Thiết kế bộ lọc MTI số hiệu quả cho radar xung tương can trong luận văn thạc sỹ kỹ thuật điện tử

Cấu trúc radar xung tương can bao gồm các thành phần chính như chuyển mạch anten, khuếch đại công suất, bộ tạo dạng sóng, bộ trộn tần, dao động tại chỗ, và khối đồng bộ. Nguyên lý hoạt động của radar được mô tả qua hai giai đoạn: phát và thu. Khi phát, tín hiệu được tạo ra từ bộ dao động kết hợp, khuếch đại và phát ra ngoài qua anten. Khi thu, tín hiệu phản xạ từ mục tiêu được thu nhận, xử lý qua các bộ trộn tần, khuếch đại trung tần, và tách sóng pha để xác định lượng dịch tần Doppler.

Phổ tín hiệu phát của radar xung có dạng đường bao sin(x)/x với khoảng cách giữa các đường phổ bằng tần số lặp lại xung. Phổ tín hiệu thu bị lệch so với phổ phát một lượng tần số Doppler, phụ thuộc vào vận tốc xuyên tâm của mục tiêu. Sự khác biệt này là cơ sở để phân biệt mục tiêu di động và mục tiêu cố định, đồng thời xác định vận tốc của mục tiêu thông qua hiệu ứng Doppler.

Hiệu ứng Doppler là hiện tượng thay đổi tần số và bước sóng của sóng điện từ khi có sự chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu. Công thức toán học của hiệu ứng Doppler được trình bày, cho phép xác định lượng dịch tần Doppler và vận tốc xuyên tâm của mục tiêu. Hiệu ứng này giúp radar phân biệt mục tiêu di động và cố định, đồng thời xác định vận tốc chuyển động của mục tiêu.

Bộ tách sóng pha có nhiệm vụ biến đổi lượng dịch tần Doppler trong tín hiệu phản xạ thành các xung thị tần có biên độ thay đổi theo lượng dịch tần đó. Mô hình tách sóng pha một kênh và hai kênh được trình bày, với ưu điểm của bộ tách sóng hai kênh là khả năng loại bỏ pha mù, giúp tăng độ chính xác trong việc xác định mục tiêu di động.

Tín hiệu đầu ra của bộ tách sóng pha được phân tích qua các chu kỳ phát xung. Sự thay đổi pha và biên độ của tín hiệu sau tách sóng pha được mô tả, cùng với phân bố phổ của nhiễu tiêu cực và mục tiêu di động. Đây là cơ sở để thiết kế bộ lọc MTI số nhằm loại bỏ nhiễu tiêu cực và giữ lại tín hiệu mục tiêu di động.

Bộ lọc số được phân loại thành FIR (Finite Impulse Response) và IIR (Infinite Impulse Response). FIR có ưu điểm là ổn định và dễ thiết kế, trong khi IIR có đáp ứng tần số linh hoạt hơn. Các dạng bộ lọc số được sử dụng trong radar để xử lý tín hiệu, loại bỏ nhiễu và tăng cường tín hiệu mục tiêu.

Bộ lọc MTI được sử dụng để loại bỏ nhiễu tiêu cực và giữ lại tín hiệu mục tiêu di động. Các phương pháp bù khử qua chu kỳ một lần, hai lần và có hồi quy được trình bày, cùng với đánh giá chất lượng của từng phương pháp. Bộ lọc MTI hai lần được chọn làm cơ sở cho thiết kế trong đề tài này do hiệu suất cao và độ ổn định tốt.

Quá trình thiết kế bộ lọc MTI số bao gồm việc chọn bộ giữ chậm và đầu ra của bộ lọc. Bộ giữ chậm được thiết kế để đảm bảo độ chính xác về thời gian, trong khi đầu ra của bộ lọc được tối ưu hóa để giữ lại tín hiệu mục tiêu di động. Mô hình thiết kế được mô tả chi tiết, cùng với các thông số kỹ thuật quan trọng.

Mô phỏng bộ lọc MTI số bằng phần mềm Matlab cho thấy hiệu quả trong việc loại bỏ nhiễu tiêu cực và xác định mục tiêu di động. Các kết quả mô phỏng được phân tích, bao gồm tín hiệu đầu ra của bộ tách sóng pha, quá trình bù khử qua chu kỳ, và tín hiệu qua bộ biến đổi D/A. Kết quả cho thấy bộ lọc MTI số đạt được độ ổn định cao và giá thành hợp lý.