Xây dựng biểu thức toán mô tả phân bố nhiễu trong các vùng biển Việt Nam

Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> XÂY DỰNG BIỂU THỨC TOÁN MÔ TẢ PHÂN BỐ NHIỄU<br /> TRONG CÁC VÙNG BIỂN VIỆT NAM<br /> Phùng Ngọc Anh1*, Phạm Văn Hùng2, Nguyễn Mạnh Cường2<br /> Tóm tắt: Đối với ra đa biển, để đánh giá được các chỉ tiêu chất lượng phát hiện<br /> mục tiêu, đặc biệt là trong điều kiện nhiễu biển, điều kiện tiên quyết là phải xây<br /> dựng được mô hình thống kê của mục tiêu và nhiễu. Biển Việt Nam trải dài từ Bắc<br /> vào Nam với các điều kiện khí hậu, thời tiết, điều kiện khí tượng thủy văn khác<br /> nhau, do đó, trạng thái biển [1, 2] cũng rất khác nhau theo từng khu vực, từng mùa.<br /> Bài báo thu thập thống kê các điều kiện khí tượng thủy văn của các vùng biển Việt<br /> nam, xử lý dữ liệu, đánh giá tổng quát điều kiện biển Việt nam theo mùa và theo<br /> vùng. Trên cơ sở đó, xây dựng biểu thức toán học mô tả phân bố nhiễu trong các<br /> vùng biển Việt nam ứng với các đài ra đa mới đang sử dụng ở các băng tần khác<br /> nhau. Kết quả này làm cơ sở để đánh giá chỉ tiêu chất lượng phát hiện của các ra<br /> đa đang hoạt động tại các vùng biển khác nhau, theo từng mùa khác nhau của biển<br /> Việt Nam.<br /> Từ khóa: Ra đa, Ra đa hải quân, Nhiễu biển, Phân bố K.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Các ra đa hoạt động trong môi trường biển luôn bị ảnh hưởng của tín hiệu phản xạ từ<br /> mặt biển, đó là nhiễu biển. Nhìn chung, nhiễu từ mặt biển là tín hiệu không mong muốn và<br /> làm giảm chất lượng làm việc của ra đa. Nhiễu biển thay đổi theo trạng thái của mặt biển,<br /> đặc biệt khi biển động, nhiễu biển sẽ có cường độ rất lớn và làm tăng xác suất báo động<br /> lầm, giảm khả năng phát hiện của ra đa.<br /> Trong các nghiên cứu trước đây [1, 2, 3], chủ yếu là các nghiên cứu từ các mô hình thực<br /> nghiệm, người ta phân ra nhiễu biển chủ yếu thuộc 2 nhóm chính: nhiễu phân bố Gauss và<br /> nhiễu không Gauss. Mô hình nhiễu Gauss chủ yếu được áp dụng cho các đài ra đa có độ<br /> phân giải thấp, góc chiếu xạ lớn. Khi độ phân giải mục tiêu được tăng lên, góc chiếu xạ nhỏ<br /> (dưới 10 độ) thì mô hình nhiễu biển phù hợp hơn là mô hình nhiễu không Gauss, các mô<br /> hình điển hình như Log-Normal, Weibull và mô hình thích hợp hơn cả là phân bố K [7].<br /> Các nghiên cứu trước đây đều tập trung phân tích đánh giá ảnh hưởng của nhiễu đối<br /> với các đài ra đa băng X [1, 2, 7, 8] dải tần từ 8-12 GHz, đặc biệt trong [5], thống kê thực<br /> nghiệm nhiễu biển cho ra đa băng S đã cho chúng ta một kết quả có thể áp dụng trong cho<br /> các đài ra đa dải tần từ 1-5 GHz phù hợp với các nghiên cứu lý thuyết trước đó.<br /> Trong bài báo này, chúng tôi phân tích một số điều kiện biển Việt Nam, đồng thời, đưa<br /> ra mô hình toán học của phân bố nhiễu tương ứng với các điều kiện biển đó với các đài ra<br /> đa đang được sử dụng trong việc phát hiện mục tiêu cảnh giới bờ hiện nay, bao gồm các ra<br /> đa băng S (3.05GHz) và ra đa băng X (9.4GHz).<br /> 2. ĐIỀU KIỆN BIỂN VIỆT NAM VÀ CÁC MÔ HÌNH NHIỄU BIỂN<br /> 2.1. Đặc điểm cơ bản về điều kiện biển Việt Nam<br /> Vào mùa hạ, sóng gió do ảnh hưởng của địa hình nên chế độ giữa hai miền có khác<br /> nhau. Ở Việt Nam, mùa hạ là thời kì gió mùa tây nam hoạt động. Do điều kiện địa hình<br /> nên ở phía bắc, hướng sóng thịnh hành là hướng nam hoặc đông nam; Còn ở phía nam,<br /> hướng sóng chủ yếu là tây nam: Tần suất và cường độ của sóng ở phía nam mạnh hơn ở<br /> phía bắc. Thời gian hoạt động của từng đợt gió mùa tây nam ngắn, trung bình 3 - 4 ngày,<br /> có khi 5 - 7 ngày. Nhìn chung, sóng gió trong mùa hạ không ổn định vì mùa này thường có<br /> bão. Vào mùa đông, sóng gió giữa ngoài khơi và vùng ven bờ có sự đồng nhất; Nhưng vào<br /> mùa hạ, sóng gió giữa ngoài khơi và vùng ven bờ ít quan sát thấy có sự đồng nhất.<br /> <br /> <br /> 60 P. N. Anh, P. V. Hùng, N. M. Cường, “Xây dựng biểu thức toán… vùng biển Việt Nam.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> §é cao sãng ®¶o B¹ch Long VÜ Tr¹ng th¸i biÓn §¶o B¹ch Long VÜ<br /> 1.8 8<br /> §é cao sãng TB lóc 7h Tr¹ng th¸i biÓn lóc 7h<br /> §é cao sãng TB lóc 13h 7.5 Tr¹ng th¸i biÓn lóc 13h<br /> 1.6<br /> §é cao sãng TB lóc 19h Tr¹ng th¸i biÓn lóc 19h<br /> §é cao sãng trung b×nh (Hrms)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 7<br /> 1.4<br /> 6.5<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tr¹ng th¸i biÓn<br /> 1.2 6<br /> <br /> 1 5.5<br /> <br /> 5<br /> 0.8<br /> 4.5<br /> 0.6<br /> 4<br /> <br /> 0.4 3.5<br /> 2 4 6 8 10 12 2 4 6 8 10 12<br /> Th¸ng Th¸ng<br /> <br /> Hình 1. Độ cao sóng trung bình (trái) và trạng thái biển (phải)<br /> tương ứng vùng biển Bạch Long Vĩ.<br /> §é cao sãng ®¶o Hßn DÊu Tr¹ng th¸i biÓn §¶o Hßn DÊu<br /> 1 6<br /> §é cao sãng TB lóc 7h Tr¹ng th¸i biÓn lóc 7h<br /> 0.9 §é cao sãng TB lóc 13h Tr¹ng th¸i biÓn lóc 13h<br /> §é cao sãng TB lóc 19h 5.5<br /> Tr¹ng th¸i biÓn lóc 19h<br /> §é cao sãng trung b×nh (Hrms)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0.8<br /> 5<br /> Tr¹ng th¸i biÓn<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0.7<br /> 4.5<br /> 0.6<br /> 4<br /> 0.5<br /> <br /> 3.5<br /> 0.4<br /> <br /> 0.3 3<br /> <br /> <br /> 0.2 2.5<br /> 2 4 6 8 10 12 2 4 6 8 10 12<br /> Th¸ng Th¸ng<br /> <br /> Hình 2. Độ cao sóng trung bình (trái) và trạng thái biển (phải)<br /> tương ứng vùng biển Hòn Dấu.<br /> Theo số liệu thống kê [4], vùng biển Quảng Ninh - Thanh Hóa, hướng gió thịnh hành<br /> là hướng nam đến đông nam. Độ cao song trung bình 0,50 – 0,75m, sóng cao nhất 3,0 –<br /> 3,5m. Khi có bão lớn, độ cao sóng có thể đạt 5,0 – 6,0m. Ngoài khơi vịnh Bắc Bộ, ở Bạch<br /> Long Vĩ đã đo được độ cao sóng khoảng 7m.<br /> Vùng biển từ Ninh Thuận – Cà Mau (Côn Đảo), từ tháng 5 đến tháng 9, gió thịnh hành<br /> từ tây đến tây nam. Độ cao sóng trung bình 0,75 – 1,25m, sóng cao nhất 2,5 – 3,0m. Khi<br /> bão, sóng có thể lớn hơn.<br /> §é cao sãng ®¶o C«n §¶o Tr¹ng th¸i biÓn §¶o C«n §¶o<br /> 0.7 5<br /> §é cao sãng TB lóc 7h Tr¹ng th¸i biÓn lóc 7h<br /> 0.65 §é cao sãng TB lóc 13h Tr¹ng th¸i biÓn lóc 13h<br /> §é cao sãng TB lóc 19h 4.5 Tr¹ng th¸i biÓn lóc 19h<br /> §é cao sãng trung b×nh (Hrms)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0.6<br /> <br /> 0.55<br /> Tr¹ng th¸i biÓn<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 4<br /> 0.5<br /> <br /> 0.45<br /> 3.5<br /> 0.4<br /> <br /> 0.35 3<br /> <br /> 0.3<br /> <br /> 0.25 2.5<br /> 2 4 6 8 10 12 2 4 6 8 10 12<br /> Th¸ng Th¸ng<br /> <br /> Hình 3. Độ cao sóng trung bình (trái) và trạng thái biển (phải)<br /> tương ứng vùng biển Côn Đảo.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 52, 12 - 2017 61<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> Đối với các điều kiện biển, một tham số quan trọng cần quan tâm chính là trạng thái<br /> biển. Theo [13], trạng thái biển là thuật ngữ chỉ trạng thái của biển, hoặc chỉ sự gồ ghề của<br /> bề mặt biển, được xác định theo chiều cao của các con sóng lớn nhất. Các cấp độ và tính<br /> chất trạng thái biển được mô tả rõ trong [1, 2]. Độ cao sóng biển hrms có mối liên hệ với<br /> trạng thái biển Sstate theo biểu thức:<br /> ℎ ≈ 0.025 + 0.046 . (1)<br /> / .<br /> ℎ − 0.025<br /> Hay : ≈ (2)<br /> 0.046<br /> Từ các biểu thức (1, 2), ta có thể dễ dàng chuyển đổi các trạng thái biển tương ứng với<br /> độ cao sóng biển sau khi đã trung bình hóa theo các tháng trong năm.<br /> Các hình (1, 2, 3) biểu diễn các trạng thái biển tương ứng với các tháng trong năm, dựa<br /> trên mô hình thực nghiệm về quan hệ giữa trạng thái biển và độ cao sóng [13]. Độ cao<br /> sóng trung bình trong các tháng 4 ÷ 8 (mùa mưa) thường cao hơn trong các tháng còn lại.<br /> Trong các tháng mùa mưa, trạng thái biển trung bình tại đảo Bạch Long Vĩ ở trạng thái 6,<br /> tại đảo Hòn Dấu là trạng thái 5. Các tháng còn lại, tại đảo Bạch Long Vĩ và đảo Hòn Dấu<br /> trạng thái biển trung bình được xác định là trạng thái 4.<br /> 2.2. Các mô hình thống kê nhiễu biển<br /> Như đã biết [1, 2], nhiễu đồng nhất, biên độ có phân bố thống kê Rayleigh, khi sử dụng<br /> tín hiệu nhảy tần từ xung đến xung với bước nhảy nhỏ nhất bằng dải thông của xung, thì<br /> chúng không tương quan (tức là độc lập thống kê) từ xung đến xung. Vì vậy, chúng ta có<br /> thể lấy nhiều mẫu độc lập của công suất tại chỗ khi thời gian thay đổi không đáng kể,<br /> trung bình hóa các giá trị này và thu được ước lượng của công suất tại chỗ x. Bằng cách<br /> phân tích theo quy luật số lớn chúng ta có thể đo được các thành phần độc lập của x. Và từ<br /> đây có thể tính được mô hình mật độ phân bố xác suất của x là Wc(x).<br /> Tùy theo điều kiện môi trường và trạng thái mặt biển mà nhiễu biển thuộc vào một<br /> trong hai loại: phân bố Gauss hoặc phân bố K.<br /> Phân bố Gauss được áp dụng cho trường hợp ra đa có độ phân giải thấp, tương ứng với<br /> khi trên mỗi thể tích phân biệt (mỗi cell cự ly- phương vị-góc tà, 0,5cτx × β0,5 × ε0,5 với c là<br /> vận tốc ánh sáng 3x108 m/s, τx độ rộng xung con, β0,5 độ rộng búp sóng ngang mức 0,5<br /> công suất và ε0,5 là độ rộng búp sóng đứng mức 0,5 công suất) của ra đa bao gồm một số<br /> rất lớn các tán xạ độc lập có biên độ tương đương nhau khiến tín hiệu tổng hợp nhiễu biển<br /> phản xạ từ mỗi thể tích phân biệt của mặt biển về máy thu ra đa thuộc quá trình ngầu nhiên<br /> phân bố chuẩn – mô hình Gauss. Công suất tại chỗ của nhiễu có phân bố Rayleigh. Nhiễu<br /> biển loại mô hình thống kê Gauss thường áp dụng trong điều kiện biển gợn sóng êm đềm.<br /> Nếu E là cường độ tín hiệu phản xạ từ nhiễu biển, theo [1, 2] hàm mật độ phân bố xác suất<br /> biên độ :<br /> 2<br /> ( )= (− ) (3)<br /> <br /> Và hàm mật độ phân bố xác suất theo công suất tín hiệu z = E2:<br /> 1<br /> ( )= (− ) (4)<br /> <br /> Với x = pc, là công suất tại chỗ trung bình của nhiễu.<br /> Phân bố K là một trong các phân bố không Gauss được áp dụng cho trường hợp ra đa<br /> có độ phân giải cao tương ứng với khi trên mỗi thể tích phân biệt của ra đa chỉ bao gồm<br /> <br /> <br /> 62 P. N. Anh, P. V. Hùng, N. M. Cường, “Xây dựng biểu thức toán… vùng biển Việt Nam.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> một số ít các tán xạ độc lập khiến tín hiệu tổng hợp nhiễu biển phản xạ từ mỗi thể tích<br /> phân biệt của mặt biển về máy thu ra đa có sự thăng giáng lớn biên độ tín hiệu. Khi đó,<br /> nhiễu biển dạng Gauss bị điều chế bởi sự thay đổi ngẫu nhiên theo luật phân bố Gamma<br /> của mức trung bình hoặc công suất tại chỗ. Việc kết hợp mô hình Gauss và mô hình<br /> Gamma đã tạo ra mô hình phức hợp K.<br /> Hàm mật độ phân bố xác suất (Pdf) của cường độ z = E2 của nhiễu biển [1, 2, 11, 12]:<br /> ( )/ ( )/<br /> 2<br /> ( )= (2√ ) (5)<br /> Γ( )<br /> Trong phương trình trên xuất hiện hàm K hay hàm Bessel cải dạng loại 2, chính là<br /> tên của mô hình – mô hình nhiễu có phân bố K, với hai tham số tỉ lệ b và hình dạng υ.<br /> Γ(.) là hàm gamma, Kυ-1(.) là hàm Bessel sửa đổi loại 2 thứ υ-1. Để ước lượng xác suất báo<br /> động lầm hoặc các mô men về cường độ nhiễu chúng ta không cần biết các tham số đặc<br /> biệt của hàm Bessel mà chỉ đơn thuần là lấy kết quả Gauss và tích phân nó qua phân bố<br /> Gamma của x.<br /> Hàm phân bố xác suất tích lũy có điều kiện của mô hình nhiễu phân bố K có dạng:<br /> 2 /<br /> ( > )= (2 √ ) (6)<br /> Γ( )<br /> <br /> 3. XÂY DỰNG BIỂU THỨC TOÁN MÔ TẢ PHÂN BỐ NHIỄU BIỂN ỨNG VỚI<br /> CÁC ĐIỀU KIỆN BIỂN VIỆT NAM<br /> Trong phần 2, chúng ta đã mô tả 2 mô hình phân bố nhiễu ứng với các trường hợp khác<br /> nhau của tham số ra đa, điều kiện môi trường, trạng thái biển. Các đài ra đa hiện nay đang<br /> sử dụng với mục đích cảnh giới bờ bao gồm các ra đa băng S (ví dụ như FR2137S) và các<br /> ra đa băng X (Score 3000).<br /> Theo [5], các ra đa băng S (tần số khoảng 3GHz), chúng phù hợp hoàn toàn với phân<br /> bố nhiễu được mô hình theo phân bố Rayleigh (cũng chính là phân bố K với tham số hình<br /> dạng υ = ∞ khi phân cực đứng). Mặt khác, đối với ra đa phân cưc ngang thì phù hợp hơn<br /> với phân bố K có tham số hình dạng υ cỡ khoảng 10 đến 20.<br /> Như vậy, các công thức (4) đại diện cho ra đa băng S phân cực đứng, trong khi đó,<br /> công thức (5) dùng cho ra đa băng S phân cực ngang và ra đa băng X (phân cực đứng,<br /> ngang) . Đây là các biểu thức mô tả phân bố nhiễu biển cho các đài ra đa chúng ta đang<br /> xem xét. Đây là cơ sở để tính toán và đánh giá chỉ tiêu chất lượng phát hiện mục tiêu trên<br /> nền nhiễu biển đối với một số đài ra đa và tương ứng với các điều kiện biển khác nhau.<br /> Các tham số cụ thể của mỗi mô hình tương ứng với các ra đa và các trạng thái biển khác<br /> nhau được xác định ở dưới đây.<br /> Đối với ra đa băng S FR2137S [6], tần số phát khoảng 3.05 GHz, công suất phát đỉnh P<br /> = 30KW, độ rộng búp sóng β0.5 = 1.80, hệ số khuếch đại anten 40dB, vận tốc quay anten 21<br /> vòng/phút, dải thông 40 Mhz (độ phân giải mục tiêu 10m), chu kỳ lặp 3KHz. Theo [7, 8],<br /> tham số nhiễu Rayleigh trong (3, 4) tương ứng với các trạng thái biển khác nhau:<br /> Bảng 1. Công suất nhiễu trung bình (tham số phân bố nhiễu Rayleigh)<br /> với các trạng thái biển tương ứng ra đa băng S, phân cực đứng.<br /> Sea state 1 2 3 4 5 6<br /> x=Pc(dB) -140.6 -132.9 -127.0 -122.3 -118.4 -115.1<br /> Ở đây, pc là công suất trung bình của nhiễu biển được xác định theo [2, chương 9], cự<br /> ly nhiễu 40 km.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 52, 12 - 2017 63<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> Từ các tham số nhiễu Rayleigh và biểu thức toán mô tả phân bố nhiễu (3, 4), ta xây dựng<br /> được đồ thị mô tả mật độ phân bố xác suất theo biên độ và cường độ nhiễu như hình 4.<br /> 6 13<br /> x 10 x 10<br /> 10 6<br /> <br /> 9 sea state 1 sea state 1<br /> sea state 2 5 sea state 2<br /> 8<br /> sea state 3 sea state 3<br /> 7 sea state 4 sea state 4<br /> sea state 5 4 sea state 5<br /> PD 6 sea state 6 sea state 6<br /> P<br /> F 5 D 3<br /> <br /> 4<br /> 2<br /> 3<br /> <br /> 2<br /> 1<br /> 1<br /> <br /> 0 0<br /> 0 0.5 1 1.5 2 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3<br /> E -6 z -13<br /> x 10 x 10<br /> <br /> Hình 4. Mật độ phân bố xác suất biên độ và cường độ nhiễu<br /> đối với ra đa băng S phân cực đứng.<br /> Với ra đa phân cực ngang, tham số hình dạng nhiễu K, υ ≈10, công suất nhiễu trung<br /> bình được xác định tương tự ở trên. Tham số còn lại của nhiễu K, tham số hình dạng b<br /> được xác định bởi b= [1,2].<br /> Bảng 2. Tham số tỉ lệ của nhiễu phân bố K ứng với các trạng thái biển tương ứng<br /> của ra đa băng S, phân cực ngang.<br /> Trạng thái biển 1 2 3 4 5 6<br /> 15 14<br /> b= 1.2x10 2.0x10 5.0x1013 1.7x1013 6.9x1012 3.2x1012<br /> Từ các tham số nhiễu K cho trong bảng 2 ứng với ra đa băng S phân cực ngang và biểu<br /> thức toán mô tả phân bố nhiễu (5), ta xây dựng được đồ thị mô tả mật độ phân bố xác suất<br /> theo cường độ nhiễu như hình 5.<br /> 50 50<br /> 10 10<br /> <br /> 0 0<br /> 10 10<br /> <br /> -50 -50<br /> 10 10<br /> <br /> -100 -100<br /> <br /> P<br /> 10<br /> P 10<br /> D -150<br /> D -150 R = 50 Km<br /> 10 10<br /> <br /> -200 b=1.2e+15 -200<br /> sea state 1<br /> 10 10 sea state 2<br /> b=2.0e+14<br /> b=5.0e+13 sea state 3<br /> -250 -250 sea state 4<br /> 10 b=1.7e+13 10<br /> b=6.9e+12 sea state 5<br /> -300 b=3.2e+12 -300 sea state 6<br /> 10 10<br /> 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1<br /> z -9 z -7<br /> x 10 x 10<br /> <br /> Hình 5. Mật độ phân bố xác suất cường độ nhiễu đối với ra đa băng S,<br /> phân cực đứng (trái) và ra đa băng X ở cự ly 50Km (phải).<br /> Tham số ra đa băng X Score3000 [9], tần số phát khoảng 9.2 GHz, công suất phát đỉnh<br /> P =1KW, độ rộng búp sóng β0.5 = 0.60, hệ số khuếch đại anten 40 dB, tốc độ quét anten 6<br /> vòng/phút, dải thông 100 MHz (độ phân giải mục tiêu 4m), hệ số nén xung 2000, tổn hao<br /> ngẫu nhiên 2 chiều 1.0 dB, hệ số tạp hệ thống 4.0 dB. Tham số nhiễu K tương ứng với các<br /> cự ly (góc chiếu xạ) và các trạng thái biển khác nhau được xác định theo các công thức<br /> <br /> <br /> <br /> 64 P. N. Anh, P. V. Hùng, N. M. Cường, “Xây dựng biểu thức toán… vùng biển Việt Nam.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> thực nghiệm được đề xuất trong [3] và [10]. Các tham số được tính toán ứng với một số<br /> trường hợp được trình bày trong các bảng 3 và 4.<br /> Bảng 3. Tham số tỉ lệ của nhiễu phân bố K ứng với các trạng thái biển tương ứng<br /> của ra đa băng X, phân cực đứng.<br /> Tham số 1 km 2 5 10 20 30 40 50 55<br /> nhiễu 110 5.7 0<br /> 2.3 0<br /> 1.1 0<br /> 0.5 0<br /> 0.28 0<br /> 0.15 0<br /> 0.06 0<br /> 0.020<br /> Trạng<br /> thái biển υ=1.18 1.13 1.08 1.03 0.94 0.82 0.65 0.41 0.23<br /> 1 1.6x106 2.6x107 9.4x108 1.4x1010 2.6x1011 1.8x1012 9.3x1012 6.3x1013 3.2x1014<br /> 2 6.0x105 7.3x106 2.0x108 2.7x109 4.4x1010 2.9x1011 1.5x1012 9.6x1012 4.8x1013<br /> 3 2.8x105 2.8x106 6.1x107 7.2x108 1.1x1010 6.8x1010 3.4x1011 2.2x1012 1.1x1013<br /> 4 1.5x105 1.3x106 2.4x107 2.5x108 3.5x109 2.1x1010 1.0x1011 6.3x1011 3.1x1012<br /> 5 9.5x104 6.8x105 1.1x107 1.1x108 1.4x109 7.9x109 3.7x1010 2.3x1011 1.1x1012<br /> 6 6.4x104 4.0x105 5.7x106 5.2x107 6.2x108 3.4x109 1.5x1010 9.2x1010 4.4x1011<br /> 20 50<br /> 10 10<br /> <br /> 0 0<br /> 10 10<br /> <br /> -20 -50<br /> 10 10<br /> <br /> -40 -100<br /> 10 10<br /> P P<br /> D -60<br /> 10 R = 30 Km D 10-150 R = 20 Km<br /> <br /> sea state 1 sea state 1<br /> -80 -200<br /> 10 sea state 2 10 sea state 2<br /> sea state 3 sea state 3<br /> -100 sea state 4 10<br /> -250<br /> sea state 4<br /> 10<br /> sea state 5 sea state 5<br /> -120<br /> sea state 6 -300 sea state 6<br /> 10 10<br /> 0 0.2 0.4 z 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 z 0.6 0.8 1<br /> -8 -5<br /> x 10 x 10<br /> Hình 6. Mật độ phân bố xác suất cường độ nhiễu<br /> đối với ra đa băng X, phân cực đứng ở cự ly 30Km (trái) và 20Km (phải).<br /> Đối với ra đa băng X, phân cực ngang, các tham số tương ứng được cho ở bảng dưới:<br /> Bảng 4. Tham số tỉ lệ của nhiễu phân bố K ứng với các trạng thái biển tương ứng<br /> của ra đa băng X, phân cực ngang.<br /> Tham số 1 km 2 5 10 20 30 40 50 55<br /> nhiễu 110 5.7 0<br /> 2.3 0<br /> 1.1 0<br /> 0.5 0<br /> 0.28 0<br /> 0.15 0<br /> 0.06 0<br /> 0.020<br /> Trạng<br /> thái biển υ=0.24 0.23 0.22 0.21 0.19 0.16 0.13 0.08 0.05<br /> 1 b=6x104 1.6x106 8.0x107 1.3x109 2.1x1010 1.3x1011 7.2x1012 6.0x1012 4.3x1013<br /> 2 2.7x104 5.3x105 2.3x107 3.5x108 5.9x109 3.9x1010 2.2x1011 1.9x1012 1.4x1013<br /> 3 1.4x104 2.3x105 8.9x106 1.3x108 2.3x109 1.6x1010 9.0x1010 7.7x1011 5.9x1012<br /> 4 8.1x103 1.2x105 4.2x106 6.2x107 1.1x109 7.7x109 4.5x1010 4.1x1011 3.1x1012<br /> 5 5.2x103 7.0x104 2.3x106 3.4x107 6.1x108 4.4x109 2.7x1010 2.4x1011 1.9x1012<br /> 6 3.6x103 4.5x104 1.4x106 2.1x107 3.8x108 2.8x109 1.7x1010 1.6x1011 1.3x1012<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 52, 12 - 2017 65<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> 10 50<br /> 10 10<br /> <br /> 5<br /> 10 0<br /> 10<br /> 0<br /> 10 -50<br /> 10<br /> -5<br /> 10 P<br /> P D 10<br /> -100<br /> <br /> D -10 R = 30 Km R = 50 Km<br /> 10<br /> -150<br /> sea state 1 10 sea state 1<br /> -15<br /> 10 sea state 2 sea state 2<br /> sea state 3 sea state 3<br /> -200<br /> -20 sea state 4 10 sea state 4<br /> 10<br /> sea state 5 sea state 5<br /> -25<br /> sea state 6 sea state 6<br /> -250<br /> 10 10<br /> 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1<br /> z -8 z -8<br /> x 10 x 10<br /> <br /> Hình 7. Mật độ phân bố xác suất cường độ nhiễu<br /> đối với ra đa băng X, phân cực ngang ở cự ly 30Km (trái) và 20Km (phải).<br /> Các hình 6, 7 mô tả mật độ phân bố xác suất theo cường độ nhiễu K tương ứng với các<br /> tham số nhiễu K cho trong bảng 3, 4 đối với ra đa băng X với hai phân cực đứng, ngang và<br /> biểu thức toán mô tả phân bố nhiễu (5).<br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Bài báo này đã thực hiện việc xây dựng các biểu thức toán dạng tường minh (hàm mật<br /> độ phân bố xác xuất) của nhiễu biển ở các trạng thái khác nhau ở các vùng biển Việt Nam<br /> tương ứng với các đài ra đa băng S và băng X đang dùng tại Việt Nam. Kết quả này có ý<br /> nghĩa làm cơ sở để đánh giá chất lượng phát hiện của các ra đa đang hoạt động tại các<br /> vùng biển khác nhau của Việt Nam. Từ các kết quả nghiên cứu trên có thể rút ra một số<br /> kết luận:<br /> Trạng thái biển Việt Nam nhìn chung rất phức tạp, ảnh hưởng rất lớn đến mô hình và<br /> tham số phân bố nhiễu biển. Các vùng khác nhau có trạng thái biển rất khác nhau và tại<br /> mỗi vùng biển các mùa khác nhau trong năm cũng rất khác nhau. Chính vì vậy, mỗi vùng<br /> biển Việt Nam, ở các mùa khác nhau với các ra đa dải tần khác nhau có một hàm mật độ<br /> phân bố nhiễu khác nhau.<br /> Hàm mật độ phân bố xác suất của nhiễu (bao gồm dạng phân bố và các tham số phân<br /> bố) phụ thuộc rất lớn vào trạng thái biển, tham số ra đa, đặc biệt là dải tần số làm việc và<br /> góc chiếu xạ của an ten.<br /> Các đài ra đa phân giải thấp và các ra đa băng S, trong các điều kiện biển Việt Nam<br /> nhìn chung phù hợp nhất để mô tả nhiễu biển là phân bố Gauss với các tham bố phụ thuộc<br /> vào trạng thái biển. Các đài ra đa phân giải cao và các ra đa băng tần X, nhiễu biển có<br /> phân bố K. Các tham số phân bố của nhiễu tùy thuộc vào trạng thái biển.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. K.D.Ward, R.J.A.Tough, and S.Watts. Sea Clutter: Scattering, the K Distribution,<br /> and Radar Performance, Institution of Engineering and Technology, 2006.<br /> [2]. K.D.Ward, R.J.A.Tough, and S.Watts. Sea Clutter: Scattering, the K Distribution,<br /> and Radar Performance, 2nd Edition, Institution of Engineering and Technology,<br /> 2013.<br /> [3]. I.Antipov, K.D.Ward, T.P.Leonard. A Comparison Of Radar Sea Clutter Models,<br /> The Institution of Electrical Engineers, 2002.<br /> [4]. Số liệu khảo sát biển Việt Nam năm 2015 – Viện Khoa Học Khí Tượng Thủy Văn Và<br /> Môi, 2015.<br /> <br /> <br /> <br /> 66 P. N. Anh, P. V. Hùng, N. M. Cường, “Xây dựng biểu thức toán… vùng biển Việt Nam.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> [5]. Yunhan Dong and David Merrett, Statistical Measures of S-band Sea Clutter and<br /> Targets, Defence Science and Technology Organisation, 2008.<br /> [6]. Furuno Co.,LTD, Marine Radar FAR-2137S BB, Furuno Electric CO.,LTD, 2014.<br /> [7]. Irina Antipov, Analysis of Sea Clutter Data, Defence Science and Technology<br /> Organisation, 1998.<br /> [8]. Erik P. Blasch, Mike Hensel, Fusion of Distributions for Radar Clutter Modeling,<br /> Air Force Research Lab, 2006.<br /> [9]. PGS, TS. Hoàng Thọ Tu, Giới thiệu radar Score 3000 do Thales Air System sản<br /> xuất. Bộ môn ra đa HVKTQS, 2011.<br /> [10]. Vilhelm Gregers-Hansen, Rashmi Mital, An Empirical Sea Clutter Model for Low<br /> Grazing Angles, IEEE Radar Conference, 2009.<br /> [11]. Nadaraj A/L Chidambaram, Sea Clutter Characterisation & Small Target Detection<br /> In Maritime Surveillance Radar, Universiti Teknologi Malaysia, 2005.<br /> [12]. Titus Oluwale Oyedokun, Sea Clutter Simulation, Cape Town, 2012.<br /> [13]. BASSEM R. MAHAFZA, Radar Systems Analysis And Design Using Matlab, 3rd,<br /> London, 2013.<br /> ABSTRACT<br /> SUGGESTING THE MATHEMATICAL EXPRESSION DESCRIBING THE<br /> DISTRIBUTION OF CLUTTER IN VIETNAMESE SEA AREAS<br /> For marine radars, in order to evaluate quality of target detection, especially in<br /> marine sea clutter conditions, the prerequisite is to establish a statistical model of<br /> the target and sea clutter. The sea of Vietnam stretches from north to south with<br /> different climatic, weather and meteorological conditions, so sea state [1,2] are<br /> also very different in each area and season. This article collects statistics on<br /> hydrometeorological conditions of Vietnam's waters, data processing, general<br /> assessment of Vietnam's seasonal and regional sea conditions. Based on that,<br /> mathematical expressions describing the distribution of clutter in the sea areas of<br /> Viet Nam correspond to the new radars being used in different frequency bands is<br /> caculated. This result serves as a basis for assessing the quality of radar detectors<br /> operating in different seas, in different seasons in Vietnamese sea.<br /> Keywords: Radar, Marine Radar, Sea clutter, K distributrion.<br /> <br /> Nhận bài ngày 25 tháng 10 năm 2017<br /> Hoàn thiện ngày 13 tháng 11 năm 2017<br /> Chấp nhận đăng ngày 20 tháng 12 năm 2017<br /> 1<br /> Địa chỉ: Học viện Phòng không - Không quân;<br /> 2<br /> Học viện Kỹ thuật quân sự.<br /> *<br /> Email: ngocanhd36k33@gmail.com.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 52, 12 - 2017 67<br />