 Phương vị, độ 360 Góc tà, độ 1,5...+80 Theo độ cao, km đến 100 Theo tốc độ, km/h 0....8000 2 Dạng quét không gian Quét điện tử theo góc tà và góc phương vị 3 Cự ly phát hiện mục tiêu với diện tích phản xạ hiệu dụng (σ), Km: σ = 100m2 1100 σ = 1m2 350 (các máy bay tiêm kích Mik-21 trên độ cao 10000m) 4 Độ phân biệt: - Theo Cự ly, Km 3 - Theo phương vị, độ 1,5 - Theo gúc tà, độ 1,5 - Theo tốc độ, m/s 1÷1,5 5 Độ chính xác được xác định: - Cự ly, m 300 - Phương vị, dộ 1,5 - Góc tà, độ 1,5 - Tốc độ, m/s 0,5 Đến 500 6 Số lượng mục tiêu đồng thời có thể 1-10 bám sát được, không lớn hơn 7 Tốc độ truyền dữ liệu, trong chế độ 24 11
phát hiện, s 8. Thời gian triển khai, h Độ tin cậy: - Thời gian trung bình làm việc không 1500 9 hỏng hóc, h - Thời gian phục vụ, năm, không nhỏ 25 hơn 10 Điều kiện khai thác sử dụng ( vận hành): - Nhiệt độ môi trường xung quanh, 0C -40...+50 - Độ ẩm tương đối của không khí khi 95 nhiệt độ 250C,% - Vận tốc gió, m/s, không lớn hơn 50 11. Hệ thống anten fiđơ 11.1 Anten thu: - Dạng Anten mạng pha - Kích thước, m: 40 x10 - Giàn nằm ngang, m 14 - Khuếch đại anten thu, dB 16 Số tia anten thu: 4 • Theo mặt phẳng góc phương vị Thụ động Theo mặt phẳng góc tà Bức xạ 11.2 Anten Phát Phương thẳng đứng, m Phương nằm ngang, m 16 Khuyếch đại, dB 5 Số lượng tia 12 12 Khuyếch đại công suất 1 Công suất xung đầu ra lớn nhất, KW, không nhỏ hơn 30 13 Tổ hợp tính toán: Số lượng máy tính Hệ điều hành 3 Ngôn ngữ lập trình Window NT 12
Số lượng vị trí làm việc của trắc thủ Accembler, C++ 14 Hệ thống điện: 3 Số lượng pha Điện áp, V 3 Tần số, Hz 380 Công suất tiêu thụ, KVA, không lớn 50 ± 2,5 hơn 10 15 Dạng quan sát Quét điện tử của anten theo góc tà và góc phương vị 1.2. Nguyên lý hoạt động sơ đồ khối chức năng toàn đài ra đa cộng hưởng Resonance-NE 1.2.1 Tác dụng, tính năng, thành phần Thành phần và cấu tạo của đài: - Hệ thống Anten phát - Hệ thống Anten phát gồm anten phát làm việc theo nguyên lý anten loga chu kỳ với cáp phi đơ nối với đầu ra phối hợp của khuếch đại công suất phát năng lượng bức xạ vào không gian dạng xung cao tần, tính đinh hướng thấp. - Hệ thống anten phát cần có anten tương đương nối với đầu ra khuếch đại công suất phát qua chuyển mạch đầu ra. - Hệ thống Anten thu - Hệ thống anten thu gồm 64 anten thu làm việc theo nguyên lý “nadenhenho” với 64 dây cáp độc lập nhau nối với 64 máy thu - Hệ thống anten thu, thu độc lập tín hiệu bức xạ ra đa thứ cấp truyền về 64 tuyến thu theo nguyên tắc thu đa kênh. - Hệ thống tạo tín hiệu phát gốc và khuếch đại công suất phát: Hệ thống gồm bộ tạo xung phát gốc làm việc theo nguyên lý tạo xung và biến đổi thành xung tương tự 150 KHz. Bộ kích thích nhận tín hiệu xung tương tự 150 KHz thực hiện xử lý, khuếch đại, biến đổi thành xung cao tần ở tần số 35 ÷ 70 MHz. Bộ khuếch đại công suất phát nhận tín hiệu từ bộ kích thích để khuếch đại công suất, xử lý điều chỉnh, kiểm tra cần thiết qua khuếch đại sơ bộ và khuếch đại công suất ra, chuyền ra anten phát, bức xạ vào không gian. - Hệ thống thu đa kênh: 13
Hệ thống thu đa kênh gồm có: Bộ tạo điện áp chuẩn: Tạo điện áp chuẩn ổn định ở 1GHz là điện áp chuẩn chung cho toàn đài. Bộ tạo điện áp ngoại sai I, II, nhận điện áp chuẩn 1GHz từ bộ tạo điện áp chuẩn để tạo điện áp ngoại sai I, II, ở tần số 57,75 ÷ 92,75 MHz và 22,6 MHz, đưa đến bộ kích thích để biến đổi nâng tần số và qua bộ phân nhánh 64 đầu ra để đưa tới 64 tuyến thu để biến đổi tần số 2 lần siêu ngoại sai. Hệ thống thu: Thu nhận tín hiệu Ra đa từ anten thu, thực hiện khuếch đại, lọc, biến đổi hạ tần số thành các tần số trung tần 1 và trung tần 2 cho xử lý cấp I tin tức Ra đa. Hệ thống thu gồm ..tuyến thu độc lập nhau, làm việc giống nhau, ổn định và đồng đều các tham số. - Hệ thống xử lý sơ cấp: Hệ thống xử lý cấp I nhận tin từ đầu ra máy thu ở tần số 150 KHz thực hiện biến đổi tương tự - số, tổ chức tin tức, xử lý trong xung, gồm các xung độc lập nhau từ 64 tuyến thu cùng vào xử lý búp sóng số, thực hiện tiếp nhiệm vụ xử lý, phát hiện mục tiêu là điểm dấu cấp I đưa sang xử lý cấp II và hiển thị cấp I, hiển thị cấp II. - Hệ thống hiển thị: Hệ thống hiển thị thực hiện hiển thị điểm dấu cấp I, cấp II, trạng thái kỹ thuật thiết bị, các Menha chế độ làm việc, điều khiển và hiện báo trạng thái. - Hệ thống tổ hợp tính toán, điều khiển, trao đổi tin tức: + Hệ thống gồm máy tính trung tâm với khối hệ thống trung tâm thực hiện những tính toán cần thiết và trao đổi với các đối tượng trực tiếp. + Hệ thống cụm điều khiển trao đổi với máy tính trung tâm thực hiện nhiệm vụ trung gian điều khiển chế độ làm việc, tiếp nhận trao đổi tin tức với các hệ thống. - Hệ thống nguồn thứ cấp: Hệ thống nguồn thứ cấp làm nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha thành các điện áp 1 chiều nuôi các hệ thống thiết bị. 1.2.2. Nguyên lý hoạt động theo sơ đồ khối – chức năng toàn đài. Đài ra đa Cộng hưởng Resonance - NE gồm các hệ thống cơ bản hoạt động theo nguyên lý cộng hưởng, lập luận xây dựng phương án thiết kế chi tiết các hệ thống đáp ứng được yêu cầu đặt ra từ các module 14
Thiết bị anten thu Thiết bị anten phát Anten thu Anten thu Anten phát Anten phát Anten phát Anten thu Thiết bị phát Khuếch đại CS Khuếch đại CS Khuếch đại CS Thiết bị thu Thiết bị thu Thiết bị thu Khuếch đại CS Khuếch đại CS Khuếch đại CS Khuếch đại CS Khuếch đại CS Khuếch đại CS Đường thông Đường thông tin tin SCT Modem T/.bị cáp quang Modem Th.bị Khuếch đại CS Khuếch đại CS Khuếch đại CS ghép nối Nguồn điện ghép nối liên tục Máy in Màn hình Màn hình Màn hình Màn hình Máy chủ Khoang đảm bảo Khoang đảm bảo Khoang đảm bảo KHỐI HỆ THỐNG KHỐI HỆ THỐNG kỹ thuật kỹ thuật kỹ thuật KHOANG DÙNG CHO HỆ THỐNG THU VÀ TỔ HỢP TÍNH TOÁN Modem Máy chủ Màn hình KHỐI HỆ THỐNG Sơ đồ Khối đài rađa "Cộng hưởng - NE" 15
Thiết bị anten thu Thiết bị anten phát Thiết bị anten thu Thiết bị anten phát Thiết bị anten thu Thiết bị anten phát fp1 fp1 fp1 Bộ tổ fг1 Khuếch đại công Bộ tổ fг1 Khuếch đại công Bộ tổ fг1 Máy thu Máy thu Máy thu Khuếch đại công hợp suất hợp suất hợp suất tần số 64 kênh tần số 64 kênh tần số 64 kênh fг2 fг2 fг2 Xungp/xạ Xungp/xạ Xungp/xạ Khối đ/kh Khối đ/kh Khối đ/kh Bộ kích Bộ kích Bộ kích và tạo xung thích Xung và tạo xung Xung và tạo xung Xung tại fp1 thích tại fp1 thích tại fp1 phát xạ p/xạ phát xạ p/xạ phát xạ p/xạ Sóng cửa Sóng cửa Sóng cửa ftt ftt ftt Khối xử lý cấp I Khối xử lý cấp I Khối xử lý cấp I Máy tính 1 Máy chủ Máy tính 2 МОDЕМ MODEM Hệ thống ngoại vi Hệ thống ngoại vi được nối với cáp được nối với cáp quang quang Sơ đồ Chức năng đài rađa "Cộng hưởng - NE" 16
chi tiết của từng hệ thống, kiểm soát được các tham số riêng, tham số hệ thống, tham số điển hình, tích hợp hệ thống. Nguyên lý hoạt động của đài theo sơ đồ khối chức năng trên toàn đài như sau: Rađa “Cộng hưởng Resonance - NE” là rađa xung – dople tích luỹ tương can với sự phát xạ và thu riêng rẽ các tín hiệu sóng rađa. Sơ đồ chức năng của rađa thể hiện trên hình vẽ. Chu trình làm việc của rađa được bắt đầu từ việc trắc thủ đặt chế độ và các tham số làm việc. Xuất phát từ nhiệm vụ được thiết lập, thuật toán điều khiển đưa ra các lệnh tương ứng. Các tín hiệu thăm dò được tạo bởi bộ tạo tín hiệu và bộ kích thích, trong mỗi tủ tạo ra chùm tích luỹ tương can xung vô tuyến ở tần số làm việc với điều chế tần số tuyến tính bên trong. Trong mỗi tủ tuyến thu đa kênh các tín hiệu thăm dò được tạo ra ở tần số làm việc của mình. Trong khi tần số lặp lại của tín hiệu thăm dò, độ dài xung và thời điểm phát xạ trong tất cả 3 tủ là như nhau. Năm chu kỳ lặp lại đầu tiên tín hiệu được dùng làm tín hiệu mô phỏng tạo giả, và sau khi suy giảm bởi bộ suy giảm và tăng số lượng trong mỗi tủ lên 64, chúng sẽ đưa đến đầu vào của 64 kênh thu. Sau đó ở các chu kỳ tiếp theo, các tín hiệu sẽ đưa đến 4 thiết bị khuếch đại công suất. Mỗi thiết bị khuếch đại công suất bao gồm 4 tủ. Trong mỗi thiết bị tín hiệu phát xạ từ đầu ra của bộ kích thích đưa đến một trong các tủ, và từ nó qua bộ chia truyền đến 3 tủ còn lại. Chính lúc này xuất hiện xung cửa. Xung cửa (xung vuông), độ dài xung và thời gian đưa vào tương ứng với độ dài xung và thời gian đưa vào của tín hiệu thăm dò, xung cửa được đưa từ các khối điều khiển của các tủ máy thu vào một trong các tủ của mỗi thiết bị khuếch đại công suất. Từ tủ dữ liệu xung cửa qua bộ chia đưa đến các tủ còn lại của các thiết bị khuếch đại công suất. Tại thời điểm đưa xung cửa vào thiết bị công suất thì khuếch đại công suất mở và thực hiện khuếch đại tín hiệu thăm dò. Sau khi các tín hiệu thăm dò được khuếch đại bởi bộ khuếch đại công suất, chúng được phát xạ trong 4 dẻ quạt 900 bởi anten phát với các thành phần phân cực đứng và ngang. Bốn anten phát đảm bảo vùng điều khiển chung theo góc phương vị là 3600. Từ hai chấn tử thu các tín hiệu cộng với nhau và theo dây cáp nằm trong bộ tạo đối xứng và bộ phối hợp. Tiếp tục các tín hiệu đưa vào khối cộng. Bộ cộng tiếp nhận và cộng các tín hiệu từ hai anten đặt cạnh nhau cái nọ đặt trên cái kia ở cột. Từ các bộ cộng theo dây cáp các tín hiệu đưa vào máy thu đa kênh, từ mỗi khối đưa vào kênh thu của mình. Công việc tiếp tục trong tổ hợp tính toán do định pha mà thiết lập được giản đồ hướng theo góc tà và góc phương vị. 17
Thiết bị anten thu hướng theo phương nằm ngang đảm bảo thu sóng vô tuyến ở 18 cột theo 8 chấn tử anten ở mỗi cột. Tất cả có 64 cáp đưa từ anten vào 64 kênh thu. Trong mỗi một kênh thu (trong số 64 kênh), các tín hiệu được khuếch đại và sau hai lần biến đổi tần số tín hiệu đưa vào bộ biến đổi tương tự - số. Tại đây kết thúc việc xử lý tín hiệu dạng tương tự và bắt đầu quá trình xử lý số thông tin. Để xử lý thông tin trong tổ hợp tính toán có bộ chương trình mà nhờ nó mà việc xử lý sẽ diễn ra như sau. Trong mỗi kênh (trong số 64 kênh) sẽ thực hiện xử lý bên trong xung. Xử lý bên trong xung là lấy tích chập của tín hiệu tương ứng với quy luật điều chế bên trong xung, bằng cách đó tạo ra các kênh cự ly. Tiếp theo là việc tích luỹ tương can với việc hình thành các bộ lọc dople, tạo giản đồ hướng bằng phương pháp số của rađa theo góc phương vị và góc tà, tách sóng, loại bỏ các nhiễu thụ động, tích luỹ không tương can, xử lý ngưỡng và tạo các điểm dấu mục tiêu với việc sơ bộ xác định các toạ độ và vận tốc của mục tiêu. Rađa đảm bảo thu và đo các tham số đồng thời không cần quét. Sau khi xử lý cấp I thông tin trong máy tính, sẽ tiến hành xử lý quỹ đạo và đưa ra dữ liệu cho người dùng. Xử lý quỹ đạo bằng cách tạo quỹ đạo sẽ thực hiện việc tách hoàn toàn các mục tiêu thực từ các mục tiêu giả và xác định lần cuối toạ độ, vận tốc và hướng đi của mục tiêu. Thuật toán nhận dạng sẽ xác định loại đối tượng. Các thông tin nhận được sẽ đưa ra màn hình cho trắc thủ, đưa ra thiết bị liên lạc và truyền số liệu, đưa ra đĩa cứng để lưu lại và có thể để phân tích sau đó nếu cần. Nhịp điều khiển điều khiển hệ thống bằng độ dài tích luỹ tương can. Cứ theo chu kỳ và sau mỗi lần thay đổi các tham số làm việc của rađa lại tiến hành kiểm tra chức năng của ra đa bằng tín hiệu đưa tới đầu vào của bộ khuếch đại anten dải rộng. Ra đa được điều khiển bằng tay do trắc thủ thực hiện từ vị trí làm việc hoặc điều khiển tự động theo chương trình đặt trước. 1.3. Các chế độ làm việc và điều khiển. Đài rađa Cộng hưởng “ Resonance- NE” khác biệt với các đại rađa hiện có là nó có khả năng sử dụng số lượng lớn các tham số làm việc khác nhau (tần số, dạng tín hiệu thăm dò, tần số lặp lại, …), tính vạn năng theo số lượng tham số đo được của mục tiêu và số lượng kiểu mục tiêu có thể phát hiện được, tính mềm dẻo trong điều chỉnh và dễ nhóm lại các tài nguyên có sẵn cho một bài toán được chọn và theo tình huống xảy ra. Kinh nghiệm được tích lũy đã chứng minh rằng điều khiển một rađa phức tạp như thế không thể giao phó hoàn toàn cho con người và cần phải được thực hiện một cách tự động. Khi đó các tham số và chế độ làm việc cần phải là 18
kết quả của bài toán giải tối ưu nhất trong những điều kiện hạn chế quyết định bởi khả năng kỹ thuật của ra đa và trong các điều kiện do trắc thủ chọn nhưng có hiệu chỉnh bởi kết quả của các quá trình quan sát trước đó. Một phần các tham số như độ suy giảm của rãnh trung tần của máy thu, độ suy giảm ở đầu vào của máy thu, số lượng các mạch lọc chặn .. chỉ sử dụng khi điều chỉnh ra đa. Khi làm việc thật, trắc thủ không thể điều chỉnh được các tham số này. Một phần khác của các tham số được sử dụng để nâng cao hiệu quả làm việc của đài rađa trong điều kiện nhiệm vụ, quyền ưu tiên, mục đích và tình trạng nhiễu thay đổi. Các tham số này được thể hiện ở bảng 1.1 Bảng 1.1 STT Tần số Độ dài xung Cự ly Số lượng Vùng kiểm tra lặp lại ban đầu kênh cự ly theo cự ly 1 50 Hz 2000 µs 1900 200 1900÷2500km 2 50 Hz 4000 µs 1800 200 1800 ÷2400km 3 50 Hz 4000 µs 1200 200 1200÷1800km 4 100 Hz 2000 µs 600 200 600 ÷1800km 5 200 Hz 1000µs 180 140 180 ÷600km 6 333 Hz 500 µs 105 25 105 ÷180km 7 500 Hz 240 µs 60 20 60 ÷120km 8 1000 Hz 40 µs 15 20 15 ÷75km Các tham số làm việc của đài rađa được trắc thủ đặt bằng tay từ bàn điều khiển của máy tính từ vị trí làm việc bất kỳ, kể cả vị trí từ xa hoặc đặt tự động dưới dạng một bộ các tham số có sẵn trong bộ nhớ của máy tính, hoặc chọn và đặt ra thuật toán tự động lựa chọn tối ưu. Trong đài rađa “Cộng hưởng - NE” có dạng điều khiển, mà trắc thủ có thể thay đổi được sau khi đã mở ra đa. Đây là công tắc bằng tay “ P”, bán tự động “П” và hoàn toàn tự động “A”. Khi điều khiển bằng tay, trắc thủ sử dụng bảng tham số phản ánh trên màn hình, từ bàn phím có thể thay đổi các tham số bất kỳ và đưa chúng vào đài rađa “Cộng hưởng - NE”. Khi điều khiển bán tự động, trắc thủ đưa vào đài rađa “Cộng hưởng - NE” quyền ưu tiên theo kiểu mục tiêu, các mục tiêu cần quan sát theo thứ tự ưu tiên và theo vùng điều khiển là vùng quan trọng nhất. Chọn và thay thế các tham số làm việc của đài rađa “Cộng hưởng - NE” được thực hiện bằng thuật toán tối ưu, các 19