Hệ thống thu trong Radar thời tiết

ụ. Quản lý bay được tổ chức xây dựng, đầu tư theo dịch vụ không lưu trong từng thời kỳ để đảm bảo cho điều hành bay An toàn - Điều hoà - Hiệu quả. Ngành quản lý bay có đặc thù là luôn luôn hoạt động trong cơ chế mở, mọi thực hành nghiệp vụ phải đồng nhất ngang tầm với các Quốc gia trong khu vực để cho mọi hoạt động bay dân dụng giữa các vùng thông báo bay kế cận nhau không bị thay đổi phương thức điều hành bay gây rối loạn cho hoạt động bay. Ngành quản lý bay dân dụng Việt Nam trong những năm vừa qua đã được sự quan tâm đầu tư rất lớn của Nhà nước và Cục Hàng không. Trong một thời gian ngắn các phương tiện nghiệp vụ hiện đại đã được đầu tư, triển khai đưa vào sử dụng có hiệu quả, đáp ứng được đòi hỏi khách quan. Sân bay dân dụng Nội Bài là hạ tầng cơ sở của ngành hàng không dân dụng Việt Nam; là cảng HKQT thủ đô của nước ta; là đầu cầu hàng không nối liền giữa Trung Ương với các địa phương trong cả nước và quốc tế, là trung tâm của các sân bay khu vực Miền Bắc.Trong đó: ỉ Vùng thông báo bay Hà Nội (FIR/HAN) có vai trò rất quan trọng đối với đất nước ta và khu vực Đông Nam á FIR/HAN có vị thế và ý nghĩa rất quan trọng, Thủ Đô Hà Nội là đầu não các quan hệ Quốc tế. ỉCảng HKQT Nội Bài (Hà Nội) là sân bay dùng chung cho cả hoạt động Hàng không dân dụng và hoạt động của không quân. Lúc đơn vị Không Quân tổ chức huấn luyện cộng với hoạt động Hàng không nội địa và Quốc tế đi đến, nếu không có phương tiện Radar tiếp cận điều hành sẽ gây ra phải bay chờ đợi trên không gây ra lãng phí và nguy cơ mất an toàn có thể xảy ra, đặc biệt là không trợ giúp được cho các tổ bay khi gặp thời tiết phức tạp. ỉFIR/ HAN nằm trong khu vực khí hâụ nhiệt đới gió mùa, thời tiết nhiều biến động, thêm nữa khu vực trung tận cảng HKQT Hà Nội có địa hình phức tạp làm ảnh hưởng xấu đến hoạt động bay giao thông hàng không và tất nhiên sẽ tạo ra các nguy cơ mất an toàn khi mật độ bay tăng lên. Phương tiện nghiệp vụ cơ bản của Ngành Quản lý bay là các hệ thống: Thông tin - Dẫn đường - Giám sát. Trong đó, các hệ thống dẫn đường kết hợp với qui trình khai thác đã thiết lập nên các tuyến giao thông và các vùng hoạt động của Hàng không dân dụng. Các hệ thống thông tin và giám sát là phương tiện phục vụ cho quản lý, điều hành không lưu. Cho đến nay kiểm soát điều hành không lưu có ba phương thức cơ bản sau: ỉPhương thức điều hành cơ bản: sử dụng phương tiện thông tin “thoại” giữa tàu bay và người điều hành, không có phương tiện giám sát. Phương thức này áp dụng cho những khu vực có các hoạt động bay với tần suất, mật độ thấp... điều kiện thời tiết đơn giản, giãn cách bay lớn và người lái tàu bay có thể tham chiếu cất, hạ cánh bằng mắt. ỉPhương thức điều hành bay có phương tiện giám sát là: Quản lý điều hành bay sử dụng hai phương tiện: Thông tin - Radar. Người quản lý, điều hành tàu bay bằng “ thoại” và “ nhìn” thấy tàu bay. Khi trong khu vực có hoạt động bay với mật độ, tần suất cao... và các khu vực kế cận đã thực hiện sang điều hành bay có phương tiện Radar để đảm bảo điều hành bay An toàn - Điều hoà - Hiệu quả buộc phải sử dụng phương thức này. Phương thức điều hành bay trong tương lai gần: Có tên gọi là CNS/ ATM mới là phương thức bao gồm: Thoại - Nhìn - Trao đổi số liệu. Trong đó có ba loại hình thoại, nhìn và trao đổi số liệu đều sử dụng phương pháp tích cực. Đó là phương pháp cùng một lúc “nhìn” tàu bay theo hai cách là: Nhìn chủ động qua hệ thống Radar và nhìn phụ thuộc qua hệ thống trao đổi dữ liệu tự động thông báo vị trí, độ cao của tàu bay. Quan điểm hiện nay của Tổ chức hàng không dân dụng Quốc tế (ICAO) những phần chính của công tác quản lý bay (ATM) bao gồm: Các dịch vụ không lưu ( ATS), quản lý cùng trời (ASM), quản lý luồng không lưu (ATFM) để cung cấp các dịch vụ không lưu, tất nhiên cần có những hệ thống phương tiện kỹ thuật (CSN), khí tượng (MET), tìm kiếm cứu nạn (SAR) và không báo Hàng Không (AIS). a/ Các dịch vụ không lưu cần được hoàn thiện đầy đủ theo tiêu chuẩn khuyến cáo thực hành của ICAO nhằm: Ngăn ngừa va chạm giữa các tàu bay. Ngăn ngừa va chạm giữa các tàu bay với các chướng ngại vật trên khu hoạt động. Thúc đẩy và điều hoà hoạt động bay. Cung cấp những tin tức và tư vấn có ích cho việc thực hiện các chuyến bay an toàn, hiệu quả. Thông báo cho các chuyến bay an toàn, hiệu quả. Thông báo cho các cơ quan hữu quan về tàu bay cần tìm kiếm cấp cứu và trợ giúp cơ quan này theo yêu cầu. b/ Quản lý vùng trời( ASM): Công tác quản lý vùng trời nhằm bố trí sắp xếp việc sử dụng vùng trời cho các mục đích khác nhau, tổ chức cơ sở hạ tầng trợ giúp không vận, tổ chức vùng trời - cấu trúc hệ thống đường bay và phối hợp sử dụng vùng trời giữa Hàng không dân dụng và hoạt động quân sự. c/ Quản lý luồng không lưu (ASTM): Tại những không vực, đường bay và Sân bay bắt đầu diễn ta sự tắc nghẽn vì lưu lượng hoạt động bay vượt quá khả năng đáp ứng, thì các cơ sở quản lý và điều hành không lưu cần phải chuẩn bị các điều kiện và phương tiện để thực hiện quản lý luồng không lưu nhằm điều tiết hoạt động bay từ xa để giảm bớt lưu lượng hoạt động bay tại các nơi diễn ra tình trạng quá tải. II/ Chức năng và cấu hình của trung tâm điều hành bay. 1/ Chức năng của Trung tâm điều hành bay: Hệ thống các phương tiện cung cấp cho các cơ sở không lưu trong vùng thông báo bay những công cụ, hình ảnh, thông tin, số liệu... giúp kiểm soát viên khi kiểm soát, điều hành không lưu trong khu vực điều hành. Cung cấp cho những cơ quan có liên quan những thông tin cần thiết để theo dõi được toàn bộ hoạt động bay trong vùng trời của Việt Nam. 2/ Cấu hình trang thiết bị của Trung tâm điều hành bay: Cấu hình trang thiết bị của trung tâm điều hành bay dựa trên cơ sở của hệ thống CNS/ATM (Communication Navigation Surveillance/ Air Traffic Management - Thông tin, dẫn đường, giám sát/ Quản lý không lưu). A/ CNS : Thông tin, dẫn đường, giám sát : a/ Thông tin: Thành phần thông tin liên lạc của hệ thống CNS/ATM cho phép trao đổi điện văn và dữ liệu hàng không giữa các nhà sử dụng hàng không và các hệ thống tự động. Hệ thống này cũng được dùng để hỗ trợ cho các chức năng dẫn đường và giám sát. Thông tin liên lạc hiện đang sử dụng: - Thông tin tổng đài với mạng ATN cho trao đổi dữ liệu số trên các đường truyền thông tin liên lạc đất- đất và không - địa giữa các hệ thống đầu cuối trong tương lai. - Thông tin vô tuyến với đường truyền Viba và cáp quang... được sử dụng cho mục đích không lưu trong một số vùng trời có mật độ bay cao. - Thông tin liên lạc thoại và dữ liệu cho các đường truyền trực tiếp tới vệ tinh/ tàu bay tại một số vùng trong khu vực. Liên lạc thoại HF (tần số cao) đang được duy trì sử dụng. Liên lạc thoại và dữ liệu VHF (tần số rất cao) được sử dụng trong nhiều khu vực tiếp cận và trên đất liền. b/ Dẫn đường: Thành phần dẫn đường thuộc hệ thống CNS/ATM là phương tiện cung cấp khả năng xác định vị trí có độ chính xác, độ tin cậy và xuyên suốt toàn cầu. Dẫn đường được đặc trưng bởi: - Tiến trình mở rộng dẫn đường khu vực với các tiêu chuẩn đặc tính dẫn đường theo yêu cầu của tổ chức hàng không dân dụng quốc tế (ICAO). Ví dụ như những hệ thống đèn báo được đặt ở đường băng đảm bảo cho máy bay lên xuống chính xác. - Bổ xung cho dẫn đường bằng quán tính bằng việc sử dụng các hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu. - Các hệ thống hạ cánh bằng thiết bị, hệ thống hạ cánh sóng mét và hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu được sử dụng cho tiếp cận và hạ cánh phù hợp với chiến lược của ICAO. - Ngoài ra còn có các phụ trợ dẫn đường như VOR/DME. c/ Giám sát: Giám sát hiện nay dựa vào Radar: Radar giám sát sơ cấp PSR và Radar giám sất thứ cấp SSR, đo cự ly và phương vị của tàu bay từ mặt đất. Hệ thống giám sát của các hệ thống CNS/ADM còn có cả giám sát tự động phụ thuộc (ADS) và giám sát tự động phụ thuộc chế độ phát thanh (ADS - B) và hệ thống tránh va chạm trên tàu bay . Trung tâm xử lí dữ liệu: Nhận thông tin từ các trạm Radar xử lí, phân tích rồi đưa tới Trung tâm điều hành bay. B/ ATM: quản lý không lưu: Quản lý không lưu bao gồm tất cả các thành phần liên quan đến dịch vụ không lưu (ATS) và một số thành phần bổ sung khác. ATS là thuật ngữ chung, tuỳ theo từng trường hợp có nghĩa là công tác tư vấn bay, công tác tư vấn không lưu, công tác kiểm soát không lưu. Mục đích của công tác không lưu (ATC) nhằm ngăn ngừa va chạm giữa các tàu bay với nhau và giữa tàu bay với các chướng ngại vật trên khu hoạt động, duy trì và thúc đẩy một luồng không lưu điều hoà. Mục đích của quản lý không lưu (ATM): là tạo điều kiện cho nhà khai thác đáp ứng thời gian dự kiến cất, hạ cánh cũng như quỹ đạo đường bay họ chọn lựa mà không làm giảm độ an toàn quy định của các chuyến bay. Quản lý không lưu ATM bao gồm: - Quản lý về thông tin được chuyển từ trung tâm xử lí dữ liệu tới trung tâm điều hành bay. - Quản lý về hành trình bay từ nơi cất cánh tới nơi hạ cánh. - Quản lý thông tin về chuyến bay tại những điểm báo cáo. Hệ thống ATM có khả năng làm việc với các mật độ bay khác nhau, các tàu bay khác nhau, các loại trang thiết bị điện tử phức tạp trên tàu bay... Hệ thống ATM cần phải ổn định với các trường hợp mật điện, khẩn cấp sai số trong dự báo... CNS/ATM dùng để cung cấp thông tin chính xác để giúp cho những chuyến bay An toàn - Điều hoà - Hiệu quả. Một trong những yếu tố quan trọng để giúp chuyến bay an toàn hiệu quả là yếu tố quan sát mà thực chất trên mọi sân bay là sử dụng hệ thống giám sát. III/ Thành phần, chức năng của hệ thống giám sát : Hệ thống giám sát bao gồm trung tâm xử lý tin và các trạm Radar . A/ Trung tâm xử lý tin : Là hệ thống trung tâm thu nhận, xử lý, lưu trữ các thông tin, số liệu từ tất cả các đài Radar giám sát hàng không, tất cả thông tin, số liệu của các mạng thông tin hàng không cố định (AFTN), đồng hồ chủ và các dữ liệu thời tiết. Các tín hiệu này được tổng hợp, xử lý rồi đưa lên màn hình hiện thị cung cấp cho các vị trí quản lý bay và khai thác viên sử dụng. Thành phần trung tâm xử lý tin gồm: - RDP : Bộ xử lý số liệu Radar . - FDP : Bộ xử lý số liệu bay. - Bộ xử lý các dữ liệu đầu vào . - Các bàn giám sát đầu cuối: những kiểm soát viên sẽ giám sát ở những máy tính để nhận những thông tin đã được xử lý để đưa ra những quyết định về điều hành máy bay. B/ Các trạm Radar giám sát: a/ Chức năng của trạm Radar giám sát : Radar giám sát dùng để phát hiện các mục tiêu bay thuộc vùng nhìn thấy của hệ thống. Trong đó Radar thứ cấp đảm nhiệm việc đo đạc các thông số tọa độ của mục tiêu, đồng thời cũng phát hiện, cảnh báo, những hỏng hóc của mục tiêu bay; Radar sơ cấp sẽ phát hiện các đột biến vế thời tiết trong vùng nhìn thấy của Radar. b/ Thành phần của trạm Radar giám sát: Trạm Radar giám sát thường gồm 2 loại Radar sơ cấp và Radar thứ cấp: - Radar thứ cấp còn gọi là Radar phát tích cực, trả lời tích cực. Tín hiệu phát được phát từ đài mặt đất; tín hiệu thu trực tiếp từ mục tiêu bay. Cả tín hiệu phát và thu đều được mã hoá theo tiêu chuẩn chung của ICAO. Độ nhạy của Radar thứ cấp là 10-6. - Radar sơ cấp con gọi là Radar phát tích cực, trả lời thụ động. Tín hiệu phát được phát từ trạm mặt đất gặp mục tiêu được phản xạ ngược trở về; máy thu sẽ thu tín hiệu phản xạ đó. Độ nhạy của Radar sơ cấp là 10-12. Cả Radar sơ cấp và thứ cấp đều có những thành phần sau: - Anten. - Hệ thống thu. - Hệ thống phát. - Hệ thống xử lý tín hiệu . - Hệ thống giao tiếp ( xử lý tín hiệu ra). - Hệ thống hiện thị giám sát. - Hệ thống bảo trì : phát hiện, sửa chữa, cô lập hỏng hóc. Trong khuôn khổ hạn chế của báo cáo này em không có điều kiện nghiên cứu về cả 1 hệ thống giám sát thực tế nào mà chỉ đi sâu vào tìm hiểu Đài Radar sơ cấp tiếp cận và thứ cấp đường dài Nội Bài. IV/ Đài Rađa sơ cấp tiếp cận và thứ cấp đường dài Nội Bài: 1/ Sơ đồ, các tiêu chuẩn của hệ thống Radar sơ cấp tiếp cận : a/ Sơ đồ cấu trúc chức năng của hệ thống Radar sơ cấp tiếp cận: Điều khiển Chuyển kênh Thu xử lý mục tiêu Thu xử lý thời tiết Thu xử lý thời tiết Thu xử lý mục tiêu Kích Kích Xử lý tín hiệu Xử lý tín hiệu Xử lý dữ liệu Radar Xử lý dữ liệu Radar Anten Lọc hài Kết hợp RF b/ Các tiêu chuẩn kỹ thuật của Radar sơ cấp tiếp cận: Tổ hợp radar sơ cấp tiếp cận quan sát được trong vùng phát hiện được tất cả các vật thể và có khả năng chọ lọc các vật thể chuyển động trong khoảng vận tốc từ 54 Km/h ữ 1800 Km/h. * Hệ thống anten: Làm việc ở băng tần: 2.5 - 3.0 GHz Công suất trung bình RF: 1.6 Kw Mặt phẳng phương vị Ê 1.4°. Mặt phẳng đứng - 4.8° á Ê 30°, cánh sóng dạng Cosin bình phương . Phân cực: tuyến tính, tròn. Hệ số khuếch đại ³ 34Db Tốc độ vòng quay : 10/12/15 (vòng/phút) Điều chỉnh độ nghiêng từ - 2° á - 7° * Hệ thống phát : Tần số phát xạ từ 2700 MHz á 2900 MHz (có thể điều chỉnh được để chống nhiễu của các thiết bị thông tin và Radar trong khu vực). Công suất đỉnh xung: ³ 21 Kw Công suất trung bình: ³ 1 Kw Độ rộng xung phát là 1ms ± 0.1 ms và Ê 100 ms ± 2 ms Khuếch đại công suất sử dụng bộ khuếch đại công suất dùng bán dẫn kết cấu thành nhiều modul có thể là 8 đến 16 modul phù hợp với công nghệ tiên tiến hiện hành. Độ ổn định phát ³ 55 Db . * Hệ thống thu : Tần số thu RF từ 2.7 GHz ữ 2.9 GHz . Độ nhạy máy thu Ê - 108 Dbm Cấu hình máy thu có bộ khuếch đại tạp âm : LNA Noise Hệ số tạp âm của LNA Noise đạt được Ê 1.4Db Hệ số tạp âm máy thu Ê 34 Db Dải động máy thu : >95 Db tới IF STC >75Db tới chuyển đổi A - D Máy thu phải thực hiện được yêu cầu cho ra tín hiệu đưa tới bộ xử lí mục tiêu và bộ xử lí thời tiết, tín hiệu đưa ra sẽ là tối ưu cho việc phát hiện mục tiêu và loại trừ mục tiêu giả theo yêu cầu của xác suất phát hiện đúng và xác suất báo động lần cho trước. Mỗi kênh thu sẽ phải bao gồm cả kênh thu thời tiết và kênh thu tín hiệu, chức năng của máy thu có thể thực hiện ở phần cứng hoặc giải pháp phần mềm để đạt được giới hạn tối ưu của máy thu. * Bộ xử lí tín hiệu sơ cấp : Được thiết kế và làm việc với kĩ thuật số, dùng cả phần cứng và phần mềm .Xử lí tín hiệu hoặc là tách mục tiêu di động (MTD); dùng bộ lọc dople, tạo được bản đồ nhiễu tạp cho phép phát hiện mục tiêu chuyển động xuyên tâm, có hệ thống dự phòng. Bộ xử lí sẽ phải đạt những chức năng sau: Tách mục tiêu di động ra khỏi nhiễu của địa vật hoặc nhiễu mây mưa hoặc nhiễu do cường độ thay đổi. Tách mục tiêu và hình ảnh thời tiết với bất kì vận tốc nào . Phát hiện mục tiêu trong điều kiện thời tiết phản xạ mạnh thậm chí phản xạ mục tiêu nhỏ hơn phản xạ của bề mặt mây mưa. Phát hiện mục tiêu với vận tốc xuyên tâm bằng 0 so với đài. Giảm báo động nhầm xuống tối thiểu Phát hiện và lọc nhiễu Duy trì độ chính xác của hệ thống chất lượng và yêu cầu độ phân giải không phụ thuộc vào vận tốc mục tiêu vào môi trường tạp âm . Phát hiện thời tiết với ít nhất sáu mức độ vùng tạp . Phát hiện thời tiết với sáu mức trong điều kiện không có tạp. Cự li xử lí từ 0.2 NM tới 80 NM Dung lượng xử lí : ³ 500 mục tiêu * Bộ xử lí tín hiệu thực hiện tách mục tiêu cung cấp trong mọi điều kiện của tạp thời tiết và tạp địa hình, dung lượng và độ giữ chậm dữ liệu sẽ nằm trong giới hạn yêu cầu của tổ hợp Radar sơ cấp tiếp cận. * Bộ xử lí thời tiết: chức năng xử lí tin thời tiết sẽ tạo ra thông tin thời tiết. Phát hiện được thời tiết trong mọi cự li của tổ hợp Radar sơ cấp tiếp cận . Phát hiện được thời tiết trong điều kiện có phản xạ địa vật . Phát hiện được thời tiết trong điều kiện không có địa vật. Cung cấp dữ liệu thời tiết đều đặn Lọc phản xạ là mục tiêu 2/ Sơ đồ, các tiêu chuẩn kĩ thuật của hệ thống Radar thứ cấp: a/ Sơ đồ của hệ thống Radar thứ cấp: Xử lý quỹ đạo Kênh B Mssr Lva Anten RF change over unit Phát Thu đơn xung và A\D Pa-nen điều khiển, nguồn Xử lý tín hiệu trả lời Tín hiệu đồng bộ Xử lý quỹ đạo Kênh hỏi A b) Năng lực và các tiêu chuẩn kỹ thuật của Radar thứ cấp: - Năng lực quan sát: Cự ly phát hiện từ 0.5 NM tới 250 NM Độ cao: 0m á 30 km Sử dụng kỹ thuật đơn xung. Khả năng nhận biết mục tiêu tốt trong điều kiện hai mục tiêu có cùng cự li gần nhau về phương vị. Đủ các chỉ tiêu chất lượng theo chuẩn mới nhất của ICAO. Sử dụng 3 xung SLS, thu SLS và ISLS. Có sử dụng kỹ thuật cơ bản STC Sẵn sàng nâng cấp hệ thống Model-S Dải tần số hỏi : 1030 Mhz ± 3.5 Mhz (Kênh S và W) Dải tần số trả lời : 1090 ± 5 Mhz (Kênh S, D và W) Độ chính xác cự li : không lớn hơn 0.05 NM Độ chính xác phương vị : 0.060 hoặc tốt hơn Độ phân giải cự li : 0.05 Nm hoặc tốt hơn Độ phân giải phương vị : 0.10 hoặc tốt hơn * Anten : Sử dụng anten LVA Trong mặt phẳng đứng : từ 0o đến 450 Phương vị : 3600 Tần số thu : 1090 ± 3 Mhz Tần số phát : 1030 ± 3.5 Mhz Phân cực đứng Tốc độ quay : 10/12/15 (vòng/phút ) Chịu được tốc độ gió : 160 km/giờ Điều chỉnh độ nghiêng từ - 1 đến 11o Xác suất phát hiện mục tiêu Xác suất phát hiện đúng : lớn hơn 99% Xác suất báo động nhầm : nhỏ hơn 0.1% * Hệ thống phát : Tần số phát : 1030 ± 0,01 Mhz Công suất phát: Kênh( ồ) > 5,000 W (đỉnh) Kênh vô hướng (W) > 5,000W (đỉnh) Hệ số khuếch đại Anten : có khả năng 25 Db đến 27 Db Mode hỏi : sử dụng 6 mode: 1,2,3/A,B,C,D Hệ thống làm lạnh : có hệ thống làm lạnh bằng dầu hoặc khí Có phần mềm tự động kiểm tra hỏng hóc, tự khắc phục hoặc cô lập hỏng hóc Có hệ thống điều khiển tại chỗ và điều khiển từ xa * Hệ thống thu: Tần số thu : 1090 ± 2 Mhz Hệ số tạp âm thu : Ê 3 Db Độ nhạy máy thu: Ê -108 Db Dải rộng máy thu: > - 16 Dbm tới < - 90Dbm * Bộ xử lý tín hiệu thứ cấp : Dải cự li xử lý được là : 0.5 tới 250 NM (tương ứng với 450 km) Dung lượng xử lý là : > 500 mục tiêu Giải mã được mode : mode 1, 2, 3/A, B, C, D Có hệ thống tự tìm hỏng hóc và tự động kiểm tra Có hệ thống điêù khiển tại chỗ từ xa Thông tin dữ liệu đầu ra của bộ xử lý bao gồm : Những dữ liệu về bản đồ (tin tức về mục tiêu, tin tức các sector ), tín hiệu video giải mã. * Hệ thống thu phát và xử lý của Radar thứ cấp : Phải đảm bảo thuận tiện cho việc cài đặt Mode S : Bổ sung thêm hệ thống Mode S Chương trình phần mềm được quy chuẩn 3/ Hệ thống xử lý tín hiệu Radar . a/ Đặc điểm cơ bản của hệ thống : Toàn bộ hệ thống được thiết kế trên cơ sở tập hợp các khối chức năng. Sử dụng công nghệ bán dẫn, cấu trúc tổ hợp nhiều modul và phải đảm bảo độ tin cậy cao, có khả năng làm việc khi số modul phát hỏng < 25%, bảo trì dễ và an toàn. Độ tin cậy cao: thiết kế kỹ thuật hợp lý, vật liệu chất lượng cao, có khả năng tự động điều chỉnh cấu hình xử lý tình huống đối với những sự cố. Tự động tìm hỏng hóc, cấu hình lại và cô lập hỏng hóc . Có hệ thống điều khiển tại chỗ, từ xa và hệ thống hiển thị trạng thái. Chi phí sử dụng thấp. b/ Chức năng của hệ thống xử lý: Cự ly xử lý: 0.5 NM tới 250 NM. Dung lượng xử lý: >500 tàu bay. Tạo ra quỹ đạo mục tiêu. Cung cấp được vị trí của mục tiêu đã được đo đạc với tốc độ và hướng bay. Cung cấp được vị trí mục tiêu dự đoán và vận tốc, hướng đi của nó. Kết hợp được tín hiệu sơ cấp và thứ cấp. Xử lý ra được những phản xạ cố định với những biểu tượng tương thích. Có bộ nhớ điều chỉnh sai lệch. Hệ thống xử lý có khả năng tự động tìm hỏng, tự động kiểm tra và cô lập hỏng hóc. Hệ thống có khả năng điều khiển tại chỗ và từ xa có giao tiếp vào ra chuẩn. Có chức năng tạo dạng mục tiêu và thời tiết phù hợp với yêu cầu của trung tâm xử lý tin. c/ Khả năng hiển thị và điều khiển: Dùng để theo dõi toàn bộ thông tin Radar trong vùng nhìn thấy của đài Radar. Tạo ra đầy đủ các hình ảnh, thông tin, số liệu của tất cả các loại mục tiêu Radar phát hiện được. Tạo ra các biểu tượng màn hình. Quỹ đạo tổng hợp mô tả trạng thái không gian giúp cho thao tác viên bám được quỹ đạo của mục tiêu phát hiện. Giao tiếp giữa người và máy bao gồm: bàn phím, chuột và màn hình màu hiển thị. Cài đặt phần mềm truy nhập hệ thống tự động kiểm tra và tìm hỏng của hệ thống, tự cô lập hỏng hóc. Hệ thống có điều khiển xa và tại chỗ. Có khả năng nghe và nhìn thấy những thông báo hỏng hóc của hệ thống. Tất cả những thông tin về hệ thống và những hoạt động điều khiển sẽ được ghi lại trong bộ nhớ và có thể được in ra cho máy in. Trong bất kỳ một Radar nào đó thì hệ thống thu cũng rất quan trọng và khi một hệ thống thu tốt thì tín hiệu thu được cũng rất tốt. Rada thời tiết cũng cần một hệ thống thu tốt; nếu tín hiệu thu tốt thì tín hiệu nhận được sẽ rất chính xác, nó phân biệt được đâu là mây, mưa và các mốc như nhà cửa, đồi núi và điều đó sẽ giúp cho bộ phận thông báo sẽ thông báo tín hiệu một cách chính xác nhất. Chương II: Radar thời tiết I.Khái niệm chung về Radar thời tiết: Như chúng ta đã biết mây và mưa được tạo nên từ các hạt rắn hay hạt lỏng bay lên hay rơi xuống. Những đặc trưng hình thành thời tiết trong khí quyển (mây, mưa, sấm sét vv...) khi chiếu chúng bằng năng lượng điện từ sẽ tạo nên sự phản xạ rất mạnh. Bản chất đồng nhất của sóng điện từ cho phép sử dụng các kết quả của lý thuyết tán xạ trong các hạt hình cầu để đánh giá trị số năng lượng phản xạ từ các đặc trưng khí quyển và liên kết nó với kích thước các hạt tản mác , với số lượng của chúng trong một đơn vị thể tích, với nước và cường độ mưa... Khi trạm Radar thời tiết làm việc ,các hạt vừa nêu được chiếu bởi các xung mạnh năng lượng điện từ tần số cao.Một bộ phận của năng lượng điện từ được hấp thụ còn một bộ phận nào đó bị tán xạ theo các hướng khác nhau kể cả theo hướng Radar thời tiết.Như vậy ở đầu vào của thiết bị thu có tín hiệu tổng hợp của tín hiệu phản xạ từ sốlượng lớn của các hạt vimô, trên cơ sở đó diện tích tán xạ của một đơn vị thể tích của mục tiêu thời tiết được tạo thành từ các hạt giống nhau bằng tích số các hạt đó nhân với diện tích tán xạ của hạt, nghĩa là: Trong đó: Ni là số các hạt trong một đơn vị thể tích (1 m3). δi: là bề mặt tán xạ hiệu dụng của từng hạt riêng biệt. Từ một mục tiêu “điểm” sóng điện từ phản xạ tại các thời điểm khác nhau trong độ rộng xung. Nếu mục tiêu là tích tụ trong không gian các hạt mây và mưa thì các tín hiệu của tất cả các hạt nằm trong thể tích được giới hạn theo chiều rộng và chiều cao bằng biểu đồ định hướng của Anten ( các kích thước của tia vô tuyến ) và theo cự ly: Trong đó: C : là tốc độ lan truyền của sóng điện từ bằng tốc độ ánh sáng C= 3.108 m/sec : là độ rộng xung (tính bằng sec) Trong các trường hợp khi mây và mưa được tạo nên từ các hạt hình cầu đường kính (d) nhỏ hơn rất nhiều so với bước sóng (λ) bề mặt tán xạ Radar được biểu diễn khá chính xác bằng công thức: Khi d << λ Trong đó: di : là đường kính của hạt (tính theo Cm) λ: là bước sóng ( tính theo Cm) m: hệ số khúc xạ của nước, băng hay khí Nhân tử: phụ thuộc vào độ thẩm thấu điện môi của môi trường. Đối với nước nhân tử nói trên khi thay đổi bước sóng từ 0,8 ữ10 cm sẽ thay đổi từ 0,9ữ0,92 và rất ít phụ thuộc vào nhiệt độ. Đối với băng hệ số đó hầu như là hằng và bằng 0,19 khi thay đổi bước sóng từ 0,8 ữ10 cm. Đối với giải sóng 3 cm và 8 cm biểu thức (2) là hoàn toàn đúng để tính δ của các hạt nhỏ tạo nên mây và mù. Còn đối với các hạt lớn được quan sát trong các trận mưa lớn việc sử dụng công thức này có thể dẫn đến những sai số ngoài mong muốn đặc biệt khi làm việc ở giải sóng 8 mm. Giá trị của các đặc trưng khí quyển cần phải phát hiện là một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất của Radar thời tiết. Giả sử có một đài Radar cách mục tiêu (M) cự ly D có công suất phát là Pphát : (1) Trong đó: S1: mật độ năng lượng Mặt cầu 4ΠD2. Do anten phát có tính định hướng (được đặc trưng bởi hệ số khuếch đại Anten G). Anten phát chiếu thẳng vào mục tiêu M. Vậy SM (mật độ năng lượng có tại M do được chiếu xạ). (2) Gọi δlà diện tích hiệu dung của M. Vậy Pchiếu xạ= Pbức xạ thứ cấp=δ.SM Pchiếu xạ (3) Sau khi mục tiêu được chiếu xạ với Pchiếu xạ, nó sẽ bức xạ thứ cấp. Gọi S2 là mật độ năng lượng trên mặt cầu có diện tích 4ΠD2. Gọi A là diện tích hiệu dụng của Anten. PA là công suất mà Anten thu nhận được. (4) Theo lý thuyết Anten thu. (5a) Trong đó: G’: hệ số khuếch đại Anten thu. X: bước sóng A: diện tích hiệu dụng của Anten . ị(5b) Kết hợp 4,5. (6) Gọi h là hiệu suất của được truyền phiđơ dẫn từ phát h là hiệu suất của đường truyền ra Anten phát (0,7 á 0,8) h là hiệu suất dẫn tư Anten thu về máy thu (0,8 á 0,9) (7) Pm thu: công suất đưa tới đầu vào máy thu. Kết hợp (6), (7) ta có: Pm thu(8) ịD(9) Nếu Anten thu-phát là chung thì G=G’=G. Theo định nghĩa thì Dmax là cự li lớn nhất mà đài Radar phát hiện đúng mục tiêu. Nếu D > Dmax thì đài Radar không có khả năng phát hiện đúng với xác suất đúng cho phép. Pmthu tương ứng với cự li Dmax chính là công suất nhỏ nhất ở đầu vào máy thu mà máy thu làm việc bình thường. Đó chính là độ nhạy máy thu hay còn gọi là Pmthu min. Do đó công thức (9) có thể viết lại (10) Đây là phương trình cự ly của Radar . Người ta đã thiết lập được bước sóng tối ưu khi xác định độ cao giới hạn dưới của các đám mây ở những độ cao xác định ở cự ly đến 10 km khi không có các lớp mây màn là 1,8 cm. Với các thế năng bằng nhau của đài Radar thời tiết cự ly phát hiện cực đại ở bước sóng λ = 0,8 cm là khoảng 10 lần lớn hơn so với bước sóng λ = 10 cm. Bước sóng λ= 0,8 cm cũng là bước sóng tôí ưu để phát hiện các giới hạn trên của các đám mây kể cả các đám mây rất dày đặc(w=1g/m3 ) trong giới hạn cự ly đã nêu kể cả phát hiện giới hạn trên của mây sinh ra mưa bụi và mưa phùn với độ nước bất kỳ của mây cho đến 1g/m3, khi độ kéo dài theo chiều thẳng đứng của vùng mưa không vượt quá 5 km và chỉ khi mưa có cường độ không nhỏ hơn 5mm/giờ được phát hiện, bước sóng tối ưu là 2-3cm. Tần suất mưa có cường độ lớn hơn 5mm/ giờ với các độ rộng đã nêu là xấp xỉ 25%. Như vậy dải sóng 8 milimet là tối ưu với 100% khi xác định độ cao của đám mây không có mưa và 75% đám mây có mưa. Nếu xác định độ cao của mây về mùa đông, khi đó mưa là mưa tuyết, mưa hạt ... ở đó độ tắt của các sóng vô tuyến là khá nhỏ thì giải sóng 8 milimet càng tối ưu. Để phát hiện mưa rào, sấm chớp trong bão tố ở bán kính 250km –300km dải sóng 3cm là thuận lợi, còn để đo độ cao các đám mây từ 10-20 km là dải sóng 8 milimet. Khác với sự phát hiện các mục tiêu đơn lẻ (Máy bay, con tàu ... ) bằng định vị vô tuyến, công suất các tín hiệu nhận được từ đám mây và mưa là tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chứ không phải là luỹ thừa 4 của khoảng cách. Điều này được giải thích là thể tích phản xạ và cả các số lượng các hạt phản xạ của mây và mưa tăng tỷ lệ với bình phương của khoảng cách. Công suất của tín hiệu nhận được được xác định bởi các tham số kỹ thuật của đài Radar thời tiết MRL. Nó tỷ lệ với công suất xung, diện tích hở của Anten(A2p), độ rộng búp sóng Anten(θB θr), độ rộng xung (h=c. t) Ngoài ra công suất nêu trên bị hạn chế bởi độ nhạy của hệ thống máy thu và dải động của nó. Để tăng cự ly phát hiện, nhất thiết phải tăng độ nhạy máy thu của Radar thời tiết MRL. Thế năng của MRL không nhất thiết phải tính, nó có thể được xác định bằng thực nghiệm. Để thực hiện được điều đó buộc phải tiến hành những phép đo thực nghiệm công suất tín hiệu phản xạ từ một hình cầu bằng kim loại (có di đã biết) được nâng lên bằng bóng thăm dò vô tuyến N0 : 150 hay 100. Theo lý thuyết thế năng của MRL đối với mục tiêu đơn lẻ có tính đến 95% xác suất phát hiện có thể tính theo công thức: Trong đó: X= 9.10-2 đối với MRL bước sóng l = 3 cm Và X=1,12.10-2 đối với MRL bước sóng l=8 cm Thế năng thực của MRL được hiểu là tập hợp các tham số cơ bản của nó quyết định mức tín hiệu thu được trên tạp âm khi cự ly và đặc điểm mục tiêu phản xạ cho trước. Đối với các Radar thời tiết hiện đại có dải sóng 0,8 cm và 3 cm. Thế năng khí tượng nằm trong khoảng 108á1010 (1/m) và thế năng của MRL theo các mục tiêu đơn lẻ nằm trong khoảng 1019á1021 (m2). Tín hiệu phản xạ từ mây và mưa tỷ lệ với tổng của các tích số hạt nhân với đường kính luỹ thừa 6: Trong đó: z: là độ phản xạ (tính theo mm6/m3) Bằng thực nghiệm , đã thiết lập được mối liên hệ giữa cường độ mưa và đại lượng z. Mối liên hệ đó là khác nhau chút ít đối với các miền khí hậu khác nhau. Đối với các vĩ độ khác nhau đã nêu thường có công thức sau để tính độ phản xạ: Trong đó: J là cường độ mưa rơi (tính theo mm/giờ). Mặt khác đối với các đám mây không cho mưa. (Khi 0 Ê W 1,3 g/m3 và 0 Ê dÊ 30 m). Trong đó Z tính theo mm6/m3 W độ nước - tính theo g/m3 Cần nhớ rằng ngoài các hạt mưa và hạt băng của mây và mưa ra, các hạt khác có trong khí quyển cũng cho các phản xạ Radar, các hạt đó có thể là bão cát, bụi... Các sóng điện từ cũng được phản xạ từ các đặc trưng khí quyển trên các ranh giới của chúng có sự thay đổi rất nhiều độ cách điện của không khí e’. Sự thay đổi đó có thể do sự thay đổi rất đáng kể của độ ẩm không khí và nhiệt độ của nó theo hướng sóng vô tuyến có thể quan sát được trên ranh giới đảo nhiệt do đối lưu và hỗn loạn của khí quyển. Quan sát bằng Radar các đám mưa và đặc biệt là mây đều có những sai số. Nguồn sai số chủ yếu là giá trị của tín hiệu phản xạ từ các đám mây không có mưa, sai số đó đôi khi cũng do độ nhạy của máy thu thấp. Kết quả là các kích thước thật của các đám mây và mưa có thể không tương ứng với các kích thước của các đám mây và mưa được xác định bằng Radar . Các sai số đo thường mắc phải khi đo độ cao của các đám mây thưa, có hạt nhỏ và các cơn mưa nhẹ cách xa đài Radar thời tiết. Thí dụ, với đài Radar thời tiết MRL dùng sóng 3 cm, cùng với việc tăng lên đến ± 956 m ở cự ly 30 á 40 km. km 8 8á12 12á20 20á10 Xác suất sai số (tính theo m) Số phép đo 485 102 655 41 785 38 956 34 Khi quan sát các đám mây và mưa có kích thước ngang và đứng rất lớn, các tín hiệu phản hồi của các đặc trưng khí quyển ở xa sẽ yếu đi do sự tắt dần của sóng vô tuyến, điều nói trên dẫn tới việc trên màn hình nhìn vòng quanh các phần mây, mưa càng cách xa đài Radar thời tiết MRL càng suy giảm mạnh hơn so với các vùng gần đài. Do nguyên nhân này và cùng với việc giảm giá trị bề mặt tán xạ cự ly phát hiện tối đa các đám mưa vừa phải, mưa phùn nhẹ nhỏ hơn rất nhiều so với các trung tâm mưa rào và dông. Sai số quan sát Radar cũng gặp trong việc xác định tốc độ và hướng dịch chuyển của mưa rào và dông. Chủ yếu nó liên quan đến sự hay thay đổi nhiều của các đặc trưng khí quyển theo thời gian chỉ trong vòng một vài phút chúng thay đổi nh._.