Nghiên cứu tín hiệu kết hợp giữa mã pha với nhảy bước tần số tuyến tính trong Ra đa dải rộng

Bằng cách kết hợp giữa mã pha trong xung và điều chế tần số từ xung đến xung, dạng tín hiệu PCSF có thể đạt được bước tần lớn hơn dạng sóng SF. Với các hệ thống có cùng băng thông hiệu dụng, kỹ thuật PCSF tạo ra băng thông truyền lớn hơn, thời gian phát chuỗi xung ngắn hơn và độ nhạy Doppler giảm. Với bước tần không đổi, dạng tín hiệu PCSF cho phép mở rộng độ rộng xung, do đó công suất trung bình của tín hiệu phát tăng lên
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu tín hiệu kết hợp giữa mã pha với nhảy bước tần số tuyến tính trong Ra đa dải rộng Kỹ thuật siêu cao tần & Ra đa NGHIÊN CỨU TÍN HIỆU KẾT HỢP GIỮA MÃ PHA VỚI NHẢY BƯỚC TẦN SỐ TUYẾN TÍNH TRONG RA ĐA DẢI RỘNG Trịnh Xuân Trung1*, Trịnh Đăng Khánh2 Tóm tắt: Sử dụng các dạng tín hiệu kết hợp giữa mã pha và mã tần số nhằm nâng cao chất lượng của các hệ thống ra đa tín hiệu dải rộng là hướng nghiên cứu đang được quan tâm. Dạng tín hiệu ra đa mã pha-nhảy bước tần số (PCSF-Phase Coded Stepped Frequency) được cải tiến từ dạng tín hiệu nhảy bước tần số thông thường (SF-Stepped Frequency). Bằng cách kết hợp giữa mã pha trong xung và điều chế tần số từ xung đến xung, dạng tín hiệu PCSF có thể đạt được bước tần lớn hơn dạng sóng SF. Với các hệ thống có cùng băng thông hiệu dụng, kỹ thuật PCSF tạo ra băng thông truyền lớn hơn, thời gian phát chuỗi xung ngắn hơn và độ nhạy Doppler giảm. Với bước tần không đổi, dạng tín hiệu PCSF cho phép mở rộng độ rộng xung, do đó công suất trung bình của tín hiệu phát tăng lên. Từ khóa: Nhảy bước tần số, Mã pha-nhảy bước tần số, Độ phân giải cao. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Các kỹ thuật nâng cao khả năng phân giải rất quan trọng trong kỹ thuật ra đa. Tham số chính làm hạn chế khả năng phân giải cự ly của rađa là băng thông hiệu dụng của tín hiệu phát. Có nhiều cách mở rộng phổ của xung phát như: thu hẹp độ rộng xung, điều chế tần số hay pha của sóng mang trong xung. Việc giảm độ rộng xung làm giảm khả năng phân biệt theo tốc độ hướng tâm và công suất trung bình của tín hiệu, người ta thường sử dụng cách thứ hai là điều chế tần số hoặc pha của sóng mang. Có nhiều loại tín hiệu dải rộng khác nhau: tín hiệu điều chế tần số, tín hiệu mã pha, tín hiệu mã tần số, các tín hiệu kết hợp mã pha với mã tần số.[1] Nhảy bước tần số (SF:stepped-frequency) là một trong những tín hiệu băng rộng. Công thức biểu diễn như sau: [4] N 1 t  iTr   / 2 xSF (t )   rect ( ) exp[ j 2 ( f 0  if )t ] (1) i 0  ở đây: N là số bước nhảy,  là độ rộng xung, f là kích thước của bước nhảy, Tr là chu kỳ lặp lại của xung và f0 là tần số sóng mang ban đầu. Hình 1 miêu tả một chuỗi xung tín hiệu nhảy bước tần số theo thời gian trên toàn bộ băng thông hiệu dụng B= N.f, TP là chu kỳ lặp lại của chuỗi xung. [4] f Một chuỗi N xung SF  f 4 … N 3 1 2 f0 t Tr TP Hình 1. Dạng tín hiệu nhảy bước tần số (SF). 90 T. X. Trung, T. Đ. Khánh, “Nghiên cứu tín hiệu… ra đa dải rộng.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Độ phân giải cự ly của ra đa SF tỷ lệ nghịch với độ rộng phổ của tín hiệu Nf [1]. Để nâng cao độ phân giải cự li, ta có thể tăng số bước nhảy tần số N. Không thể tăng N quá lớn vì sẽ làm tăng số liệu xử lý. Với một độ phân giải cho trước, người ta thường chọn việc tăng bước tần f, tuy nhiên bước tần cũng không thể quá lớn vì phải thoả mãn điều kiện f. ≤ 1 [6]. Nếu f quá lớn dẫn đến độ rộng xung sẽ rất nhỏ. Do đó, công suất trung bình của tín hiệu phát giảm, làm giảm cự ly phát hiện cực đại của rađa. Dạng tín hiệu PCSF (Phase Coded Stepped Frequency) được tạo ra bằng cách kết hợp giữa mã pha trong xung với nhảy bước tần số từ xung đến xung. Độ rộng xung PCSF là tổ hợp của các xung con nên thời gian tương đương của độ rộng xung không bị thay đổi, nghĩa là công suất trung bình của tín hiệu phát không bị giảm. 2. PHƯƠNG TRÌNH MÔ TẢ VÀ HÀM BẤT ĐỊNH CỦA TÍN HIỆU PCSF Trước tiên, ta nghiên cứu phương trình toán học mô tả tín hiệu PCSF. Trên cơ sở phương trình toán học sẽ tính hàm bất định của tín hiệu. Mô phỏng hàm bất định trên công cụ MATLAB để có hình dạng của vật thể bất định. Từ vật thể bất định, đánh giá đáp ứng thời gian của bộ lọc phối hợp đối với tín hiệu phản xạ, giúp cho việc nghiên cứu xử lý phân giải cao HRR (High Range Resolution) được hoàn thiện hơn. 2.1. Dạng tín hiệu PCSF Như đã giới thiệu ở trên, để có bước tần f lớn, cần giảm độ rộng xung . Dạng tín hiệu PCSF sẽ giảm độ rộng xung  về c. Ở đây, c là độ rộng của xung con đã được mã pha thoả mãn điều kiện cf ≤ 1. Do đó, sử dụng điều chế pha trong xung cho phép ta tăng bước nhảy tần số f mà công suất trung bình của tín hiệu không bị giảm. Một chuỗi xung PCSF được miêu tả như trên hình 2. Trong đó gồm N xung độ rộng  nhảy bước tần số tuyến tính từ xung đến xung với bước tần f. Các xung độ rộng  được mã pha bởi K xung con có độ rộng c (=K.c). f Một chuỗi N xung PCSF N Tp c 3 f 2 1 t f0 Tr  Xung  được mã pha trong xung bởi K xung con c Hình 2. Dạng tín hiệu PCSF kết hợp mã pha độ dài K với nhảy bước tần số N xung. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Ra đa, 08 - 2016 91  Kỹ thuật siêu cao tần & Ra đa Khi dùng mã pha Barker có độ dài mã K =13 với: ck = {1, 1, 1, 1, 1, -1, -1, 1 , 1, -1, 1, -1, 1} Khi mã pha là mã P4 với độ dài K : ck = (k-1)(k-1-K)/K với 1 ≤ k ≤ K Một xung mã ...