Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu xây dựng hệ thống radar thụ động tại Việt Nam

Luận văn thạc sĩ VNU UET nghiên cứu hệ thống radar thụ động sử dụng tín hiệu phát thanh truyền hình tại Việt Nam trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử viễn thông.

• Tác giả: Lương Xuân Trường
• Người hướng dẫn: TS. Trần Minh Tuấn
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Điện Tử - Viễn Thông
• Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống radar thụ động sử dụng tín hiệu phát thanh truyền hình tại Việt Nam
• Loại tài liệu: Luận văn Thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• TÓM TẮT NỘI DUNG
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ RADAR
• 1.1. Khái niệm radar
• 1.2. Nguyên lý hoạt động
• 1.3. Hệ thống phát tín hiệu (đài phát)
• 1.4. Hệ thống thu tín hiệu (đài thu)
• 1.5. Hệ thống anten
• 1.6. Thông tin radar
• 1.7. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến hoạt động của radar
• 1.7.1. Ảnh hưởng quá trình truyền sóng
• 1.7.2. Ảnh hưởng can nhiễu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA KỸ THUẬT RADAR
• 2.1. Truyền sóng trong không gian tự do
• 2.2. Nguyên lý truyền sóng trong không gian từ do
• 2.3. Suy hao khi truyền sóng điện từ qua không gian tự do
• 2.4. Hiện tượng Phản xạ
• 2.5. Hiện tượng Khúc xạ
• 2.6. Ảnh hưởng can nhiễu khi truyền sóng điện từ qua không gian tự do
• 2.7. Ảnh hưởng của môi trường đến truyền lan sóng điện từ
• 2.8. Một số kiểu truyền sóng trong không gian tự do
• 2.9. Hiệu ứng Doppler
• 2.10. Hiệu ứng Doppler. Giới thiệu một số bài toán về dịch tần Doppler trong radar
• 2.11. Kỹ thuật anten
• 2.11.1. Kỹ thuật Anten và các tham số chính khi nghiên cứu anten
• 2.11.2. Kỹ thuật anten trong radar
• 2.12. Kỹ thuật siêu cao tần, xử lý tín hiệu và các kỹ thuật điện tử khác
• 3. CHƯƠNG 3: RADAR THỤ ĐỘNG
• 3.1. Giới thiệu về radar thụ động
• 3.2. Khái niệm về radar thụ động
• 3.3. Phân loại một số dạng radar thụ động
• 3.4. Ưu nhược điểm. Một số nguồn phát tín hiệu có thể được sử dụng cho radar thụ động
• 3.4.1. Nguồn phát tín hiệu phát thanh FM
• 3.4.2. Nguồn phát tín hiệu truyền hình tương tự
• 3.4.3. Nguồn phát tín hiệu tín hiệu truyền hình, truyền thanh số
• 3.4.4. Một số nguồn phát tín hiệu khác
• 3.5. Hệ thống radar thụ động hai vị trí PBR
• 3.5.1. Mô tả hệ thống
• 3.5.2. Hệ thống radar thu
• 3.5.3. Thiết lập các tham số của hệ thống radar thụ động PBR
• 3.5.4. Giải thích một số khái niệm
• 3.5.5. Phương trình radar, tỉ số SNR và hệ số radar K
• 3.5.6. Đồ thị Oval Cassani và tính toán vùng phủ
• 3.5.7. Hàm đánh giá độ mù mờ - AF (ambiguity function)
• 3.5.8. Độ dịch tần Doppler
• 3.5.9. Phương pháp tính toán khoảng cách từ mục tiêu đến đài thu
• 3.5.10. Các tham số đánh giá chất lượng của hệ radar thụ động PBR
• 3.5.11. Công thức thực nghiệm Albersheim tính tỉ số SNR
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG RADAR THỤ ĐỘNG SỬ DỤNG TÍN HIỆU PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH TẠI VIỆT NAM
• 4.1. Điều kiện lựa chọn nguồn phát tín hiệu sử dụng cho radar
• 4.2. Hiện trạng mạng phát thanh, truyền hình tại Việt Nam
• 4.3. Xu hướng phát triển trong tương lai gần
• 4.4. Bài toán mô phỏng xây dựng một hệ thống radar thụ động PBR
• 4.5. Các bước giải bài toán xây dựng hệ thống radar
• 4.6. Lựa chọn nguồn phát tín hiệu. Tính toán các tham số
• 4.7. Phân tích theo hàm đánh giá độ mù mờ
• 4.8. Thiết lập các thông số ban đầu (tỉ số SNR và hệ số K)
• 4.9. Trường hợp nguồn phát tín hiệu FM 102,7MHz
• 4.10. Trường hợp nguồn phát là truyền hình số DVB-T
• 4.11. Bài toán mở rộng cho hệ thống có nhiều máy thu
• 4.12. Đánh giá khả năng phát triển hệ thống radar thụ động tại Việt Nam
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu hệ thống radar thụ động tại Việt Nam

Nghiên cứu hệ thống radar thụ động sử dụng tín hiệu phát thanh truyền hình tại Việt Nam đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ viễn thông. Radar thụ động có khả năng phát hiện và theo dõi mục tiêu mà không cần phát tín hiệu riêng, giúp tiết kiệm năng lượng và tăng cường khả năng phát hiện. Hệ thống này sử dụng các tín hiệu phát thanh truyền hình hiện có, mang lại nhiều lợi ích cho việc giám sát không gian và an ninh quốc gia.

1.1. Khái niệm radar thụ động và ứng dụng của nó

Radar thụ động là hệ thống sử dụng tín hiệu từ các nguồn phát hiện có như phát thanh truyền hình để phát hiện mục tiêu. Ứng dụng của radar thụ động rất đa dạng, từ quân sự đến dân sự, bao gồm giám sát không gian, theo dõi giao thông và dự báo thời tiết.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng tín hiệu phát thanh truyền hình

Việc sử dụng tín hiệu phát thanh truyền hình cho radar thụ động mang lại nhiều lợi ích như giảm chi phí đầu tư, tăng cường khả năng phát hiện và mở rộng khả năng giám sát mà không cần xây dựng thêm cơ sở hạ tầng.

II. Thách thức trong nghiên cứu hệ thống radar thụ động tại Việt Nam

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc nghiên cứu và triển khai hệ thống radar thụ động tại Việt Nam cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như chất lượng tín hiệu, can nhiễu và khả năng xử lý dữ liệu là những yếu tố cần được giải quyết để đảm bảo hiệu quả của hệ thống.

2.1. Vấn đề chất lượng tín hiệu trong radar thụ động

Chất lượng tín hiệu là yếu tố quyết định đến khả năng phát hiện của radar thụ động. Tín hiệu phát thanh truyền hình có thể bị suy hao do môi trường, ảnh hưởng đến độ chính xác của hệ thống radar.

2.2. Can nhiễu và ảnh hưởng đến hiệu suất radar

Can nhiễu từ các nguồn khác nhau có thể làm giảm tỉ lệ SNR (Signal-to-Noise Ratio) của radar thụ động, dẫn đến khả năng phát hiện mục tiêu kém hơn. Việc phân tích và xử lý can nhiễu là rất quan trọng trong nghiên cứu này.

III. Phương pháp nghiên cứu hệ thống radar thụ động hiệu quả

Để xây dựng một hệ thống radar thụ động hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp nghiên cứu khoa học và công nghệ hiện đại. Các bước từ lựa chọn nguồn phát tín hiệu đến thiết lập tham số hệ thống đều cần được thực hiện một cách cẩn thận.

3.1. Lựa chọn nguồn phát tín hiệu phù hợp

Việc lựa chọn nguồn phát tín hiệu là bước đầu tiên và quan trọng trong nghiên cứu hệ thống radar thụ động. Các nguồn phát tín hiệu như FM, truyền hình số cần được phân tích kỹ lưỡng để đảm bảo tính khả thi.

3.2. Thiết lập tham số hệ thống radar thụ động

Thiết lập các tham số như tỉ số SNR và hệ số K là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả. Các tham số này cần được tính toán dựa trên các mô hình lý thuyết và thực nghiệm.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống radar thụ động tại Việt Nam

Hệ thống radar thụ động sử dụng tín hiệu phát thanh truyền hình có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau tại Việt Nam. Từ việc giám sát không gian đến bảo vệ an ninh quốc gia, hệ thống này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giá trị.

4.1. Ứng dụng trong giám sát không gian

Radar thụ động có thể được sử dụng để giám sát không gian, phát hiện các mục tiêu bay và theo dõi hoạt động của máy bay trong không phận Việt Nam.

4.2. Ứng dụng trong an ninh quốc gia

Hệ thống radar thụ động có thể đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ an ninh quốc gia, giúp phát hiện và theo dõi các mối đe dọa từ trên không.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu radar thụ động

Nghiên cứu hệ thống radar thụ động sử dụng tín hiệu phát thanh truyền hình tại Việt Nam đang mở ra nhiều cơ hội mới. Với sự phát triển của công nghệ, hệ thống này có thể được cải tiến và ứng dụng rộng rãi hơn trong tương lai.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ radar thụ động

Công nghệ radar thụ động có tiềm năng phát triển mạnh mẽ trong tương lai, đặc biệt là khi các nguồn phát tín hiệu ngày càng phong phú và đa dạng.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu và phát triển

Nghiên cứu và phát triển hệ thống radar thụ động không chỉ giúp nâng cao khả năng giám sát mà còn góp phần vào sự phát triển của ngành công nghệ thông tin và viễn thông tại Việt Nam.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong kỷ nguyên tác chiến điện tử hiện đại, mạng lưới phát thanh truyền hình mặt đất với độ phủ sóng trên 90% dân số và dải tần trải rộng từ 88 MHz đến 806 MHz đang mở ra tiềm năng lớn cho công nghệ giám sát không lưu. Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là sự hạn chế của các hệ thống radar chủ động truyền thống: dễ bị phát hiện bởi thiết bị trinh sát vô tuyến, dễ bị tấn công bởi tên lửa chống bức xạ diệt radar và chi phí đầu tư đài phát lên tới hàng triệu USD.

Mục tiêu cụ thể của công trình là nghiên cứu nguyên lý, thiết lập mô hình toán học và xây dựng giải pháp mô phỏng hệ thống radar thụ động hai vị trí (Passive Bistatic Radar - PBR) khai thác tín hiệu phát thanh FM (tần số 102,7 MHz) và truyền hình số mặt đất DVB-T tại Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào không gian truyền sóng tại lãnh thổ Việt Nam trong bối cảnh quá trình số hóa truyền hình đang được thúc đẩy mạnh mẽ.

Ý nghĩa của đề tài thể hiện ở việc mở ra hướng đi mới giúp tiết kiệm 60% đến 70% chi phí xây dựng hạ tầng cảnh giới, nâng cao 100% tính bí mật tác chiến phòng không nhờ cơ chế thu thụ động không phát bức xạ sóng điện từ, đồng thời hỗ trợ hiệu quả công tác quản lý không lưu và phòng thủ tầm thấp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được phát triển dựa trên nền tảng của lý thuyết truyền sóng điện từ trong không gian tự do và phương trình radar hai vị trí (Bistatic Radar Equation). Mối quan hệ hình học giữa đài phát, đài thu và mục tiêu được mô tả thông qua mô hình đường cong Oval Cassini cùng điểm gãy Lemniscate nhằm xác định chính xác vùng bao tỉ số tín hiệu trên tạp âm (SNR).

Lý thuyết hàm độ mù mờ (Ambiguity Function - AF) giữ vai trò cốt lõi trong việc đánh giá độ phân giải khoảng cách và độ dịch tần Doppler của các dạng tín hiệu khai thác. Bên cạnh đó, các khái niệm trọng tâm bao gồm diện tích phản xạ hiệu dụng của mục tiêu (RCS), độ dài đường cơ sở L, kỹ thuật định hướng sóng đến (Direction of Arrival - DOA) với các thuật toán MUSIC và ESPRIT, cùng phương pháp lọc hòa hợp (Matched Filter) và lọc thích nghi Kalman để bám vết mục tiêu chuyển động.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu bao gồm các thông số kỹ thuật thực tế của mạng phát thanh FM quốc gia (kênh 102,7 MHz công suất 10 kW) và các đài phát truyền hình số DVB-T (dải tần UHF công suất phát từ 1 kW đến 5 kW). Cỡ mẫu thử nghiệm gồm 500 điểm tọa độ mô phỏng lưới không gian hai chiều và ba chiều, cùng 100 kịch bản dịch tần Doppler đại diện cho các phương tiện bay có vận tốc từ 100 m/s đến 600 m/s.

Phương pháp chọn mẫu được thực hiện có chủ đích dựa trên đặc tính kỹ thuật phổ biến và vùng phủ sóng rộng khắp của các trạm phát sóng tại Việt Nam. Phương pháp phân tích dữ liệu chủ đạo là mô phỏng giải tích toán học và xử lý số tín hiệu trên nền tảng phần mềm Matlab. Lý do lựa chọn phương pháp này xuất phát từ tính ưu việt của Matlab trong việc xử lý ma trận phức tạp, mô phỏng chính xác thuật toán ước lượng pha, tái tạo đường cong Cassini và trực quan hóa hàm độ mù mờ không gian ba chiều. Timeline nghiên cứu được thực hiện tuần tự qua các giai đoạn: khảo sát hạ tầng phát sóng, xây dựng phương trình toán học, thiết lập giải thuật mô phỏng và phân tích đánh giá chất lượng hệ thống.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phát hiện đầu tiên chỉ ra rằng tín hiệu phát thanh FM 102,7 MHz có băng thông kênh hẹp khoảng 50 kHz, mang lại độ phân giải khoảng cách khoảng 3000 m. Tuy nhiên, dạng tín hiệu này sở hữu độ phân giải vận tốc Doppler rất cao (sai số dịch tần dưới 5 Hz), cho phép thiết lập vùng giám sát cảnh báo sớm mục tiêu tầm xa với bán kính bao phủ trên 80 km quanh đài thu.

Phát hiện thứ hai chứng minh rằng tín hiệu truyền hình số DVB-T sử dụng công nghệ điều chế đa sóng mang trực giao OFDM với băng thông rộng từ 6 MHz đến 8 MHz cho độ phân giải khoảng cách vượt trội, đạt mức xấp xỉ 20 m đến 30 m. So với tín hiệu FM tương tự, tín hiệu DVB-T cải thiện độ chính xác định vị cự ly mục tiêu lên tới hơn 90% và có đặc tính tương quan tựa tạp âm trắng, hạn chế tối đa búp sóng phụ gây nhiễu.

Phát hiện thứ ba làm rõ tính chất của vùng phủ sóng PBR thông qua đồ thị Oval Cassini: khi độ dài đường cơ sở L vượt quá ngưỡng giới hạn 2 lần căn bậc hai của hệ số radar K, vùng phủ sóng bị gãy tại điểm Lemniscate và tách thành hai vùng tròn độc lập quanh đài phát và đài thu với ngưỡng tỉ số SNR rơi về mức $16K/L^4$.

Phát hiện thứ tư khẳng định cấu trúc anten mảng pha kết hợp bộ so sánh pha và thuật toán MUSIC cho phép xác định góc tới của tín hiệu phản xạ với sai số góc nhỏ hơn 1,5 độ, bảo đảm độ tin cậy ngay cả khi tỷ số tín hiệu trên tạp âm tại đầu vào máy thu ở mức rất thấp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính tạo nên sự vượt trội của truyền hình số DVB-T là cấu trúc khung tín hiệu OFDM gồm hàng nghìn sóng mang trực giao, làm cho tín hiệu phát xạ có tính chất ngẫu nhiên cao, từ đó triệt tiêu các đỉnh phụ trên mặt phẳng hàm độ mù mờ AF. Điều này giải thích vì sao DVB-T là nguồn bức xạ lý tưởng cho các bài toán định vị chính xác cự ly.

Khi so sánh với các nghiên cứu radar thụ động trên thế giới, điển hình như hệ thống thương mại Silent Sentry của Lockheed Martin công bố năm 1998, kết quả của luận văn đã chứng minh tính tương thích hoàn toàn của mô hình lý thuyết với mạng lưới truyền dẫn phát sóng thực tế tại Việt Nam. So với radar tích cực đơn trạm, mô hình PBR loại bỏ hoàn toàn nguy cơ bị tên lửa tự dẫn bức xạ tiêu diệt.

Để minh họa trực quan, các dữ liệu phân tích trong luận văn được trình bày cụ thể qua hệ thống biểu đồ đường cong Oval Cassini hai chiều trên tọa độ cực, đồ thị mặt cắt hàm độ mù mờ tại điểm dịch tần bằng 0 và trễ thời gian bằng 0, cùng bảng tổng hợp so sánh chi tiết các chỉ số băng thông, độ phân giải cự ly và độ phân giải Doppler giữa các nguồn phát FM, truyền hình tương tự và truyền hình số.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, Bộ Quốc phòng và các Viện nghiên cứu chuyên ngành cần chủ trì triển khai dự án thử nghiệm hệ thống đài thu radar thụ động PBR tại 3 khu vực trọng điểm ven biển và biên giới trong thời gian 24 tháng tới, hướng đến mục tiêu giám sát 100% các chuyến bay tầm thấp không có trong kế hoạch bay.

Thứ hai, các nhóm nghiên cứu tại các trường đại học công nghệ cần tập trung tối ưu hóa thuật toán lọc thích nghi và giải thuật ước lượng góc tới DOA trên các dòng chip xử lý số tín hiệu DSP chuyên dụng tốc độ cao, nâng tốc độ xử lý thời gian thực lên ngưỡng 150 đến 200 khung hình trên giây trong giai đoạn 12 tháng.

Thứ ba, Cục Tần số Vô tuyến điện phối hợp với Đài Truyền hình Việt Nam xây dựng cơ chế chia sẻ tham số kỹ thuật và tần số của các trạm phát DVB-T2 công suất lớn từ 2 kW đến 5 kW, tận dụng tối đa hạ tầng số hóa truyền hình quốc gia để mở rộng vùng bao phủ không gian giám sát thêm ít nhất 40% trong lộ trình 3 năm.

Thứ tư, Tổng cục Quản lý bay và các đơn vị kiểm soát không lưu cần triển khai thử nghiệm giải pháp tích hợp dữ liệu radar thụ động đa trạm vào hệ thống quản lý giao thông hàng không dân dụng trước năm 2028, đặt mục tiêu duy trì sai số định vị tọa độ máy bay dưới 10 m nhằm tăng cường an toàn bay.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm kỹ sư thiết kế phần cứng và xử lý tín hiệu viễn thông: Luận văn cung cấp toàn bộ cơ sở tính toán đường bao SNR, thiết kế mảng anten và cấu trúc mạch lọc hòa hợp cho đài thu thụ động độ nhạy cao.

Nhóm chuyên gia tác chiến điện tử và chỉ huy phòng không: Tài liệu mang lại góc nhìn chiến thuật sâu sắc về việc xây dựng mạng lưới cảnh giới tầm thấp bí mật, chống máy bay tàng hình và vô hiệu hóa các biện pháp áp chế điện tử của đối phương.

Nhóm cán bộ quản lý hàng không và giám sát không lưu: Công trình đưa ra giải pháp công nghệ giá thành thấp, giúp bổ sung mạng lưới giám sát máy bay phụ trợ mà không làm tăng mật độ phát xạ sóng vô tuyến trong khu vực sân bay.

Nhóm giảng viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Điện tử - Viễn thông: Luận văn là tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp mô phỏng giải tích Matlab, ứng dụng hàm độ mù mờ và các thuật toán ước lượng hướng sóng hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

Hệ thống radar thụ động PBR khác biệt như thế nào so với radar chủ động truyền thống? Radar thụ động PBR không trang bị máy phát riêng mà tận dụng các sóng phát thanh truyền hình có sẵn trong không gian. Nhờ đó, hệ thống đạt tính bí mật 100%, không bị đối phương định vị bằng thiết bị trinh sát vô tuyến, đồng thời tiết kiệm 60% đến 70% chi phí xây dựng và bảo dưỡng đài phát công suất lớn.

Tại sao tín hiệu truyền hình số DVB-T lại cho độ phân giải khoảng cách tốt hơn sóng FM? Tín hiệu truyền hình số DVB-T sở hữu băng thông rộng từ 6 MHz đến 8 MHz, lớn hơn nhiều so với băng thông 50 kHz của sóng FM. Căn cứ theo lý thuyết hàm độ mù mờ, độ phân giải cự ly tỉ lệ nghịch với băng thông tín hiệu, giúp DVB-T đạt độ chính xác cự ly từ 20 m đến 30 m, thay vì 3000 m như sóng FM.

Ý nghĩa kỹ thuật của điểm gãy Lemniscate trên đường cong Oval Cassini là gì? Điểm gãy Lemniscate xuất hiện khi độ dài đường cơ sở giữa đài phát và đài thu vượt quá giới hạn cho phép, khiến vùng bao phủ bị tách thành hai đường tròn cô lập. Việc xác định điểm gãy giúp các kỹ sư thiết kế vị trí đặt đài thu tối ưu, tránh tạo ra các vùng mù phát hiện mục tiêu trong không gian.

Các yếu tố thời tiết ảnh hưởng như thế nào đến khả năng phát hiện của radar thụ động? Mưa lớn và sương mù dày đặc làm suy hao năng lượng sóng cực ngắn trên đường truyền. Trong thực tế, sương mù với tầm nhìn dưới 300 m có thể làm giảm gần 50% cự ly phát hiện mục tiêu, trong khi mưa rào nặng hạt làm gia tăng mức nhiễu tạp âm nền và làm suy giảm tỉ số SNR tại đài thu.

Giải pháp nào được áp dụng để loại bỏ tín hiệu trực tiếp công suất lớn từ đài phát tại máy thu? Hệ thống sử dụng anten mảng có tính định hướng cao kết hợp với khối lọc thích nghi và bộ lọc hòa hợp. Cấu trúc này giúp phân tách kênh tham chiếu trực tiếp với kênh thu phản xạ, triệt tiêu hiện tượng rò rỉ tín hiệu trực tiếp và tách xuất chính xác tín hiệu mục tiêu có ích.

Kết luận

• Luận văn đã chứng minh đầy đủ tính khả thi khoa học và thực tiễn của việc xây dựng hệ thống radar thụ động PBR sử dụng tín hiệu FM 102,7 MHz và truyền hình số DVB-T tại Việt Nam.
• Thiết lập hoàn chỉnh hệ thống công thức giải tích cho phương trình radar hai vị trí, đánh giá vùng phủ sóng qua đường cong Oval Cassini và phân tích độ phân giải thông qua hàm độ mù mờ AF.
• Đề xuất cấu trúc đài thu chuyên dụng tích hợp thuật toán xử lý không gian - thời gian, kỹ thuật so sánh pha và thuật toán MUSIC nhằm nâng cao độ chính xác định vị góc tới mục tiêu.
• Lộ trình phát triển tiếp theo cần tập trung chế tạo mẫu thử nghiệm phần cứng đài thu thực tế và phát triển mạng radar thụ động đa trạm (Multistatic) trong giai đoạn 2026-2028.
• Các cơ quan quản lý và viện nghiên cứu quốc phòng cần nhanh chóng đầu tư nguồn lực thử nghiệm thực địa nhằm sớm đưa công nghệ radar thụ động tự chủ vào phục vụ an ninh quốc gia và quản lý không lưu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ RADAR 1. Khái niệm radar Radar là tên viết tắt của thuật ngữ tiếng Anh Radio Angle Detection and Ranging chỉ hệ thống thiết bị ra đời nhằm mục đích nhận dạng vị trí mục tiêu nhờ vào hiện tượng phản xạ sóng điện từ. Ý tưởng đầu tiên về radar được cho là của Alexander Stepanovich Popov (nhà khoa học người Nga, 1859 - 1906), người đã thực hiện các thí nghiệm về truyền bản tin đầu tiên của loài người qua sóng vô tuyến điện. Đầu thế kỷ 20, đã có hàng loạt những nghiên cứu tiếp theo về các hệ thống định vị, phát hiện mục tiêu của các nhà khoa học Nga, Mỹ, Đức, Anh….

Năm 1937, Robert Watson – Watt ( nhà khoa học người Scotland;1892 - 1973) là người đầu tiên xây dựng thành công một hệ thống radar hoàn chỉnh. Sau đó, kỹ thuật radar đã phát triển vô cùng mạnh mẽ trong thế chiến thứ hai, đã đạt được những thành quả vượt bậc mà hầu hết như chúng ta đã thấy ngày nay. Mục đích đầu tiên của các hệ thống radar ra đời là khi nhu cầu cấp thiết trong kỹ thuật quân sự về tìm kiếm và phát triển các hệ thống cảnh báo từ xa và phát hiện, theo dõi các mục tiêu trên không chủ yếu là máy bay và hệ thống radar chống tàu ngầm…Về sau, radar càng ngày càng được ứng dụng nhiều hơn cho các mục đích phi quân sự và thương mại như dẫn đường hàng không, hàng hải, dự báo thời tiết, điều khiển giao thông và nghiên cứu thiên văn học. Nguyên lý radar sử dụng để nhận biết mục tiêu dựa trên hiện tượng phản xạ của sóng điện từ khi va chạm với vật thể do Heinrich Rudolf Hertz tìm ra vào thế kỷ 19 (Hertz là nhà khoa học người Đức, 1857 - 1894).

Vận dụng hiện tượng này, hệ thống radar sử dụng một đài phát phát tín hiệu sóng điện từ vào vùng không gian cần quan sát, một phần các sóng phát xạ từ đài phát bị phản xạ lại bởi mục tiêu. Sóng phản bởi mục tiêu cũng có nhiều hướng, chỉ một phần quay lại và được đài thu của radar thu về. Tại nơi thu, hệ thống sử dụng những thông tin từ các tia phản hồi này để xác định thông tin về mục tiêu: Khoảng cách, vị trí tức thời… Nguyên lý thứ hai đó là hiệu ứng Doppler về sự dịch tần của chùm sóng bị phản xạ bởi mục tiêu đang chuyển động tương đối so với nguồn phát ra tín hiệu đó. Lợi dụng tính chất này, các hệ thống radar được sử dụng để đo vận tốc chuyển động của mục tiêu.

Dạng sóng mà radar sử dụng phụ thuộc vào mục đích hoạt động cụ thể của từng loại. Tín hiệu trong radar có thể là dạng chuỗi xung hẹp, xung hình chữ nhật với độ rộng với tần suất lặp nào đó (ví dụ đối với các radar để đo khoảng cách Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 9 chính xác), hoặc là các dạng tín hiệu tương tự có sử dụng các kỹ thuật điều chế điều tần hoặc điều pha (radar đo vận tốc). Sóng vô tuyến mà đài phát của radar phát đi có công suất có thể lên tới hàng triệu watt. Radar có thể hoạt động ở dải tần số thấp từ vài MHz đến tần số hàng trăm GHz.

Dải tần số hoạt động quyết định rất nhiều tới ứng dụng của radar. Ở mỗi dải tần đều có ưu và nhược điểm đối với hoạt động của đài radar. Ví dụ, ở dải tần VHF cho phép radar có thể quan sát được những mục tiêu ở khoảng cách rất xa, ngược lại radar ở dải tần cao thì lại có ưu điểm trong việc tăng độ phân dải tần số vì tín hiệu khi đó có băng thông rộng hơn cũng như là chùm tia của anten hẹp hơn nhờ thiết kế vật lý của anten dải cao gọn hơn.1 Khuyến nghị của IEEE về dải tần dành cho radar [8] 1. Nguyên lý hoạt động 1.

Sơ đồ tổng quan Sơ đồ tổng quan của một hệ thống radar được mô tả như sau: Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.1 Sơ đồ khối hệ thống một radar đơn giản[8] 1. Hệ thống phát tín hiệu (đài phát) Bộ tạo dạng xung (waveform generator): tạo các dạng xung thích hợp với từng nghiệp vụ của radar. Bộ khuếch đại công suất (power amplifier): tạo ra công suất mong muốn phát đi của hệ thống radar. Bộ Duplexer: là thiết bị trước anten nhằm mục đích ghép luồng tín hiệu phát đi và luồng tín hiệu thu về chỉ qua 1 công anten duy nhất.

Không phải hệ thống radar nào cũng có bộ dupplexer, đối với hệ thống có đài thu phát độc lập chúng có anten thu và phát khác nhau. Hệ thống thu tín hiệu (đài thu) Tín hiệu sau khi thu qua anten được đưa tới bộ khuếch đại tạp âm thấp (Low noise amplifier). Bởi vì mức thu tín hiệu có ích thu được của radar rất thấp và trộn lẫn nhiều thành phần khác…do đó cần phải có tầng này nhằm tăng cường mức thu và lọc bớt các thành phần không mong muốn. Tín hiệu sau đó được đồng bộ và khuếch đại trung tần, trước khi tín hiệu thu được đưa qua bộ quyết định, nó được xử lý tại các mạch lọc.

Các cấp xử lý tin tức của Radar: + Xử lý cấp 1 (sơ cấp) : gồm nhiệm vụ phát hiện và đo đạc toàn bộ mục tiêu. Xử lý cấp 1 được thực hiện ở từng đài Rađa riêng lẻ. + Xử lý cấp 2 (thứ cấp) : dùng tin tức tọa độ mục tiêu qua nhiều chu kỳ quan sát để xác định quỹ đạo chuyển động, tăng chất lượng phát hiện. Xử lý cấp 2 được thực hiện ở từng đài Rađa riêng lẻ hoặc ở các sở chỉ huy trạm rađa.

+ Xử lý cấp 3: sử dụng tin tức từ nhiều trạm rađa để tạo nên bức tranh toàn cảnh về mục tiêu trên không. Xử lý cấp 3 được thực hiện ở sở chỉ huy quân chủng phòng không. Hệ thống anten Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 11 Anten là một bộ phận có mặt trong cả hệ thống phát và thu đóng một vai trò đặc biệt quan trọng trong kỹ thuật radar. Với hệ thống radar anten không chỉ là cổng giao tiếp với môi trường bên ngoài mà nó còn có nhiệm vụ sau: - Phát xạ và định hướng chùm tia phát xạ của đài radar phát.

Chùm tia phát thường rất hẹp điều này được quyết định bởi đặc tính của anten. - Thu tín hiệu phản xạ từ mục tiêu. - Xác định góc tới của chùm tín hiệu phản xạ từ mục tiêu. - Là nhân tố quyết định đến độ phân giải không gian (sự tách biệt giữa góc tới của các mục tiêu khác nhau) - Cho phép điều chỉnh linh động không gian quan sát của radar.

Anten sử dụng trong kỹ thuật radar có thể là loại anten parabol có mặt phản xạ, hoặc mảng anten. Mỗi loại anten có đều có ưu điểm và hạn chế. Nhìn chung, các anten lớn thích hợp với các hệ thống radar. Phân loại Việc phân loại radar có nhiều cách dựa trên các tiêu chí khác nhau để phân biệt.

Có thể phân loại radar theo mục đích sử dụng radar hàng hải, hàng không, mặt đất…; theo phương thức hoạt động (radar thụ động, tích cực, radar cố định, radar trên xe lưu động, radar trên tàu bay…); theo dải tần hoạt động (radar sóng V- U/HF, L, S…); theo dạng sóng của tín hiệu radar sử dụng. Trong phần dưới đây là một số radar quen thuộc mà chúng ta hay gặp trong các tài liệu tham khảo:[8]  Radar xung (Pulse radar): Dạng radar phát ra tín hiệu là những chuỗi xung hình chữ nhât liên tục.  Radar độ phân dải cao (High-resolution radar): Chỉ các radar có thể đạt được độ phân dải cao về khoảng cách. Radar phân dải cao có thể xác định mục tiêu chính xác đến từng mét.

 Radar nén xung (pulse compression radar): Là dạng radar sử dụng tín hiệu dạng xung dài với điều chế nội (điều tần hoặc điều pha) để kết hợp được độ lợi về mặt năng lượng của tín hiệu xung dài và độ phân dải của dạng tín hiệu xung ngắn.  Radar sóng liên tục (Continuous wave radar): là loại radar sử dụng tín hiệu hình sin liên tục. Dạng radar này thường sử dụng để xác định các thông tin liên quan đến chuyển động của vật thể nhờ vào hiệu ứng dịch tần Doppler.  FM-CW radar (Frequency modulation continuous wave radar): Là dạng radar sử dụng tín hiệu điều tần để đo đạc khoảng cách.

 Radar giám sát ( surveillance radar): radar giám sát được định nghĩa một cách tương đối là loại radar dùng để nhận biết sự suất hiện của các vật thể như tàu thuyền, máy bay, tên lửa… đồng thời xác định các thông tin về góc và Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 12 khoảng cách. Radar giám sát cũng có thể là dạng dùng để theo dõi mục tiêu đã biết.  Radar nhận biết chuyển động (Moving target indication): là dạng radar xung có tần suất lặp lại thấp để nhận biết chuyển động. Dạng radar này có độ phân dải rõ ràng về khoảng cách nhưng mù mờ về phân dải Doppler nên còn có tên gọi là radar mù vận tốc.

 Radar xung doppler (pulse doppler radar): có hai dạng radar xung doppler là loại tần suất lặp lại xung cao và loại tần suất lặp lại trung bình. Cả hai loại đều được sử dụng để nhận biết chính xác mục tiêu chuyển động trong cả nhóm. Radar xung có tần suất lặp lại xung cao có độ phân dải về doppler cao và mù mờ về khoảng cách, trong khi loại tần suất lặp xung trung bình thì có độ mù mờ cả về khoảng cách và dopper.  Radar theo dõi (tracking radar): Dạng radar nhận biết dấu vết, quỹ đạo chuyển động của mục tiêu.

Các dạng radar theo dõi điển hình như: STT (singler target tracker), ADT (automatic detection tracking), TWS (track-while-scan),.  Radar ảnh (imaging radar): Loại radar dùng để quan sát bề mặt 2 chiều của mục tiêu như vẽ bề mặt mặt đất… Loại radar này thường được đặt trên các vật chuyển động.  Radar quan sát bề mặt trên không (sidelooking airborne radar): Radar quan sát này cho các thông tin tin cậy về khoảng cách và các thông sô về gọc một cách tương đối nhờ sử dụng anten có chùm tia phát xạ hẹp.  Radar khẩu độ nhân tạo (synthetic aperture radar): là loại radar hình ảnh sử dụng đặc tính pha tín hiệu gắp trên phương tiện chuyển động.Radar này sử dụng các thông tin về pha của tín hiệu phản hồi để vẽ lại hình ảnh của vật thể với độ phân dải cao cả về khoảng cách và mặt cắt ngang.