Luận văn Thạc sĩ Công nghệ điện tử viễn thông: Các công nghệ định hướng, định vị và ứng dụng trong kiểm soát tần số

Chia sẻ: Tomjerry001 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:63

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung của luận văn bao gồm: Chương 1: Các công nghệ định hướng nguồn phát xạ. Chương 2: Định vị nguồn phát xạ vô tuyến và ứng dụng trong kiểm soát tần số. Chương 3: Định hướng định vị nguồn gây nhiễu trong thực tế.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Công nghệ điện tử viễn thông: Các công nghệ định hướng, định vị và ứng dụng trong kiểm soát tần số

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN KHẮC HUỲNH CÁC CÔNG NGHỆ ĐỊNH HƢỚNG, ĐỊNH VỊ VÀ ỨNG DỤNG TRONG KIỂM SOÁT TẦN SỐ LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG HÀ NỘI – 2014 1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN KHẮC HUỲNH CÁC CÔNG NGHỆ ĐỊNH HƢỚNG, ĐỊNH VỊ VÀ ỨNG DỤNG TRONG KIỂM SOÁT TẦN SỐ NGÀNH: CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ – VIỄN THÔNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: 60 52 02 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. TRẦN MINH TUẤN HÀ NỘI – 2014 2
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung của luận văn “Các công nghệ định hướng, định vị và ứng dụng trong kiểm soát tần số ” là sản phẩm do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS.Trần Minh Tuấn. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều được trình bày hoặc là của cá nhân hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình. Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2014 TÁC GIẢ Nguyễn Khắc Huỳnh 1
LỜI CẢM ƠN Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể các các thầy cô giáo trong Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ tận tình và chu đáo để tôi có môi trường tốt học tập và nghiên cứu. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS. Trần Minh Tuấn người trực tiếp đã hướng dẫn, chỉ bảo tôi tận tình trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này. Một lần nữa tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong thời gian vừa qua. Tôi xin kính chúc các thầy cô giáo, các anh chị và các bạn mạnh khỏe và hạnh phúc. Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2014 TÁC GIẢ Nguyễn Khắc Huỳnh 2
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................................... 1 LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................... 2 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................................. 4 DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................................ 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ.................................................................................. 6 LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 8 CHƢƠNG I: CÁC CÔNG NGHỆ ĐỊNH HƢỚNG NGUỒN PHÁT XẠ ............................ 9 1.1 Định hƣớng sử dụng anten có hƣớng tính cao ................................................................. 9 1.2 Ứng dụng hiệu ứng Doppler. ........................................................................................... 10 1.3 Nguyên lý Watson-Watt. .................................................................................................. 12 1.4 Nguyên lý so pha ............................................................................................................... 18 1.5 Nguyên lý so pha tƣơng quan .......................................................................................... 19 CHƢƠNG II: ĐỊNH VỊ NGUỒN PHÁT XẠ VÔ TUYẾN VÀ ỨNG DỤNG TRONG KIỂM SOÁT TẦN SỐ ........................................................................................................... 34 2.1 Ứng dụng ịnh hƣớng ngu n ph t v tuy n iện trong i so t tần s .............. 34 2.2 Kỹ thuật ịnh vị thủ c ng ................................................................................................ 34 2.3 Kỹ thuật ịnh vị triangulation......................................................................................... 35 2.4 Định vị TDOA ................................................................................................................... 36 CHƢƠNG III: ĐỊNH HƢỚNG ĐỊNH VỊ NGUỒN GÂY NHIỄU TRONG THỰC TẾ 41 3.1 Đ nh gi ph vi ảnh hƣởng của ngu n nhiễu c ng suất thấp ................................... 41 3.2 Định hƣớng, ịnh vị ngu n nhiễu bằng thi t bị so pha tƣơng quan. ........................... 42 3.3 Định vị TDOA ................................................................................................................... 53 3.4 Nhận ét ............................................................................................................................. 58 KẾT LUẬN ............................................................................................................................. 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................... 61 3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Tiếng anh Tiếng việt TDOA Time Difference of Arrival Sai khác thời gian tín hiệu tới AOA Angle of Arrival Góc của tín hiêu tới VHF Very High Frequency Tần số rất cao UHF Ultra High Frequency Tần số siêu cao DF Direction Finding định hướng. RMS root mean square value giá trị trung bình bình phương ADC analog digital converter bộ chuyển đổi tương tự số. ITU International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế 4
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Kết quả định hướng tại Thành phố Vinh............................................................... 44 Bảng 3.2: Kết quả định hướng tại Thành phố Cần Thơ........................................................ 47 Bảng 3.3: Kết quả định hướng tại Thành phố Long Xuyên – An Giang ......................... 50 Bảng 3.5: Tổng kết thử nghiệm định vị TDOA ...................................................................... 58 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Thiết bị định hướng theo nguyên lý cực đại.................................................... 9 Hình 1.2: Tạo giản đồ hướng cực tiểu từ việc cộng giản đồ hướng của 2 anten........... 10 Hình 1.3: Hiệu ứng Doppler. ......................................................................................... 11 Hình 1.4: Mô tả qua trình quét anten và dạng sóng sin Doppler thu được ................... 11 Hình 1.5: Sơ đồ khối đơn giản máy thu định hướng sử dụng nguyên lý Doppler ........ 12 Hình 1.6: Máy định hướng Watson-Watt với anten vòng chéo. ................................... 13 Hình 1.7: Anten Adcock. ............................................................................................... 14 Hình 1.8: Phân tích nguyên tắc tạo các tín hiệu mang thông tin về góc phương vị của anten Adcock. ................................................................................................................ 15 Hình 1.10: Cấu hình một bộ định hướng hiện đại vận hành theo nguyên lý Watson- Watt ............................................................................................................................... 18 Hình 1.11: Hệ thống định hướng theo nguyên lý so pha. .............................................. 18 Hình 1.12 So pha tương quan ........................................................................................ 19 Hình 1.13 : Thiết bị so pha với N kênh thu. .................................................................. 20 Hình 1.14: Xác định biên độ phức của năng lượng trường điện từ trong mảng anten có n phần tử. ....................................................................................................................... 21 Hình 1.15: Giao thoa so pha với hệ thống anten 3 phần tử. .......................................... 23 Hình 1.16: Thiết bị giao thoa tương quan ..................................................................... 24 Hình 1.17: Phổ của tín hiệu vô tuyến điện được thu đồng thời bởi máy thu dải rộng. . 25 Hình 1.18: Sơ đồ búp sóng, góc ngẩng 60o. ................................................................258 Hình 1.19: Sự phụ thuộc của búp sóng của mảng anten 8 phần tử vào góc ngẩng của RES:(a) β = 0; (b) β = 30◦; (c) β = 60◦ .......................................................................... 31 Hình 1.20: Sự phụ thuộc của búp sóng của mảng anten 8 phần tử vào góc ngẩng của RES với f = 250 MHz (trái) và f = 500 MHz (phải): ................................................... 31 6
(a) β = 0 , (b) β = 30◦ , (c) β = 60◦ ................................................................................. 31 Hình 1.21: Sơ đồ vector của các tín hiệu ...................................................................... 32 Hình 1.22: Máy thu so pha tương quan 1 kênh ............................................................. 33 Hình 2.1 Định vị sử dụng thiết bị định hướng cầm tay ................................................. 35 Hình 2.2 Định vị triangulation....................................................................................... 36 Hình 2.3: Định vị TDOA ............................................................................................... 38 Hình 2.4: Thuật toán TDOA .......................................................................................... 38 Hình 2.5: Sơ đồ tính toán TDOA .................................................................................. 39 Hình 2.6: Ước tính vị trí trong định vị TDOA .............................................................. 40 Hình 3.1: Mô phỏng nguồn gây nhiễu băng VHF ......................................................... 41 Hình 3.2: Mô phỏng nguồn gây nhiễu băng UHF ......................................................... 42 Hình 3.3: Định hướng tại Vinh ...................................................................................... 42 Hình 3.4 Công cụ tính toán góc Azimuth ...................................................................... 43 Hình 3.5 : Phần mềm Scorpior Client ........................................................................... 44 Hình 3.6: Định hướng tại Cần Thơ ................................................................................ 47 Hình 3.7: Định hướng tại An Giang .............................................................................. 50 Hình 3.8: Định hướng tại Kiên Giang ........................................................................... 53 Hình 3.9: Vị trí các điểm đặt sensor (hình vuông màu vàng) và các điểm phát dùng bộ đàm cầm tay ................................................................................................................... 54 Hình 3.10: Định vị đài FM 100MHz ............................................................................. 55 Hình 3.11: Sai số định vị đài FM 100MHz ................................................................... 55 Hình 3.12: Định vị đài phát hình 770MHz .................................................................... 56 Hình 3.13: Kết quả định vị đài phát hình 770MHz ....................................................... 57 Hình 3.14: Định vị đài Taxi Sao Việt 167.725Mhz ...................................................... 57 7
Hình 3.15: Sai số định vị đài Taxi Sao Việt .................................................................. 57 LỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự bùng nổ của truyền dẫn vô tuyến, tần số vô tuyến điện trở thành một nguồn tài nguyên hữu hạn vô cùng quý giá, và ngày càng trở nên chật hẹp, vì vậy cần được sử dụng một cách hiệu quả. Với việc ngày càng có nhiều nguồn phát vô tuyến dẫn tới việc xuất hiện ngày càng nhiều các nguồn gây nhiễu tiềm tàng (máy phát có thể phát không đúng tần số được cấp phép, phát ra các sản phẩm hài, phát xạ ngoài băng… gây can nhiễu tới các hệ thống thông tin vô tuyến khác). Bên cạnh đó, với sự phát triển của truyền dẫn thông tin số, việc giải điều chế các tín hiệu vô tuyến để từ nội dung đó, truy tìm ra nguồn nhiễu sẽ không khả thi, do vậy cần định hướng, định vị được nguồn phát. Từ những yêu cầu thực tế trên, luận văn “Các công nghệ định hướng, định vị và ứng dụng trong kiểm soát tần số” được thực hiện với mục đích nghiên cứu, giới thiệu các công nghệ, kỹ thuật định hướng, định vị hiện có và việc ứng dụng các công nghệ trên vào công tác kiểm soát tần số. 8
CHƢƠNG I: CÁC CÔNG NGHỆ ĐỊNH HƢỚNG NGUỒN PHÁT XẠ 1.1 Định hƣớng sử dụng anten có hƣớng tính cao Đây là một kỹ thuật định hướng đơn giản, dựa vào đặc tính hướng của anten thu. Hệ thống định hướng chỉ gồm anten có hướng tính cao và 1 máy thu. Việc xác định hướng sóng tới dựa trên nguyên lý: điện áp tín hiệu thu là một hàm của góc quay anten. Đặc điểm của phương pháp này là cấu trúc hệ thống đơn giản nhưng độ chính xác không cao, thời gian định hướng lớn. Phương pháp này được sử dụng theo hai nguyên lý cơ bản sau: 1.1.1 Định hướng theo nguyên lý cực đại. Hình 1.1: Thiết bị định hướng theo nguyên lý cực đại Sử dụng loại anten có tính hướng tính cao (độ rộng búp sóng cỡ vài độ), khi quay anten, hướng có cường độ tín hiệu cực đại chính là hướng đài phát đang hoạt động. Sai số định hướng lúc này có giá trị bằng một nửa độ rộng búp sóng của anten. Trong giải tần sóng ngắn và sóng cực ngắn, việc chế tạo được anten có búp sóng cỡ vài độ là cực kỳ khó khăn, vì vậy phương pháp này chỉ dùng ở giải tần cỡ vài GHz trở lên. 1.1.2 Định hướng theo nguyên lý cực tiểu. Ngược lại với máy thu định hướng theo nguyên lý cực đại, phương pháp này sử dụng các loại anten có giản đồ hướng vùng cực tiểu của chúng là khá hẹp, lúc này hướng 9
của đài phát đang làm việc chính là hướng mà tại đó cường độ tín hiệu thu được là nhỏ nhất. Để tạo ra dạng giản đồ hướng cực tiểu hẹp thường sử dụng biện pháp bù trừ giản đồ hướng của hai hoặc vài loại anten khác nhau. Ví dụ, máy thu định hướng xách tay AN/PRC-10 của Mỹ sử dụng 2 anten. Một anten khung có giản đồ hướng hình số 8 và một anten cần có giản đồ hướng tròn, khi cộng hai giản đồ hướng này với nhau, ta sẽ nhận được một giản đồ hướng mong muốn dạng Cácđiôit Giản đồ hướng anten khung Giản đồ hướng Giản đồ hướng tổng cộng anten cần hình cácđiôit Hình 1.2: Tạo giản đồ hướng cực tiểu từ việc cộng giản đồ hướng của 2 anten Phương pháp định hướng theo nguyên lý cực tiểu có ưu điểm là chỉ cần một máy thu với anten có kết cấu gọn nhẹ, dễ triển khai, thuận tiện cho việc cơ động, trinh sát luồn lách vào gần khu vực đối phương. Tuy nhiên do đo tại vùng cực tiểu của giản đồ hướng anten nên độ nhạy chung của hệ thống giảm đáng kể và làm giảm cự ly làm việc của máy thu định hướng. Do vậy, máy thu định hướng cực tiểu thường là máy thu định hướng cự ly gần, trang bị cho lực lượng trinh sát kỹ thuật luồn sâu đến sát khu vực của đối phương để thực hiện định hướng kiểm chứng số liệu về hướng do các đài trinh sát tầm xa hơn đã xác định. 1.2 Ứng dụng hiệu ứng Doppler. Đây là một phương pháp được áp dụng khá phổ biến trong các máy thu định hướng dải sóng cực ngắn. Phương pháp này sử dụng hiệu ứng Doppler để xác định hướng đến của nguồn phát xạ. Hiệu ứng Doppler là hiệu ứng thay đổi tần số của tín hiệu thu khi có sự chuyển động tương đổi giữa máy phát và máy thu. Khi chuyển động này là theo hướng tiến lại gần nhau thì tần số tín hiệu thu sẽ tăng lên một lượng F gọi là tần số Doppler. Ngược lại, tần số thu sẽ giảm xuống. Tần số Doppler sẽ đạt giá trị lớn nhất (về giá trị tuyệt đối ) nếu hướng chuyển động là trùng với hướng sóng tới. Khi này, ta có: v F max  (1.1) c Với : v là vận tốc chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu. c = 3.10 8 m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không. Khi sự chuyển động là không trùng với hướng sóng tới thì F giảm xuống. Khi này ta có: 10
v cos  F  (1.2) c Với:  là góc tạo bởi hướng chuyển động và hướng sóng tới. Máy phát Máy thu Máy phát Máy thu  Hướng chuyển động tương đối giữa máy thu Hướng chuyển động tương đối giữa máy thu và và máy phát trùng với hướng lan truyền sóng máy phát tạo với hướng lan truyền sóng một góc  Hình 1.3: Hiệu ứng Doppler. Như vậy việc đo giá trị F sẽ cho phép ta xác định giá trị góc  , tức là giá trị hướng c  tới của máy phát   arccos  F  v  Dựa theo hiệu ứng Doppler đã phân tích ở trên, do việc quay bằng biện pháp cơ khí một anten với một vận tốc lớn là rất khó khăn nên người ta xây dựng bằng phương pháp giả Doppler: sử dụng hệ anten gồm nhiều chấn tử (8-16 chấn tử, thậm chí lớn hơn) sắp xếp trên một vòng tròn có bán kính R. Các chấn tử này sẽ được lần lượt nối vào máy thu thông qua một bộ chuyển mạch điện tử có tần số quét là  . Điều này sẽ mô phỏng được quá trình quay một anten bằng cơ khí. Như vậy, ta sẽ có: c   c    arccos  F    F  (1.3) v   R  Rõ ràng rằng, phương pháp định hướng sử dụng nguyên lý Doppler càng chính xác nếu F càng lớn, tức là bán kính vòng tròn anten R và vận tốc quét anten càng lớn. Ta xem xét qua mô tả dưới hình vẽ cụ thể dưới đây: Hướng Bắc Bán kỳ có dịch Hướng tần Doppler âm sóng tới 1 A F 8 2 Tín hiệu sine Doppler Fmax 7 B A t q 3 1 2 3 4 5 6 7 8 1 -Fmax 6 4 q B 5 Bán kỳ có dịch tần Doppler dương Hình 1.4: Mô tả qua trình quét anten và dạng sóng sin Doppler thu được Tín hiệu sin Doppler sẽ cắt “0” tại hai điểm : điểm A (điểm anten gần nguồn phát nhất) và điểm B (điểm xa nhất). Như vậy, ta chỉ việc xác định được vị trí điểm A so với điểm chuẩn (hướng Bắc) là xác định được góc phương vị q . 11
Từ đây, ta có thể mô tả sơ đồ khối đơn giản của máy thu định hướng sử dụng nguyên lý giả Doppler như sau: RF in Audio out Hệ thống anten và Tách tín hiệu dịch tần Đo và chỉ thị góc Máy thu FM chuyển mạch điện tử Doppler phương vị q Tạo các tín hiệu điều khiển Hình 1.5: Sơ đồ khối đơn giản máy thu định hướng sử dụng nguyên lý Doppler Ta thấy rằng, cấu trúc của máy thu định hướng sử dụng nguyên lý Doppler là khá đơn giản. Máy thu FM được sử dụng trong hệ thống không cần là máy thu chuyên dụng, có thể lựa chọn loại máy bất kỳ, điều này cho phép thiết kế, chế tạo thiết bị thu định hướng trên cơ sở sử dụng các máy thu vô tuyến điện đã có sẵn. Khó khăn nhất đối với việc thiết kế, chế tạo máy thu định hướng sử dụng nguyên lý Doppler cơ bản hiện nay chỉ còn gặp phải ở hệ thống anten và chuyển mạch điện tử. Đó là: Việc chế tạo đồng nhất các chấn tử anten về các tham số hình học và các tham số điện. Sự cảm ứng tương hỗ vào chấn tử anten đang hoạt động từ các chấn tử khác còn lại (đang ở trạng thái hở mạch) gây sai số định hướng. Việc chuyển mạch anten gây ra các đột biến về cảm ứng điện từ, làm giảm độ nhạy của máy thu. Hiện nay, các vấn đề này đã được giải quyết tương đối thoả đáng bằng nhiều biện pháp, đảm bảo đáp ứng được các yêu cầu về độ nhạy cũng như độ chính xác định hướng. Tóm lại, ưu điểm của phương pháp định hướng sử dụng nguyên lý Doppler: Có độ nhạy, độ chính xác cao. Cấu trúc đơn giản, phù hợp với điều kiện công nghệ ở nước ta. Hạn chế được ảnh hưởng của tín hiệu phản xạ đa đường do hiệu ứng “capture”: tín hiệu lớn sẽ nén tín hiệu nhỏ ở trong máy thu FM sử dụng trong hệ thống. Nhược điểm: Do phải mất thời gian quét anten nên thời gian định hướng lớn, gặp khó khăn khi tín hiệu có thời gian tồn tại ngắn (như tín hiệu nhảy tần). Không đo được góc ngẩng  . Hệ thống anten có cấu trúc phức tạp. 1.3 Nguyên lý Watson-Watt. Đây là phương pháp được sử dụng khá rộng rãi trong các thiết bị thu định hướng Vô tuyến điện ở dải sóng ngắn và sóng cực ngắn. Nguyên lý Watson-Watt sử dụng giá trị lệch pha của sóng tới từ nguồn phát xạ trên các anten khác nhau, trên cơ sở đó tính toán ra giá trị hướng sóng tới. Về mặt nguyên lý, tín hiệu thu được từ đầu ra của anten có giản đồ hướng tính dạng sin/cosin (anten vòng chéo, anten feritte, anten adcock) sẽ được lọc, khuyếch đại và đưa tới 2 bản lệch X và Y của 1 ống cathode 1 tín hiệu blanking thu từ 1 anten vô hướng (như trên hình vẽ) có pha liên hệ biết trước cũng được đưa vào máy định 12
hướng. Màn hình máy định hướng sẽ hiển thị một hình lissajuos có độ nghiêng tương ứng với góc tới của tín hiệu. Giá trị của góc phương vị được tính theo công thức: α = artan (Vx / Vy) Hình 1.6: Máy định hướng Watson-Watt với anten vòng chéo. Trong trường hợp lý tưởng hình lissajous sẽ là 1 đường th ng. Trong trường hợp có can nhiễu ở môi trường xung quanh, Vx và Vy có độ di pha ,hình hiển thị sẽ là 1 elip. Lúc đó hướng của tín hiệu tới là trục chính của elip. Giá trị góc phương vị có thể tính toán như sau: α = artan (1.3) Anten Adcock là loại anten được sử dụng rộng rãi nhất trong các thiết bị thu định hướng Watson-Watt. (Từ đây sẽ gọi là hệ thống định hướng Adcock - Watson-Watt). Đây cũng là phương pháp định hướng sử dụng trong đa số các trang thiết bị hiện có của ngành kiểm soát tần số. Anten Adcock thường bao gồm 4 chấn tử (đơn cực hoặc lưỡng cực) bố trí cố định thành hai cặp theo hướng Bắc - Nam và Đông - Tây (hình 2.8). Kích thước và khoảng cách giữa các chấn tử được thiết kế, lựa chọn để đảm bảo độ nhạy thu và tính chính xác định hướng trong dải tần làm việc. Ở giữa anten có bố trí một mạch tạo điện áp. Mạch này có nhiệm vụ biến đổi các sức điện động cảm ứng trên các chấn tử anten thành các điện áp có giá trị biên độ tỉ lệ với sin hoặc cosin của góc sóng tới q . 13
Hình 1.7: Anten Adcock. Ta phân tích nguyên tắc tạo các tín hiệu mang thông tin về góc phương vị của anten Adcock. Trước hết, ta xét cặp chấn tử Bắc-Nam, cách nhau một khoảng b, góc hướng tới của sóng là q , như hình 1.9. 14
Hướng Bắc l1 Hướng U’’1 U’’2 q sóng tới U’1 U’2 1 U1 U2 l1 b /2 /2 q L 2 Hình 1.8: Phân tích nguyên tắc tạo các tín hiệu mang thông tin về góc phương vị của anten Adcock. Ta có cường độ trường tác động lên hệ thống anten: E = E0 sin (t + ) (1.4) Trong đó:  : tần số góc của tín hiệu 2  : độ lệch pha tạo bởi đường truyền và được tính   l  (l là quãng đường truyền lan sóng tới điểm cần xét) Biên độ E0 trên khoảng cách không lớn giữa các chấn tử anten thay đổi không đáng kể, ta coi là bằng nhau. Sóng từ đài phát tới chấn tử 1 tạo ra điện áp cảm ứng: 2 U1 = U0 sin (t  l1) (1.5)  Sóng từ đài phát tới chấn tử 2 tạo ra điện áp cảm ứng:  2  U2 = U0 sin t  (l1  l) (1.6)    2 Vậy pha ở chấn tử 2 sẽ chậm hơn so với chấn tử 1 một lượng là   l  2 Do l  b cos q nên   b cos q .  Như vậy, điện áp cảm ứng ở hai chấn tử là hai điện áp có giá trị biên độ bằng nhau 2 nhưng lệch pha nhau một góc   b cos q .  Ta có thể biểu diễn hai véc tơ U1 và U2 thành hai thành phần (trên hình 1.9) : U1 = U’1 + U’’1 U2 = U’2 + U’’2 Trong đó: U’1 và U’2 là thành phần đồng pha; U’’1 và U’’2 là thành phần ngược pha. U’1 = U’2 = U0 cos /2 15
U’’1 = U’’2 = U0 sin /2 Ở đây: U0 = U1 = U2 là giá trị biên độ điện áp cảm ứng trên các chấn tử. Gọi: U là biên độ tổng các thành phần đồng pha. U là biên độ tổng các thành phần ngược pha.   Ta có: U = 2U0 cos /2 = 2U0 cos  b cos q  (1.7)     U = 2 U0 sin /2 = 2U0 sin  b cos q  (1.8)    Khi thỏa mãn điều kiện triển khai: b  1 tức là b   thì áp dụng công thức sinx   x và cosx  1 khi x
Máy thu nhiều kênh UB-N Kênh Đứng UVH Khối tính toán Khối chỉ thị Anten Adcock Kênh Vô hướng góc phương vị góc phương vị Kênh ngang UĐ-T Kênh Kênh Kênh đứng ngang vô hướng Ngoại sai Hình 1.9: Sơ đồ khối máy thu định hướng Adcock - Watson Watt Tín hiệu từ anten Adcock đưa tới máy thu nhiều kênh gồm UB-N , UĐT và UVH. Kênh vô hướng được sử dụng để loại bỏ tính đa trị của giá trị góc phương vị q và để thu nghe kiểm tra. Máy thu nhiều kênh là các máy thu có hệ số truyền đạt phức là bằng nhau, có nhiệm vụ khuếch đại, biến đổi tín hiệu đưa đến khối tính toán góc phương vị. Ưu điểm cơ bản của hệ thống định hướng Adcock – Watson Watt là thời gian định hướng nhanh, cho phép định hướng các tín hiệu có thời gian tồn tại ngắn do tốc độ chỉ thị chỉ phụ thuộc vào thời gian xử lý của hệ thống thu chỉ thị. Nhược điểm: hệ thống máy thu nhiều kênh đòi hỏi phải có hàm truyền đạt phức của các kênh hoàn toàn giống nhau. Điều này dẫn đến việc phải xây dựng hệ thống cân bằng biên độ và cân bằng pha cho các kênh thu là tương đối phức tạp. Các máy định hướng hiện đại không còn hiển thị điện áp IF của tín hiệu anten trên CRT mà xử lý tín hiệu số sau khi chuyển đổi chúng vào một băng tần IF tương đối rộng (Hình 1.10). 17
Hình 1.10: Cấu hình một bộ định hướng hiện đại vận hành theo nguyên lý Watson- Watt 1.4 Nguyên lý so pha Hệ thống định hướng theo nguyên lý so pha (Interferometer) xác định hướng sóng tới bằng cách đo trực tiếp sự dịch pha giữa các tín hiệu thu được tại các vị trí khác nhau có bố trí chấn tử của một mảng anten. Kỹ thuật định hướng so pha cho phép xác định góc phương vị q và góc ngẩng  từ N sai pha  ij khác nhau đo được trên các cặp anten (i,j) trong một hệ thống gồm M anten thành phần (M  3 ). Yêu cầu triển khai đối với một mạng anten 3 chấn tử thì khoảng cách giữa các chấn tử không được vượt quá nửa bước sóng. Nếu 1, 2, 3 là pha của tín hiệu trên các chấn tử thì ta có : Góc phương vị được tính bởi công thức:   2 - 1  q = arctang   (1.15)  3 - 1  Góc ngẩng được tính bởi:   2 - 1 2 - 3 - 1 2        = arccos  (1.16)  q 2     Sơ đồ chức năng đơn giản của hệ thống đối với M=3 chỉ ra ở hình 1.11. Anten 2 Anten 1 Anten 3 t c mặ Cá ha p Hướng sóng tới 3 a Φ2 – Φ1 Φ3 – Φ1 q 1 a 2 Tính toán q  Hình 1.11: Hệ thống định hướng theo nguyên lý so pha. Hệ thống định hướng theo nguyên lý so pha có ưu điểm là có thể sử dụng các hệ thống anten có độ mở anten lớn do đó cho phép giảm tối thiểu ảnh hưởng do phản xạ đa đường, có độ nhạy, độ chính xác cao, thời gian định hướng nhanh. Cho phép đo hướng tới với cả giá trị góc phương vị q và góc ngẩng . Nhược điểm là cấu trúc thiết bị phức tạp đòi hỏi các máy thu phải có đặc tính pha giống nhau. 18