LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô, bạn bè, gia đình đã tạo mọi điều kiện
giúp đỡ động viên trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án này. Đặc
biệt, xin chân thành cảm ơn Thầy Ts. Phạm Văn Phước đã nhiệt tình hướng
dẫn một cách khoa học, luôn luôn động viên và luôn theo sát tiến trình hoàn
thành đồ án. Đồ án này được thực hiện trong điều kiện hạn chế về nhiều mặt nên
không tránh khỏi những sai sót kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến để đồ
án hoàn chỉnh hơn.
Sinh viên

1


Phạm Văn Lễ
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đồ án tốp nghiệp của tôi với sự hướng dẫn của
Ts.Phạm văn Phước . Nếu có xuất hiện sai sót hay vấn đề gì về đồ án tôi xin
chịu mọi trách nhiệm.
Sinh viên

2


Phạm Văn LễMỤC LỤC

RADAR

Radio Detection And Ranging

SAR

Search and Rescue – Tìm kiếm cứu nạn

HF

High Frequency – Tần số cao

VHF

Very High Frequency – Tần số siêu cao

PRF

Pulse Repetition Frequency - Tần số lặp xung

CW

Continuos Wave – Phát sóng liên tục

AGL

Average Ground Level – Mức trên bề mặt đất

MSL

Mean Sea Level – Mức trên bề mặt biển

PPI


Plan Position Indicator

PRT

Pulse Repetition Time - Chu lỳ lặp xung

IHO

International Hydrographic Organnization – Tổ chức khí
tượng quốc thế

IMO

International Maritime Organnization - Tổ chức hàng hải
quốc thế

3


DANH MỤC CÁC BẢNG

Số bảng
Bảng
3.1
Bảng

Tên bảng

Trang


Diện tích phản xạ hiệu dụng của các loại mục tiêu theo
chuẩn IHO

34

Bảng thống kê các suy hao trong hệ thống Radar hàng hải

34

Thông số tính toán được cho theo bảng sau

34

Thông số kỹ thuật của radar và mục tiêu

36

Thông số của radar JMA-625

38

Tổng suy hao và tạp âm áp dụng cho Radar JMA-625

39

3.2
Bảng
3.3
Bảng
3.4

Bảng
3.5
Bảng
3.6

4


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số hình

Tên hình

Trang

H1.1

Phân loại theo chức năng của radar

4

H1.2

Phân chia các loại radar theo sóng điều chế

5

H1.3

Sơ đồ khối đơn giản của radar


5

H1.3b

Cấu tạo của đèn Magnetron

6

H1.4

Sơ đồ mạch khuếch đại trung tần

8

H1.5a

Mây, mưa trên biển gây nhiễu cho mục tiêu radar

10

H1.5b

Nhiễu ảnh hưởng tới búp sóng phát của radar

10

H1.6

Vị trí mục tiêu theo độ cao của địa hình


11

H1.7

Độ cao của mục tiêu radar trong không gian

12

H1.8

Xác định vị trí mục tiêu trong hệ tọa độ Oxyz

13

H1.9

Vị trí mục tiêu hiển thị trên màn hình Radar

13

H1.10

Một số loại chỉ báo mục tiêu radar

14

H2.1

Nguyên lý xác định mục tiêu của radar phát xung


15

H2.2

Tín hiệu xung phát đi và xung phản xạ về

17

H2.3

Phân giải mục tiêu theo cự ly

18

H2.4

Phận biệt cự ly hai mục tiêu M1,M2

18

H2.5

Quá trình phát tín hiệu từ radar và nhận tín hiệu phản xạ từ

19

H2.6

mục tiêu

Độ cao của anten và mục tiêu ảnh hưởng đến tầm xa của
radar

27

H2.7

Ảnh hưởng khúc xạ búp sóng theo độ cao

28

H2.8

Hiện tượng suy hao thấu kính theo khoảng cách và góc

28

nâng
H2.9

Khúc xạ, phản xạ tín hiệu khi khí quyển thay đổi

29

H2.10

Suy hao tín hiệu trong bầu khí quyển góc nâng búp sóng 00

30


H2.11

Suy hao tín hiệu sóng trong khí quyển với góc nâng búp

30

sóng 0,50
H1.12

Đồ thị biểu diễn sự suy hao tín hiệu do sương mù

31

H2.13

Suy hao do tín hiệu do ảnh hưởng của mưa theo một chiều

31

5


thu hoặc phát
H3.1

Ứng dụng Radar trong Tìm kiếm – Cứu nạn và báo động
cấp cứu

37


H3.2

Cự ly tìm kiếm mục tiêu theo tiêu chuẩn IMO

38

H3.3

Mối quan hệ giữa khoảng cách và tỉ số tín hiệu trên tạp

44

âm(S/N) khi mà số xung đập vào mục tiêu thay đổi
H3.4.

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa xung đập vào mục tiêu và
tỉ số S/N tín hiệu trên tạp âm khi Công suất đỉnh và diện
tíchphản xạ hiêu dụng thây đổi.

6

45


MỞ ĐẦU
Trải qua quá trình từ khi ra đời đến nay, radar ngày càng được cải tiến và
không ngừng hoàn thiện. Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học, được
ứng dụng thành tựu về tự động hóa, kỹ thuật điện, cùng với sự phát triển của vô
tuyến điện tử, tính năng kỹ thuật, khai thác và hoạt động của radar được cải
thiện không ngừng. Đến nay với tính ưu việt của nó mà radar được sử dụng rất

nhiều trong các lĩnh vực khác nhau như: Trong quân sự radar nổi bật với khả
năng phát hiện mục tiêu. Trong lĩnh vực khí tượng thủy văn, giúp cho việc dự
báo thời tiết được chính xác và thuận lợi hơn rất nhiều. Trong ngành hàng
không radar dùng để kiểm soát không lưu (ATC) và quản lý không lưu (ATM),
dẫn đường và điều khiển cất cánh và hạ cánh máy bay. Trong lĩnh vục hàng hải,
radar sẵn sàng cung cấp những thông tin một cách chính xác và nhanh chóng
trong khoảng thời gian ngắn để tránh va đập, xác định vị trí của tàu…. Từ những
vấn đề đó mà radar trở thành phương tiện dẫn đường chủ yếu và đảm bảo an
toàn cho tàu biển khi tham gia hàng hải.
Vì những lý do trên tôi chọn đề tài “Nghiên cứu mô phỏng cự ly phát hiện
mục tiêu Radar hàng hải”

7


CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ RADAR VÀ MỤC TIÊU RADAR
1.1. Khái quát về Radar
Radar viết tắt của Radio Detection And Ranging, là một thiết bị được phát
minh trong các thập kỷ đầu tiên của thế kỷ 20 dùng để nhận dạng từ xa và xác
định cự ly của các vật thể (như tàu thủy và máy bay) bằng các sóng điện từ.
Nguyên lý bên trong của radar được thí nghiệm lần đầu tiên bởi Hertz vào cuối
thế kỷ 19. Hertz đã kiểm tra lý thuyết về trường điện từ của Maxwell, và chứng
tỏ rằng các sóng điện từ phản xạ lại bởi các chất dẫn điện và điện môi. Các phát
hiện này chưa được ứng dụng cho đến những năm 1900 khi một kỹ sư người
Đức sáng chế một thiết bị để nhận dạng tàu và các chướng ngại vật bằng sóng
điện từ. Tuy nhiên, do cự ly phát hiện nhỏ (cỡ một dặm) nên thiết bị này chưa
được thành công lắm. Một vài năm trước khi Thế chiến thứ hai bùng nổ các hệ
thống radar phát sóng liên tục CW được thử nghiệm ở nhiều quốc gia. Các hệ
thống radar này hoạt động chủ yếu ở băng tần HF (high frequency: 3 đến
30MHz) và VHF (very high frequency: 30 đến 300MHz) và đạt cự ly phát hiện

lên đến 50 dặm. Các radar CW dùng hiệu ứng dịch tần Doppler đo sự dịch
chuyển của mục tiêu sinh ra làm nền tảng cho việc phát hiện mục tiêu mà không
có thêm bất kì thông tin nào về cự li hay vị trí. Trong suốt Thế chiến hai, các hệ
thống radar được sử dụng một cách có hệ thống như một công cụ để cải thiện hệ
thống phòng thủ quân sự, bằng cách phát hiện sớm các máy bay và tàu chiến
quân địch, Trong thời kỳ đó, các radar xung cũng được phát minh để cung cấp
thông tin về cự ly dựa trên việc đo lường thời gian trễ giữa xung phát và xung
phản xạ về từ mục tiêu. Từ đó, các hệ thống radar được phát hiện và cải tiến liên
tục cả vế phần cứng (máy phát, máy thu, anten radar v.v.) lẫn phần mềm (khi
máy tính xuất hiện làm công cụ cho việc phân tích và biểu diễn dữ liệu radar).
Hiện nay, radar đã được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực của đời sống như điều
khiển không lưu, định vị hàng hải, dự báo thời tiết, các ứng dụng trong đời sống
như radar phát hiện mỏ khoáng sản, mỏ dầu… radar kiểm tra các công trình xây
dựng, radar đo tốc độ xe lưu thông và các ứng dụng quân sự như giám sát, định
vị, điều khiển, và dẫn đường cho các loại vũ khí.
8


1.2. Chức năng và phân loại của Radar
1.2.1. Chức năng của Radar
Chức năng của radar:
- Đo khoảng cách và xác định vị trí của mục tiêu (tính toán khoảng thời gian
thu được tín hiệu sóng phản xạ trễ so với tín hiệu phát).
- Xác định vận tốc của mục tiêu (dựa vào tần số Doppler).
- Xác định góc phương vị (dựa vào hướng mũi tàu, xung phương vị đã được
đánh dấu radar phát).
- Xác định độ lớn của mục tiêu (dựa vào độ lớn của tần số sóng phản xạ thu
được)
- Xác định nhận dạng mục tiêu và một số thành phần khác(thông qua tần số
sóng phản xạ thu được như một hàm có phương hướng)

- Xác định và nhận biết các mục tiêu di chuyển (dựa vào sự thay đổi của tín
hiệu phản xạ thu được)
- Xác định mục tiêu có cấu tạo và vật liệu gì (thông qua tính chất của vật liệu
khi phản xạ).
Hiện nay các hệ thống radar dùng cho ngành hàng hải chỉ có chức năng từ 1
đến 3 nêu ở trên. Hệ thống radar SAR (Search and Rescue) đây là hệ thống radar
tìm kiếm cứu nạn sử dụng hệ thống vệ tinh quan sát trái đất và với nhiều mục
đích khác như, phục vụ cho nghiên cứu trái đất, khí hậu, thủy văn,…
1.2.2. Phân loại radar
Các hệ thống Radar nói chung sử dụng các dạng sóng điều chế và anten định
hướng để phát năng lượng điện từ vào một thể tích nhất định trong không gian
nhằm phát hiện mục tiêu. Các vật thể (mục tiêu) nằm trong không gian tìm kiếm
sẽ phản xạ lại một phần năng lượng (tín hiệu phản xạ) trở lại đài radar. Các tín
hiệu phản xạ này sẽ được máy thu của đài radar xử lý để tách các thông tin về
mục tiêu như cự ly, vận tốc, góc phương vị, và một số đặc tính khác. Radar có
thể được phân loại theo vị trí đặt hệ thống radar như mặt đất, máy bay, không
gian hay tàu thủy. Ngoài ra, hệ thống radar cũng có thể phân ra thành nhiều loại
khác nhau dựa vào các đặc tính của radar như băng tần số, loại anten và dạng
sóng phát. Ta cũng có thể phân loại radar theo chức năng nhiệm vụ của đài radar
như radar khí tượng, radar cảnh giới, radar dẫn đường.
9


H1.1 Phân loại theo chức năng của radar
Thông thường radar được phân loại theo dạng sóng hay theo tần số hoạt động.
Theo dạng sóng, radar có thể được phân thành hai loại là phát sóng liên tục
(CW) và phát xạ xung. Radar phát sóng liên tục là loại radar phát năng lượng
điện từ liên tục và sử dụng hai anten phát và thu riêng biệt. Radar phát xạ xung
liên tục không điều chế có thể đo được chính xác vận tốc xuyên tâm của mục
tiêu (độ dịch Doppler) và góc phân vị. Thông tin về cự ly của mục tiêu chỉ có thể

biết được khi sử dụng điều chế. Radar xung sử dụng chuỗi các xung (chủ yếu
được điều chế). Trong kiểu radar này hệ thống được phân loại dựa theo tần số
lặp lại xung (PRF – Pulse Repetition Frequency) với các dạng là PRF thấp, PRF
trung bình, PRF cao. Các radar PRF thấp được sử dụng để đo cự ly khi không
cần quan tâm đến vận tốc của mục tiêu (độ dịch Doppler). Radar PRF cao chủ
yếu được sử dụng để đo vận tốc của mục tiêu. Radar phát sóng liên tục cũng như
radar phát xạ xung đều có thể đo được cả cự ly và vận tốc xuyên tâm của mục
tiêu, bằng cách sử dụng các sơ đồ điều chế.

10


H1.2 Phân chia các loại radar theo sóng điều chế
1.3. Cấu trúc chung của radar hàng hải
1.3.1. Sơ đồ khối cấu tạo của radar hàng hải đơn giản

H1.3 Sơ đồ khối đơn giản của radar
1.3.2. Phần phát của Radar
Sơ đồ khối của máy phát radar được chia làm 3 phần chính:
- Mạch tạo sóng siêu cao tần là bộ phận tạo ra các sóng điện từ ở giải siêu
cao tần và đưa sóng siêu cao tần đến chuyển mạch anten và được anten phát ra
ngoài không gian. Mạch tạo sóng siêu cao có khả năng tự kích công suất. Trong
thực tế hiện nay người ta sử dụng đèn điện tử Magnetron, bằng cách sử dụng
điện áp để điều khiển khống chế 2 cực anot và katot của đèn Magnetron ta có thể
điều khiển quá trình làm việc của đèn. Khi ta ngừng cấp áp cho 2 cực anot và
katot thì đèn Magnetron cũng ngừng hoạt động.

11



- Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của đèn magnetron.

H1.3a Cấu tạo đèn Magnetron.
Anode được làm bằng đồng trụ, trên đó có khoét 1 số chẵn các hốc cộng
hưởng. Các hốc cộng hưởng này được thông với khoang bên trong của anode
bởi các khe hẹp vuông góc.
Cathode, ở bên trong, cũng có hình trụ và là loại được đốt gián tiếp. Để tăng
cường sự bức xạ điện tử ở cathode, trên bề mặt của cathode người ta phủ một
lớp oxit.
Khoảng cách giữa anode và cathode được hút chân không. Tất cả được bọc
kín và được đặt trong từ trường của nam châm vĩnh cửu NS. Nam châm vĩnh
cửu này được chế tạo đặc biệt để tạo ra cường độ từ trường lớn.
Cathode bắn ra các điện tử khi bị nung nóng. Nếu bỏ nam châm vĩnh cửu NS
thì hệ thống giống đèn điện tử 2 cực, các điện tử sau khi thoát khỏi cathod sẽ
bắn thẳng về anode dưới tác dụng của điện trường E. Nhưng do có từ trường của
nam châm, Quỹ đạo của các điện tử bị thay đổi. Chúng chuyển động theo đường
xoắn ốc về phía anode. Sự chuyển động này phụ thuộc vào độ lớn của từ trường
H.
+ Khi H = 0 (không có nam châm): các điện tử bắn thẳng về anode.
+ Khi H < Htới hạn: các điện tử chuyển động đập vào anode không trở về.
+ Khi H = Htới hạn: các điện tử chuyển động tiếp xúc với anode rồi trở về.

12


+ Khi H > Htới hạn: các điện tử chuyển động không tới anode đã quay ngược trở
về.
Các điện tử chuyển động theo đường cong tới sát anode rồi bật ngược trở lại
cathode tạo thành những đám mây điện tử (rotor điện tử) hình cánh sao (số
lượng cánh sao = ½ số lượng hốc cộng hưởng). các rotor điện tử kích thích các

điện tử trên bề mặt anode. Các điện tử này sẽ chuyển động gây ra các dao động
siêu cao tần với rất nhiều tần số, trong đó có tần số f mà ta mong muốn. Nếu
anode được nối với khung dao động LC thì ta lấy ra được các dao động đó.
Nhưng thực tế các dao động đó là các dao động siêu cao tần nên người ta phải
thay khung dao động LC bằng các hốc cộng hưởng, cộng hưởng với tần số mong
muốn. Muốn đưa được các dao động siêu cao tần này ra ống dẫn sóng người ta
lấy ở bất cứ 1 hốc nào bằng móc ghép.
- Mạch điều chế xung là mạch điều chế biên độ xung điện áp được lấy từ
nguồn nuôi. Tín hiệu xung điện áp được điều chế này sẽ được sử dụng để điều
khiển và duy trì hoạt động cho đèn Magnetron.
- Nguồn nuôi là nguồn cung cấp cho máy phát hoạt động ngồn này bao gồm
2 phần: Nguồn cấp áp cho mạch điều chế xung và một phần nguồn dùng để nung
nóng sợi đốt cho đèn Magnetron.
1.3.3. Phần thu
Yêu cầu đối với máy thu của radar hàng hải ở dải sóng cm và mm.
- Có độ nhạy cao, dải thông đủ lớn để thu được sóng dạng xung mà không gây
méo cho tín hiệu.
- Có hệ số khuếch đại lớn để đảm bảo cho quá trình quan sát và báo theo mục
tiêu một cách tự động.
- Hệ số khuếch đại của máy thu có thời gian phục hồi ngắn để đảm bảo yêu
cầu cho giá trị định danh của hệ số khuếch đại, mục đích là để thu được tín hiệu
sóng phản xạ ngay lập tức sau khi xung phát kết thúc ở trạm radar gần nhất.
- Có khả năng tự động điều chỉnh tần số của tín hiệu sóng phát khi xảy ra sai
lệch, có khả năng chống nhiễu cao, đảm bảo sao cho tín hiệu thu được là chính
xác nhất.

13


- Có thể thay đổi hệ số khuếch đại, các thông số kỹ thuật, hằng số thời gian,

để hạn chế tối đa nhiều do mưa, nước biển,… đặc biệt là khi biên độ sóng phản
xạ bị dao động lớn.
- Đảm bảo làm việc ổn định trong môi trường không ổn định.
- Ngoài ra phải đảm bảo nhiều yêu cầu khác của ngành hàng hải đặt ra.
Mạch đổi tần
Bao gồm 2 thành phần chính là: Mạch trộn tần và bộ tạo dao động nội.
- Mạch trộn tần có nhiệm vụ nhận tín hiệu phản xạ từ mục tiêu trở về (qua
chuyển mạch anten) và tín hiệu từ bộ dao động nội đưa sang để kết hợp tạo ra tín
hiệu trung tần.
- Bộ tạo dao động nội có nhiệm vụ tạo ra dao động siêu cao tần với công suất
nhỏ đưa sang bộ trộn, với tần số cao nó trừ đi tín hiệu phản xạ trở về thì bằng tấn
số trung tần chuẩn. Công suất do bộ dao động nội tạo ra khoảng 5W.
Mạch khuếch đại trung tần
Tầng khuếch đại trung tần trong máy thu (KĐTT) là bộ khuếch đại chọn lọc
đặt ngay sau bộ đổi tần và trước bộ tách sóng của máy thu radar. Tầng này quyết
định đến độ nhạy và độ chọn lọc tần số của máy thu. KĐTT thực hiện nhiệm vụ
khuếch đại tín hiệu trung tần lên mức đủ lớn để bộ tách sóng làm việc bình
thường, đảm bảo việc chọn lọc tần số lân cận và thực hiện điều chỉnh hệ số
khuếch đại.
Do mạch KĐTT làm việc ở một tần số cố định lên việc điều chỉnh để dung
hòa mâu thuẫn giữa giải thông và độ chọn lọc đồng thời vẫn đảm bảo có hệ số
khuếch đại tín hiệu lớn và ổn định điểm làm việc.

H1.4 Sơ đồ mạch khuếch đại trung tần
Mạch tách sóng và tầng khuếch đại thị tần
Bộ tách sóng: là một nhiệm vụ cơ bản trong máy thu. Tầng tách sóng nằm
giữa tầng trộn tần và khuếch đại âm tần, làm nhiệm vụ tách tín hiệu âm tần ra
khỏi tín hiệu cao tần đã được điều chế (thực hiện giải điều chế). Tín hiệu âm tần
này phải trung thực với tín hiệu âm tần đã được điều chế ở máy phát. Do nhiều
14



yếu tố tác động và do đặc điểm phi tuyến của các phần tử khuếch đại trong các
tầng và tầng tách sóng mà tín hiệu sau giải điều chế có thể bị méo. Do vậy, bộ
tách sóng phải đảm bảo hiệu suất tách sóng và phối hợp trở kháng tốt để ít ảnh
hưởng đến tầng sau và hạn chế méo phi tuyến ở mức thấp nhất.
Tương ứng với các loại điều chế, thì mạch tách sóng (giải điều chế) cũng phải
thực hiện chức năng và nhiệm vụ tương đương: mạch tách sóng biên độ, tách
sóng pha…..
Tầng khuếch đại thị tần: là tầng khuếch đại tín hiệu được đưa đến từ tầng
khuếch đại trung tần. Trong radar hàng hải thì tầng khuếch đại trung tần không
đòi hỏi yêu cầu quá cao. Vì thế, mạch RC thường được sử dụng trong radar hàng
hải.
1.4. Mục tiêu Radar hàng hải
1.4.1. Mục tiêu của Radar
Khái niệm về mục tiêu radar
Mục tiêu của radar là khả năng quan sát tất cả các vật thể trong phạn vi và tầm
quan sát của radar. Đối với ngành hàng hải thì mục tiêu của radar có thể là
thuyền, tàu, mốc hàng hải, đảo, vịnh, bờ biển, mây…. Các thông tin về mục tiêu
sẽ được cung cấp nhờ tín hiệu sóng phản xạ mang lại.
Phân loại mục tiêu radar
- Mục tiêu riêng biệt là các mục tiêu nằm riêng biệt với nhau và ảnh của
chúng lằm riêng biệt với nhau trên màn hình hiển thị của radar.
- Mục tiêu nhóm là cụm mục tiêu không phân biệt được về góc và khoảng
cách. Những mục tiêu này trên màn ảnh sẽ chập lại với nhau không phân biệt
được.
- Mục tiêu khối hiện tượng này do các đám mây huyền phù, mây tích điện gây
ra ảnh các mục tiêu này trên màn ảnh tương đối lớn biên mờ và biến đổi theo
thời gian.
- Ngoài ra còn phân loại mục tiêu radar theo: Mục tiêu nhân tạo là các mục

tiêu do con người làm ra như tàu, thuyền… Mục tiêu tự nhiên là do thiên nhiên
15


tạo ta như bờ biển, bờ sông, núi,… Mục tiêu giả là những mục tiêu không cần
quan sát mà vẫn gây ảnh hưởng cho mục tiêu quan sát.

H1.5a Mây, mưa trên biển gây nhiễu cho mục tiêu radar

H1.5b Nhiễu ảnh hưởng tới búp sóng phát của radar
1.4.2. Các tham số cơ bản xác định vị trí mục tiêu của Radar
- Vị trí tuyệt đối của một mục tiêu được xác định khi ta biết được vị trí kinh
độ và vĩ độ của nó. Nếu radar có kết nối GPS ta có thể xác định được vị trí tuyệt
đối của mục tiêu. Vị trí này được xác định theo không gian 2D mục tiêu có vị trí
trên bề mặt mặt đất hoặc trên mặt biển và được gọi là vị trí mặt phẳng chân trời
(Horizontal Position) với độ cao trung bình(AGL - Average Ground Level và
MSL - Mean Sea Level). Trong không gian 3D vị trí của mục tiêu bao gồm kinh
độ vĩ độ và độ cao của mục tiêu so với AGL/MSL ngoài ra còn có thể xác định
vị trí mục tiêu thông qua xác định khoảng cách , góc nghiêng, góc phương vị tới
mốc cố định trong không gian.
- Vị trí tương đối của mục tiêu được xác định bằng khoảng cách và góc
phương vị tới một vị trí đã biết trước trên bản đồ hoặc hải đồ.

16


- Khoảng cách nghiêng của mục tiêu đối với trạm radar xảy ra khi có 2 mục
tiêu song song trên mặt phẳng thẳng đứng chúng có cùng khoảng cách về địa
hình, nhưng khoảng cách nghiêng của chúng lại khác nhau (h1.6 trái) việc tìm
được khoảng cách nghiêng khá khó khăn cần sử dụng phần mềm hiện đại, việc

tính toán cũng khá phức tạp và mất thời gian.

H1.6 Vị trí mục tiêu theo độ cao của địa hình
- Xác định hướng của mục tiêu: nhờ độ định hướng của anten ta có thể xác
định được hướng của mục tiêu. Độ định hướng nói lên khả năng tập trung năng
lượng của anten radar phát hướng tới mục tiêu ảnh hưởng tới tầm xa cực đại của
của radar và thông qua đó ta xác định được góc phương vị và góc nâng của mục
tiêu, xác định khoảng cách nhờ tín hiện sóng phản xạ từ mục tiêu lại. Độ chính
xác của các phép đo sẽ phụ thuộc vào độ định hướng của anten radar.
- Phương vị thực của mục tiêu là góc tạo bởi hình chiếu ngang đường thẳng
từ radar tới mục tiêu với hướng Bắc thực. Góc này sẽ được xác định theo mặt
phẳng chân trời với hướng Bắc thực theo chiều kim đồng hồ. Góc phương vị này
cũng có thể được xác định hướng của tàu tới đường nối giữa tàu với mục tiêu và
hay được gọi là góc mạn.
- Hướng mũi tàu được xác định theo chỉ báo của la bàn hoặc con quay.Trên
màn hình hiển thị của radar hướng múi tàu được chỉ báo và đánh dấu (SHM –
Ship Handing Marker)
- Góc nâng là góc được tạo bởi giữa tầm nhìn thẳng tới mục tiêu của radar
với mặt phẳng chân trời theo mặt phẳng thẳng đứng. Được ký hiệu là ε nó có giá
trị dương khi nằm trên mặt phẳng chân trời và có giá trị âm khi nằm dưới mặt
phẳng chân trời.
17


- Độ cao của một mục tiêu bao gồm độ cao trên mặt biển MSL và độ cao trên
mặt đất AGL và được ký hiệu là H. Độ cao thực của mục tiêu là khoảng cách
thực tế của mục tiêu đó so với MSL/AGL. Thông số này được tính toán theo giá
trị R và góc nâng ε, h1.7.
h = R .sin ε


H ≈ R .sin ε +

R2
2.re

Trong đó:
R khoảng cách từ radar tới mục tiêu, góc nâng
ε, re là bán kính trái đất, re = 6370km,
1 hải lý = 1,852km
M1 có ε >0, M2 có ε < 0
H1.7 Độ cao của mục tiêu radar trong không gian
Độ chính xác của phép đo nói lên độ chính xác của các phép đo radar để định
vị mục tiêu như. Độ chính xác của phép đo xác định vị trí ước tính mục tiêu với
vị trí thực tế của mục tiêu mà máy thu radar đo được hoặc độ chính xác vận tốc
của mục tiêu so với vận tốc thực tế đo được. Độ chính xác được thể hiện bằng
các phép đo thống kê sai số của hệ thống được dẫn đường vô tuyến và chúng
không bị nhầm lẫn với các tín hiệu khác. Độ chính xác là giá trị được đưa ra thể
hiện sự sai lệch của giá trị thực tế đặc trưng cho sự không chắn của giá trị đo.
Nó chỉ ra sai số trong phép đo. Xác suất của phép đo yêu cầu cần đạt 95% trở
lên tương ứng với độ lệch chuẩn ở mức 2 trong phân bố chuẩn Gausian giá trị
trung bình.

H1.8 Xác định vị trí mục tiêu trong hệ tọa độ Oxyz
18


Mục tiêu tại vị trí P được xác định thông qua các thông số P(Ф, λ, r) hoặc
P(H, Ф, r) trong không gian 3 chiều Oxyz (3D).
Trong đó:
H = r.sin(λ) với mục tiêu P

Trên hình vẽ:
Mặt phẳng xOy là mặt phẳng đường chân trời, Vị trí đặt radar trên mặt đất tại
vị trí θ = 900- λ
α = 3600- Φ với α là góc phương vị được tính từ hướng Bắc thưc thuận theo
chiều kim đồng hồ.
Góc Φ tính từ trục x và theo chiều ngược kim đồng hồ.
Vị trí mục tiêu điểm trong hệ tọa độ tuyệt đối Oxy

H1.9 Vị trí mục tiêu hiển thị trên màn hình Radar
Vị trí Mục tiêu P(r, β) được xác định trong hệ tọa độ tương đối Oxy hay trong
không gian 2D
Với r = range, là khoảng cách từ trậm radar đến mục tiêu P, góc mạn β

19


1.4.3. Qũy đạo mục tiêu
Qũy đạo mục tiêu là tập hợp tấp cả các vị trí vết của mục tiêu theo thời gian.
Vết của mục tiêu cho thấy sự di chuyển của mục tiêu thay đổi so với tàu quan
sát được hiển thị trên màn ảnh radar
Có thể chỉ báo Mục tiêu radar theo như h1.10. Đối với radar sử dụng trong
hàng hải chỉ báo PPI là thích hợp nhất với mục đích quan sát tàu và dẫn tàu
tránh các chướng ngại vật trên biển hay chạy trong luồng một cách thuận tiện
nhất.

H1.10 Một số loại chỉ báo mục tiêu radar

20



CHƯƠNG II
NGUYÊN LÝ XÁC ĐỊNH MỤC TIÊU VÀ CÁC THAM SỐ ẢNH
HƯỞNG ĐẾN XÁC ĐỊNH MỤC TIÊU RADAR HÀNG HẢI
Radar được trang bị cho ngành hàng hải, là loại dùng nguyên lý radar xung.
Rdar có nhiệm vụ phát hiện và xác định tọa độ mục tiêu so với trạm radar trong
hàng hải, tọa độ xác định bằng hệ tọa độ cực thông qua khoảng cách và góc.
2.1. Nguyên lý phát xung trong Radar xung
Radar phát các xung radio theo chu kỳ thời gian, có độ rộng xung là τ ,sau
khi xung thăm dò mục tiêu được phát đi và chờ tín hiệu xung phản xạ trở về
anten thu thì mới phát xung thăm dò tiếp theo với chu kỳ lặp xung là T. Tín hiệu
phản xạ từ mục tiêu trở về qua anten vào chuyển mạch rồi vào máy thu, tín hiệu
này được khuếch đại và chuyển đổi thành tín hiệu điện, bộ xử lý khuếch đại và
tách sóng tín hiệu đưa tín hiệu đến bộ chỉ báo và hiển thị. Để quá trình hoạt
động của radar ổn định và đồng bộ nhất, người ta tạo ra các xung đồng bộ từ bộ
điều khiển và điều khiển trạm radar.
Để giúp anten có thể dùng chung cho cả phần phát và phần thu, người ta sử
dụng bộ chuyển mạch anten để tách riêng máy phát và máy thu sao cho phù hợp
lúc phát và thu: Ngắt phần thu khi phần phát hoạt động (phát tín hiệu) với mục
đích an toàn cho máy thu khi công suất phát lớn. Ngắt phần phát khi phần thu
hoạt động (thu tín hiệu) mục đích đảm bảo có công suất đủ lớn để hiển thị được
mục tiêu quan sát.

H2.1 Nguyên lý xác định mục tiêu của radar phát xung
21


Tín hiệu sóng điện từ có dạng:
u = U m .Cos ( ωt + ϕ0 )

ω = 2π . f 0


(2.1)

Trong đó: u giá trị tín hiệu sóng tại nột điểm tức thời, U m là biên độ điện áp
định mức của tín hiệu, tần số góc ω, tần số phát của radar f 0 và góc pha ban đầu
φ0.
Tín hiệu điều chế S(t)
S ( t ) = a ( t ) . Cos ( ωt + ϕ0 )

(2.2)

Với a(t) là xung vuông. Đây là dạng điều chế ASK
S(t) là tín hiệu được phát ra ngoài anten tới mục tiêu, s’(t) là tín hiệu phản xạ thu
được.
Các thông số của radar phát xung
- Độ rộng xung phát là khoảng thời gian phát xung bức xạ trong một chu kỳ
bức xạ. Thông số này ảnh hưởng đến tầm xa của radar và độ phân giải khoảng
cách được lý hiệu là τ hay PW (Pulse Width).
- Chu kỳ lặp xung là khoảng thời gian giữa hai lần phát xung kế tiếp của
Radar và được ký hiệu là T hay PRT (Pulse Repetition Time) PRT= 1/ PRF.
- Tần số lặp xung là lượng xung xuất hiện trong một đơn vị thời gian, phụ
thuộc vào tốc độ quay của anten và được ký hiệu là PRF (Pulse Repetition
Frequency).
- Độ trễ thời gian là khoảng trễ thời gian giữa tín hiệu phát và tín hiệu phản xạ
thu được và được dùng để xác định khoảng cách từ Radar tới mục tiêu được ký
hiệu Δt
- Công suất phát xung của Radar P(W) là công suất phát phát xung tín hiệu
trong một khoảng thời gian.
- Hệ số công suất: dt = PW/PRT đơn vị %


22


2.1.1. Tính toán cự ly mục tiêu
Để tính toán được cự ly của mục tiêu ta dựa vào khoảng thời gian trễ tính từ
thời điểm phát xung tín hiệu đi cho đến khi thu tín hiệu xung phản xạ trở lại
(TR).

H2.2 Tín hiệu xung phát đi và xung phản xạ về
R = c.

TR
2

( Rt = Rr = R)

(2.3)

Trong đó:

∆t =

TR
2 là độ trễ thời gian

Rt là khoảng cách từ máy phát radar tới mục tiêu
Rr là khoảng cách mục tiêu đến máy thu.
TR là thời gian trễ của tín hiệu sóng truyền lan từ máy phát đến mục tiêu và
đến máy thu
C = 3.108 m/s là vận tốc ánh sáng

Trong quá trính xác định cự ly của mục tiêu thường hay xảy ra sự nhầm lẫn
khoảng cách, nguyên nhân gây ra sự nhầm lẫn khoảng cách là do khi có hai hay
nhiều mục tiêu cùng được chỉ báo lên màn ảnh radar và có khoảng cách không
đúng với giá trị thực tế.

23


2.1.2. Cự ly phân giải mục tiêu.
Độ phân giải cự ly ký hiệu là ΔR là một thông số của radar mô tả khả năng
phát hiện các mục tiêu nằm gần nhau thành các vật thể phân biệt.
Xét hai mục tiêu nằm tại cự ly R1 và R2, tương ứng với thời gian trễ t1 và t2.
Công thức tính độ sai biệt cự ly giữa hai mục tiêu là
(2.4)
(2.5)
Trong đó: B là băng thông, τ là độ rông xung thăm dò.

H2.3 Phân biệt mục tiêu theo cự ly
Trên hình vẽ :
Rmin là tầm xa cự tiểu, Rmax là tầm xa cực đại, Khoảng cách từ Rmin đến Rmax
được chia thành nhiều khoảng nhỏ có độ rộng bằng ΔR. Nhóm mục tiêu 1 cần
được phân giải về góc phương vị, nhóm mục tiêu 2 cần phân giải về cả phương
vị và khoảng cách, nhóm mục tiêu 3 cần phân giải về khoảng cách để ảnh các
mục tiêu không chông lần trên màn hình.

H2.4 Phận biệt cự ly hai mục tiêu M1,M2

24



Đầu tiên, giả sử rằng hai mục tiêu tách biệt nhau bởi cτ/4, τ là độ rộng xung.
Trong trường hợp này, khi cạnh xuống của xung đập vào mục tiêu hai thì cạnh
lên của xung sẽ đi ngược về một khoảng cách là cτ , và xung phản xạ sẽ là tổng
hợp của các xung phản xạ từ cả hai mục tiêu (số phản xạ không phân giải). Tuy
nhiên, nếu hai mục tiêu cách nhau ít nhất cτ/2 thì khi cạnh xuống của xung
đậpvào mục tiêu thứ nhất, cạnh lên của xung mới bắt đầu phản xạ từ mục tiêu
thứ hai, nên sẽ xuất hiện hai xung phản xạ tách biệt như trong hình. Do vậy, ΔR
phải lớn hơn hoặc bằng cτ/2, và vì vậy băng thông B của radar bằng 1/τ.
2.2. Nguyên lý xác định vân tốc mục tiêu theo hiệu ứng Doppler
2.2.1. Hiệu ứng Doppler
Các radar sử dụng tần số Doppler để tách ra vận tốc xuyên tâm của mục tiêu
cũng như để phân biệt giữa mục tiêu đứng yên và mục tiêu di động. Hiệu ứng
Doppler là hiệu ứng dịch tần số trung tâm của sóng tới theo sự chuyển động của
mục tiêu so với nguồn phát. Tùy theo hướng chuyển động của mục tiêu mà giá
trị tần số dịch này có thể dương hay âm. Hiệu ứng Doppler chỉ xảy ra khi mục
tiêu chuyển động so với đài, tần số Doppler fD là độ dịch tần giữa tần số sóng
phát xạ ft và tần số sóng phản xạ fr, trong radar, hiệu ứng Doppler xuất hiện 2
lần:

H2.5. Quá trình phát tín hiệu từ radar và nhận tín hiệu phản xạ từ mục tiêu

25