Hoạt động của máy thu radar sơ cấp ATCR 33S - DPC

thế giới. Hiện nay ngành Hàng Không Dân Dụng Việt Nam đang được nhà nước đầu tư phát triển để trở thành một ngành kinh tế mũi nhọn của cả nước. Đóng góp vào sự phát triển chung của ngành Hàng Không Dân Dụng Việt Nam không thể không kể đến ngành quản lí bay dân dụng Việt Nam. Ngành quản lí bay dân dụng Việt Nam cung cấp các dịch vụ về thông tin, dẫn đường, giám sát để đảm bảo cho sự an toàn, hiệu quả của mỗi chuyến bay. Hiện nay việc giám sát các máy bay trong vùng thông báo bay Hà Nội (FIR HAN)và vùng thông báo bay Hồ Chí Minh (FIR HCM) được thực hiện bằng các hệ thống radar hiện đại đặt tại các trạm trong cả nước. Tại FIR HAN có hai hệ thống radar. Hệ thống radar sơ-thứ cấp được đặt tại Nội Bài, hệ thống radar thứ cấp được đặt tại Vinh. Các đài radar này đều do hãng Alenia Marconi sản xuất. Chúng được ứng dụng nhiều công nghệ hiện đại như kĩ thuật nén xung số, kĩ thuật tách mục tiêu di động thích nghi... Để tím hiểu về hoạt động của hệ thống radar, trong khuôn khổ đồ án này em xin được trình bày hai vấn đề chính: Thứ nhất : kĩ thuật nén xung trong radar Thứ hai : hoạt động của máy thu radar sơ cấp ATCR 33S- DPC Toàn bộ đồ án được chia làm 5 chương: Chương I: Giới thiệu về hệ thống CNS/ATM của ngành Hàng Không Dân Dụng Việt Nam Chương II: Khái quát chung về hệ thống radar và máy thu trong radar Chương III: Giới thiệu về mạng giám sát và tổ hợp radar ALENIA MARCONI tại sân bay quốc tế Nội Bài Chương IV: Kĩ thuật nén xung trong radar Chương V: Tìm hiểu chức năng và hoạt động của máy thu Radar sơ cấp ATCR 33S – DPC Trong quá trình làm đồ án em xin chân thành cảm ơn thầy trần thọ tuân (thầy giáo hướng dẫn - giảng viên bộ môn Kĩ Thuật Thông Tin - Khoa Điện Tử Viễn Thông, trường đại học Bách Khoa Hà Nội), thầy phạm văn tuân (giảng viên bộ môn Kĩ Thuật Thông Tin - Khoa Điện Tử Viễn Thông, trường đại học Bách Khoa Hà Nội) và kĩ sư Nguyễn Duy Quyện (cán bộ trung tâm quản lí bay Miền Bắc) đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này ! Chương I Giới thiệu về hệ thống thông tin - dẫn đườnG - giám sát và quản lí không lưu (CNS/ATM) của ngành hàng không dân dụng Việt Nam I. Giới thiệu về ngành hàng không dân dụng Việt Nam Ra đời năm 1976 ( 1 năm sau ngày đất nước hoàn toàn giải phóng ) ngành hàng không dân dụng Việt Nam gặp rất nhiều khó khăn do thiếu kinh nghiệm về công tác quản lí hàng không, do nền kinh tế bó buộc theo kiểu bao cấp. Trải qua thời gian nhà nước ta có chính sách mở cửa, quan hệ, giao lưu với các nước trên thế giới, ngành hàng không cũng có những bước phát triển vượt bậc và trở thành ngành không thể thiếu của quốc gia. Nhận thức được điều này nhà nước ta và ngành hàng không đã đầu tư và tạo mọi điều kiện đổi mới về phương tiện, cơ cấu tổ chức, đào tạo đội ngũ kĩ thuật viên nắm bắt kĩ thuật mới, nâng cấp hạ tầng cơ sở. Hiện nay Việt Nam đã được công nhận là thành viên chính thức của hiệp hội hàng không thế giới ( ICAO ). Đã có 22 hãng hàng không của 21 nước trên thế giới có đường bay thường lệ tới Việt Nam, hơn 60 hãng hàng không trên thế giới có máy bay bay qua vùng thông báo bay Hà Nội và Hồ Chí Minh ( FIR HAN và FIR HCM ). II. Giới thiệu về ngành quản lí bay dân dụng Việt Nam Trung tâm quản lí bay dân dụng Việt Nam được nhà nước và tổ chức hàng không dân dụng thế giới (ICAO) giao cho trách nhiệm và cung cấp các dịch vụ không lưu hàng không dân dụng trong một vùng lớn. Khu vực gồm hai vùng FIR HAN và FIR HCM bao trùm toàn bộ lãnh thổ và vươn rộng ra hơn 500km trên biển Đông. ở Việt Nam hiện nay việc chỉ huy điều hành bay tiến hành rộng khắp trong cả nước, hoạt động ở 19 sân bay dân dụng, 22 hãng hàng không của 21 nước có đường bay thường lệ tới Việt Nam, hơn 60 hãng quốc tế bay qua vùng thông báo bay Hồ Chí Minh và Hà Nội Ngành quản lí bay dân dụng Việt Nam bên cạnh việc trực tiếp điều hành các chuyến bay trong các đường hàng không và vùng trời được kiểm soát được phân công, ngoài ra còn tham gia vào việc quản lí vùng trời bảo vệ an ninh chủ quyền quốc gia. Trung tâm quản lí bay dân dụng Việt Nam là cơ quan có ý nghĩa quyết định và tầm quan trọng tới sự an toàn của các chuyến bay. Nó cung cấp dịch vụ thông tin, dẫn đường, giám sát và quản lí không lưu đảm bảo an toàn cũng như giúp cho việc định hướng cho các hoạt động bay. III. Giới thiệu về hệ thống CNS/ATM của ngành hàng không dân dụng Việt Nam Hệ thống kĩ thuật ngành quản lí bay tập trung ở 3 chuyên ngành chính: Thông tin (Communication) Dẫn đường (Navigation) - Giám sát (Surveillance) 1. Thông tin (gồm thông tin cố định và thông tin lưu động hàng không) - Hệ thống thông tin cố định đảm bảo liên lạc thoại, thông tin số liệu giữa các cơ quan kiểm soát không lưu trong nước và quốc tế ,thông tin liên lạc giữa các đơn vị liên quan tới quá trình quản lí và điều hành bay, liên lạc nội bộ với nhau trong một cơ quan quản lí không lưu. - Hệ thống thông tin di động cho phép liên lạc thoại, số liệu giữa các cơ quan cung cấp dịch vụ không lưu và các máy bay. 1.1. Hệ thống AFTN (Aeronautical Fixed Telecommunication Network) thông tin cố định Tại các trung tâm kiểm soát Hồ Chí Minh, Hà Nội, Đà Nẵng và trung tâm điều hành bay quốc gia (Gia Lâm) được lắp đặt thiết bị chuyển điện văn tự động (AMSC), các thiết bị đầu cuối đảm bảo tự động chuyển các điện văn phục vụ cho điều hành bay và các hoạt động hàng không khác. Để đảm bảo độ tin cậy và an toàn tuyệt đối ,nối giữa chúng với nhau còn có mạng đường truyền bưu điện quốc gia (vệ tinh, viba số và cáp quang) để dự phòng khi đường truyền chính bị trục trặc kĩ thuật. Trong suốt quá trình sử dụng toàn hệ thống luôn đảm bảo thông tin với độ tin cậy cao trên 99,9%. 1.2. Hệ thống liên lạc thoại trực tiếp Hệ thống này thiết lập các mạng thông tin để đảm bảo liên lạc giữa các cơ quan kiểm soát không lưu trong trong khu vực ( giữa Tower, vùng tiếp cận và ACC tại Nội Bài, Đà Nẵng, Tân Sơn Nhất ) cũng như giữa ACC HCM với ACC HAN. Giữa ACC HCM, ACC HAN với các ACC kế cận: NamNinh (NNH), Quảng Châu (QZH), Kualalumpur (KUL), Bangkok (BKK), Hồng Kông (HKG) và trung tâm thông báo bay Vientian ( PHIC-VTE), Singapore, Philippines (MNL). Đường truyền từ ACC HCM tới các ACC kế cận là các đường vệ tinh do bưu điện quản lí (Intelsat). Đường truyền từ ACC HAN tới VTE, NNH bằng HF. Đường truyền giữa ACC HAN và ACC HCM là đường vệ tinh ( Intelsat) do bưu điện quản lí. Các đường truyền thông thoại khác liên lạc giữa 3 sân bay quốc tế là của quản lí bay và của bưu điện dùng làm dự phòng. 1.3. Hệ thống thông tin di động Trong ngành quản lí bay Việt Nam tất cả các cơ quan kiểm soát không lưu (đường dài, tiếp cận tại sân) đều trang bị hệ thống liên lạc không địa sóng cực ngắn VHF. Tại sân bay Tân Sơn Nhất, trên núi Vũng Chua (Quy Nhơn), núi Sơn Trà (Đà Nẵng), núi Tam Đảo (Vĩnh Phú) được lắp dặt thiết bị VHF đường dài với tầm phủ sóng trên 400 km ở độ cao 10km. Để đảm bảo liên lạc không địa ở các vị trí xa ngoài tầm phủ sóng của các VHF đường dài, tại ACC HAN và ACC HCM còn có phương tiện liên lạc sóng ngắn HF làm việc trên tần số quy định của vùng Đông Nam á. Các hệ thống chuyển mạch thoại Voice Switching (AVSC ) ở các trung tâm kiểm soát đường dài, tiếp cận, tại sân cho phép thông tin liên lạc giữa kiểm soát viên không lưu với người lái máy bay và giữa người kiểm soát viên không lưu với các cơ quan hiệp đồng điều hành bay thuận lợi và nhanh chóng. 2. Hệ thống dẫn đường phụ trợ Trên lãnh thổ Việt Nam ,các đường bay nội địa và quốc tế đều được lắp đặt các thiết bị phù trợ dẫn đường. Hiện nay ở Việt Nam đang sử dụng 2 loại phương tiện phụ trợ đó là đài dẫn đường vô hướng NDB và hệ thống dẫn đường VOR/DME. Những loại thiết bị này cũng được lắp đặt để sử dụng cả đường dài, tiếp cận và hạ cất cánh. ở các sân bay Nội Bài, Đà Nẵng, Tân Sơn Nhất được lắp đặt hệ thống dẫn đường kết hợp gồm : đài gần, đài xa Location NDB, đài VOR/DME, ILS và hệ thống đèn tín hiệu. ở các sân bay địa phương toàn bộ trang thiết bị dẫn đường đều là NDB. Tuy rằng với trang bị của hệ thống dẫn đường trên đã đáp ứng được nhu cầu khai thác, song với mức độ tăng trưởng hoạt động bay sắp tới, để khai thác tối đa công suất các sân bay, hàng không dân dụng Việt Nam sẽ bổ sung thêm một số thiết bị dẫn đường cho các sân bay địa phương, thiết bị hạ cánh chính xác ILS….Đối với đường dài, để nâng cao độ chính xác đẫn đường khai thác tối đa các đường bay, các đài NDB sẽ được dần thay thế bằng đài VOR/DME. Đài NDB ( Non-directional radio beacon) Là loại đài phát trên tần số thấp (LF) hoặc trung bình (MF) và phát ra mọi hướng có kèm theo đài hiệu nhằm giúp máy bay biết được hướng bay về đài. NDB được đặt dọc theo các không lộ, được quy định bởi tổ chức hàng không dân dụng hoặc quốc tế. Tại Việt Nam hiện nay các đài NDB sử dụng tần số từ 200KHz tới 550KHz. Đài VOR (VHF Omnidirectional Range) VOR là một đài phát, phát trên tần số VHF và phát ra mọi hướng có kèm theo đài hiệu nhằm cung cấp cho máy bay góc phương vị muốn bay tương đương với góc phương vị tính từ đài, lấy hướng Bắc từ làm chuẩn và xoay theo chiều kim đồng hồ. Các đài VOR có băng tần từ 100 MHz tới 400 MHz 112 MHz tới 118 MHz. Mỗi đài chỉ phát trên một tần số. Tần số đài này cách đài kia là 50 KHz . Đài DME (Distance Measuring Equipment) DME là đài thu phát trên tần số UHF và phát ra mọi hướng có kèm theo đài hiệu nhằm cung cấp cho máy bay cự li đã bay được. Cự li này là cự li nghiêng (cự li từ máy bay đến đài). Đài DME được phép sử dụng băng tần từ 962 MHz tới 1213 MHz. Hiện nay tại Việt Nam có bốn đài DME ở Nội Bài, Đà Nẵng, Phù Cát, Phan Thiết (trực thuộc thành phố Hồ Chí Minh) Hệ thống phụ trợ dẫn đường hạ cánh chính xác ILS (Instrument Landing System) Mục đích của hệ thống phù trợ dẫn đường tiếp cận chót và hạ cánh chính xác ILS là cung cấp cho phi công các thông tin chỉ dẫn cần thiết để có thể tiếp cận hạ cánh một cách chính xác tại sân bay có sử dụng hệ thống này. Hệ thống giúp máy bay xác định đường hạ cánh chính xác theo hướng xác định và góc tà thường là 3o. Hệ thống gồm có các đài cơ bản sau đây: Đài chỉ hướng (LOC-Localizer): giúp máy bay tiếp cận hạ cánh đúng hướng nằm trong mặt phẳng chứa tâm đường cất hạ cánh. Đài chỉ số góc (GP-Glide Path): giúp máy bay vào vị trí tiếp cận chót, hạ cánh theo một góc 3o so với phương ngang. Đài góc phải có khả năng điều chỉnh để tạo ra một đường lao lướt có góc 2 - 4o . Theo qui định góc lao lướt phải là 3o, không được sử dụng góc ILS vượt quá 3o, ngoại trừ các nơi không thể thực hiện được do yêu cầu tĩnh không. 3. Hệ thống radar giám sát Vùng thông báo bay Hồ Chí Minh (FIR HCM) có 3 tổ hợp radar. Một tổ hợp được lắp tại sân bay Tân Sơn Nhất gồm sơ cấp và thứ cấp, một được lắp đặt tại núi bán đảo Sơn Trà ở Đà Nẵng cũng gồm thứ cấp và sơ cấp và một radar thứ cấp tại Vũng Chua ở Quy Nhơn với cự li hoạt động của mỗi tổ hợp tương ứng 80/250NM. Trung tâm xử lí số liệu EUROCAT-200 toàn mạng radar thuộc FIR HCM đã giải quyết được những yêu cầu kiểm soát không lưu hiện nay của hàng không. Vùng thông báo bay Hà Nội (FIR HAN) có tổ hợp radar đường dài gồm sơ cấp và thứ cấp (tại Nội Bài), thứ cấp (tại Vinh). Các tổ hợp radar có hệ thống xử lí số liệu đồng bộ bảo đảm yêu cầu khai thác không lưu cho ACC HAN và tiếp cận sân bay Nội Bài, tầm hoạt động trên 300 km. Cả 3 khu vực tiếp cận của sân bay quốc tế Nội Bài, Đà Nẵng, Tân Sơn Nhất đều được kiểm soát bằng radar. Hệ thống radar giám sát của Hàng Không Dân Dụng Việt Nam hiện nay có 6 tổ hợp radar tại Nội Bài, Vinh, Sơn Trà, Vũng Chua, Tân Sơn Nhất, Cà Mau và hai trung tâm xử lý số liệu radar/số liệu bay (RDP/FDP- Radar Data Processor/Flight Data Processor) tại Nội Bài và Tân Sơn Nhất. Radar sơ cấp (PSR) Radar thứ cấp (SSR) Nội Bài ATCR-33 SIR-M Vinh SIR-M Sơn Trà TRAC-2000 RSM-970 Vũng Chua RSM-970 Tân Sơn Nhất TRAC-2000 RSM-970 Cà Mau SIR-M PSR: Primary Surveillance Radar ( Radar giám sát sơ cấp ) SSR: Secondary Surveillance Radar ( Radar giám sát thứ cấp ) Sơ đồ tổ chức mạng radar giám sát của ngành hàng không dân dụng Việt Nam như sau: PSR/SSR Tân Sơn Nhất RDP/FDP Nội Bài RDP/FDP Tân Sơn Nhất SSR Vũng Chua SSR Cà Mau PSR/SSR Nội Bài SSR Vinh PSR/SSR Sơn Trà Quân sự Quân sự KSVKL KSVKL Hình 1.1 Sơ đồ tổ chức mạng radar giám sát của hàng không Việt Nam IV. Chuyên ngành giám sát 1. Khái niệm về giám sát Giám sát chỉ đơn thuần theo dõi giúp kiểm soát viên không lưu nhìn thấy được đối tượng bay trong suốt quá trình bay . Hệ thống giám sát giúp các cơ quan kiểm soát không lưu kiểm soát được lộ trình của đối tượng bay trong suốt quá trình hoạt động. Phương thức kiểm soát hiện đại mà nhờ nó có thể thực hiện một cách đầy đủ 3 chức năng “nói, nhìn, nghe”. 2. Các phương pháp giám sát hàng không Việc giám sát trong ngành hàng không phụ thuộc vào rất nhiều thiết bị . Trong suốt lộ trình bay của máy bay để điều hành và chỉ huy một cách hiệu quả thì nguời kiểm soát viên không lưu luôn phải nắm được các thông tin về máy bay những thông tin này có thể là thoại hoặc hình ảnh. ở khu vực sân bay để quan sát toàn cảnh đường băng và máy bay trên đường băng người kiểm soát viên không lưu dùng hệ thống Camera. Khi máy bay ổn định trên lộ trình bay đường dài hoặc vào vùng tiếp cận (cách sân bay 45 Km) thì nhất thiết phải sử dụng radar sơ cấp và thứ cấp để hiển thị đối tượng bay là các chấm sáng trên màn hình giúp kiểm soát viên không lưu có thể theo dõi lộ trình máy bay. Khi đối tượng bay vào vùng kiểm soát thì kiểm soát viên không lưu sẽ gán cho máy bay một mã gọi là mã mục tiêu và sẽ kiểm soát, thu nhận, cung cấp tin tức cho máy bay để đảm bảo an toàn cho chuyến bay. Chương II Khái quát chung về hệ thống radar và máy thu trong radar I. những vấn đề chung về radar 1. Khái niệm Radar là những thiết bị đảm bảo nhận tin tức về những mục tiêu nhờ thu phát sóng vô tuyến . Các sóng radar có thể là sóng siêu âm (dùng trong các radar phát hiện mục tiêu dưới nước) hoặc là sóng điện từ có bước sóng từ 1mm đến 100km. Đối tượng quan sát của radar có thể là : loại khí động lực (máy bay, tên lửa có cánh...), loại vượt đại châu và vũ trụ (đầu đạn hạt nhân, vệ tinh...), mục tiêu trên mặt đất (xe tăng, ô tô...), trên mặt nước (tàu, thuyền...), mục tiêu có nguồn gốc thiên nhiên (các đám mây, các hành tinh, vật chuẩn tự nhiên...). Quá trình nhận tin tức radar có thể chia làm các bước sau: Phát hiện mục tiêu Đo toạ độ (cự li D, góc phươngvị, góc tà) và các tham số chuyển động (có thể là đạo hàm các toạ độ hay là các tham số khác của quỹ đạo mục tiêu ) Phân biệt Nhận biết Các thiết bị radar cần phải có khả năng chống nhiễu cao đối với nhiễu thiên nhiên hay nhiễu nhân tạo. Khả năng chống nhiễu là khả năng của đài radar bảo đảm được các chỉ tiêu chất lượng phát hiện, đo lường ở một mức độ đã cho khi có nhiễu. 2. Nguyên tắc nhận tin tức radar Những tin tức về mục tiêu mang trong tín hiệu radar là những dao động điện từ có các tham số liên hệ chặt chẽ với các tham số mục tiêu. Phương pháp nhận tin tức radar thông thường nhất là phương pháp chủ động. Radar chiếu xạ mục tiêu nhờ năng lượng sóng điện từ và thu sóng phản xạ bởi mục tiêu bằng thiết bị thu. Khi cần nhận biết mục tiêu, tín hiệu radar được tạo nên bằng phương pháp hỏi-đáp chủ động. Trong trường hợp này năng lượng điện từ chiếu xạ mục tiêu làm cho máy trả lời trên mục tiêu phát ra những tín hiệu vô tuyến xác định , những tín hiệu này được nhận bởi máy thu radar. Radar thụ động là phương pháp quan trọng, đó là thu và xử lí các tín hiệu bức xạ của bản thân mục tiêu (bức xạ nhiệt của vật thể, bức xạ của các thiết bị vô tuyến trên mục tiêu...). Khi phát hiện và đo lường các tham số của mục tiêu chúng ta sử dụng những tính chất vật lí của sóng vô tuyến sau : Tốc độ lan truyền sóng trong chân không là hữu hạn và là hằng số v=3.108(m/s), tốc độ lan truyền trong không khí gần bằng c (là 3.108m/s) Trong môi trường đồng nhất và đẳng hướng sóng truyền theo đường thẳng Tần số dao động điện từ nhận đuợc khác với tần số dao động bức xạ nếu mục tiêu chuyển động so với đài radar ( hiệu ứng Doppler) 3. Một số phương pháp xác định cự li, vận tốc, góc mục tiêu của radar 3.1. Phương pháp xác định cự li Trong môi trường đồng nhất đẳng hướng, sóng điện từ truyền theo đường thẳng với vận tốc ánh sáng. Do đó người ta dựa vào điều này để xác định cự li mục tiêu so với radar. tD = với D: cự li của mục tiêu so với radar tD: thời gian từ khi truyền sóng cho tới khi thu được xung phản xạ về. Nếu trên mục tiêu có máy trả lời thì tD = +τ Như vậy thực chất việc xác định cự li là xác định thời gian giữ chậm tD. Dựa vào phương pháp đo tD người ta phân ra các phương pháp đo cự li bằng pha, bằng tần số và xung. Phương pháp pha Trong phương pháp này thì tD = jc : Pha ban đầu trong dao động chuẩn jpx : Dịch pha dao động chuẩn trong các mạch máy trả lời hay do phản xạ của mục tiêu jt : Dịch pha trong các mạch của radar jh : Hiệu pha của hai tín hiệu phát xạ và phản xạ về Phương pháp tần số Nếu tần số f thay đổi liên tục tuyến tính theo quy luật γ = thì biến thiên tần số dao động bức xạ sau thời gian truyền tín hiệu tD là Δf = γ. tD Vậy đo hiệu tần số bức xạ và tần số dao động ta được FD = Δf, từ đó tính được D =FD Phương pháp xung Dao động cao tần của máy phát nhờ có anten phát xạ ra không gian dưới dạng sóng điện từ theo từng xung ngắn có độ rộng xung tx với chu kì lặp lại T (T >> tx). Trong thời gian không phát xạ anten tiếp nhận sóng phản xạ từ các mục tiêu về vời năng lượng rất bé và với hình dáng xung gần giống so với khi bức xạ (nếu bỏ qua các ảnh hưởng khác). Mỗi mục tiêu phản xạ về một xung chậm so với xung phát là tD = phụ thuộc vào cự li mục tiêu. Đo được tD ta sẽ tính được cự li D. 3.2. Phương pháp xác định vận tốc mục tiêu Cơ sở phương pháp đo vận tốc xuyên tâm là dịch tần Doppler của tín hiệu phản xạ. Trong radar chủ động hiệu ứng Doppler xuất hiện hai lần. Lần đầu tần số dao động “nhận được “ bởi mục tiêu chuyển động fpx khác với dao động bức xạ fbx. Lần hai tần số dao động nhận được bởi máy thu của đài radar khác với tần số tín hiệu phản xạ. Sau hai lần ta có: ft = fbx(1 ± ) Dấu ”+”: ứng với trường hợp radar và mục tiêu dịch lại gần nhau Dấu ”-“ : ứng với trường hợp ngược lại Trị số FD = . fbx là dịch tần Doppler của tín hiệu Vậy ta tính được vxt = FD. 3.3. Phương pháp định hướng Phương pháp pha Khi xác định vị trí mục tiêu trong không gian người ta đặt 2 anten thu (gọi là một đáy) cách nhau một khoảng d và đo hiệu pha hai tín hiệu thu được để xác định góc phương vị hay cự li. Trong truờng hợp đo cả góc phương vị và góc tà người ta xắp xếp các anten thành hai đáy vuông góc với nhau. Hiệu pha hai tín hiệu thu được là: YAB = . dAB. sinj. cosb YAC = . dAC. cosj. sinb với YAB, YAC : Hiệu pha của hai tín hiệu tại AB và AC dAB, dAc : Khoảng cách AB và AC b, j: lần lượt là góc tà và góc phương vị trong hai phương trình trên ta đo đượcYAB, YAC, dAB, dAc từ đó tính được hai góc còn lại. M dAC j b M’ dAB Phương pháp biên độ Phương pháp này gồm phương pháp biên độ cực đại và cực tiểu. Nguyên tắc của nó là dựa vào tính định hướng của anten. - Phương pháp biên độ cực đại Hướng mục tiêu được xác định theo hướng cực đại của đặc tính hướng khi biên độ tín hiệu phản xạ về từ mục tiêu lớn nhất. Hướng cực đại b - Phương pháp biên độ cực tiểu Hướng mục tiêu được xác định theo hướng cự tiểu của đặc tính định hướng khi biên độ tín hiệu phản xạ từ mục tiêu về bằng không hay bé nhất. Hướng cực tiểu 4. Một số tham số kĩ thuật chính của đài Radar - Vùng quan sát - Chu kì quét Tq - Các toạ độ được đo - Độ chính xác đo các toạ độ và tốc độ mục tiêu - Độ tin cậy sử dụng - Khả năng chống nhiễu - Tần số mang của dao động bức xạ hay bước sóng λ - Quy luật điều chế dao động bức xạ - Công suất bức xạ trung bình Ptb và đỉnh Pđ - Dạng và độ rộng của giản đồ anten - Độ nhạy máy thu theo công suất (Pmin) hay năng lượng II. Sơ đồ khối của một đài radar 1. Sơ đồ khối Tín hiệu radar thông thường là chuỗi xung hẹp được tạo ra ở máy phát và được phát xạ vào không gian qua anten. Bộ chuyển mạch thu phát cho phép sử dụng một anten cho cả thu và phát. Nếu đối tượng quan sát nằm trong phạm vi chiếu xạ của radar, một phần nhỏ của tín hiệu sẽ được phản xạ quay trở lại. Tín hiệu đó sẽ được thu bởi anten và khuyếch đại ở máy thu radar. Tín hiệu ra của máy thu sẽ được đưa tới bộ xử lí tín hiệu. Tín hiệu sau khi xử lí sẽ được thể hiện trên màn hình hiển thị, cung cấp thông tin về vị trí mục tiêu trong không gian theo cự li và phương vị. anten chuyển mạch thu phát khuyếch đại công suất khối điều chế xung khuyếch đại tạp âm thấp hiển thị khuyếch đại video tách sóng tạo sóng mang khuyếch lọc thích đại IF hợp trộn tần tạo dao động nội Hình 2.1 Sơ đồ khối cơ bản của một radar có sử dụng khối phát khuyếch đại công suất và thu đổi tần 2. Chức năng một số khối trong radar 2.1. Máy phát (Transmitter) Máy phát trong hình 1 là kiểu bộ khuếch đại công suất dùng đèn Klystron, đèn sóng chạy hay thiết bị bán dẫn. Một bộ dao động công suất dùng đèn Magnetron cũng có thể được sử dụng làm máy phát, nhưng bộ magnetron thường bị hạn chế về công suất so với bộ khuyếch đại công suất. Đặc biệt là bộ khuyếch đại công suất sử dụng đèn Klystrons có thể tạo ra công suất trung bình lớn hơn rất nhiều so với đèn Magnetron và ổn định hơn. Vì dạng sóng cơ bản được tạo ra ở mức công suất thấp trước khi được đưa đến bộ khuếch đại công suất, do vậy việc tác động các dạng sóng đặc biệt cho nén xung và cho những hệ thống tương quan như lọc mục tiêu di động (MTI) và Radar xung Doppler dễ dàng hơn. Mặc dù bộ dao động Magnetron có thể sử dụng cho việc nén xung và cho MTI, nhưng bộ khuếch đại công suất vẫn hoạt động tốt hơn và thường được sử dụng hơn. Bộ dao động Magnetron thường được sử dụng ở những hệ thống mà ở đó có sự đơn giản và tính cơ động cao. Các loại radar có yêu cầu công suất trung bình lớn, đặc tính MTI tốt và có sử dụng nén xung thì không dùng loại đèn Magnetron. Máy phát của một radar giám sát đặt trên mặt đất thường có công suất trung bình từ một vài KW đến vài chục KW. Các radar cự li ngắn có thể có công suất đo được khoảng vài chục mW. Radar phát hiện giám sát mục tiêu trong không gian và radar HF tầm xa có công suất trung bình cỡ MW. Máy phát không những phải sinh ra một công suất lớn với dạng sóng ổn định, mà còn thường phải hoạt động trên một băng rộng, với hiệu quả cao, tuổi thọ lâu dài. 2.2. Chuyển mạch thu phát (Duplexer) Bộ chuyển mạch thu phát hoạt động giống như một chuyển mạch tức thời để bảo vệ máy thu khi công suất của máy phát quá lớn. Khi máy phát tắt, bộ chuyển mạch thu phát sẽ đưa trực tiếp tín hiệu đến máy thu. Bộ chuyển mạch thu phát thường là một dạng của thiết bị phóng khí (Gas-Discharge) và có thể được sử dụng với các bộ bảo vệ máy thu bán dẫn hoặc phóng khí. Một bộ mạch vòng bán dẫn đôi khi được sử dụng để tăng sự cách ly giữa máy thu và máy phát. 2.3. Anten Công suất phát được bức xạ vào không gian bởi anten định hướng. Anten này tập trung năng lượng vào một búp sóng hẹp. Anten phản xạ parabol và anten mặt phản xạ pha ( planar phased arrays ) được sử dụng rộng rãi trong radar. Một búp sóng hẹp, định hướng là đặc trưng tiêu biểu của hầu hết các anten radar, chúng không những tập trung năng lượng trên mục tiêu mà còn cho phép đo lường góc tới mục tiêu. Thông thường góc mở cho búp sóng để phát hiện dấu vết máy bay thường từ 1 đến 2 độ. Một radar giám sát chuyên dụng nói chung thường có một anten đối xứng phát xạ một búp sóng dạng hình bút chì. Kích thước của anten radar phụ thuộc vào tần số, nơi bố trí lắp đặt radar như trên mặt đất hay đặt trên phương tiện di động và phụ thuộc vào môi trường xung quanh. Tần số càng thấp thì càng phải sử dụng anten có kích thước lớn nếu máy móc có thể chấp nhận với kích thước có tỉ lệ phù hợp với bước sóng. Tại băng UHF, anten lớn có thể đạt kích thước đến 100 feets hoặc hơn. Tại băng X ( sóng viba từ 8 tới 12,5Ghz ), kích thước anten có thể lớn từ 10 đến 20 feets. Tuy có những anten viba với độ rộng của búp sóng nhỏ tầm 0,05 độ, nhưng độ rộng búp sóng của radar cũng hiếm khi nhỏ hơn 0,2 độ. 2.4. Máy thu Tín hiệu được anten thu về được gửi tới máy thu (thường là máy thu đổi tần ). Máy thu có nhiệm vụ tách những tín hiệu có ích ra khỏi các tạp âm và khuếch đại tín hiệu để có thể hiển thị được trên màn hình (thường là ống tia điện tử) hoặc là đưa tới các bộ xử lí tự động. Đối với sóng cực ngắn (viba), tạp âm tại đầu ra máy thu thường được sinh ra bởi bản thân máy thu nhiều hơn là các nhiễu bên ngoài được thu vào qua anten. Đầu vào của máy thu tạp âm không được quá lớn, vì nó sẽ gây nhiễu tín hiệu cho việc phát hiện mục tiêu. Máy thu tạp âm thấp (tầng đầu tiên) là mong muốn cho các radar dân sự. Tuy nhiên đối với radar quân sự, tạp âm thấp có thể đạt được không phải luôn phù hợp vì trong môi trường nhiễu lớn gây ra bởi những can thiệp bên ngoài, hoặc kẻ thù làm nhiễu, radar với máy thu tạp âm nhỏ bị ảnh hưởng nhiều hơn so với những radar có máy thu với tạp âm lớn hơn. Điều này không có lợi khi phải đối phó với điện trường không phù hợp hoặc khi hiệu ứng Doppler được sử dụng để tách mục tiêu nhỏ trên nền nhiễu lớn. Khi nhược điểm của máy thu với bộ khuyếch đại tạp âm thấp được khắc phục, tầng khuếch đại RF được bỏ qua và tầng trộn được sử dụng như một tầng ngoại vi (front-end). Bộ trộn của máy thu đổi tần sẽ chuyển đổi tín hiệu cao tần RF thành trung tần. Bộ khuếch đại trung tần (IF) khuếch đại mức tín hiệu máy thu nhận được. Bộ khuếch đại trung tần này cũng có chức năng của bộ lọc thích ứng, làm tăng tối đa tỉ số S/N. Cực đại hoá tỉ số S/N tại đầu ra bộ khuếch đại trung tần sẽ tăng tối đa khả năng phát hiện của tín hiệu. Hầu hết các radar đều có máy thu có chức năng gần giống một bộ lọc thích ứng. Bộ tách sóng thứ hai là bộ tách sóng đường bao ,nó loại bỏ sóng mang IF và cho qua đường bao điều chế. Khi xử lí Doppler được sử dụng như trong CW (sóng chạy), MTI và radar xung Doppler, bộ tách sóng đường bao được thay thế bằng bộ tách sóng pha. Tách sóng pha tách tần số Doppler bằng cách so sánh với một tín hiệu mẫu (tín hiệu tham chiếu) ở trong tần số được phát xạ vì vậy nó cũng phải có các bộ lọc để loại bỏ nhiễu cố định và cho qua các tín hiệu có dịch tần Doppler từ các mục tiêu chuyển động. Bộ khuếch đại thị tần nâng công suất của tín hiệu đến một mức mà có thể hiển thị những thông tin của nó. Với điều kiện là băng thông của khuyếch đại thị tần không nhỏ hơn một nửa băng thông của tín hiệu trung tần. Một mức ngưỡng được thiết lập tại đầu ra của bộ khuếch đại thị tần để dẫn đến việc quyết định việc phát hiện. Nếu đầu ra của máy thu vượt quá mức ngưỡng, mục tiêu sẽ được quyết định là tồn tại. Việc quyết định có thể thực hiện bởi người điều khiển, hoặc có thể tự động phát hiện mà không cần sự can thiệp của con người. 2.5. Xử lý tín hiệu Không có một sự thống nhất chung về cấu tạo của bộ phận xử lý tín hiệu trong Radar. Nhưng thường mục đích của quá trình này là loại bỏ những tín hiệu không mong muốn (nhiễu hay tạp âm) và cho đi qua những tín hiệu có ích tạo bởi mục tiêu. Nó được thực hiện trước bộ phát hiện ngưỡng nơi đưa ra quyết định về sự phát hiện mục tiêu. Xử lý tín hiệu bao gồm bộ lọc thích ứng, bộ lọc Doppler trong MTI và radar xung doppler. 2.6. Xử lí dữ liệu Đây là quá trình xử lý được thực hiện sau khi quyết định phát hiện đã được thiết lập. Tự động bám sát là một ví dụ điển hình của việc xử lý dữ liệu. Việc sử dụng tự động bám sát dấu vết là tốt nhất đối với một radar. Nó ngăn chặn hầu hết những tín hiệu không mong muốn để cho việc tự động bám sát dấu vết chỉ cần xử lí với những mục tiêu cần theo dõi. Khi một radar không thể nào bỏ qua tất cả những tín hiệu phản xạ gây nhiễu thì cần có một thiết bị báo lỗi (CFAR: Constant False Alarm Rate) tại đầu vào của bộ bám dấu vết mục tiêu (Tracker) . Bộ CFAR của máy thu thường được hoạt động trước khi bộ quyết định phát hiện đưa ra quyết định. Nó dùng để duy trì tỉ lệ báo động sai không đổi khi nhiễu bên ngoài thay đổi. Mục đích của nó là chống quá tải cho bộ theo dõi tự động khi có các tín hiệu phản xạ không liên quan. Tuy nhiên bộ CFAR lại làm giảm khả năng phát hiện. Nó cũng gây ra việc suy giảm tỉ số S/N và làm giảm độ phân giải cự ly. CFAR không cần thiết trong một hệ thống tự động khi người điều khiển có thể nhận ra những tín hiệu phản xạ dựa vào nhiễu và không nhầm lẫn chúng với mục tiêu theo dõi. 2.7. Hiển thị Sự hiển thị cho việc giám sát bằng radar thường sử dụng ống tia âm cực có dạng PPI (Plan Position Indicator). PPI hiển thị vị trí của mục tiêu trên toạ độ cực (cự ly và phương vị ). Những loại radar cũ hiển thị tín hiệu thị tần của máy thu trực tiếp trên màn hình (chưa qua xử lí), nhưng những radar hiện đại thường hiển thị tín hiệu video đã được qua xử lý bằng bộ tự động phát hiện và bám (ADT: Automatic detector and tracker). Đôi khi được gọi là hiển thị sạch khi nhiễu nền bị loại bỏ. 2.8. Khối điều khiển radar Một radar hiện đại có thể hoạt động với nhiều tần số khác nhau trong băng tần của nó, với nhiều dạng sóng khác nhau, với các cách xử lý tín hiệu khác nhau và với sự phân cực khác nhau để làm tối đa khả năng hoạt động trong những điều kiện môi trường khác nhau. Những tham số của radar cần thay đổi cho phù hợp với những đặc điểm của thời tiết địa phương nơi đặt radar, môi trường nhiễu hay với sự tác động của những thiết bị điện tử. Những tham số khác nhau được điều chỉnh theo từng hoàn cảnh cụ thể. Chúng có thể được lập trình vào trong radar để dự đoán trước sự thay đổi của môi trường, hoặc có thể được chọn bởi người điều khiển theo thời gian thực để phù hợp với điều kiện môi trường. Mặt khác, khối điều khiển radar có thể tự động nhận biết khi điều kiện môi trường thay đổi và tự động lựa chọn các tham số để tối ưu hoá hoạt động. 2.9. Dạng sóng Dạng sóng radar phổ biến là dãy xung hẹp tuần hoàn. Các dạng sóng khác được dùng trong radar đối với các mục tiêu đặc biệt cần phải sử dụng để đạt được những kết quả mà không thể thực hiện với radar xung. Ví dụ : CW (sóng hình sin liên tục) được sử dụng trong một số radar chuyên dụng dùng để đo vận tốc hướng tâm từ độ dịch tần Doppler._. FM/CW (CW được điều tần) từ đó đo cự li bằng CW hay các dạng sóng nén xung được sử dụng với độ phân giải của xung hẹp nhưng với năng lượng của ở xung dài. Các bộ lọc mục tiêu di động MTI radar với các tần số lặp lại thấp (PRF) và radar xung Doppler với tần số lặp lại cao thường sử dụng các dạng sóng có các khoảng lặp lại xung là bội số của nhau và thường được sắp xếp theo thứ tự để tránh hiện tượng đa trị cự li hoặc Doppler. III. Cấu hình chung của một máy thu radar Tín hiệu phản xạ từ chuyển mạch thu phát khuyếch đại RF trộn tần STALO khuyếch đại IF lọc trung tần tách đồng bộ hạn chế IF điều khiển suy giảm stc COHO APC AGC các bộ lọc và lọc doppler chuyển đổi a/d cfar của cell trung bình 90˚ giải mã tách pha kết hợp công suất loga giải mã tách loga tổ hợp tổ hợp bản đồ nhiễu cfar bộ kết hợp RMS tách pha Phần thu tương tự Bộ xử lí tín hiệu số dữ liệu mục tiêu tới bộ xử lí Tách để hiển thị và tới bộ xử lí dữ liệu Hình 2.2 Cấu hình chung của một máy thu radar Nhiệm vụ của máy thu radar là khuyếch đại tín hiệu phản xạ trở về từ mục tiêu và lọc chúng để tách lấy các tín hiệu mong muốn trên nền nhiễu.Tạp âm bao gồm rất nhiều loại nhiễu. Chúng có thể do máy thu sinh ra, do bên ngoài hoặc do các đài radar khác. Mỗi loại radar khác nhau thì mục tiêu của chúng cũng khác nhau. Các radar gắn trên máy bay (airbone radar) lại được sử dụng cho việc đo độ cao hoặc vẽ bản đồ ,lúc đó các máy bay khác là những mục tiêu không mong muốn mà mặt đất mới chính là mục tiêu mong muốn. Nhìn chung các radar thường được dùng cho việc phát hiện mục tiêu (máy bay, tàu thuỷ, các phương tiện đi lại...). Các radar thường dùng một anten chung cho cả thu và phát. Lúc đó một bộ chuyển mạch thu phát ( Duplexer ) được sử dụng để điều khiển tín hiệu thu, phát. Một vài loại anten radar bao gồm luôn cả bộ khuyếch đại nhiễu thấp LNA (Low noise amplifier) nhưng chúng cũng chỉ được coi là anten chứ không được coi là một phần của máy thu Hầu hết các radar đều hoạt động theo nguyên lí đổi tần. Tín hiệu phản xạ sau khi khuyếch đại được đổi xuống trung tần bằng bộ trộn tần với tần số dao động ngoại sai (local osilator). Để có được trung tần mong muốn cuối cùng người ta có thể phải sử dụng nhiều bước chuyển đổi. Thông thường khoảng tần số này là từ 0,1 đến 100 MHz. Máy thu đổi tần có thể có nhiều loại tần số ngoại sai nên có thể điều chỉnh với máy phát mà không gây ảnh hưởng đến tầng IF. Chính vì vậy máy thu đổi tần được sử dụng rộng rãi. Một số loại máy thu như máy thu tái sinh( Superregenative), máy thu điều chỉnh tần số radio (Tuned radio frequency) chỉ được sử dụng trong các trường hợp yêu cầu đơn giản, độ nhậy không cao. 1. Tầng ngoại vi máy thu ( Receiver Front-End ) Tầng trước cuối của radar gồm một bộ lọc thông dải hay bộ khuyếch đại thông dải cho phép đổi tần xuống. Tần số tín hiệu radar được đổi xuống trung tần. ở mức đó các bộ lọc có đặc tính phù hợp và thuận tiện trong xử lí tín hiệu. Bộ trộn và các mạch có trước phù hợp với băng rộng. Việc điều chỉnh máy thu trong khoảng giới hạn bởi bộ chọn dải thông trước hay bởi bộ trộn dải thông được thực hiện bởi sự thay đổi tần số ngoại sai. Hoạt động của các radar xung chịu tác động bởi các đặc tính của tầng trước cuối. Những tác động này bao gồm: Tạp âm được đưa tới bởi tầng trước cuối sẽ giới hạn cự li cực đại Tầng trước cuối ở tín hiệu mạnh có thể giới hạn cự li nhỏ nhất của hệ thống hay khả năng xử lí nhiễu mạnh Các đặc tính giả của tầng trước cuối tác động tới độ nhậy trong giao thoa tần số. Trong tầng trước cuối thì nhiệt độ tạp âm ở tầng này phụ thuộc vào phẩm chất bộ trộn hoặc bộ khuyếch đại và tạp âm của chúng. Dải động của tầng trước cuối là dải động từ hiệu suất tạp âm tới mức tín hiệu có thể gây ra độ nén 1 dB của hệ số khuyếch đại. Khi mà hiệu suất tạp âm phụ thuộc vào băng tần IF thì hiệu quả của dải động sẽ giảm khi băng tần IF tăng. Trong hoạt động của tầng trước cuối thường xảy ra một số hiện tượng như: Hiện tượng méo ảnh phổ bức xạ: - Do các thành phần của máy thu radar gây ra sự suy giảm của phổ bức xạ máy phát. Nó là các dao động điều hoà của tần số sóng mang hay phổ Doppler giả Hiện tượng đáp ứng sai của bộ trộn: - Là hiện tượng xuất hiện các tần số trung tần ( IF) ảnh sau bộ trộn và các đáp ứng tần số của dao động điều hoà. Trong tầng này các bộ trộn có thể sử dụng như: - Bộ trộn toán học (Mathematic Mixer Model) - Bộ trộn cân bằng ( The balanced Mixer) - Bộ trộn loại bỏ ảnh ( Image-Reject Mixer) 2. Các bộ tạo tần số ngoại sai ( Local Oscilator) Máy thu đổi tần thường sử dụng một hay nhiều bộ tạo tần số ngoại sai và bộ trộn để chuyển đổi tín hiệu phản xạ ở mức RF xuống trung tần. Máy thu có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số ngoại sai thứ nhất mà không làm ảnh hưởng tới phần trung tần của máy thu.Việc dịch tần xuống trung tần thường được thực hiện trong máy thu bởi các bộ tạo dao động ngoại sai và hầu hết tần số là cố định. Máy phát khuyếch đại xung cũng sử dụng các bộ tạo tần số ngoại sai như trên để phát sóng mang radar với tần số yêu cầu lấy từ bộ tạo tần số ngoại sai thứ nhất. Máy phát dao động xung với tần số mang độc lập sử dụng bộ điều khiển tần số tự động (AFC: automatic frequency control ) để duy trì sự tách biệt tần số chuẩn giữa sóng mang và tần số ngoại sai thứ nhất. Trong nhiều loại radar trước đó chức năng của bộ tạo tần số ngoại sai chỉ là chuyển tần số phản xạ về trung tần. Còn đối với các loại radar hiện đại thì vấn đề chính là xử lí chặt chẽ các tín hiệu phản xạ về từ mục tiêu. Các bộ tạo tần số ngoại sai đóng vai trò như một chuẩn thời gian mà nhờ đó các tín hiệu phản xạ về trễ sẽ được xử lí để đưa ra các thông tin về khoảng cách, chính xác trong phạm vi các đoạn nhỏ bước sóng. 2.1. Bộ STALO ( Stable local oscilator) Bộ tạo dao động nội thứ nhất nhìn chung là bộ dao động nội ổn định (Stalo) . Những yêu cầu ổn định của bộ Stalo được xác định trong giới hạn của phổ điều chế pha. Nguồn của sự điều chế không mong muốn này là các máy móc hay dao động sóng âm từ quạt hay môtơ hay độ gợn của nguồn cung cấp...Nhìn chung giới hạn độ lệch pha giảm khi tăng tần số. Ngoài ra nguồn Stalo cũng là một trong những yếu tố gây ra sự bất ổn định của radar. 2.2. Bộ COHO ( Coherent local oscilator ) Bộ tạo dao động nội thứ hai là bộ dao động nội kết hợp chặt chẽ (COHO) thường được sử dụng cho việc thêm vào các hiệu chỉnh pha để bù vào sự chuyển động của bệ đỡ radar hay sự biến đổi pha của máy phát. Trong radar hiện đại sử dụng máy phát khuyếch đại xung bộ COHO ít khi liên quan tới sự bất ổn của máy thu .Tuy nhiên trong các radar đời cũ sử dụng máy phát dao động xung, COHO phải bù cho các pha ngẫu nhiên của mỗi xung truyền và bù một phần trong phần còn lại của nhiễu ở đầu ra bộ loc Doppler. Khi radar trên bệ đỡ chuyển động hoặc khi nhiễu là mưa hay mặt biển thì tần số COHO đôi khi bị biến đổi để bù cho chuyển động này và dịch tần phổ nhiễu trở về doppler không. Những bộ hồi tiếp sẽ thực hiện nhiệm vụ này .Nếu được thiết kế thích hợp nó sẽ tạo ra sự ổn định đáng kể trong điều kiện môi trường lí tưởng. Tuy nhiên khi mục tiêu chuyển động nhanh hay những xung từ các radar khác thỉnh thoảnh cũng gây ra tác dụng khá nghiêm trọng đối với tín hiệu COHO. Nó làm dịch chuyển tần số COHO khỏi giá trị bù thích hợp . 3. Các bộ khuyếch đại có độ tăng ích thay đổi ( Gain- Controlled Amplifiers) 3.1. Kiểm soát độ nhậy theo thời gian STC (Sensitivity Time Control) Radar tìm kiếm phát hiện sự khác nhau về độ lớn tín hiệu phản xạ về. Nếu tín hiệu quá lớn thì dải động máy thu có hệ số tăng ích cố định sẽ bị vượt. Sự khác biệt trong độ lớn tín hiệu được gây ra bởi sự khác nhau trong diện tích phản xạ, sự khác biệt trong các trạng thái khí tượng và trong các điều kiện khoảng cách khác nhau. Tuy nhiên sự khác biểttong độ lớn lại chủ yếu phụ thuộc vào khoảng cách. Khi tín hiệu vượt quá dải động thì máy thu sẽ đưa ra đặc tính sai. Nhưng điều này có thể tránh được khi sử dụng công nghệ STC. Bộ này sẽ điều khiển độ nhậy máy thu theo thời gian để độ lớn các tín hiệu không phụ thuộc vào khoảng cách. Bộ STC còn có thể điều chỉnh được các tín hiệu phản xạ radar góc thấp và giới hạn trung bình góc cao. Với các radar hiện đại đều phát dạng sóng STC số. Việc điều khiển số được sử dụng trực tiếp bởi bộ suy hao số hay chuyển đổi điện áp (dòng) để điều khiển sự suy hao hoặc bộ khuyếch đại có hệ số tăng ích thay đổi. 3.2. Điều chỉnh độ tăng ích theo bản đồ nhiễu (Clutter Map Automatic Gain Control) Trong radar, nhiễu do núi có thể tạo ra tín hiệu phản xạ vượt quá dải động của tầng sau của máy thu (như bộ chuyển đổi A/D) nếu như sự suy hao STC ở khoảng cách cho phép phát hiện mục tiêu nhỏ. Bản đồ nhiễu AGC được điều khiển bởi bản đồ số. Nó đo biên độ của nhiễu mạnh nhất trong mỗi bản đồ nhỏ hơn (cell) qua nhiều lần quét và thêm sự suy hao cần thiết để giữ cho biên độ dưới mức bão hoà. AGC điều chỉnh hệ số khuyếch đại để có mức tín hiệu phù hợp trên mức nhiễu. Tuy nhiên khi không có sự điều chỉnh AGC thì bản đồ AGC sẽ làm giảm khả năng phát hiện mục tiêu nhỏ trên nền nhiễu. Ngoài ra độ nhậy của bản đồ còn bị ảnh hưởng bởi giao thoa xung từ các radar khác. 4. Lọc ( Filtering) 4.1. Lọc của toàn hệ thống radar ( Filtering of entire radar system) Các bộ lọc có tác dụng giúp máy thu radar phân biệt giữa tín hiệu mong muốn và các loại nhiễu. Nó có hai dạng: Lọc thích nghi (Matched filter): là hệ thống thụ động mà đáp ứng tần số của nó là sự kết hợp phức tạp với phổ máy phát hay sự tương quan với bộ trộn. Lọc chủ động: nó so sánh tín hiệu nhận được với tín hiệu trễ của phía phát. Đáp ứng của bộ lọc loại này là đáp ứng cho từng lần phát (đáp ứng đơn). Thực tế hầu hết radar hướng nhiều xung phát vào một mục tiêu trước khi búp sóng radar dịch chuyển sang hướng khác và nhiều tín hiệu phản xạ về lại kết hợp sang dạng khác. Các tín hiệu phản xạ được xử lí bởi một bộ lọc kết hợp để lọc và cho ra đáp ứng xung thích hợp. Trong máy thu thì lọc sau khi tách sóng đường bao ít hiệu quả hơn lọc trước khi tách. 4.2. Độ xấp xỉ bộ lọc thích nghi Tác dụng lớn nhất của bộ lọc thích nghi là để phân biệt giữa nhiễu Gaussian trắng và tín hiệu mong muốn. Đó là hệ thống thụ động mà đáp ứng tần số của nó là sự kết hợp phức tạp của phổ máy phát. Nó có thể xử lí tín hiệu từ mọi khoảng cách. Bộ trộn tương quan là một thiết bị chủ động có nhiệm vụ so sánh tín hiệu nhận được với tín hiệu phát được làm trễ (delayed replica of trasmitted signal). Đó là sự tương đương toán học với bộ lọc thích nghi nhưng đó chỉ là đáp ứng đối với tín hiệu phản xạ từ khoảng cách xác định . Đôi khi băng tần của máy thu radar vượt quá điều kiện thuận lợi cho phép khi đó xuất hiện một số đoạn giữa phổ tín hiệu phản xạ và các dải thông bộ lọc. Nguyên nhân chính là do vận tốc mục tiêu và việc điều chỉnh dải tần máy thu . 4.3. Các vấn đề về lọc thích nghi với đáp ứng tần số ảnh của bộ trộn Việc xấp xỉ của bộ lọc thích nghi thường được thực hiện ở một vài tần số khác với tần số bức xạ của radar. Tần số thuận lợi của bộ lọc là nhiệm vụ của băng tần tín hiệu phản xạ và là đặc tính của các thành phần bộ lọc. Điều này rất cần thiết với máy thu radar để chuyển đổi tần số tín hiệu phản xạ về tần số bộ lọc qua một hay nhiều bước. Các tín hiệu nhiễu không mong muốn có thể bị chuyển đổi về trung tần tuy nhiên chúng dễ bị tách ra khỏi tần số tín hiệu phản xạ ở đầu vào bộ lọc. Việc ngăn chặn nhiễu không mong muốn phụ thuộc vào quá trình lọc trước của bộ trộn và chất lượng bộ trộn. Tần số ảnh rất nghiêm trọng nhưng bộ trộn loại bỏ ảnh (Image-reject Mixer) có thể dễ dàng ngăn chặn những tín hiệu này. Một bộ lọc có thể làm suy hao tín hiệu tần số ảnh trước khi chúng tới bộ trộn trừ khi tỉ lệ tần số giữa đầu ra và đầu vào của bộ trộn vượt quá mức phẩm chất Q của bộ lọc. Những tín hiệu tạo ra bởi bộ trộn sẽ trở nên nghiêm trọng nếu tỉ lệ tần số đầu vào/ra của bộ đổi tần xuống nhỏ hơn 10. Việc loại bỏ tần số ảnh là nguyên nhân tại sao các máy thu radar không thể chuyển đổi từ tần số tín hiệu phản xạ trực tiếp về tần số trung tần cuối cùng. Lọc trước bộ trộn là yêu cầu rất quan trọng vì các đáp ứng tần số ảnh lân cận có quan hệ bậc thấp và có thể tạo ra tín hiệu mạnh từ bộ trộn . 5. Các thiết bị sử dụng đặc tuyến LOGA ( Logarithmic Devides) Các thiết bị logarit và các bộ khuyếch đại trung tần có đầu ra tỉ lệ với đặc tính loga của đường bao đầu vào trung tần. Chúng thường gần giống đặc tuyến loga bởi được tạo nên từ nhiều đoạn tuyến tính. Trong các thiết bị sử dụng đặc tuyến loga như bộ tách sóng hay bộ khuyếch đại loga thì dải động của chúng phụ thuộc vào số các đoạn tuyến tính và phụ thuộc vào tỉ lệ độ dài của mỗi đoạn . Còn dải thông thì thường thay đổi theo mức tín hiệu. Trong máy thu radar thường sử dụng các thiết bị với đặc tuyến loga như: Bộ tách sóng loga (thường được biết đến với loại tách sóng liên tiếp) Bộ khuyếch đại loga Hai thiết bị trên thuộc dạng thiết bị loga tương tự ngoài ra còn có các thiết bị loga số như bộ kết hợp công suất loga số. Các bộ kết hợp công suất loga có đặc điểm theo luật bình phương. Kết hợp theo luật bình phương của nhiều tín hiệu phản xạ từ mục tiêu cho độ nhậy tốt hơn các phương pháp trước. Điều này không thể thực hiện được với phương pháp tương tự . 6. Các bộ giới hạn trung tần ( IF Limiters) 6.1. Một số đặc điểm của bộ giới hạn IF Bộ giới hạn là một hay nhiều mạch kết hợp mà đầu ra là không đổi trên một dải rộng của biên độ tín hiệu vào. Dạng sóng đầu ra của bộ giới hạn thông dải (bandpass limiter) là hình sin trong khi dạng sóng đầu ra của bộ giới hạn băng rộng (broadband limiter) gần như dạng sóng vuông. Bộ giới hạn có 3 đặc điểm chính đó là tạp âm (noise), sự đồng nhất biên độ (amplitude uniformity) và sự đồng nhất pha (phase uniformity). Trong đó đồng nhất biên độ và đồng nhất pha phụ thuộc nhiều vào việc thiết kế bộ giới hạn và là cách đo trực tiếp chất lượng của chúng. 6.2. Các ứng dụng Khi tín hiệu nhận được bão hoà ở vài tầng của máy thu, nó không phù hợp cho việc xử lí tín hiệu. Sự sai lệch trong các trạng thái hoạt động có thể tạo ra ngay khi tín hiệu đã mất đi. Tầng video là tầng ảnh hưởng nhất và mất thời gian dài hơn để hồi phục so với tầng trung tần IF. Vì thế thông thường máy thu gồm một bộ giới hạn ở tầng trung tần IF cuối cùng . Bộ giới hạn có thể được thiết kế để ngăn chặn trạng thái bão hoà các tầng sau hay cho phép trạng thái bão hoà của bộ chuyển đổi A/D ( bộ chuyển đổi A/D được thiết kế để đối phó với các tình trạng quá tải ở mức vừa). Bộ tách pha trung tần IF cần một bộ giới hạn để ở đầu ra phụ thuộc vào pha và độc lập với biên độ. Nó thường được sử dụng trong các mạch khoá pha hay máy thu radar đơn xung. Bộ giới hạn IF đôi khi được sử dụng trước bộ lọc Doppler để điều khiển tỉ lệ cảnh báo lầm ( false-alarm rate) khi nhiễu tín hiệu phản xạ mạnh hơn mức bộ lọc có thể ngăn chặn. Loại này được sử dụng rộng rãi trong kĩ thuật MTI hai xung và được dùng trong các radar có quá trình xử lí CFAR sau khi lọc doppler. 7. Các bộ tách pha và tách đồng bộ ( Phase Detectors and Synchronous Detectors) Sự khác biệt giữa một bộ tách pha, một bộ tách đồng bộ hay bộ tách pha độ nhậy với một bộ trộn cân bằng đôi khi không rõ ràng. Kết quả này từ sự giống nhau của các mạch tương tự thể hiện cùng chức năng. Một mạch có thể sử dụng làm bộ tách pha khi chỉ cần thông tin về pha được thể hiện ở đầu ra , được sử dụng làm bộ tách đồng bộ khi cần cả thông tin về pha và biên độ ở đầu ra,được sử dụng như một bộ trộn khi thông tin về pha, tần số, biên độ cần thiết ở đầu ra. Đặc tính đầu ra của bộ tách pha nhìn chung ở trong một hoặc ba nhóm sau: Dạng sin Dạng tam giác Dạng răng cưa Ba trường hợp này đặc tính bộ tách phụ thuộc vào dạng tín hiệu sử dụng. Các bộ tách dùng diode thể hiện đặc tính sin với đầu vào là sin và tam giác nếu đầu vào dạng sóng vuông.Trong một vài trường hợp sự thay đổi dạng từ tam giác sang dạng sin thêm sự suy hao vào trong mức tín hiệu hoặc tạp âm. Các bộ tách pha và tách đồng bộ có nhiều ứng dụng rất quan trọng . Nó được sử dụng trong radar MTI để đo vận tốc mục tiêu , sử dụng làm bộ bám pha và bám tốc độ pha , sử dụng trong việc đo góc đơn xung, trong việc ghi tín hiệu ... Ngoài ra còn có các bộ tách pha từ tương tự dang số (Analog to Digital Phase Detector) mà ứng dụng điển hình là bộ tách pha số được sử dụng trong hầu hết các radar hiện đại. 8. Bộ chuyển đổi tương tự sang số ( Analog-to-Digital Converter ) 8.1. Đặc điểm hoạt động - Độ rộng băng tần tín hiệu: Dữ liệu số được dùng cho các thiết bị đầu cuối được lấy mẫu. Băng tần của tín hiệu số được giới hạn một nửa của tần số lấy mẫu. - Độ phân giải: Độ phân giải của bộ chuyển đổi được đặc trưng bởi số bit. Với N bit chuyển đổi thì độ phân giải là nếu như bộ chuyển đổi đều. - Dải động: Nếu bộ chuyển đổi A/D lấy mẫu hai thành phần của tín hiệu là I và Q thì mỗi thành phần bao gồm một nửa công suất nhiễu và lên tới 100% công suất tín hiệu. Dải động là tỉ số (S/N) lớn nhất có thể điều khiển bởi bộ chuyển đổi A/D mà không bão hoà ở bất kì trạng thái pha nào. Dải động(dB) = 6N - 9 - 20log() N: số lượng các bit có nghĩa σ: hệ số tạp âm trung bình trong thành phần I và Q LSB: bit có ý nghĩa nhỏ nhất - Tạp âm lượng tử: Việc chuyển đổi tạp âm điện áp có trong mẫu thành số các số nguyên sẽ đưa thêm vào các lỗi ngẫu nhiên (có thể coi như là thêm vào một nguồn nhiễu ). Vì thế yêu cầu tăng tín hiệu cho đủ mạnh để có thể thu được mức phát hiện mong muốn với một cảnh báo lầm không đổi. Suy hao lượng tử(dB) = 10log(1+) - Lấy mẫu: Khi băng tần tín hiệu quá lớn, mà điện áp tương tự lại thay đổi theo từng mẫu thì tín hiệu tức thời có thể bị lệch bởi qúa trình lấy mẫu. Lỗi này hoàn toàn do sự thay đổi trong biên độ tín hiệu trong khoảng thời gian ngắt giữa các mẫu. Ngoài ra còn có lỗi do thời gian mở chuyển mạch. Tín hiệu có xu hướng bị lấy mẫu trung bình trên các khoảng ngắt và điện áp lấy mẫu thường không tương đương với điện áp tức thời theo chuyển mạch mở. 8.2. Các ứng dụng Bộ chuyển đổi A/D có rất nhiều ứng dụng trong các radar hiện đại. Xu hướng xử lí số của dữ liệu radar là kết quả của sự chuyển đổi nhanh dữ liệu trong thời gian thực. Radar MTI là một ví dụ về sử dụng công nghệ chuyển đổi nhanh. Đầu ra bộ tách đồng bộ được lấy mẫu ở một tốc độ không nhỏ hơn độ rộng băng tần và kết quả số được lưu vào trong một bộ nhớ số. Nhiều radar giám sát sử dụng bộ chuyển đổi để mã hoá tín hiệu phản xạ về trong cổng giám sát. Trong trường hợp này máy tính sẽ cung cấp mọi phép tính yêu cầu để giám sát mục tiêu và đưa ra khoảng cách và vận tốc ở đầu ra. Các bộ chuyển đổi còn được sử dụng trong lĩnh vực ghi số. Đây là nơi mà số lượng lớn dữ liệu hoặc một sự kiện độc lập được phân tích. Trong trường hợp này thì các dữ liệu đã mã hoá được lưu trong băng từ. 9. Tỉ lệ cảnh báo lầm không đổi (CFAR : Constant False Alarm Rate) Các radar hoạt động trong môi trường mà tạp âm sinh ra có thể do chính máy thu. Những tín hiệu phản xạ không mong muốn từ mưa và các tín hiệu từ các nguồn bức xạ khác thường vượt qua mức tạp âm máy thu. Những nguồn nhiễu này có thể gây ảnh hưởng tới việc hiển thị của radar hoặc gây quá tải đối với máy tính trong việc bám sát mục tiêu hay gây ảnh hưởng đến kết nối dữ liệu băng hẹp tới người điều khiển từ xa. Quá trình xử lí số trong radar bao gồm các ngưỡng tiêu chuẩn ở đầu vào cũng như đầu ra của bộ xử lí số. ở mỗi điểm một quá trình có thể xác định khả năng phát hiện mục tiêu mong muốn và khả năng cảnh báo lầm mục tiêu từ tạp âm hay trên các nguồn nhiễu. Người điều khiển nhìn vào màn hiển thị PPI và đưa ra các quyết định xem có phải mục tiêu hay là nhiễu. Khái niệm cảnh báo lầm được áp dụng cho hầu hết các loại radar. Khi một radar có thể loại bỏ hầu hết các tín hiệu phản xạ gây nhiễu thì có nghĩa nó đã đảm bảo một tỉ lệ cảnh báo lầm không đổi tại đầu vào của bộ bám mục tiêu. Khi người điều khiển hay bộ xử lí giữ được tỉ lệ cảnh báo lầm không đổi thì lúc đó radar đã thích nghi với các cường độ môi trường nhiễu. Máy thu có khả năng trên được gọi là máy thu CFAR. Trong các radar đời cũ quá trình CFAR được thực hiện ở phần cứng tương tự còn ở các radar đời mới việc số hoá luôn được thực hiện vì nó sẽ cho một độ chính xác cao hơn các phương pháp trước. Chương III Giới thiệu về mạng giám sát và tổ hợp radar ALENIA MARCONI tại sân bay quốc tế Nội Bài I. Giới thiệu về mạng giám sát vùng thông báo bay Hà Nội (FIR HAN) 1. Sơ đồ mạng giám sát FIR HAN Hiện nay ngành quản lí bay Việt Nam có 2 mạng giám sát thuộc 2 vùng FIR khác nhau là FIR HAN và FIR HCM. Hai mạng này liên lạc với nhau và liên lạc với trung tâm quản lí bay ở Gia Lâm. Đối với FIR HAN có hai hệ thống radar giám sát : Radar giám sát thứ cấp tại Vinh Hệ thống radar giám sát sơ - thứ cấp tại sân bay Nội Bài Còn tại FIR HCM có : Radar giám sát sơ-thứ cấp tại Tân Sơn Nhất Radar giám sát sơ-thứ cấp tại Sơn Trà (Đà Nẵng) Radar giám sát thứ cấp tại Vũng Chua (Quy Nhơn) và tại Cà Mau. Các hệ thống radar giám sát thuộc FIR HAN đều của hãng ALENIA MARCONI ( ITALIA) trong khi các đài radar thuộc FIR HCM đều của hãng THOMSON ( Pháp) . Các đài radar ở Vinh, Nội Bài liên lạc với nhau và liên lạc với các trung tâm ACC , trung tâm quản lí bay ở Gia Lâm, sở chỉ huy Phòng Không Không Quân, liên lạc với ACC HCM bằng hệ thống thông tin vệ tinh, viba, cáp quang, thuê bao bưu điện. Hiện nay mạng giám sát thuộc FIR HAN có 4 cặp viba đó là: - Từ trạm radar Nội Bài về ACC Nội Bài Từ ACC Nội Bài về trung tâm quản lí bay Gia Lâm Từ Gia Lâm tới Bạch Mai Từ trạm radar ở Vinh tới trạm ATN ở Vinh Và hai đường truyền cáp quang đó là: Từ trạm radar về ACC Nội Bài Từ ACC Nội Bài ra Tower Trên sơ đồ mạng giám sát bay thuộc FIR HAN ta thấy: Các tín hiệu radar từ Vinh về Nội Bài được truyền qua đường vệ tinh VSAT Tín hiệu radar từ trạm về sau khi qua xử lí được chia làm 2 đường một đường về ACC Nội Bài, một đường truyền vào ACC HCM theo đường truyền vệ tinh DOMSAT. Các thông tin từ ACC HCM (của các trạm radar Sơn Trà,Tân Sơn, Quy Nhơn, Cà Mau) truyền ra ACC Nội Bài theo đường truyền vệ tinh DOMSAT. Riêng trạm radar Sơn Trà (Đà Nẵng) còn có thêm đường truyền bưu điện do nó có thể hỗ trợ trạm ở Vinh nếu trạm này có sự cố. Ngoài các đường truyền trên còn có một số đường truyền do bưu điện quản lí như: từ trung tâm xử lí ngoài trạm radar về ACC Nội Bài, từ ACC Nội Bài tới trung tâm phối hợp điều hành bay (Air Force Coordinate Centre). Tại Nội Bài có một mạng LAN trong đó tại ACC Nội Bài có 4 đường LAN gồm 2 đường DUAL LAN (1 chính, 1 phụ), 2 đường DARD LAN (sử dụng khi 2 đường DUAL LAN hỏng). Từ sơ đồ ta có thể thấy các tín hiệu từ các trạm radar (cấp 1) được đưa vào mạng LAN (xử lí cấp 1). Các bộ RHP lấy dữ liệu và xử lí (cho ra quỹ đạo bay - tín hiệu cấp 2) rồi gửi ra mạng LAN (xử lí cấp 2). Các tín hiệu cấp 2 được bộ RD1, RD2 chuẩn hoá lại theo đúng chuẩn Asterix. Các dữ liệu này sau đó được gửi tới máy chủ CP1, CP2 để xử lí (xử lí cấp 3) cho ra dữ liệu cấp 3 và dữ liệu này được gửi ra mạng LAN cho các bộ phận khác sử dụng. Riêng dữ liệu từ ACC HCM gửi ra (chuẩn ECAIT 500) phải qua bộ chuẩn hoá dữ liệu MC1, MC2 chuẩn dữ kiệu về dạng Asterix của Nội Bài rồi mới được đưa vào mạng. Hình trang sau sẽ mô tả chi tiết về hệ thống giám sát vùng thông báo bay Hà Nội. Hình vẽ mạng giám sát HAN (hinh 3.1) 2. Chức năng các khối trong sơ đồ 2.1. Hệ thống kiểm tra và điều khiển từ xa RCMS (Remote Control and Monitoring System) Khối RCMS là khối giám sát tại trung tâm. Khối này được nối trực tiếp với mạng LAN. Nó thực hiện việc giám sát và điều khiển các thiết bị : Radar giám sát sơ cấp Radar giám sát thứ cấp Khối xử lí radar (RHP) Khối kiểm tra và bảo trì (RMM ) 2.2. Khối xử lí radar RHP (Radar head processing) Khối RHP là cốt lõi của hệ thống radar. Nó có cấu hình dự phòng nóng. Nó nhận số liệu cấp 1 xử lí và đưa ra số liệu cấp 2. Khối RHP nhận dữ liệu từ radar sơ cấp, thứ cấp thông qua mạng LAN và thực hiện chức năng kết hợp và theo dõi dấu hiệu mục tiêu sau đó gửi các dữ liệu đã được xử lí tới các vị trí vận hành. Những dữ liệu này cũng được gửi tới hệ thống kiểm tra và bảo trì cho mục đích bảo trì hệ thống. Nhiệm vụ chính của RHP là: Kết hợp các dấu hiệu về mục tiêu thu được từ radar sơ cấp thứ cấp Loại bỏ các cảnh báo lầm Xử lí dữ liệu thời tiết RHP có cấu hình dự phòng nóng đảm bảo khả năng hoạt động ổn định của hệ thống. 2.3. Khối xử lí dữ liệu tại đầu vào radar Radin(Radar data input) Phân hệ radin thu và xử lí dữ liệu về mục tiêu và quỹ đạo mục tiêu từ các đài radar ở Nội Bài,Vinh,Vũng Chua, Sơn Trà, Tân Sơn Nhất. Hệ thống radin được thiết kế để có thể thu cả 6 tín hiệu đầu vào của các đài radar khác nhau có cùng chuẩn Asterix. Ngoài ra khối này cũng nhận số liệu local Asterix để chuẩn lại thành Asterix chuẩn. 2.4. Khối kiểm tra và bảo trì RMM (Radar miantainance monitering) Khối RMM giúp cho người vận hành có được cái nhìn tổng thể toàn bộ hiện trạng về khả năng hoạt động của hệ thống radar trong những điều kiện khác nhau. Trong đó có khả năng vận hành của radar sơ cấp và radar thứ cấp phát hiện mục tiêu, của bộ trích mục tiêu và thuật toán bám quét quỹ đạo. Ngoài ra khối RMM còn hiên thị tín hiệu raw video (tín hiệu video chưa qua xử lí) và tín hiệu video đã được tổng hợp trên cùng một moniter. 2.5. Bộ chuyển đổi đa giao thức MPC (Multi protocol converter) Vì hệ thống giám sát thuộc FIR HAN có liên lạc trao đổi dữ liệu với mạng giám sát thuộc FIR HCM nên dữ liệu trao đổi phải cùng dạng. Trong trung tâm ở FIR HCM dữ liệu có dạng ECAIT500 trong khi ở FIR HAN dữ liệu theo chuẩn Asterix nên cần dùng khối MPC để chuẩn dữ liệu từ dạng ECAIT 500 thành dạng Asterix khi nhận dữ liệu từ FIR HCM và ngược lại. 2.6. Khối xử lí dữ liệu bay FDP (Flight data processing) Khối FDP thực hiện xử lí kế hoạch bay và các thông tin liên quan đến kế hoạch bay để cung cấp cho người điều khiển không lưu những dữ liệu cần thiết trong giai đoạn ra kế hoạch bay và trong quá trình điều hành bay. Khối gồm 2 bộ xử lí với cấu hình dự phòng nóng nhằm đảm bảo các dịch vụ được liên tục. Các chức năng chính của khối FDP: Xử lí dữ liệu của môi trường( Environmental data processing) Truyền bản tin (Massage handling) Truyền dữ liệu đầu chuyến bay Truyền dữ liệu về quá trình bay Dự đoán quỹ đạo bay 2.7. Khối đồng bộ dữ liệu GPS clock Khối náy có tác dụng cung cấp các tín hiệu đồng bộ dữ liệu cho các khối khác của mạng giám sát trong qúa trình xử lí dữ liệu 2.8. Các khối khác RDP (Radar data processing): xử lí dữ liệu radar AFTN: mạng điện văn quốc tế CP: máy chủ nhận số liệu từ RD ,xử lí cho ra số liệu cấp 3 LCMS (Local control monitering system): giám sát tại trạm RPB (Recording playback): lấy lại số liệu trước đó VSAT, DOMSAT: hệ thống thông tin vệ tinh trong ngành Hàng Không TCA: cảnh báo va chạm D01/D02: điều khiển bay đuờng dài cho AC1 D03/D04: điều khiển bay đuờng dài cho AC2 D14/D15: dùng cho hạ cánh tại sân I/O console(VDU+printer): dùng để cài đặt, thiết lập cấu hình cho máy chủ Khối radar sơ thứ cấp ( tại Nội Bài) và khối radar thứ cấp (tại Vinh) sẽ được trình bày kĩ hơn ở phần sau. 2.9. Các chuẩn trong mạng giám sát vùng thông báo bay Hà Nội Hệ thống vận hành : Tru64 UNIX và Windows NT Đồ hoạ : X-Window, MOTIF Giao diện lưu trữ tập trung : SCI/IDE Giao diện nối tiếp : giao diện điện RS-232 và giao thức HDLC LAN : IEE802.3 và giao thức TCP/IP Ngôn ngữ lập trình : ANSI C, ADA/C++ Khuôn dạng dữ liệu bay : chuẩn ICAO Doc.4444 và tiêu chuẩn Châu Âu Khuôn dạng truyền dẫn dữ liệu : ASTERIX II. Một số đặc điểm chính của hệ thống radar giám sát sơ cấp ATCR -33S DPC và radar giám sát thứ cấp SIR-M 1. Hệ thống anten và bệ đỡ Bệ đỡ anten một bộ khớp quay và hệ thống vòng bi tiếp xúc với mục đích truyền tín hiệu điện từ hệ thống quay của anten tới phần đặt cố định của hệ thống bệ đỡ. Bệ đỡ anten được lắp đặt hai động cơ và hai bộ mã hoá nhằm cung cấp công suất điện cho hệ thống quay anten và được ngăn cách an toàn với các thiết bị khác. Mâm quay được thiết kế với nhiều ổ bi lớn xung quanh có cơ cấu gọn nhẹ với mục đích giúp người vận hành lắp đặt hoặc bảo trì các thiết bị thuộc hệ thống dễ dàng. Hệ thống anten giám sát sơ cấp, thứ cấp tại sân bay quốc tế Nội Bài là thiết bị thuộc họ AMS G-33I. Hệ thống G-33 bao gồm anten sơ cấp băng S và anten thứ cấp băng L. Hệ thống này có kiến trúc gọn nhẹ và thuận tiện cho việc lắp đặt . Hệ thống này có đặc điểm: Hệ thống được thiết kế với độ ổn định cao Búp sóng phương vị hẹp để tăng khả năng phân biệt mục tiêu và giảm ảnh hưởng của nhiễu Tốc độ quay của búp sóng lớn để hạn chế ảnh hưởng của mặt đất Radar với chế độ đa phân cực hạn chế ảnh hưởng của thời tiết 2. Radar giám sát sơ cấp ATCR -33S DPC 2.1. Một số đặc điểm của rada sơ cấp ATCR 33S-DPC Tại Nội Bài loại radar sơ cấp đang sử dụng là loại ATCR 33S-DPC (Gồm máy thu ATCR 33S-DPC, máy phát TX 33S-DPC và Antenna G33). Đây là loại radar có cự li trung bình, sử dụng dải băng tần S (bước sóng 5,8 tới 18,2 cm) của radar. ATCR 33S-DPC sử dụng nhiều công nghệ tinh vi trong việc xử lí, xuất dữ liệu. Nó bảm đảm cho một sự phát hiện cao (duy trì thông báo sai ở mức 10-6). ATCR 33S-DPC sử dụng nhiều công nghệ mới như : không dùng bộ tạo dao động hay ống khuyếch đại (không khuyếch đại bằng Magnetron hay Klystron ), tự động chọn lựa bảo đảm sự hoạt động cao nhất . ATCR 33S-DPC Cấu tạo TM-RS /9903-1 TX 33S-DPC Máy phát TM-RS/9904-1 ATCR 33S-DPC Máy thu TM-RS/9905-1 Anten G33 được kết hợp TM-RS/9305-1 Hình 3.2 Sơ đồ các khối cơ bản của radar sơ cấp ATCR 33S-DPC Loại rada sơ cấp này có khả năng phân biệt tốt: - Vùng trong sạch - Vùng có nhiễu địa vật - Vùng có nhiễu do khí tượng gây ra - Tạp âm Các đặc trưng chính của đài này như sau: - Anten có hệ số khuyếch đại lớn - Độ rộng búp sóng theo phương vị của anten nhỏ - Máy phát bán dẫn có độ ổn định cao - STC có khả năng tương thích với cự li/phương vị - Sử dụng công nghệ AMTD, nén xung số - Có khả năng hoạt động ở chế độ phân tập tần số và tần số cố định - Đưa ra bản đồ mưa với khả năng cập nhật trạng thái mưa theo từng vòng quay búp són._.iện xảy ra suốt cả chu kì PRT. Việc truyền hai từ nhớ này từ FIFO được thực hiện bởi tín hiệu SOUT từ khối giải mã IOF (chức năng vào/ra)và nhận dạng địa chỉ. Nhận dạng địa chỉ và giải mã IOF Khối này nhận ra các địa chỉ của chúng khi chúng được gửi bởi MPU-1. MPU-1 sử dụng bus địa chỉ ADDA 0á15 để gửi địa chỉ khối tạo bản tin đầu vào và IOF. Các bit 3-15 của ADDA được sử dụng để gửi địa chỉ IMF còn các bit 0-2 được sử dụng để gửi địa chỉ IOF. Địa chỉ IOF thu được sẽ được giải mã bởi khối này. Phần chính của IOF nhận được bởi IMF được dùng như sau: Nạp các địa chỉ DMA ban đầu Lập trình chế độ trao đổi (dùng DMA hoặc dùng ngắt chương trình) của các sự kiện khác nhau. Cho phép các mã sự kiện và thời gian đến của mã sự kiện vào bus dữ liệu để cho các thông tin này tới bộ vi xử lí MPU-1. Logic điều khiển chuyển đổi giữa DMA/Interupt (ngắt) Khối này quản lí thông tin vận chuyển từ FIFO tới bộ nhớ MPU-1. Nó có các khối logic được lập trình có thể xử lí mọi dữ liệu và định thời cần thiết để chuyển đổi các sự kiện trong một DMA hoặc một chương trình ngắt. Ban đầu bảng mạch in IMF được lập trình bởi MPU-1 để các sự kiện khác nhau có thể được giao tiếp với MPU-1 (bởi DMA hay bởi ngắt chương trình). Khi thông tin được truyền bởi DMA, khối này sẽ gửi tín hiệu yêu cầu truy nhập DMA REQ qua bus điều khiển và đưa tới bus địa chỉ (ADDA) với các địa chỉ khác nhau bắt đầu từ địa chỉ ban đầu được lập trình bởi MPU-1. Khi dữ liệu là để chuyển đổi với MPU-1 bằng các chương trình hoặc ngắt, khối này sẽ gửi tín hiệu ngắt INTU qua bus điều khiển. Sau đó MPU-1 sẽ nhảy tới thủ tục ngắt có chương trình ngắt và sẽ gửi một mã IOF thích hợp để đọc thông tin từ FIFO. Ngăn xếp FIFO cự li và sự kiện Hai bộ FIFO nhận tín hiệu shift-in (là các tín hiệu SIN từ khối logic ưu tiên và điều khiển ghi) và tín hiệu shift-out (SOUT từ khối giải mã IOF và nhận dạng địa chỉ) . Bộ FIFO gửi ra ngoài tín hiệu IR (Input Ready) để thông báo là FIFO chưa đầy và có thể nhận thêm dữ liệu nếu có. Khi tín hiệu IR ở mức thấp thì nó chỉ ra rằng FIFO đã đầy . Tín hiệu OR (Output Ready) từ khối FIFO thông báo rằng có một từ trong FIFO sẵn sàng truyền đi. 5.2.1.3. Giao diện mạng chính MNI (Main Network Interface - MNI) Bảng mạch in MNI là một giao diện vào ra của MPU-1 và nó có thể gửi địa chỉ thông qua bus dữ liệu ADDA. Bảng mạch in MNI đóng vai trò trong việc kết nối giữa bộ xử lí dữ liệu và các thiết bị ngoại vi (như bảng điều khiển, máy phát, CMS,SDP, bộ xử lí dữ liệu của kênh khác). Thông qua các cổng giao tiếp giao diện chính MNI sẽ trao đổi dữ liệu với các đối tượng sử dụng hay các khối. Dữ liệu có thể là báo cáo mục tiêu, các cảnh báo, các trạng thái, điều khiển và các tín hiệu. Giao diện MNI được chia thành các phần chính sau: Giao diện MPU-1, bộ giải mã IOF, bộ định thời và logic mã hoá địa chỉ Bộ nhớ chia sẻ(bộ nhớ dùng chung) Logic cấp phát bộ nhớ dùng chung Bộ xử lí điều khiển đường nối tiếp, bộ giải mã, bộ phát định thời và mã hoá địa chỉ Các khối điều khiển nối tiếp Giao diện nối tiếp Giao diện và điều khiển mạng ETHERNET Giao diện MPU-1, bộ giải mã IOF, bộ định thời và logic mã hoá địa chỉ Giao diện MPU-1 là phần logic chính cho phép trao đổi dữ liệu giữa MNI và bộ xử lí MPU-1. Khối này cho phép nhận dạng địa chỉ MNI khi chúng được gửi bởi MPU-1 để thông tin với MNI. Việc giao tiếp giữa MPU-1 và MNI được thực hiện bởi IOF. Khi việc nhận dạng một địa chỉ được hoàn tất khối này sẽ thực hiện giải mã IOF gửi bởi MPU-1 và phát tín hiệu điều khiển cần thiết cho hoạt động của bộ MPU-1. Bus địa chỉ của MPU-1 chỉ có 16 bit. Nhưng để gửi địa chỉ tới bộ nhớ dùng chung thì lại cần 18 bit. Để khắc phục nhược điểm này, một bộ logic và chuyển mã địa chỉ được sử dụng để đưa ra một địa chỉ 18 bit cần có. Bộ nhớ dùng chung Dữ liệu được trao đổi đến và đi từ MNI được lưu trong bộ nhớ dùng chung. Có ba đối tượng sử dụng bộ nhớ này đó là: ETHERNET, SERIAL LINES-ADSP và MPU-1. MNI gắn kiền với bộ nhớ dùng chung có dung lượng 256word x 16 bit. Mạng Ethernet 1&2, ADSP 2100 serial line Controller và MPU-1 sử dụng chung bộ nhớ này để trao đổi dữ liệu đến và đi từ các thiết bị nói trên. Bộ nhớ này được đọc hoặc ghi bởi một trong các đối tượng trên theo quyền truy nhập được cấp phát bởi bộ cấp phát quyền truy nhập Shared Memory Arbitration Logic. Địa chỉ đầu vào tới bộ nhớ dùng chung luôn được cấp bởi bộ MPU-1 bất chấp việc một trong ba đối tượng trên yêu cầu quyền cấp phát. Các tín hiệu OE (output enable) và WE (write enable) được cấp phát bởi bộ Shared Memory Arbitration Logic. Khối logic cấp phát quyền truy nhập bộ nhớ dùng chung (Shared Memory Arbitration Logic) Để quản lí việc ưu tiên truy nhập bộ nhớ dùng chung, MNI được cung cấp khối cấp phát quyền truy nhập bộ nhớ dùng chung. Khối logic này quản lí yêu cầu đọc/ghi của ba đối tượng sử dụng được nêu trên đối với bộ nhớ dùng chung. Việc cấp quyền truy nhập bộ nhớ dùng chung dựa trên các logic sau: - Khi không có yêu cầu nào, bus địa chỉ vào IAB( input address bus) IAB 0á17 và bus dữ liệu IDB 0á15 tới bộ nhớ dùng chung được cấp cho bộ xử lí MPU-1 - Nếu có bất kì xung đột nào (đồng thời có hơn một đối tượng truy nhập) thì chúng sẽ được giải quyết như sau: + ưu tiên thứ nhất - truy nhập nối tiếp + ưu tiên thứ hai - truy nhập Ethernet + ưu tiên thứ ba - truy nhập MPU-1 Bộ xử lí điều khiển đường nối tiếp, bộ giải mã, bộ định thời, chuyển mã địa chỉ Phần quan trọng nhất của khối này là bộ xử lí điều khiển đường nối tiếp. Nó có bộ vi xử lí có chương trình hoạt động và bộ nhớ chương trình riêng nhưng bộ nhớ dữ liệu của nó lại là bộ nhớ dùng chung với giao diện chính MNI. Thông tin đến và đi từ nó trên bus dữ liệu IDB. Khối này giải mã các hoạt động mà nó phải thực hiện và phát tín hiệu điều khiển và tín hiệu định thời cần thiết cho các hoạt động. Nó cũng phát các tín hiệu cần thiết để gửi cho bộ logic cấp phát quyền truy nhập bộ nhớ dùng chung khi nó phải truy nhập vào bộ nhớ dùng chung. Ngược lại nó cũng thu các tín hiệu điều khiển từ bộ cấp phát quyền truy nhập bộ nhớ dùng chung. Dung lượng địa chỉ của bộ vi xử lí được sử dụng trong khối này chỉ là 14 bit. Nhưng bộ nhớ dùng chung cần địa chỉ 18 bit nên bộ chuyển mã địa chỉ sẽ khắc phục vấn đề này bằng việc cung cấp một dịa chỉ 18 bit có 14 bit địa chỉ trong khối này. Các bộ điều khiển nối tiếp Các bộ điều khiển nối tiếp có khả năng quản lí thông tin nối tiếp theo bốn đường nối tiếp. Thực tế là có hai bộ điều khiển nối tiếp mỗi bộ quản lí hai đường nối tiếp. Dữ liệu gửi ra ngoài bằng đường nối tiếp từ bộ nhớ dùng chung và dữ liệu thu từ các đường nối tiếp lại được gửi đến bộ nhớ này . Dữ liệu nối tiếp đến và đi từ bộ điều khiển nối tiếp sẽ đi qua giao diện nối tiếp (Serial Interface) Giao diện nối tiếp (Serial Interface) Khối giao diện nối tiếp Serial line interface cung cấp bốn đầu ra nối tiếp trong hệ thống giao diện EIA RS-232 hoặc RS-442 để tạo giao diện với các đối tượng sau: - Pannel điều khiển - Bộ xử lí dữ liệu của kênh khác - Máy phát - Bộ phát ảnh Scenario Generator Bộ điều khiển Ethernet và giao diện Ethernet Logic Ethernet và giao diện trong MNI có được bằng việc sử dụng hai bộ điều khiển giao tiếp 82586 (82586 Local Communication Controllers) và hai thành phần giao diện nối tiếp Ethernet 82501 (82501 Ethernet Serial Interface). Các thành phần đều thuộc lớp 1 (lớp kết nối dữ liệu) và lớp 2 (lớp vật lí) của chuẩn Ethernet 802.3 Bộ 82586 là một bộ xử lí kết hợp LAN thông minh có sử dụng giao thức CSMA/CD (truy nhập đa sóng mang có phát hiện đụng độ). Các chức năng của 82586 như sau: - Quản lí giao thức CSMA/CD - Tạo khung - Tạo và tháo gỡ các mào đầu thích hợp - Tạo địa chỉ nguồn - Tạo các mã CRC và kiểm tra - Tốc độ baud 10 Mbit/s Bộ 82586 với quá trình xử lí có khả năng thực hiện việc khôi phục hoạt động của khối dữ liệu có lỗi trạng thái hay lỗi va chạm khung. Bộ 82586 với bộ điều khiển DMA bên trong có thể quản lí đường kết nối với bất kì một đối tượng nào truyền dữ liệu đồng thời trên bốn kênh. Tốc độ truyền trên mạng Ethernet có thể đạt tới 4Mbyte/s. Trong card MNI dữ liệu được truyền trên mạng Ethernet được truyền qua bộ nhớ dùng chung. Bộ nhớ dùng chung được sử dụng như một bộ nhớ dữ liệu để MPU-1 lưu và lấy dữ liệu để chuyển hay nhận trên đường truyền nối tiếp hay mạng Ethernet. Việc quản lí truy nhập bộ nhớ dùng chung đối với bộ điều khiển Ethernet 82586 được thực hiện bởi khối logic cấp phát bộ nhớ dùng chung. Dữ liệu trao đổi giữa bộ nhớ dùng chung và bộ điều khiển Ethernet ở hai dạng: - Dạng byte - Dạng word Hai bộ điều khiển Ethernet có thể cấp phát 24 bit địa chỉ (A0á23) và có thể truy nhập vào 16 Mbyte của bộ nhớ . Có thể xảy ra khả năng cả hai bộ xử lí kết hợp LAN truy nhập vào toàn bộ bộ nhớ dùng chung mà không yêu cầu việc chuyển mã địa chỉ thông qua ADSP hay MPU-1. 5.3. Các giao diện dành riêng Các giao diện dành riêng của bộ xử lí dữ liệu là các giao diện duy nhấtđối với các ứng dụng đặc biệt như là hệ thống radar giám sát sơ cấp PSR. những giao diện này được thiết kế đặc biệt để phục vụ cho các thiết bị ngoại vi kết nối với một hệ htống duy nhất. Khi bộ xử lí dữ liệu được sử dụng trong một số hệ htống khác, những giao diện như thế này sẽ không còn chức năng hoạt động trong hệ thống đó. Các giao diện dàng rieng sử dụng trong khối xử lí dũ liệu của hệ thống radar ATCR 33S-DPC là: - Bộ định thời N-TMG - Giao diện máy thu RXINT - Khối vào/ra MIO - Giao diện định thời dữ liệu DTI - Quản lí giao diện định thời TIM 5.3.1. Bộ định thời N-TMG Cả MPU-1 và N-TMG không thể gửi địa chỉ cho nhau được vì bảng mạch N-TMG không phải là một giao diện vào/ra của bộ xử lí MPU-1. Bộ định thời phát ra những tín hiệu định thời quan trọng được sử dụng cho bộ xử lí tín hiệu và bộ xử lí dữ liệu. Ngoài ra bộ định thời còn nhận các tín hiệu đồng bộ, gửi chúng tới khối tạo dạng bản tín đầu vào IMF và còn thu các tín hiệu tách mục tiêu đến từ khối xử lí dữ liệu. Các chức năng cơ bản của khối định thời là: - Phát tín hiệu đồng hồ cho radar - Giải mã các sự kiện theo thời gian - Sắp xếp và lựa chọn các sự kiện cơ bản - Gửi các tín hiệu định thời tới khối xử lí tín hiệu - Nhận và đồng bộ tín hiệu tách mục tiêu 5.3.2. Giao diện máy thu Giao diện máy thu RXINT là một giao diện vào/ra của MPU-1. Nó được tạo thành từ năm giao diện khác nhau đó là: - Giao diện vào/ra chuẩn với MPU-1 - Giao diện với bộ xử lí tín hiệu - Giao diện với khối MIO-1/MIO-2 - Giao diện đo lường công suất - Giao diện cho cấu hình kênh kép 5.3.3. Môđun vào ra (MIO-1, MIO-2) Khối MIO được sử dụng với mục đích là tạo giao diện vào/ra cho việc trao đổi các tín hiệu điều khiển và các tín hiệu trạng thái radar. Thông qua các bus riêng kết nối MIO với RXINT MPU-1 có thể giao tiếp với MIO-1 và MIO-2. Sử dụng bus này MPU-1 định dạng các tín hiệu điều khiển và dữ liệu được gửi từ MPU-1 đến MIO. Những dữ liệu được trao đổi bằng việc sử dụng các đường CPADD, CPDAT, CPPUT và CPTAKE. Cấu hình của MIO được thiết lập chỉ khi khởi động radar hay sau khi xoá kênh Master. MIO cũng được kết nối tới một bus code và nhận các lệnh từ khối phát thời gian PTG để phát các tín hiệu điều khiển. Trong bộ xử lí dữ liệu của hệ thống ATCR 33S-DPC có sử dụng hai bộ MIO. Chúng giống hệt nhau về phần cứng nhưng khác nhau về nhiệm vụ hoạt động. Chức năng hoạt động chính của hai thiết bị này như sau: - Thu ACP và ARP từ ASSY và thu các tín hiệu cảnh báo BITE của APD ASSY. ở phần thu những tín hiệu này MIO sẽ phát một mã và tạo ra một yêu cầu tới IMF để nhớ nó vào trong FIFO. MPU-1 có thể truy nhập tới IMF thông qua IOF. - Thu, lấy mẫu và nhớ các tín hiệu trạng thái cà các tínhiệu BITE của các khối khác nhau trong máy thu RF/IF và RF Plumbing. - Đưa các tín hiệu điều khiển cho các khối trong máy thu RF/IF và RF Plumbing - Truyền các tín hiệu Trigger tới các thiết bị bên ngoài (như màn hình hoạt động radar và máy phát) - Phát và truyền các tín hiệu điều khiển. Những chức năng trên có thể thực hiện qua các cổng I/O khác nhau INP, A, B, C, D, E, F, G có mặt trên hai MIO . 5.3.4. Giao diện định thời dữ liệu (Data Timing Interface – DTI) Bảng mạch là một giao diện vào ra của MPU-1. Nó cho phép chuyển đổi dữ liệu với bộ xử lí tín hiệu (16bit) và phát những tín hiệu định thời ở tôc độ cao. Nó có giao diện bus MPU-1 để giao tiếp với MPU-1. Việc trao đổi dữ liệu cho phép nhớ hai mẫu tín hiệu I và Q từ đầu ra bộ chuyển đổi A/D trong cửa sổ ghi (chức năng ghi). Việc sử dụng bộ nhớ và lưu trữ dữ liệu được điều khiển bởi giao diện bus (Bus Interface), bộ điều khiển Recording/Playback, bộ R/P Arbiter và máy thu. Chức năng ghi được hoạt động ở tần số bằng hai lần tần số đồng hồ của radar để có thể truyền thông tin I ở trong nửa khối thứ cự li nhất và thông tin Q trong nửa còn lại. 5.3.5. Quản lí giao diện định thời (Timing Interface Manager - TIM) Khối quản lí giao diện thời gian TIM là một giao diện của MPU-1. Nó có các chức năng chính như sau: Gửi tín hiệu điều khiển tới thiết bị radar giám sát sơ cấp (Primary Seveillance Rdar) Tạo giao diện với ống dẫn sóng và Anten để gửi các tín hiệu điều khiển, tín hiệu trạng thái thu, tín hiệu cảnh báo. Tạo giao diện với Stalo để để thay đổi các tần số trong hệ thống tần số. 5.4. Bite bộ xử lí dữ liệu Hệ thống Bite kiểm tra bộ xử lí dữ liệu được chia làm hai phần: - Offline Bite - Online Bite 5.4.1. Offline Bite Đối tượng Offline Bite dùng để kiểm tra phần cứng của bộ xử lí dữ liệu radar, tìm ra các lỗi ở các card đơn. Trong khi Offline Bite hoạt động thì bộ xử lí dữ liệu không hoạt động. Offline Bite hoạt động trong các trạng thái sau: - Khi khởi động khối xử lí dữ liệu - Sau khi kích hoạt phần cứng Master Clear 5.4.2. Online Bite Online Bite được dùng để khoanh vùng các lỗi của bộ xử lí trong khi nó vẫn hoạt động bình thường. Việc kiểm tra theo dõi diễn ra theo chu kì và cung cấp việc kiểm tra theo các lỗi định thời. Mỗi kênh của bộ xử lí dữ liệu đều tham gia vào việc kiểm tra trạng thái của các kênh dữ liệu khác. 5.5. Giới thiệu về cấu trúc phần mềm Phần mềm của máy thu thời tiết và mục tiêu có thể xem như giống với phần mềm của bộ xử lí dữ liệu mục tiêu và dữ liệu thời tiết đó. Phần này sẽ giới thiệu cấu trúc phần mềm của TWDP và hoạt động hệ thống của bộ xử lí MPU . 5.5.1. Phần mềm của TWDP và cấu trúc của phần mềm cơ sở kết hợp Phần mềm và phần cứng hoạt động của khối TWDP được thực hiện theo chức năng trong máy có cấu trúc dựa trên các mức sau: - Mức 0: Phần cứng MPU Hoạt động của hệ thống - Mức 1: Susy (giám sát hệ thống) - Mức 2: Phần mềm thực hiện Các hoạt động phần mềm được chia làm hai nhóm: Các nhiệm vụ chức năng Các thủ tục liên quan đến ngắt do người sử dụng Phần mềm mức 1 Susy là không phụ thuộc vào các phần mềm ứng dụng. Phần mềm cơ sở này được trang bị cho các thiết bị như các thủ tục toán học, các phần nạp và gỡ rối khi hệ thống đang hoạt động , các thủ tục về màn hình hiển thị, kiểm tra tự động của MPU, phần quản lí ngắt và các ngăn Stack. Phần mềm mức 2 Excutive cũng không phụ thuộc vào các ứng dụng phần mềm. Nó bao gồm một chuỗi các thủ tục có rải rác trong CPU MPU giữa các nhiệm vụ ứng dụng khác nhau có ảnh hưởng và hoạt động đồng thời. Các thủ tục phần mềm được kích hoạt bởi các nhiệm vụ riêng biệt được điều khiển bởi các chức năng điều khiển và trích dữ liệu của khối Controller và Extracter. Việc chia phần mềm thành các mức khác nhau là do yêu cầu của thực tế với mỗi thủ tục, chúng được đặt tại mức khác nhau, mức thấp là để thiết lập các phần cứng của MPU để điều khiển các chức năng cần thiết. 5.5.2. Hoạt động hệ thống của bộ xử lí MPU Hoạt động này được thấy ở mức 1 và được gọi là hệ thống giám sát. Nó cũng bao gồm các thành phần gỡ rối I.DE.A (Interactive Debugging Aid). Các hoạt động thực hiện bởi Susy là : - Khởi tạo hệ thống (tại Master Clear) - Gọi lại kiểm tra MPU (tại Master Clear) - Quản lí ngắt - Quản lí in ở bộ đệm - Quản lí các chương trình ứng dụng trạng thái online/offline - Quản lí hệ thống đồng hồ Các hoạt động được điều khiển bởi IDEA là: - Tương tác với Susy cho các hoạt động Start và Stop của các thủ tục con và các chương trình - Quản lí các hoạt động đọc/ghi trong vùng của chương trình và các bộ nhớ dữ liệu - Quản lí việc truyền dữ liệu và chương trình từ các ổ đĩa mềm đến bộ xử lí MPU và ngược lại - Quản lí gỡ rối Một số các đặc tính của Susy có thể được gọi lại bằng chương trình của IDEA thông qua các lệnh điều khiển được gửi từ bàn phím. IDEA được khởi tạo lúc xoá kênh chủ và được tự động định dạng trong các lệnh tiếp nhận trạng thái. Các hoạt động gỡ rối của IDEA được quản lí bằng hệ thống ngắt bởi vậy nó độc lập với trạng thái online/offline của các chương trình ứng dụng. Trong trường hợp các lệnh đòi hỏi xử lí nhanh, hoạt động sẽ được điều khiển trong quá trình ngắt phát ra theo các kí tự nhận được từ bàn phím. Trong trường hợp không đòi xử lí nhanh, hoạt động sẽ chia thành các phần là 50μs và được điều khiển trong thời gian ngắt đông hồ hệ thống có chu kì 1μs. Trong cách này IDEA không được vượt quá 5% của tổng thời gian. 5.5.3. Tín hiệu vào và ra của phần mềm TWDP Phần mềm CSCI (Computer Software Configuration Item) của TWDP trao đổi thông tin với các phần sau: Phần xử lí trung tâm radar RHP Các pannel điều khiển gần và xa Máy thu RF/IF Hệ thống RF Khối RF Khối xử lí dữ liệu mục tiêu thời tiết TWDP Máy phát Solid State ASC TWDP khác RMM và CMS Phần mềm CSCI được chia thành ba phần chính như sau: - Dòng trích dữ liệu: Phần này mô tả chức năng của báo cáo mục tiêu và các phần trích của vector tín hiệu thời tiết bao gồm việc gắn nhãn và xử lí kiểm duyệt lần hai. - Dòng bản tin dữ liệu: Minh hoạ dòng bản tin dữ liệu từ TWDP CSCI với mọi khối bên ngoài - Dòng các chức năng khác: Minh hoạ các chức năng khác thực hiện bởi TWDP CSCI III. Một số khối khác 1. Khối máy tính Khối máy tính là một thiết bị dữ liệu vào ra thông minh như máy tính cá nhân. Khối này được sử dụng để điều khiển chức năng của radar trong khi chuyển, giám sát các chỉ thị ở cùng thời điểm. Cấu hình phần cứng của khối máy tính như sau: CPU: 80846 DX/33MHz Bộ nhớ động hệ thống : 4Mbyte Ram ổ cứng trong : 80Mbyte Hai giao diện nối tiếp Một giao diện song song Giao diện VGA Một chuột nối tiếp Màn hình VGA một màu Giao diện Ethernet: - Bộ điều khiển giao tiếp Ethernet LAN - IEEE 802.3 (thích hợp với Ethernet) - Tốc độ hoạt động cao (10Mbit/s) - Giao thức CSMA/CD - Giao diện với người sử dụng 2. Khối nguồn Khối nguồn cung cấo cho máy thu gồm: Pannel điều khiển nguồn: Pannel điều khiển có ba công tắc pha cung cấp công suất cho toàn bộ máy thu . Bộ lọc nhiễu điện từ trường trong pannel điều khiển nguồn sẽ giúp cho đường dây công suất chính tránh được các nhiễu từ các nguồn bên ngoài vào mạch máy thu. Môđun cung cấp nguồn kiểu A: - Điện áp ra : +5V, +15V, -15V - Dòng ra : 70A , 3A , 3A - Công suất đầu ra: 390W Điện áp ra +5V +15V -15V Dòng ra 70A 3A 3A Công suất đầu ra 390W Môđun cung cấp nguồn kiểu B: - Điện áp ra: +15V, -15V, +15V, -15V - Dòng đầu ra: 16A, 16A, 7A, 7A - Công suất ra: 320W Điện áp ra +15V -15V +15V -15V Dòng ra 16A 16A 7A 7A Côngsuất ra 320W Nguồn +5V Khối này ở trên pannel điều khiển nguồn, cung cấp 5V/5A cho hoạt động của các công tắc chính. Ngoài ra nó còn cung cấp công suất cho pannel điều khiển và các logic điều khiển của các quạt gió. Khối làm mát (quạt) A Chức năng của khối này là làm mát cho các bảng mạch in trong các ngăn. Trên các bộ làm mát có gắn một bộ điều khiển cho phép các bộ làm mát này hoạt động tốt. Khối làm mát (quạt) B Khối này dùng để làm mát cho toàn bộ cabin. Loại này khác với khối làm mát kiểu A ở chỗ nó có các công tắc nhiệt để kiểm soát nhiệt độ bên trong các cabin máy thu. Phụ Lục 1. Một số thông số của Radar sơ cấp atcr 33s – dpc Cự li : D = 150km Máy phát 19 KWP Solid State Độ rộng xung ngắn 10,26 às trong khoảng dài 0,4 às trong khoảng ngắn Độ rộng xung dài 100 às trong khoảng cách dài 10 às trong khoảng ngắn Thời gian giữa 2 xung trong 1 cặp 100 às cho khoảng dài 43 às cho khoảng ngắn Tần số lặp lại của cặp 700Hz min 1000 Hz max Khoảng tần số sóng mang Từ (2,7 á 2,985) GHz Mã tín hiệu Mã pha tuyến tính hoặc không tuyến tính Thời gian quá độ đóng mở RF ≤ 1às Giao diện máy phát – máy thu RS - 422 đường nối tiếp Song công(Full duplex),dữ liệu đồng bộ (synchronized data) Sử dụng dây bọc và cân bằng Tốc độ truyền : 19200 baud Giao diện máy phát – máy tính RS 232 đường nối tiếp Asynchronous, song công Tốc độ truyền: 9600 baud Máy thu Khối nguồn Đường dây cung cấp chính 3 pha và trung hoà Điện áp 380V AC ± 15% Tần số 50/60 Hz ± 5% Hệ số công suất ≥ 0,8 Công suất tiêu thụ 1,5 KW Bộ khuyếch đại tiền IF Tần số vào 640 MHz Tần số ra 30 MHz Nhiễu ≤ 3,5 dB Tăng ích 18 dB, 41 dB Phần lọc trung tần Loại bộ lọc đơn xung Băng thông 3 cực qua bộ lọc BESSEL 720 KHz ± 1% Loại bộ lọc xung dài Băng Thông 3 cực qua bộ lọc BESSEL 1800 KHz ± 1% Bộ tạo dao động nội Tần số Stalo thứ nhất (dải hoạt động) 2060 á 2320 MHz Tần số Stalo thứ hai 670 MHz 640 MHz Tần số Coho 30 MHz Bộ chuyển đổi A/D Tốc độ lấy mẫu 533 ns (1,875 MHz) Số bit 12 Trở kháng vào 75 Ω Bộ lọc nén xung số Tốc độ xử lí 533 ns (1,875 MHz) Số mẫu liên hợp cực đại 256 2. Một số đặc điểm kĩ thuật của radar thứ cấp SIR-M Cự li : D= 250km Máy phát Tần số phát 1030 MHz ± 0,1 MHz Độ ổn định tần số ± 50KHz Độ rộng xung phát sườn trước (rise time) sườn sau(fall time) trễ từ P2 tới P1 Trễ từ P3 tới P1 0,8 às ± 0,1 às cho các Mode 0,05 á 0,1 às 0,05 á 0,2 às 2 ± 0,05 às cho mọi mode 3 ± 0,05 às (mode 1) 5 ± 0,1 às (mode 2) 8 ± 0,1 às (mode 3/A) 17 ± 0,1 às (mode B) 21 ± 0,1 às (mode C) 25 ± 0,1 às (mode D) Trở kháng đầu ra 50Ω Công suất đầu ra 60,5 dBm Trạng thái ổn định(ngắn) Chênh lệch công suất(lập trình) ≤ 0,5 dB Trạng thái ổn định (dài) Chênh lệch công suất(lập trình) ≤ 1 dB cho mọi môi trường Máy thu Trở kháng vào 50Ω danh định Trở kháng ra 75Ω danh định Băng tần 8á10 MHz ở -3dB ≤ 24 MHz ở -40dB ≤ 50 MHz ở -60dB Trung tần 60 MHz Tần số danh định vào 1090 MHz Độ ổn định tăng ích ± 0,5 dB Đặc điểm mức ra TTL Khối cung cấp nguồn Điện áp nguồn 220Vac ±10% Tần số nguồn (45 á 450) Hz ± 10Hz Công suất tiêu thụ ( kênh đơn ) ( kênh kép ) 700W 1500W Điện áp DC ra (ổn định) 40V (1A), 28V (3A), ±12V (9A), 43V (3,5A), 5V (60A) Điện áp ra DC không ổn định ±24V(3A), -150V(50mA) 3. Các hình phụ lục Hình 1 Radar sơ cấp ATCR 33S - DPC Hình 2 Sơ đồ khối radar sơ cấp ATCR 33S - DPC Hình 3 Sơ đồ khối radar giám sát thứ cấp SIR-M Hình 4 Một trong các cấu hình của kênh máy thu radar ATCR 33S - DPC Hình 5 Sơ đồ hệ thống RF và REC của hai kênh CHA & CHB Hình 6 Sơ đồ phần xử lí tương tự của máy thu Hình 7 Sơ đồ tổng quát khối xử lí dữ liệu Hình 8 Sơ đồ các khối ASU, PRM, MPU và DPM trong bộ xử lí dữ liệu Hình 9 Sơ đồ vùng bay quốc tế và quốc nội trong FIR HAN và FIR HCM Các thuật ngữ viết tắt Tên viết tắt Tên đầy đủ ý nghĩa của từ viết tắt ACC Air Control Centre Trung tâm quản lí bay acp Azimuth Change Pulse Xung thay đổi góc phương vị adda Address Bus Bus địa chỉ adt Automatic Detector and Tracker Bộ tự phát hiện và theo dõi aftn Aeronautical Fixed Telecommunication Network Hệ thống thông tin cố định agc Automatic Gain Control Tự động điều khiển độ tăng ích aid Asynchronous Interference Detector Bộ tách nhiễu không đồng bộ amsc Automatic Messages Switching Centre Hệ thống chuyển tiếp điện văn tự động amtd Adaptive Moving Target Detector Bộ phát hiện thích nghi mục tiêu di động arp Azimuth Reference Pulse Xung chính Bắc asu Auxiliary Support Unit Khối hỗ trợ phụ atm Air Traffic Management Quản lí không lưu avsc Automatic Voice Switching Centre Hệ thống chuyển mạch thoại bite Built -In Test Equipment Thiết bị kiểm tra Built-in caffe Continuous Adaptive Fir Filter Extractor Các bộ lọc FIR thích nghi liên tục, mỗi bộ chỉ lọc một dải tần Doppler cfar Constant False Alarm Rate Tỉ lệ cảnh báo sai không đổi c-n-s Communication-Navigation-Surveillance Thông tin-Dẫn đường -Giám sát coho Coherent Local Oscilator Bộ tạo dao động nội kết hợp cpi Coherent Processing Interveal Khoảng thời gian xử lí kết hợp csma/cd Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Truy nhập đa sóng mang có phát hiện đụng độ cs Chip Select Tín hiệu chọn chip cw Continuous Wave Sóng liên tục (sóng hình sin) DABU Data Bus Bus dữ liệu dad Đà Nẵng Đà Nẵng dma Direct Memory Access Truy nhập bộ nhớ trực tiếp dme Distance Measuring Equipment Đài DME (để xác định khoảng cách từ mục tiêu tới đài) dp Data Processor Bộ xử lí dữ liệu dpc Digital Pulse Compression Nén xung số dpm Dual Port Memory Bộ nhớ cổng kép dti Data Timing Interface Giao diện định thời dữ liệu eeprom Bộ nhớ EEPROM eprom Bộ nhớ EPROM fdm Fine Doppler Map Bản đồ tần số Doppler chuẩn fdp Flight Data Processing Xử lí dữ liệu chuyến bay fer Front-End Receiver Tầng front-end của máy thu fifo First In First Out Vào trước ra trước FIR Finite Impulse Response Đáp ứng xung có chiều dài hữu hạn fir Flight Imformation Region Vùng thông báo bay fm Frequency Modulation Điều tần han Hà Nội Hà Nội HCM Hồ Chí Minh Hồ Chí Minh hf High Frequency Cao tần iab Input Adress Bus Bus địa chỉ vào ICAO International Civil Aviation Organization Tổ chức Hàng Không Dân Dụng quốc tế idb Input Data Bus Bus dữ liệu vào idea Interactive Debugging Aid Chức năng gỡ lỗi của hệ thống if Intermediate Frequency Trung tần iisls Improved Interrogation path Side-Lobe Suppression Hệ thống triệt búp phụ ils Instrument Landing System Hệ thống phụ trợ hạ cánh chính xác imf Input Messages Formatter Bộ định dạng bản tin đầu vào INST Instruction Bus Bus lệnh isls Interrogation path SideLobe Suppression Hệ thống triệt búp phụ lan Local Area Network Mạng cục bộ lcms Local Control Monitering System Hệ thống giám sát điều khiển tại trạm lo Local Oscilator Máy phát dao động nội mio Modular Input/Output Khối vào/ra mni Main Network Interface Giao diện mạng chính mpc Multi Protocol Converter Bộ chuyển đổi giữa hai chuẩn mpu MicroProgramable Processing Unit Khối xử lí lập trình được mti Moving Target Indicator Bộ chỉ thị mục tiêu di động ndb Non Directional radio Beacon Đài dẫn đường NDB nm 1 NM = 1,852 Km Đơn vị đo khoảng cách ppi Plan Position Indicator Hiển thị vị trí mục tiêu trên toạ độ cực PRAD Program Address Bus Bus địa chỉ chương trình prf Pulse Repeat Frequency Tần số lặp lại xung prm Program Memory Bộ nhớ chương trình prom Bộ nhớ PROM prt Pulse Repeat Time Chu kì lặp lại xung psr Primary Surveillance Radar Radar giám sát sơ cấp ptg Programable Timing Generator Máy phát định thời lập trình được radar Radio Detection And Ranging Hệ thống dùng sóng vô tuyến để phát hiện và đo đạc mục tiêu ram Random Acess Memory Bộ nhớ truy nhập ngẫu nhiên rcms Remote Control and Monitering System Hệ thống giám sát và điều khiển từ xa rdp Radar Data Proceesing Xử lí dữ liệu radar rec Radar Electronic Cabin Tủ đựng các thiết bị điện của radar rf Radio Frequency Tần số sóng vô tuyến rhp Radar Head Processing Xử lí đầu não radar rmm Radar Maintainance Monitering Kiểm soát bảo trì radar rpb Recording Playback Giúp cho lấy lại số liệu trước đó saw Surface Acoustic Wave Sóng âm bề mặt Sin Shift-In Signal Tín hiệu Shift-In Sout Shift-Out Signal Tín hiệu Shift-Out sp Signal Processor Bộ xử lí tín hiệu ssr Secondary Surveillance Radar Radar gián sát thứ cấp stac Strong Target Adaptive Control Điều khiển thích nghi mục tiêu mạnh stalo Stable Local Oscillator Máy phát dao động nội ổn định stc Sensitivity Time Control Điều khiển độ nhậy theo thời gian tim Timing Interface Manager Quản lí giao diện định thời vhf Very High Frequency Tần số rất cao vor VHF Omnidirectional Range Đài VOR wsm Weigh Selection Map Bản đồ lựa chọn trọng số Tài liệu tham khảo Phạm Văn Tuân. Giáo trình “Cơ sở kĩ thuật định vị dẫn đường”, Hà Nội 1999. nguyễn quốc trung. Giáo trình “Xử lí tín hiệu và lọc số ”. Nhà xuất bản Khoa Học Kĩ thuật Hà Nội 2001. Phạm minh hà. Giáo trình “Kĩ thuật mạch điện tử ”. Nhà xuất bản Khoa Học Kĩ Thuật Hà Nội 2002. Giáo trình “Lý thuyết kiểm soát Radar” Trường Hàng Không Việt Nam. Tài liệu “ATCR 33S -DPC receiver”. Tác giả: Nhóm tác giả của hãng Alenia Marconi Systems. CHris allen. Tài liệu “Radar Pulse Compression”. Tài liệu “Radar HandBook” Chapter 3: Receiver (Tác giả : John W.Taylor) Chapter 10: Pulse Compression Radar (Tác giả: Edward C. Farnett và George H. Stevens ) Kết luận Với khoảng thời gian 15 tuần em đã cố gắng tìm hiểu về kĩ thuật nén xung (một trong những kĩ thuật hiện đại được áp dụng trong các hệ thống radar) và hoạt động máy thu radar sơ cấp ATCR33S-DPC tại sân bay quốc tế Nội Bài. Có thể nói kĩ thuật nén xung là một trong những kĩ thuật rất quan trọng được áp dụng trong các hệ thống radar. Nó giúp cho radar có được ưu điểm về độ phân giải của xung hẹp và khoảng phát hiện của xung dài. Kĩ thuật này cũng được áp dụng cho máy thu radar sơ cấp ATCR33S-DPC tại sân bay quốc tế Nội Bài. Trong quá trình làm đồ án với sự nỗ lực của bản thân cộng với sự giúp đỡ của các thầy em đã có được những hiểu biết cơ bản về hệ thống radar và kĩ thuật nén xung. Mặc dù đã cố gắng tuy nhiên trong đồ án vẫn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy để đồ án được hoàn thiện hơn. Một lần nữa em xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ của thầy Trần thọ tuân (thầy giáo hướng dẫn - giảng viên bộ môn Kĩ Thuật Thông Tin, khoa Điện Tử Viễn Thông, trường đại học Bách Khoa Hà Nội), thầy phạm văn tuân (giảng viên bộ môn Kĩ Thuật Thông Tin, khoa Điện Tử Viễn Thông, trường đại học Bách Khoa Hà Nội) và kĩ sư nguyễn duy quyện (cán bộ trung tâm quản lí bay Miền Bắc) đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Mục lục ._.