Tổng hợp hệ thu - phát tự động chống quá tải máy thu đài radar điều khiển hỏa lực

Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> TỔNG HỢP HỆ THU - PHÁT TỰ ĐỘNG CHỐNG QUÁ TẢI MÁY<br /> THU ĐÀI RADAR ĐIỀU KHIỂN HỎA LỰC<br /> Lê Văn Sâm1*, Vũ Hỏa Tiễn2, Trần Ngọc Quý3<br /> Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả tổng hợp cấu trúc một hệ thu - phát khép kín<br /> cho đài radar điều khiển hỏa lực (ĐKHL) có tác dụng tự động chống quá tải máy<br /> thu trong điều kiện cự ly và diện tích phản xạ hiệu dụng (PXHD) của mục tiêu thay<br /> đổi trong dải rộng. Bằng bộ tự động phát hiện quá tải máy thu và bộ điều khiển, hệ<br /> thống máy thu được khép kín với máy phát và bộ suy giảm tín hiệu (SGTH) đầu vào<br /> hình thành hệ thống tự động thu-phát khép kín. Hệ thống sẽ tự động điều khiển công<br /> suất máy phát và bộ SGTH khắc phục hiện tượng quá tải máy thu khi biên độ tín<br /> hiệu đầu vào vượt ngưỡng điều chỉnh của mạch tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại<br /> (APY). Ưu điểm của hệ thống mới là loại bỏ thao tác bằng tay, nâng cao mức tự tự<br /> động hóa quá trình xử lý tín hiệu duy trì chất lượng thông tin đầu vào các hệ bám<br /> tọa độ mục tiêu của đài radar ĐKHL.<br /> Từ khóa: Radar ĐKHL; Quá tải máy thu; Phổ tín hiệu; Điều khiển máy phát.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Như ta đã biết, trong tất cả các loại radar ĐKHL, một trong những yêu cầu quan trọng<br /> đối với tín hiệu đầu vào các bộ tự động đo - bám tọa độ là biên độ ổn định và không méo<br /> dạng. Yêu cầu này là cần thiết nhằm giảm sai số xác định tọa độ trong các hệ bám [1, 6].<br /> Khi cự ly và diện tích PXHD của mục tiêu thay đổi trong dải rộng sẽ làm cho dải biến<br /> thiên tín hiệu đầu vào máy thu rất lớn, trong khi đó yêu cầu đối với dải thay đổi biên độ tín<br /> hiệu đầu ra máy thu (đầu vào các hệ bám tọa độ) lại rất nhỏ. Các phương pháp truyền<br /> thống nhằm ổn định biên độ tín hiệu đầu ra máy thu mà ta thường gặp là sử dụng các<br /> mạch: tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại (APY); điều chỉnh khuếch đại bằng tay (PPY);<br /> điều chỉnh SGTH đầu vào; thay đổi công suất máy phát bằng tay. Trong đó, những biện<br /> pháp điều chỉnh bằng tay có chung hạn chế là phản ứng của trắc thủ thường bị giữ chậm,<br /> dẫn tới máy thu bị quá tải tạm thời, gây méo tín hiệu và gây sai số chủ quan trong các hệ<br /> đo bám tọa độ.<br /> Nâng cao mức độ tự động hóa quá trình xử lý tín hiệu trong máy thu, cung cấp thông<br /> tin đủ độ tin cậy cho các hệ bám tọa độ chỉ có thể khi ta loại bỏ hoàn toàn các cơ cấu điều<br /> chỉnh bằng tay. Đây là vấn đề cần thiết không chỉ để giải phóng lao động của con người,<br /> mà còn trực tiếp nâng cao chất lượng thông tin đầu vào các hệ đo bám tọa độ mục tiêu<br /> trong các đài radar ĐKHL.<br /> Vấn đề nêu trên có thể được giải quyết bằng một hệ thu - phát khép kín tự động điều<br /> chỉnh các tham số như công suất máy phát hay hệ số SGTH đầu vào máy thu, sao cho các<br /> mạch APY luôn làm việc trong dải danh định, máy thu không bị quá tải. Vấn đề khép kín<br /> hệ thu – phát đã được đề cập đến trong [16, 17, 18, 19, 20, 22, 25]. Để khép kín hai hệ thu<br /> và phát, cần tổng hợp được hai khâu mới là bộ phát hiện quá tải máy thu và bộ điều khiển.<br /> Dưới đây sẽ giới thiệu về phương pháp tổng hợp hai thành phần mới đó cho một hệ tự<br /> động thu – phát tín hiệu khép kín, trong đó máy phát tín hiệu dò không gian và bộ SGTH<br /> đầu vào máy thu là hai đối tượng điều khiển.<br /> 2. PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP BỘ PHÁT HIỆN QUÁ TẢI MÁY THU VÀ BỘ<br /> ĐIỀU KHIỂN HỆ TỰ ĐỘNG THU - PHÁT KHÉP KÍN<br /> 2.1. Vai trò của APY và hiện tượng quá tải máy thu<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 55, 06 - 2018 3<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> Trong máy thu vô tuyến bất kỳ, APY là hệ thống mạch tự động điều chỉnh hệ số<br /> khuếch đại (HSKĐ) để ổn định biên độ tín hiệu đầu ra theo thay đổi biên độ tín hiệu đầu<br /> vào. Tức là APY có tác dụng tự động duy trì tín hiệu cần xử lý trong dải khuếch đại tuyến<br /> tính. Tuy nhiên, dải điều chỉnh của APY là hạn chế, phụ thuộc vào dải thay đổi biên độ<br /> của tín hiệu đầu vào và đặc trưng khuếch đại của máy thu. Chính vì vậy, APY luôn cần<br /> “sự hỗ trợ” bổ sung như thay đổi công suất máy phát, thay đổi hệ số SGTH đầu vào máy<br /> thu hay điều chỉnh PPY. Vị trí của APY, PPY và bộ SGTH trong tuyến thu của một đài<br /> radar ĐKHL thế hệ mới có cấu trúc rút gọn như trên hình 1 [23]. Hệ thu – phát trên hình 1<br /> chỉ liên hệ với nhau thông qua hệ thống đồng bộ tín hiệu, điều khiển bởi máy tính số trung<br /> tâm (MTSTT) mà không được khép kín về phương diện điều khiển.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Sơ đồ khối hệ thống thu-phát đài radar ĐKHL thế hệ mới.<br /> KĐCT- Khuếch đại cao tần; SGTH - Bộ suy giảm tín hiệu; KĐTT- Khuếch đại trung tần;<br /> ABT- Bộ tự động báo động; fns - Tần số ngoại sai; APY-Mạch tự động điều chỉnh HSKĐ.<br /> Trong điều kiện công suất máy phát không thay đổi, cự ly (R) mục tiêu thay đổi trong<br /> dải rộng (từ hàng trăm xuống vài km) cộng với diện tích PXHD của mục tiêu có thể là bất<br /> kỳ (từ 0.02m2 đến 100m2) dải biến động công suất tín hiệu đầu vào máy thu sẽ rất lớn, có<br /> thể xác định theo những biểu thức sau [3, 6].<br /> Tính dải động đầu vào máy thu:<br /> P  (1)<br /> DMT =10log  px_max <br /> P <br />  px_min <br /> Tính công suất tín hiệu phản xạ từ mục tiêu:<br /> P0G p .Gt .λ 2 .σ mt .η.η'<br /> Ppx = (2)<br /> (4π)3 R 4 .L<br /> Trong đó: Ppx – Công suất tín hiệu phản xạ từ mục tiêu ở đầu vào máy thu; Ppx_max,<br /> Ppx_min – Công suất lớn nhất và nhỏ nhất tín hiệu đầu vào trong dải làm việc của máy thu<br /> đảm bảo tỷ số tín/tạp (ngưỡng phát hiện) cho trước; P0 – Công suất đỉnh xung dò đầu ra máy<br /> phát; Gp, Gt - HSKĐ anten phát và thu;  - Bước sóng mang; mt - Diện tích PXHD của mục<br /> tiêu; , η’ - Hiệu suất truyền năng lượng từ máy phát đến anten và từ anten thu tới tầng<br /> KĐCT; R - Cự ly tới mục tiêu; L - Tổng mất mát, suy giảm trên đường truyền của hệ thống.<br /> Thực tế, mỗi máy thu có một giá trị dải động D nhất định, xác định tính năng kỹ - chiến<br /> thuật của nó. Trong dải động, công suất tín hiệu có thể biến thiên từ Ppx_min đến Ppx_max và<br /> máy thu (nhờ có APY, PPY) vẫn bảo đảm được quá trình ổn định biên độ tín hiệu đầu ra.<br /> <br /> <br /> <br /> 4 L. V. Sâm, V. H. Tiễn, T. N. Quý, “Tổng hợp hệ thu - phát … đài radar điều khiển hỏa lực.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Tuy nhiên, nếu công suất tín hiệu vượt ngoài dải động, cần có biện pháp SGTH và công<br /> suất phát xạ bằng tay. Như đã đặt vấn đề, do các cơ cấu PPY, SGTH, giảm công suất được<br /> điều chỉnh bằng tay, nên thực tế máy thu có thể bị quá tải tạm thời do sự can thiệp không<br /> kịp thời của trắc thủ.<br /> Hiện tượng quá tải máy thu có thể được phác họa như [26]. Theo đó, khi máy thu bị<br /> quá tải do tín hiệu đầu vào lớn quá, tín hiệu đầu ra bị méo phi tuyến (hình 2a).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> b)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a)<br /> <br /> c)<br /> Hình 2. Hiện tượng méo phi tuyến và thay đổi phổ của tín hiệu ở đầu ra máy thu.<br /> Tín hiệu bị méo phi tuyến làm cho cấu trúc phổ thay đổi, biên độ các vạch phổ vùng tần<br /> số cao (hình 2c) cao hơn so với biên độ các vạch phổ của tín hiệu trước khi quá tải (hình<br /> 2b), điều đã được phân tích kỹ trong [26].<br /> Nếu chọn một vạch phổ (thứ m) ở vùng tần số cao và đánh giá biên độ của nó trước và<br /> sau quá tải máy thu ta hoàn toàn xác định được thời điểm quá tải. Quá tải máy thu dẫn tới<br /> méo dạng tín hiệu, có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng đo - bám tọa độ [1, 21].<br /> Khảo sát dải biến động công suất tín hiệu phản xạ đầu vào máy thu với bộ tham số của<br /> một đài radar ĐKHL cụ thể: dải động máy thu DMT=50dB; Rmt=(3005)Km; P0=75KW;<br /> =3cm; Gp =Gt =42dB; x=1.49s; L=7dB. min=0.02m2 (máy bay tàng hình B1);<br /> max=100m2 (máy bay B52) [security.org]. Mô hình hóa các khối hệ thu-phát radar theo<br /> hình 1 và biểu thức (2) bằng MATLAB-SIMULINK như sơ đồ hình 3.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Sơ đồ mô phỏng hệ thống thu-phát radar.<br /> Kết quả ta nhận được hai đồ thị trên hình 4 phản ánh sự thay đổi công suất tín hiệu<br /> phản xạ ứng với hai mục tiêu có diện tích PXHD là min=0.02m2 (B1) và max=100m2 (B52)<br /> bay vào đài radar từ một cự ly ban đầu là R0mt=300Km.<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 55, 06 - 2018 5<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> Nếu biến đổi ngược ngưỡng trên điện áp APY tầng KĐTT-I (hình 1) thành công suất<br /> theo quan hệ sau:<br /> 2<br /> U maxAPY<br /> P=U maxAPY I= (3)<br /> RT<br /> Trong đó: UmaxAPY – Ngưỡng trên điện áp APY; RT – Tải (trở kháng) tương đương phối<br /> hợp giữa tầng KĐCT với KĐTT-I, RT =50Om, thì ta có ngưỡng trên APY: NmaxAPY=10logP<br /> (đường công suất max cho phép) để so sánh phát hiện thời điểm quá tải máy thu, cũng là<br /> thời điểm cần thay đổi công suất hoặc SGTH (hình 1).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Dải thay đổi công suất tín hiệu phản xạ từ mục tiêu ở đầu vào<br /> và thời điểm quá tải máy thu.<br /> Qua khảo sát, rút ra những nhận xét sau:<br /> - Cự ly xảy ra quá tải lần thứ nhất của máy thu đối với mục tiêu là B52 vào khoảng<br /> 210Km, còn đối với mục tiêu tàng hình B1 vào khoảng 15Km. Điều đó nói lên rằng ngoài sự<br /> phụ thuộc vào cự ly mục tiêu, quá tải máy thu còn phụ thuộc rất nhiều vào diện tích PXHD của<br /> mục tiêu.<br /> - Trong thực tế, ta không biết trước được cự ly, vận tốc và diện tích PXHD của mục tiêu,<br /> nên không thể xác định trước được thời điểm quá tải máy thu.<br /> - Máy thu có thể bị quá tải tạm thời nhiều lần sau mỗi lần điều chỉnh công suất hay SGTH<br /> bằng tay.<br /> Từ những nhận xét trên, vấn đề đầu tiên cần giải quyết đối với một hệ tự động thu –<br /> phát khép kín như đã đề xuất là phải tổng hợp được bộ tự động phát hiện quá tải máy thu.<br /> 2.2. Tổng hợp cấu trúc bộ phát hiện quá tải máy thu<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Sơ đồ cấu trúc bộ phát hiện quá tải máy thu.<br /> <br /> <br /> 6 L. V. Sâm, V. H. Tiễn, T. N. Quý, “Tổng hợp hệ thu - phát … đài radar điều khiển hỏa lực.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Trong [26] đã đề xuất phương pháp phát hiện quá tải máy thu trên cơ sở phân tích chân<br /> dung phổ chùm xung phản xạ đầu ra máy thu. Thuật toán phát hiện và nhận dạng quá tải<br /> máy thu thể hiện trên sơ đồ cấu trúc bộ phát hiện và nhận dạng quá tải như trên hình 5. Sơ<br /> đồ có sự liên kết phần thiết bị với các module phần mềm giải các thuật toán.<br /> Từ đầu ra máy thu chùm xung phản xạ Smt(t,nTx) được trích ra, đưa vào bộ phát hiện.<br /> Cấu trúc của chùm xung có dạng:<br /> <br /> Smt (t)=A(t)p(τch -τgc )(t)  pτ x (t-nTx ) (4)<br /> n=-<br /> Trong đó:<br />   ch  ch<br /> 1 khi  2  t  2<br /> Quy luật điều biên chùm: p(   ) ( t   gc )   (5)<br /> 0 khi t    ch ;hay >  ch<br /> ch gc<br /> <br /> <br />  2 2<br /> Quy luật điều biên xung:<br />  x x<br />  A( t ) khi   t  <br /> p(  x )( t  nTx )   2 2<br /> (6)<br /> 0 khi t    x hay >  x<br />  2 2<br /> Biên độ tín hiệu:<br /> P0 .G p .Gt . 2 . mt . . '<br /> A(t)  K  Ppx (t)  4 (7)<br /> ( 4 )3  Rmt _ max  Vmt t  .L<br /> Qua biến đổi Fourie nhanh (FFT) phổ chùm xung phản xạ có dạng:<br /> <br />  j 2 f  gc  x . ch<br /> Smt ( f )  Ae  sinc(  nF )sinc[ <br /> x x ch (f  nFx  f0' )] (8)<br /> Tx n1<br /> <br /> Biên độ vạch phổ thứ m trong phổ tín hiệu phản xạ từ mục tiêu:<br />  x ( ch   gc ) <br /> x<br /> Smt (m f ) <br /> Tx<br />  sinc(  m T<br /> nm<br /> )sinc[  (  ch   gc )(f  mFx ] (9)<br /> x<br /> <br /> τ x .(τ ch -τ gc )<br /> Biên độ vạch phổ trung tâm: STT (0)= (10)<br /> Tx<br /> Biên độ vạch phổ thứ m được chuẩn hóa theo vạch phổ trung tâm:<br /> S mt (mf)  <br /> S mt (m f )    sinc(  m x ).sinc  (  ch   gc ).mFx  (11)<br /> STT ( 0 ) nm Tx<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 55, 06 - 2018 7<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> Thuật toán so sánh với ngưỡng phát hiện:<br /> <br />  S  mf,(k+1)Fch  <br /> ΔSmt =20log  mt   NG<br />  Smt  mf,kFch   (12)<br /> <br /> Trong đó: NG – Ngưỡng phát hiện; tj – Thời điểm phát hiện; m - Chỉ số vạch phổ được<br /> theo dõi.<br /> Bộ phát hiện liên tục so sánh biên độ vạch phổ “m” (11) của hai chùm xung phản xạ<br /> liền kề (k và k+1). Khi thỏa mãn (12) bộ phát hiện tạo tín hiệu báo động quá tải “j” đưa tới<br /> bộ điều khiển.<br /> 2.3. Tổng hợp thuật toán và cấu trúc bộ điều khiển chống quá tải máy thu<br /> Với mục đích tạo ra tín hiệu điều khiển máy phát và bộ SGTH trên cơ sở tín hiệu thông<br /> báo quá tải “j” từ bộ tự động phát hiện quá tải máy thu, bộ điều khiển chống quá tải máy<br /> thu hoạt động trên cơ sở hình thành “Từ chế độ” và “Từ điều khiển” của máy tính số có<br /> cấu trúc như hình 6:<br /> <br /> Bộ điều khiển chống quá tải máy thu<br /> t1/(P01)<br /> D7<br /> Đến bộ giải<br /> t2/(P02) mã của máy<br /> D8 “Từ điều khiển”<br /> “Từ chế độ”<br /> <br /> <br /> Máy tính số<br /> <br /> <br /> <br /> “j” Bộ tạo phát<br /> mã điều t3/(SG1) D5<br /> Mã báo<br /> quá tải<br /> khiển t4/(SG2)<br /> D6 Đến bộ giải<br /> t5/(SG3) mã của bộ<br /> D17 SGTH<br /> Register 1<br /> Hình 6. Cấu trúc bộ điều khiển chống quá tải máy thu.<br /> Sơ đồ bao gồm: bộ tạo mã điều khiển (thuật toán trên hình 7); thanh ghi dữ liệu đầu ra<br /> (register 1); thanh ghi “Từ chế độ”; máy tính số với chương trình điều hành hệ thống;<br /> thanh ghi “Từ điều khiển”.<br /> Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển là trước mỗi chu trình làm việc của đài radar<br /> ĐKHL, bộ tạo mã điều khiển tiến hành kiểm tra tín hiệu báo quá tải máy thu từ bộ phát<br /> hiện quá tải “j”. Mỗi khi có “j=1”, bộ tạo mã điều khiển sẽ căn cứ vào trạng thái hiện tại<br /> của các bit điều khiển tương ứng (D7-P=0.1P0; D8-P=0.01P0; D5-SG=8dB; D6-SG=18dB;<br /> D17-SG=26dB) tiến hành đưa một bít trong số các bít trên lên giá trị 1 theo thứ tự định<br /> trước (VD. chọn thứ tự D7-D8-D5-D6-D17). Các trạng thái của Register 1 sẽ được cập<br /> nhật vào thanh ghi “Từ chế độ” để đưa vào máy tính số.<br /> Máy tính số căn cứ vào “Từ chế độ” để tạo ra “Từ điều khiển”, đưa đến các phần tử<br /> chấp hành là máy phát hay bộ SGTH. “Từ điều khiển” là mã mà máy tính số tạo ra, để điều<br /> khiển tham số hay chế độ làm việc của đối tượng điều khiển.<br /> Ở đầu vào đối tượng điều khiển (máy phát hay bộ SGTH) đều có bộ giải mã để giải mã<br /> “Từ điều khiển”, thông tin sau giải mã sẽ trực tiếp điều khiển sự thay đổi tham số hay trạng<br /> thái của đối tượng trước mỗi chu trình làm việc của đài radar.<br /> <br /> <br /> <br /> 8 L. V. Sâm, V. H. Tiễn, T. N. Quý, “Tổng hợp hệ thu - phát … đài radar điều khiển hỏa lực.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Start<br /> <br /> <br /> P , P , P ; SG , SG ; SG ; j=0; N<br /> 0 01 02 1 2 3 G<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> j=1<br /> Sai<br /> Đúng<br /> Đúng<br /> P01=1?<br /> Sai Đúng<br /> P02=1?<br /> P01=1<br /> Sai<br /> Đúng<br /> SG1=1?<br /> P02=1?<br /> Sai<br /> Đúng<br /> SG1=1? SG2=1?<br /> Sai<br /> Đúng<br /> SG3=1?<br /> SG2=1?<br /> Sai<br /> <br /> SG3=1<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> j=0<br /> <br /> End<br /> <br /> Hình 7. Lưu đồ thuật toán bộ điều khiển.<br /> 3. TỔNG HỢP HỆ TỰ ĐỘNG THU - PHÁT KHÉP KÍN<br /> VÀ KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ<br /> 3.1. Cấu trúc hệ tự động thu – phát khép kín<br /> Trên cơ sở bộ phát hiện quá tải máy thu và bộ điều khiển đã tổng hợp được ở mục 2, có<br /> thể khép kín hai hệ thu và phát (hình 1) thành một hệ thu – phát khép kín bởi hai phần tử<br /> mới tổng hợp. Cấu trúc chức năng hệ thu – phát khép kín thể hiện trên hình 8.<br /> <br /> Anten<br /> Máy phát<br /> phát<br /> Các tín hiệu điều<br /> Mục tiêu khiển thay đổi cấu<br /> trúc tín hiệu và<br /> công suất phát<br /> Anten Bộ phát hiện Bộ điều<br /> Máy thu<br /> thu QTMT j khiển<br /> <br /> Hình 8. Cấu trúc hệ kín tự động thu – phát chống quá tải máy thu.<br /> Cấu trúc động học hệ thu - phát khép kín thể hiện trên hình 9 dưới đây, trong đó có các<br /> khâu sau: khâu đo - bộ phát hiện; khâu chấp hành – bộ điều khiển; đối tượng điều khiển –<br /> máy phát xung dò hoặc bộ SGTH; khâu phản hồi âm.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 55, 06 - 2018 9<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> Khâu phản hồi âm gồm: đường truyền xung dò đặc trưng bởi hệ số suy giảm (L); mục<br /> tiêu đặc trưng bởi cự ly (Rmt) và diện tích PXHD (σmt); công suất tín hiệu phản xạ (Ppx)<br /> phụ thuộc chủ yếu vào công suất máy phát (P0), cự ly và diện tích PXHD của mục tiêu;<br /> máy thu với đầu vào là bộ SGTH (đối tượng điều khiển).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 9. Cấu trúc động học hệ kín tự động thu – phát chống quá tải máy thu.<br /> Hàm truyền tương ứng với các khâu động học:<br /> ΔSmt<br /> - Khâu đo (bộ phát hiện): K PH (p)= (13)<br /> NG<br /> - Khâu chấp hành (bộ điều khiển) – hàm logic rời rạc dạng bậc thang đầu vào là mã<br /> phát hiện, đầu ra là mã “Từ điều khiển”.<br /> P0i<br /> - Đối tượng điều khiển, máy phát: K MP (p)= 1 (14)<br /> P0<br /> Ppx(i)<br /> - Đối tượng điều khiển, bộ SGTH: K SG (p)=10log (15)<br /> Ppx min<br /> - Hàm truyền máy thu (theo KĐ): K MT (p)  K SG .K FFT .K  (p) (16)<br /> Trong đó: KSG xác định theo (15), không đổi giữa 2 lần điều chỉnh; KFFT – Hệ số biến<br /> đổi tín hiệu thành phổ nằm trong dải (0,6-0,8); KΣ(p) – Hệ số khuếch đại tổng của máy thu<br /> điều chỉnh bởi APY, có dạng:<br /> K<br /> K  (p)= (17)<br /> p(1+pTAPY )<br /> K max<br /> Với: KΣ= - Hệ số khuếch đại tổng điều chỉnh bởi APY; TAPY - Hằng số thời<br /> K APY<br /> gian mạch APY (quán tính APY).<br /> 3.2. Tổ chức khảo sát<br /> a) Lựa chọn công cụ mô phỏng và bộ tham số<br /> Sử dụng các công cụ có sẵn của phần mềm Matlab-Simulink như các thư viện<br /> Simulink, SimRF, Phase Array System toolbox<br /> Bộ tham số của một đài radar ĐKHL và mục tiêu giả định như được lựa chọn như ở<br /> mục 2.1 và thể hiện trong bảng 1 dưới đây.<br /> <br /> <br /> 10 L. V. Sâm, V. H. Tiễn, T. N. Quý, “Tổng hợp hệ thu - phát … đài radar điều khiển hỏa lực.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Bảng 1. Dữ liệu khảo sát hệ tự động thu - phát chống quá tải máy thu.<br /> Tham số đài radar và Trường hợp Trường hợp Trường hợp Trường hợp<br /> mục tiêu 1 2 3 4<br /> Công suất xung dò, Kw 75; 7.5; 0.75 75; 7.5; 0.75 75; 7.5; 0.75 75; 7.5; 0.75<br /> H/s KĐ anten Gp=Gt, dB 42 42 42 42<br /> H.suất thu η, phát η’ 0.9 0.9 0.9 0.9<br /> Tổn hao đ/truyền L 0.1 0.1 0.1 0.1<br /> Độ rộng xung dò τx, μs 1,4 1,4 1,4 1,4<br /> Tần số lặp lại xung Fx, Hz 100 100 100 100<br /> Độ dài bước sóng λ, cm 3 3 3 3<br /> Mức SG tín hiệu thu,dBw 8; 18; 26 8; 18; 26 8; 18; 26 8; 18; 26<br /> Cự ly phát hiện R0, km 300 100 50 300<br /> Độ cao ban đầu H0,m 2000 2000 2000 2000<br /> Vận tốc Vmt, m/s 200 200 200 200<br /> D/tích PXHD σmt, m2 90 10 1 0.02<br /> b) Thuật toán khảo sát theo các cấu trúc hình 7 và 8 có dạng<br /> Bắt đầu<br /> <br /> <br /> P0,Gp,Gt,λ,η,η’,L,Rmax,Vmt<br /> <br /> <br /> i=0; j=0<br /> <br /> <br /> t=i∆t<br /> <br /> <br /> P0 . x max .G 2 . 2 . mt . . '<br /> i=i+1<br /> Ppx  4<br /> (4 )3  Rmax  Vmt .t  .L<br /> U px  K BD Ppx P01=0.1P0 P02=0.01P0<br /> <br /> Đúng Đúng<br /> Sai Đúng Sai Sai Sai Sai<br />  U (t=t j ) j=j+1 j=1 j=2 j=3 j=4<br /> 20log  px   50dB?<br />  U px_min  ? ? ? ?<br /> Đúng Đúng<br /> <br /> Upx= 20log(Upx)-8dB<br /> <br /> <br /> Upx= 20log(Upx)-18dB<br /> <br /> <br /> Upx= 20log(Upx)-26dB<br /> <br /> <br /> <br /> END<br /> <br /> Hình 10. Thuật toán khảo sát hiệu ứng tự động chống quá tải máy thu.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 55, 06 - 2018 11<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> 3.3. Kết quả khảo sát, nhận xét và đánh giá<br /> a) Đặc trưng phát hiện quá tải máy thu chung cho các phương án mục tiêu trong bảng 1,<br /> tức là không phụ thuộc vào σmt, Rmt và Vmt<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 11. Đặc trưng phát hiện quá tải máy thu.<br /> b) Đặc trưng thay đổi công suất tín hiệu đầu vào máy thu khi có hiệu chỉnh tự động<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a) mt=90m2; b) mt=10m2;<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> c) mt=1m2; d) mt=0.02m2<br /> Hình 12. Thay đổi công suất tín hiệu phản xạ từ mục tiêu ở đầu vào máy thu<br /> khi có tự động điều chỉnh.<br /> <br /> <br /> 12 L. V. Sâm, V. H. Tiễn, T. N. Quý, “Tổng hợp hệ thu - phát … đài radar điều khiển hỏa lực.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Nhận xét:<br /> + Đối với tất cả 4 trường hợp thay đổi diện tích PXHD của mục tiêu dải biến thiên công<br /> suất tín hiệu đầu vào máy thu (hình 11a,b,c,d) luôn được tự động duy trì trong giới hạn<br /> nằm dưới ngưỡng quá tải (ngưỡng APY quy đổi).<br /> + Khi diện tích PXHD của mục tiêu giảm, cự ly gây quá tải máy thu (các điểm 1, 2, 3,<br /> …, 5) dịch về bên trái. Quy luật này hoàn toàn phù hợp với biểu thức radar (2) tính công<br /> suất tín hiệu phản xạ (Ppx).<br /> Bảng 2. Dữ liệu khảo sát hệ thu - phát tự động chống quá tải máy thu.<br /> Cự Quá<br /> ly Quá tải Quá tải Quá tải Quá tải lần Quá tải lần<br /> tải<br /> Trường phát lần 1 lần 2 lần 3 4 5<br /> lần<br /> hợp hiện (P0→P01) (P01→P02) (SG=8dB) (SG=18dB) (SG=26dB) cuối<br /> [Km] [Km] [Km] [Km] [Km]<br /> [Km] [Km]<br /> 1 300 206.7 114.1 65.16 41.16 22.96 7<br /> 2 250 100 65.67 37.56 23.56 13.1<br /> 3 185 50 36.8 20.96 13.5 7<br /> 4 30 16.67 9<br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Đối với những đài radar ĐKHL có những đặc điểm như: máy phát (Klistron, bán dẫn<br /> cộng công suất,…) có thể điều chỉnh được công suất phát; có cơ cấu điều chỉnh khuếch đại<br /> và suy giảm tín hiệu bằng tay, hoàn toàn có thể khép kín hai hệ thu và phát thành hệ thu -<br /> phát khép kín tự động điều khiển công suất tín hiệu đầu vào để chống quá tải cho máy thu.<br /> Cơ sở để có thể thực hiện đề xuất trên là phải tổng hợp được bộ tự động phát hiện quá<br /> tải và bộ điều khiển chống quá tải máy thu như đã giới thiệu trong bài báo.<br /> Kết quả tổng hợp thuật toán, cấu trúc hệ tự động thu phát khép kín và khảo sát trên<br /> phần mềm Matlab-simulink cho thấy: hệ đã tự động thay đổi công suất máy phát hay mức<br /> suy giảm tín hiệu đầu vào máy thu, duy trì công suất tín hiệu phản xạ từ mục tiêu luôn nằm<br /> dưới ngưỡng cho trước, bảo đảm cho máy thu làm việc trong dải tự động điều chỉnh<br /> khuếch đại (dải APY) không bị quá tải.<br /> Một trong những ưu điểm nổi bật của hệ tự động thu – phát khép kín là tự động điều<br /> chỉnh được công suất tín hiệu đầu vào máy thu mà không phụ thuộc vào vận tốc chuyển<br /> động, diện tích PXHD của mục tiêu. Ưu điểm này không những nâng cao mức độ tự động<br /> hóa cho hệ thống xử lý thông tin mục tiêu, mà còn nâng cao được độ chính xác đo – bám<br /> các tọa độ nhờ nâng cao chất lượng thông tin đầu vào.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Blackman S., Popoli R (1999), “Design and analysis of modern tracking systems”,<br /> Artech House”.<br /> [2]. By Bob Muro (2012), “The Importance of Peak Power Measurements for Radar<br /> Systems”, Microwae Journal.<br /> [3]. David Jenn (2015), “Radar Fundamentals”, Naval Postgraduate School<br /> [4]. Ergezer H.; Keskin M.F.; Gunay O. (2014), “Real - Time Radar, Target, and<br /> enviroment Simulator, Advances in Intelligent Systems and Computing”, Springer<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 55, 06 - 2018 13<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> [5]. EYAD ARABI & SADIQ ALI (2008), “Behavioral Modeling of RF front end<br /> devices in Simulink®”, Chalmers University of Technology Göteborg, Sweden.<br /> [6]. Hamish Meikle (2008) , “Modern radar systems”, Artech House.<br /> [7]. Lawson, James L (1990), “Threshold signals”, New York : McGraw-Hill.<br /> [8]. Mark A. Wickert (2011), “Spectrum Representation”, ECE 2610 Lecture.<br /> [9]. Merrill Skonik (2008), “Radar handbook”, Mc Graw Hill.<br /> [10]. Rawat C. D. and Anuja D. Sarate (2014), “Modern Signal Processing in Radar”,<br /> International Journal of Application or Innovation in Engineering & Management<br /> [11]. [11] Richard Curry G. (2005), “Radar system performance modeling”, atech House.<br /> [12]. Tzong-Lin Wu (2014), “Receiver Design”, National Taiwan University.<br /> [13]. Willems, J.C., Polderman, J.W. (1998), “Introduction to the Mathematical Theory<br /> of Systems and Control”, Springer science New York.<br /> [14]. Witteman, Wilhelmus Jacobus (2006), “Detection and Signal Processing”,<br /> Springer.<br /> [15]. Victor Rabinovich (2010), “Automotive Antenna Design and Applycation”, CRC<br /> Press.<br /> [16]. Muhammad H.Rashid (2007), “Power Electronics Handbook Device, circuits and<br /> application”, University of West Florida.<br /> [17]. [17] Nathan A. Goodman (2007) “Closed-Loop Radar with Adaptively Matched<br /> Waveforms” , University of Arizona.<br /> [18]. Simon Haykin (2006), “Cognitive Radar A way of the future”, IEEE SIGNAL<br /> PROCESSING MAGAZINE.<br /> [19]. Simon Haykin, Yanbo Xue and Timothy N. Davidson (2008), “Optimal Waveform<br /> Design For Cognitive Radar”, Department of Electrical and Computer Egineering<br /> McMaster University.<br /> [20]. Pawan Setlur (2009), “waveform scheduling via directed information in cognitive<br /> radar”, University of Illinois at Chicago.<br /> [21]. Баскаков, А. И. - Исследование характеристик, методов формирования и<br /> обработки зондирующих радиолокационных сигналов сложной формы: Цикл<br /> лабораторных работ/2003.<br /> [22]. Жукова И.Н. - Эффективные методы обработки квазинепрерывных сигналов и<br /> способы их реализации. – Дисс. Работы к.т.н. – Новгород: НПИ, 1999.<br /> [23]. [23] Канащенкова А.И., Меркулова В.И., “Защита радиолокационных систем от<br /> помех ”, Радиотехника (Т1,2,3), Москва, 2003.<br /> [24]. Марпл П. С.Л. мл. Цифровой спектральный анализ и его приложения. - М.,<br /> Мир, 1990, 584 с.<br /> [25]. Нилов М.А., Безуглов А.В., Быстрое Н.И., Ушенин А.Б. Построение<br /> радиолокаторов со сложными квазинепрерывными сигналами. - Радиотехника,<br /> № 8, 1997 г., журнал в журнале - Радиосистемы, вып. 25, с. 52-56.<br /> [26]. Ле Ван Шам, Ву Хоа Тиен. Чан Нгок Куй (2017), “Разработка алгоритма<br /> программного обеспечения автоматического обнаружения нелинейных<br /> искажений полезного сигнала в приёмном тракте РЛС управления огнём при<br /> большом динамическом диапазоне”. Журнала “Естественные и Технические<br /> науки” (ВАК) №10 (112) , 2017.<br /> <br /> <br /> <br /> 14 L. V. Sâm, V. H. Tiễn, T. N. Quý, “Tổng hợp hệ thu - phát … đài radar điều khiển hỏa lực.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> ABSTRACT<br /> SYNTHESIZING THE AUTOMATIC OVERLOAD PREVENTION TRANSMIT -<br /> RECEIVE SYSTEM IN FIRE-CONTROL RADAR<br /> In this paper, the automatic overload-recever prevention transmit-receive system<br /> was synthesised. The transmit-receive system is closed via the automatic overload<br /> detector and the controller to automatically control the transmitter and the<br /> attenuator to prevent the overload receiver. As a result, in the new transmit-receive<br /> system, receiver overload is automatically prevented; manual methods to prevent<br /> overload receiver are rejected and signal peformance into the tracking system of<br /> fire-control-radar is automatically improved.<br /> Keywords: The fire control radar systems, Controller to control the transmitter, Stablizing the receiver<br /> dynamic range.<br /> Nhận bài ngày 02 tháng 5 năm 2018<br /> Hoàn thiện ngày 27 tháng 5 năm 2018<br /> Chấp nhận đăng ngày 08 tháng 6 năm 2018<br /> 1<br /> Địa chỉ: Học viện Phòng không – Không quân ;<br /> 2<br /> Khoa Kỹ thuật điều khiển - Học viện KTQS;<br /> 3<br /> Viện Tên lửa - Viện Khoa học và Công nghệ quân sự.<br /> *<br /> Email: lethaosam@gmail.com.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 55, 06 - 2018 15<br />