Nghiên cứu, thiết kế bộ tổ hợp tín hiệu điều tần cho ra đa liên tục bằng phương pháp tổ hợp số trực tiếp tần số

Bài viết trình bày nghiên cứu, thiết kế bộ tổ hợp tín hiệu cho ra đa liên tục sử dụng tín hiệu điều tần bằng phương pháp tổ hợp số trực tiếp tần số. Bằng việc khảo sát tín hiệu điều tần tuyến tính dạng tam giác, bài báo đã làm rõ nguyên lý hoạt động cả ra đa liên tục.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu, thiết kế bộ tổ hợp tín hiệu điều tần cho ra đa liên tục bằng phương pháp tổ hợp số trực tiếp tần số Thông tin khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ TỔ HỢP TÍN HIỆU ĐIỀU TẦN CHO RA ĐA LIÊN TỤC BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỔ HỢP SỐ TRỰC TIẾP TẦN SỐ Nguyễn Minh Thắng 1*, Nguyễn Đình Hưng 2, Đinh Trọng Quang1, Trịnh Xuân Thọ1, Nguyễn Thành1 Tóm tắt: Bài báo trình bày nghiên cứu, thiết kế bộ tổ hợp tín hiệu cho ra đa liên tục sử dụng tín hiệu điều tần bằng phương pháp tổ hợp số trực tiếp tần số. Bằng việc khảo sát tín hiệu điều tần tuyến tính dạng tam giác, bài báo đã làm rõ nguyên lý hoạt động cả ra đa liên tục. Bài báo cũng đề xuất phương án thiết kế bộ tổ hợp tín hiệu điều tần tuyến tính liên tục theo phương pháp tổ hợp số trực tiếp dựa trên công nghệ vi mạch tích hợp khả trình FPGA (Field Programmable Gate Array) kết hợp với linh kiện điều chế cầu phương I/Q AD9957. Kết quả của nghiên cứu sẽ được giới thiệu và đánh giá với bộ tham số thiết kế đầu vào. Từ khóa: Ra đa liên tục, Tổ hợp số trực tiếp tần số, Điều tần tuyến tính, Vi mạch AD9957 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Tín hiệu điều tần là dạng tín hiệu điều chế được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin liên lạc, ra đa cảnh giới, ra đa viễn thám, hệ thống đo cao, hệ thống giám sát chất lượng. Trong các ứng dụng sử dụng tín hiệu điều tần, lĩnh vực nghiên cứu liên quan tới ra đa liên tục sử dụng tín hiệu điều tần đã có quá trình phát triển lâu dài và được phát triển rộng rãi trong những năm gần đây [1]-[5]. Đặc biệt trong lĩnh vực quân sự, cùng với việc phát triển của công nghệ bán dẫn và các hệ thống xử lý số thông tin tốc độ cao, thời gian gần đây đã có nhiều hệ thống ra đa liên tục được giới thiệu như hệ thống cảnh giới Cam Shell 76N6, hệ thống ra đa ELM- 2112, hệ thống ra đa Ranger R20SS, v.v. Tại Việt Nam, lĩnh vực nghiên cứu ra đa liên tục cũng đã được quan tâm tuy nhiên vẫn thiếu những nghiên cứu chuyên sâu, mang tính chất nền tảng cho việc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng chủng loại ra đa này trong thực tiễn. Trong bối cảnh nghiên cứu như trên, bài báo trình bày nghiên cứu, thiết kế bộ tổ hợp tín hiệu cho ra đa liên tục sử dụng tín hiệu điều tần bằng phương pháp tổ hợp số trực tiếp tần số. Trước tiên, nguyên lý hoạt động của ra đa liên tục được làm rõ bằng việc khảo sát tín hiệu điều tần tuyến tính dạng tam giác. Dựa trên kết quả khảo sát nguyên lý hoạt động của ra đa liên tục, bài báo đề xuất phương án thiết kế bộ tổ hợp tín hiệu điều tần tuyến tính liên tục theo phương pháp tổ hợp số trực tiếp tần số dựa trên công nghệ vi mạch tích hợp khả trình FPGA kết hợp với linh kiện điều chế cầu phương I/Q AD9957. Kết quả của nghiên cứu sẽ được giới thiệu và đánh giá với bộ tham số thiết kế đầu vào. 2. TỔ HỢP TÍN HIỆU TRONG RA ĐA ĐIỀU TẦN TUYẾN TÍNH LIÊN TỤC 2.1. Nguyên lý hoạt động của ra đa liên tục sử dung tín hiệu điều tần Ra đa liên tục có thể sử dụng dạng điều tần tuyến tính để đo cả khoảng cách và tần số Đốp le. Trong thực tế ra đa liên tục, dạng sóng điều tần tuyến tính được thay Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Ra đa, 08 - 2016 197  Kỹ thuật siêu cao tần & Ra đa đổi theo độ rời rạc đủ nhỏ để đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác khi đo khoảng cách và vận tốc mục tiêu. Tín hiệu phản xạ từ mục tiêu ngoài việc phụ thuộc vào khoảng cách R đến mục tiêu còn phụ thuộc vào vận tốc hướng tâm của mục tiêu so với đài phát. Hình 1 miêu tả miêu tả sóng điều tần liên tục sử dụng dạng sóng điều tần tam giác và tín hiệu phản xạ từ mục tiêu ở khoảng cách R đối với mục tiêu không chuyển động, còn Hình 2 là đối với mục tiêu chuyển động. Hình 1. Tần số truyền, nhận và tần số Hình 2. Tần số truyền, nhận và tần số phản xạ cho trường hợp mục tiêu không phản xạ cho trường hợp mục tiêu chuyển động. chuyển động. Trong trường hợp mục tiêu không chuyển động, tần số phách được định nghĩa theo công thức: 2∆ 2 = − = (1) Trong đó: :độ di tần ( độ lệch tần cực đại ) ∆ : độ dịch tần của điều chế : chu kì dịch tần : khoảng cách từ mục tiêu đến đài Trong trường hợp mục tiêu chuyển động với vận tốc khác không, khi đó trong thành phần tín hiệu phản xạ sẽ mang thêm thành phần Đốp le. Khi đó mối quan hệ giữa tín hiệu truyền và tín hiệu phản xạ sẽ được biểu diễn trên hình 2. Khi mục tiêu chuyển động, tần số phản xạ sẽ được cộng thêm thành phần Đốp le, lượng tần số cộng vào sẽ mang dấu dương (nếu mục tiêu chuyển động lại gần so với ra đa) và mang dấu âm (nếu mục tiêu chuyển động ra xa so với ra đa), khi đó ta tính được: Tần số phách (Up Beat frequency) nửa chu kì dịch tần lên: 4 ∆ 2 = − (2) Tần số phách (Dp Beat frequency) nửa chu kì dịch tần xuống: 4 ∆ 2 = + (3) Trong đó: : tốc độ hướng tâm của mục tiêu so với ra đa. 198 N.M. Thắng, N.Đ. Hưng, …, “Nghiên cứu, thiết kế bộ tổ hợp… tổ hợp số trực tiếp tần số.” Thông tin khoa học công nghệ : bước sóng tương ứng với tần số trung tâm Khi đó khoảng cách thu được từ công thức sau: = ( + ) (4) 8∆ Tốc độ mục tiêu sẽ được tính theo công thức: = ( − ) (5) ...