Tổng quan MTI Radar

Đại học giao thông vận tải thành phố Hồ Chí MinhKhoa điện- điện tử viễn thôngBÀI THUYẾT TRÌNHMÔN: VÔ TUYẾN ĐỊNH VỊĐỀ TÀI: TỔNG QUAN MTI RADARDanh sách nhóm 13:Nguyễn Thị Các LinhThạch Sa MâyNguyễn Văn MayĐỗ Văn Vũ1. giới thiệuMTI radar phát hiện mục tiêu các đối tượng di chuyển như máy bay trong không khí hoặc vận động các tàu nổi trên biển và từ chối tín hiệu trở lại từ các đối tượng đứng yên như các tòa nhà, những ngọn đồi và các đảo.Hình minh họa sự thay đổi giai đoạn của tín hiệu trở về từ một mục tiêu di động và một giai đoạn liên tục từ một mục tiêu cố định2. Những bước phát triển của radarTrước đây, các hệ thống radar rất đơn giản. Không có anten riêng biệt cho máy phát và nhận. Chỉ 1 anten duy nhất được sử dụng để truyền và nhận-Một thiết bị được gọi là song công sử dụng để tách các máy phát và thu hệ thống. Trong thời gian nhất định anten duy nhất được sử dụng để làm việc như một máy phát trong khi thời gian khác nó được sử dụng với chức năng như một máy thu-Các chức năng truyền và nhận được ghép thời gian. Tiếng vang nhận được giải điều chế, khuếch đại và so sánh với mức ngưỡng Vì vậy, một hệ thống radar đặc biệt để phát hiện mục tiêu di động được phát triển gọi là MTI (di chuyển mục tiêu Chỉ định) RADAR. Radar được sử dụng để phát hiện các mục tiêu di động cũng được gọi là 1 xung Doppler radar. Cả 2 hệ thống radar sử dụng các khái niệm về Doppler thay đổi tần số hoặc ảnh hưởng doppler để phát hiện các mục tiêu di độngThay đổi tần số doppler-Dịch chuyển Doppler là một sự thay đổi rõ ràng trong tần số (hay bước sóng) do chuyển động tương đối của hai đối tượngKhi hai đối tượng đang tiếp cận nhau, sự thay đổi Doppler gây ra một sự rút ngắn bước sóng - hoặc tăng không thường xuyên. Khi hai đối tượng này được rút xuống với nhau, sự thay đổi Doppler gây ra sự kéo dài của bước sóng - hoặc giảm tần sốTrong trường hợp của một radar MTI, khi mục tiêu đang di chuyển về phía RADAR, tần số của tiếng vọng nhận được từ mục tiêu tăng trong khi nếu các mục tiêu đang chuyển dần từ các radar ra xa, tần số của tiếng vọng nhận được từ mục tiêu giảm. Sự khác biệt trong tần số truyền và tần số nhận được từ các mục tiêu được gọi là tần số Doppler và được ký hiệu là fdHình mô tả sự thay đổi vị trí ảnh hưởng đến thay đổi tần số hiệu ứng DopplerSự khác biệt giữa xung radar Doppler và MTI RADAR-Cả hai radar này về cơ bản phụ thuộc vào cùng một nguyên tắc thay đổi tần số Doppler. Nhưng có một số khác biệt đó là: MTI radar sử dụng xung thấp tần số lặp lại trong khi xung Doppler sử dụng tần số cao và trung bình lặp lại xung.MTI RADAR nhận được tín hiệu sạch hơn trong khi xung Doppler radar nhận được nhiều tín hiệu tạp dội.3. Hoạt động của MTI radarNguyên lý hoạt động của kỹ thuật chỉ báo mục tiêu di động MTI, chủ yếu dựa trên quá trình phân tích và xử lý DopplerDạng sóng tín hiệu phản hồi từ mục tiêu Giải pháp điển hình thực hiện cụ thể nguyên lý này là : Bộ khử triệt đường dây trễ (Delay Line Canceller) một khâu và nhiều khâu. Để khắc phục một số hạn chế của bộ khử triệt đường dây trễ, giải pháp hoàn thiện hơn là Bank lọc Doppler (Doppler Filter Bank)3.1 BỘ KHỬ TRIỆT DÂY TRỄ TRONG KỸ THUẬT MTI Khoảng thời gian trễ của khối trễ đúng bằng một khoảng lặp xung Tp. Tín hiệu đầu vào được nhân với trọng số thành tín hiệu và sau khi đi qua khối trễ được nhân với trọng số thành tín hiệu Các tín hiệu và được đưa đến các đầu vào của bộ cộng và kết quả ở đầu ra có tín hiệu sai pha 3.1.1 BỘ KHỬ TRIỆT DÂY TRỄ 1 KHÂUBộ khử này chỉ áp dụng cho dãy xung gồm 2 xung sóng sin M=2 cho nên cũng còn có tên gọi khác là bộ khử triệt 2 xung. Nếu bỏ qua hiệu ứng co dãn đường bao Doppler và giả thiết là biên độ xung đường bao h=1,thì tín hiệu đầu vào bộ khử triệt dây trễ 1 khâu chính là tín hiệu phản xạ thu được có dạng: khi đó năng lượng tăng 2 lần hay nói cách khác SNR đầu ra lớn gấp 2 lần SNR đầu vào. Vận tốc của mục tiêu tương ứng với các tần số Doppler, mà tại đó S out max, được gọi là vận tốc tối ưu. Đối với nhiều tần số Doppler khác,khi < 1 thì SNR đầu ra nhỏ hơn so với SNR đầu vào và hiệu quả phát hiện mục tiêu của bộ khử triệt dây trễ 1 khâu không có tác dụng.Đặc biệt chú ý tới các giá trị biên độ  out = 0 khi tần số Doppler tại đó khác 0 và tương ứng với các vận tốc của mục tiêu cũng khác 0. Nghĩa là bộ khử triệt đường dây trễ đã khử triệt cả các mục tiêu chuyển động với vận tốc nhất định nào đó. Các vận tốc có giá trị như thế được gọi là vận tốc mù, vì với vận tốc đó radar không thể phát hiện được.3.1.2 BỘ KHỬ TRIỆT DÂY TRỄ NHIỀU KHÂUGiải pháp tăng cự ly hoạt động (khoảng phát hiện cực đại) của radar thông thường là phát đi một dãy xung sóng sin. Trong trường hợp bộ khử triệt đường dây trễ 1 khâu trên áp dụng cho xử lý tín hiệu có 2 xung sóng sin. Khi đó giá trị đỉnh của  max = và đạt được SNR đầu ra lớn gấp 2 lần SNR đầu vào. Như vậy nếu tổng quát hoá cho một dãy M xung sóng sin, ta sẽ có một sơ đồ của bộ khử triệt đường dây trễ M-1 khâu:3.1.3 Các thông số:Tỷ số suy giảm nhiễu phản xạ CA(Clutter Attenuation Ratio):Trong đó : Công suất nhiễu phản xạ đầu ra Công suất nhiễu phản xạ đầu vào tỷ số suy giảm nhiễu phản xạ của bộ khử triệt đường dây trễ 1 khâu: tỷ số suy giảm nhiễu phản xạ của bộ khử triệt đường dây trễ 2 khâu:Kết luận:việc tăng số khâu trễ lên đã đem lại một sự cải thiện rất lớn trong hiệu quả nén triệt nhiễu phản xạ. Kết quả, khả năng phát hiện mục tiêu có tốc độ chậm hay lân cận tần số mù được nâng cao. 3.1.4 Đánh giáƯu điểm:Bộ khử triệt dây trễ là giải pháp cơ bản và có ý nghĩa nền tảng về mặt lý thuyết của Kỹ thuật Phát hiện mục tiêu di động (MTI) vì tính đơn giản về kết cấu cũng như nguyên tắc hoạt động.Hạn chế:Khả năng phân biệt các mục tiêu chuyển động có vận tốc tương đối chậm là rất thấp3.2. BANK LỌC DOPPLER TRONG KỸ THUẬT MTIBộ khử triệt dây trễ là giải pháp đơn giản và rất cơ bản của kỹ thuật MTI nhưng nó cũng còn tồn tại nhiều hạn chế. Đặc biệt để có thể ứng dụng trong các radar hoạt động trên biển với tốc độ dịch chuyển của mục tiêu khá chậm, người ta đã đưa ra giải pháp bank lọc Doppler.3.2.1 Nguyên lý: Nguyên lý của bank lọc Doppler hoàn toàn có dạng cấu trúc như bộ khử triệt đường dây trễ nhiều khâu, nhưng nguyên lý hoạt động của nó khác hẳn với 2 đặc điểm cơ bản đối với các trọng số là:1. Các trọng số sẽ tạo ra các di pha riêng cho từng vector , là gọi là góc lái pha, để sao cho các vector này hoàn toàn trùng pha nhau khi đưa tới bộ cộng.2. Các trọng số phụ thuộc tần số. Hay nói cách khác mỗi trọng số là một mạch lọc thông thấp hay thông dải, với các tần số trung tâm khác nhau và độ rộng dải thông xấp xỉ bằng , t .Trong đó M là số lượng xung sóng sin. Để thỏa mãn 2 đặc điểm đó, trọng số là số phức và có dạngNhư vậy ngược lại với bộ khử triệt đường dây trễ là làm cực tiểu hoá đáp ứng (bằng sự bù trừ triệt tiêu các vecto) theo tần số Doppler của nhiễu phản xạ, thì bank lọc Doppler lại làm cực đại hoá đáp ứng theo tần số Doppler của nhiễu phản xạ.3.2.2 Đánh giáƯu điểmBank lọc Doppler là giải pháp hoàn thiện hơn, loại bỏ được một số hạn chế của bộ khử triệt đường dây trễ, thể hiện là: - Không sử dụng mạch trừ (hay mạch bù trừ vecto để tổng vecto bằng 0) mà sử dụng mạch cộng các tín hiệu phản hồi thu được đồng pha, do đó không có việc nén triệt tín hiệu tại các tần số mù hay tần số Doppler 0. - Có hệ số khuyếch đại SNR lớn (xấp xỉ bằng M đối với dãy M). Có các tần số mù, nhưng các tần số mù này nằm trên khoảng cách khác xa so với các tần số Doppler của các khoảng cách phát hiện lẫn lộn.Nhược điểm Kết cấu khá phức tạp và việc phát hiện mục tiêu nhất thiết phải kết hợp với kỹ thuật chỉ thị theo tỷ số báo động sai hằng số (CFAR).4. Đặc điểm của MTI radarXác suất dò tìm (Pd) Khả năng phát hiện mục tiêu đưa ra tại một phạm vi nhất định bất cứ lúc nào chùm tia radar quét qua nó, Pd được xác định bởi các yếu tố bao gồm kích thước của ăng-ten và lượng điện năng phát ra nó. Một ăng-ten lớn bức xạ ở công suất cao cung cấp hiệu suất tốt nhất. Đối với thông tin chất lượng cao vào các mục tiêu di chuyển Pd phải rất cao.Xác định vị trí mục tiêu chính xác: Vị trí chính xác của mục tiêu phụ thuộc vào vị trí của radar, tính chính xác radar chỉ thị, độ phân giải góc phương vị và độ phân giải phạm vi. Một ăng-ten dài hoặc bước sóng rất ngắn có thể cung cấp độ phân giải góc phương vị tốt. Ăng-ten ngắn làm xuất hiện lỗi góc phương vị lớn hơn, làm tăng phạm vi đến mục tiêu bởi vì tỉ lệ tín hiệu nhiễu tỷ lệ nghịch với phạm vi. Vị trí chính xác là quan trọng để thực hiện dò tìm khi có nhiều mục tiêu và có thể để xác định đường phương tiện nếu mục tiêu được di chuyển trong một khu vực có nhiều tuyến đường. Độ chính xác vị trí mục tiêu là tỷ lệ thuận với độ xiên, tần số và thời gian khẩu độ.Phân giải phạm vi mục tiêu(độ phân giải cao hoặc HRR) Độ phân giải phạm vi mục tiêu xác định hai hay nhiều mục tiêu di động ở gần sẽ được phát hiện như là mục tiêu duy nhất. Với radar có hiệu suất cao hơn, độ phân giải phạm vi mục tiêu cao được gọi là độ phân giải (HRR) rất chính xác vì nó có thể dò ra một mục tiêu cụ thể (ví dụ, mục tiêu đã được thấy trước đây) và đặt nó vào một lớp .Điều này sẽ cho phép việc theo dõi phương tiện đáng tin cậy hơn hoặc theo dõi một nhóm phương tiện cụ thể, ngay cả khi họ đang di chuyển trong giao thông dày đặc hoặc biến mất trong một thời gian kiểm tra.Phát hiện vận tốc tối thiểu MDV Các MDV xuất phát từ tần số lan truyền của nhiễu mainlobe. MDV xác định lưu lượng truy cập được phát hiện. Radar GMTI phân biệt một mục tiêu di động từ mặt đất bằng cách sử dụng Doppler để phát hiện các thành phần hướng tâm của véc tơ vận tốc của mục tiêu (ví dụ, bằng cách đo các thành phần chuyển động của mục tiêu trực tiếp dọc theo đường radar mục tiêu). Để biết hầu hết lưu lượng truy cập này, khi nó đang di chuyển gần như tiếp tuyến với radar (tức là vuông góc với dòng radar mục tiêu), hệ thống có khả năng phát hiện vận tốc xuyên tâm rất chậm. Là thành phần xuyên tâm của vận tốc của mục tiêu tiếp cận mức không, mục tiêu sẽ rơi vào nhiễu hoặc khu vực mù. Này được tính như sau:Đánh giá khu vực tìm kiếm Tỷ lệ bao phủ diện tích (đo bằng diện tích trên 1 đơn vị thời gian) là tỷ lệ thuận với tổng công suất và kích thước khẩu độ. Các yếu tố liên quan khác bao gồm: Khoảng lưới, kích thước của biên độ công suất, mô-đun lượng tử hóa, số lượng chùm tia xử lý và tổn thất hệ thống.Khỏang cách Stand- off: Là khoảng cách giữa một hệ thống radar bao gồm khu vực đóKích thước Diện tích phủ sóng (chiều rộng và chiều sâu) Kích thước vùng phủ sóng là khu vực mà hệ thống có thể duy trì theo dõi liên tục một quỹ đạo cụ thể. Nguyên tắc thiết kế thường được biết đến khiến tầm dò tìm của radar bị phụ thuộc vào kích thước của ăng-ten(radar khẩu độ), công suất phát ra từ ăng-ten,và cơ chế clutter cancel. Độ cong của trái đất và địa hình, các tòa nhà là yếu tố quyết định quan trọng độ sâu của vùng phủ sóng. Đánh giá cập nhật vùng phủ sóng: Điều này tương đương với tần số mà chùm tia radar qua một vùng khu vực nhất định. Cập nhật thường xuyên là rất quan trọng với radar để có thể theo dõi liên tục và góp phần làm tăng khả năng phát hiện mục tiêu, giảm bớt nguy cơ của sự che chướng bằng cây, các tòa nhà, hoặc các đối tượng khác.Cảm ơn thầy và các bạn đã lắng nghe