Giải pháp thiết kế mẫu trạm ra đa thụ động định vị mục tiêu theo phương pháp TDOA

Bài viết trình bày một giải pháp thiết kế tổng hợp mẫu trạm ra đa thụ động định vị mục tiêu bằng phương pháp TDOA theo những yêu cầu cơ bản của nhiệm vụ chiến - kỹ thuật được xác định trước.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giải pháp thiết kế mẫu trạm ra đa thụ động định vị mục tiêu theo phương pháp TDOANghiên cứu khoa học công nghệ GIẢI PHÁP THIẾT KẾ MẪU TRẠM RA ĐA THỤ ĐỘNG ĐỊNH VỊ MỤC TIÊU THEO PHƯƠNG PHÁP TDOA Trần Văn Hùng*, Lê Vĩnh Hà Tóm tắt: Bài báo trình bày một giải pháp thiết kế tổng hợp mẫu trạm ra đa thụ động định vị mục tiêu bằng phương pháp TDOA theo những yêu cầu cơ bản của nhiệm vụ chiến - kỹ thuật được xác định trước. Từ những phân tích tổng quan, bài báo đưa ra một thiết kế tổng hợp của mẫu trạm ra đa có cấu trúc cơ bản: hai đài thu bên, một đài thu giữa, một trung tâm xử lý. Mẫu thiết kế này đã được chế thử thành công, tạo cơ sở cho nghiên cứu phát triển hoàn thiện thiết kế tiếp theo để đưa vào ứng dụng.Từ khóa: Ra đa thụ động, TDOA. 1. MỞ ĐẦU Ra đa thụ động (RĐTĐ) là loại ra đa phát hiện mục tiêu theo các nguồn nănglượng vô tuyến bức xạ từ các thiết bị trên mục tiêu đó (ra đa; máy hỏi đáp; truyềnsố liệu; phát nhiễu…) hoặc năng lượng do các nguồn khác phản xạ từ mục tiêu(sóng phát thanh FM; sóng truyền hình, truyền tin…). RĐTĐ dùng để phát hiện,nhận dạng, bám sát, đo hướng các mục tiêu trên mặt đất, mặt nước, trên không vàtrinh sát điện tử. So với ra đa tích cực, RĐTĐ có những ưu điểm lớn là: cự ly hoạtđộng lớn (giới hạn đường chân trời), độ cao phát hiện rộng; xác định tọa độ mụctiêu với độ chính xác khá cao; tính bảo mật cao vì không phát xạ sóng điện từ; tínhsống còn cao vì gọn nhẹ và đa vị trí; tiêu thụ ít năng lượng do không phát xạ; hoạtđộng tốt trong điều kiện nhiễu vì nhiễu cũng là đối tượng để thu nhận và phân tích. Chính vì vậy, một số nước phát triển đã và đang cho ra đời nhiều loại RĐTĐkhác nhau. Mỗi loại đều dựa trên một phương pháp xác định vị trí nguồn bức xạ vôtuyến khác nhau [1]: phương pháp TOA (Time of Arrival) dựa trên thời gian lantruyền của sóng điện từ từ nguồn bức xạ đến các đài thu; TDOA (Time Differenceof Arrival) dựa trên hiệu thời gian lan truyền của sóng điện từ từ nguồn bức xạ đếncác đài thu khác vị trí (còn gọi là phương pháp hyperbolic); AOA (Angle ofArrival), dựa trên hướng nguồn bức xạ so với các vị trí đài thu; SS (SignalStrength), dựa trên mức tín hiệu đo được tại vị trí các đài thu; CP (Carrier Phase),dựa trên di pha của sóng mang thu được tại vị trí đài thu so với tín hiệu gốc. Trongsố đó, phát triển nhiều hơn cả là RĐTĐ theo phương pháp TDOA[8,9]. Điển hìnhnhư: hệ thống trinh sát điện tử VERA-E thụ động (CH Séc) dùng để phát hiện,nhận dạng, định vị các mục tiêu trên mặt đất, trên biển và trên không; hệ thốngCОМPLEK-С (Ucraina) là tổ hợp thụ động đáy nhỏ giám sát không gian, định vịnguồn bức xạ vô tuyến, nhận dạng và bám sát các đối tượng trên không, mặt đất vàtrên biển thông qua bức xạ của các phương tiện vô tuyến; hệ thống N6854A (HãngAgilent –USA) là thiết bị thu thụ động kết nối mạng (3 đến 5 đài thu) với dải tần từ20MHz đến 6000MHz, có thể phân tích tín hiệu dải rộng dưới nền tạp, quản lý cácđối tượng mặt đất ở cự ly đến hàng chục km, đồng bộ thời gian nhờ GPS, dùngtrong dân sự v.v…[5]. Tùy theo điều kiện, yêu cầu nhiệm vụ chiến kỹ thuật cụ thể mà mỗi hãng ởmỗi nước cho ra trên thị trường những hệ thống RĐTĐ theo phương pháp TDOAkhác nhau, nhưng luôn được bảo mật cao về thiết kế, công nghệ. Ở nước ta, trongTạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Ra đa, 08 - 2016 31 Kỹ thuật siêu cao tần & Ra đanhững năm gần đây đã hình thành một số đề tài nghiên cứu về RĐTĐ theo nguyênlý khác nhau, nhưng chưa có một nghiên cứu thiết kế nào về RĐTĐ định vị mụctiêu theo phương pháp TDOA[3,4]. Trước yêu cầu cấp thiết của quân đội vềnghiên cứu phát triển RĐTĐ, mới đây Viện Ra đa đã nghiên cứu thiết kế và chếthử thành công một mẫu trạm RĐTĐ định vị mục tiêu theo phương pháp TDOAđầu tiên trong một đề tài độc lập cấp Nhà nước [7], đáp ứng được những yêu cầuchiến kỹ thuật đề ra. Bài báo giới thiệu thiết kế tổng hợp mẫu chế thử thành côngnày. 2. NGUYÊN LÝ VÀ CẤU TRÚC THIẾT KẾ CHUNG2.1. Nguyên lý TDOA Kỹ thuật xử lý TDOA (Time Difference of Arrival) xác định vị trí nguồn bứcxạ tín hiệu vô tuyến dựa trên đánh giá hiệu thời gian tới nhiều vị trí đài thu của tínhiệu từ nguồn. Phương pháp xử lý thực hiện nhờ lấy mẫu tín hiệu thu được đồngbộ tại một số vị trí đài thu. Qua việc tính hàm tương quan chéo (cross-correlation)hai mẫu tín hiệu của một cặp đài thu sẽ xác định vị trí hàm này đạt cực đại. Đóchính là độ chênh (hiệu) thời gian truyền tín hiệu từ nguồn tới các đài thu. Mỗi giátrị hiệu thời gian cụ thể xác định một hyperbol giữa hai đài thu mà nguồn bức xạcó thể nằm trên đó. Nếu cũng tiến hành tính toán như vậy với một cặp đài thu gồmmột đài khác và một trong hai đài thu vừa dùng, một đường hyperbol thứ hai sẽđược xác định. Giao điểm của hai đường hyperbol chính là đánh ...