Giải pháp thiết kế mẫu trạm ra đa thụ động định vị mục tiêu theo phương pháp TDOA

Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Ra đa, 08 - 2016 31 GIẢI PHÁP THIẾT KẾ MẪU TRẠM RA ĐA THỤ ĐỘNG ĐỊNH VỊ MỤC TIÊU THEO PHƯƠNG PHÁP TDOA Trần Văn Hùng*, Lê Vĩnh Hà Tóm tắt: Bài báo trình bày một giải pháp thiết kế tổng hợp mẫu trạm ra đa thụ động định vị mục tiêu bằng phương pháp TDOA theo những yêu cầu cơ bản của nhiệm vụ chiến - kỹ thuật được xác định trước. Từ những phân tích tổng quan, bài báo đưa ra một thiết kế tổng hợp của mẫu trạm ra đa có cấu trúc cơ bản: hai đài thu bên, một đài thu giữa, một trung tâm xử lý. Mẫu thiết kế này đã được chế thử thành công, tạo cơ sở cho nghiên cứu phát triển hoàn thiện thiết kế tiếp theo để đưa vào ứng dụng. Từ khóa: Ra đa thụ động, TDOA. 1. MỞ ĐẦU Ra đa thụ động (RĐTĐ) là loại ra đa phát hiện mục tiêu theo các nguồn năng lượng vô tuyến bức xạ từ các thiết bị trên mục tiêu đó (ra đa; máy hỏi đáp; truyền số liệu; phát nhiễu) hoặc năng lượng do các nguồn khác phản xạ từ mục tiêu (sóng phát thanh FM; sóng truyền hình, truyền tin). RĐTĐ dùng để phát hiện, nhận dạng, bám sát, đo hướng các mục tiêu trên mặt đất, mặt nước, trên không và trinh sát điện tử. So với ra đa tích cực, RĐTĐ có những ưu điểm lớn là: cự ly hoạt động lớn (giới hạn đường chân trời), độ cao phát hiện rộng; xác định tọa độ mục tiêu với độ chính xác khá cao; tính bảo mật cao vì không phát xạ sóng điện từ; tính sống còn cao vì gọn nhẹ và đa vị trí; tiêu thụ ít năng lượng do không phát xạ; hoạt động tốt trong điều kiện nhiễu vì nhiễu cũng là đối tượng để thu nhận và phân tích. Chính vì vậy, một số nước phát triển đã và đang cho ra đời nhiều loại RĐTĐ khác nhau. Mỗi loại đều dựa trên một phương pháp xác định vị trí nguồn bức xạ vô tuyến khác nhau [1]: phương pháp TOA (Time of Arrival) dựa trên thời gian lan truyền của sóng điện từ từ nguồn bức xạ đến các đài thu; TDOA (Time Difference of Arrival) dựa trên hiệu thời gian lan truyền của sóng điện từ từ nguồn bức xạ đến các đài thu khác vị trí (còn gọi là phương pháp hyperbolic); AOA (Angle of Arrival), dựa trên hướng nguồn bức xạ so với các vị trí đài thu; SS (Signal Strength), dựa trên mức tín hiệu đo được tại vị trí các đài thu; CP (Carrier Phase), dựa trên di pha của sóng mang thu được tại vị trí đài thu so với tín hiệu gốc. Trong số đó, phát triển nhiều hơn cả là RĐTĐ theo phương pháp TDOA[8,9]. Điển hình như: hệ thống trinh sát điện tử VERA-E thụ động (CH Séc) dùng để phát hiện, nhận dạng, định vị các mục tiêu trên mặt đất, trên biển và trên không; hệ thống CОМPLEK-С (Ucraina) là tổ hợp thụ động đáy nhỏ giám sát không gian, định vị nguồn bức xạ vô tuyến, nhận dạng và bám sát các đối tượng trên không, mặt đất và trên biển thông qua bức xạ của các phương tiện vô tuyến; hệ thống N6854A (Hãng Agilent –USA) là thiết bị thu thụ động kết nối mạng (3 đến 5 đài thu) với dải tần từ 20MHz đến 6000MHz, có thể phân tích tín hiệu dải rộng dưới nền tạp, quản lý các đối tượng mặt đất ở cự ly đến hàng chục km, đồng bộ thời gian nhờ GPS, dùng trong dân sự v.v[5]. Tùy theo điều kiện, yêu cầu nhiệm vụ chiến kỹ thuật cụ thể mà mỗi hãng ở mỗi nước cho ra trên thị trường những hệ thống RĐTĐ theo phương pháp TDOA khác nhau, nhưng luôn được bảo mật cao về thiết kế, công nghệ. Ở nước ta, trong Kỹ thuật siêu cao tần & Ra đa Tr. V. Hùng, L.V. Hà, “Giải pháp thiết kế mẫu trạm ra đatheo phương pháp TDOA.” 32 những năm gần đây đã hình thành một số đề tài nghiên cứu về RĐTĐ theo nguyên lý khác nhau, nhưng chưa có một nghiên cứu thiết kế nào về RĐTĐ định vị mục tiêu theo phương pháp TDOA[3,4]. Trước yêu cầu cấp thiết của quân đội về nghiên cứu phát triển RĐTĐ, mới đây Viện Ra đa đã nghiên cứu thiết kế và chế thử thành công một mẫu trạm RĐTĐ định vị mục tiêu theo phương pháp TDOA đầu tiên trong một đề tài độc lập cấp Nhà nước [7], đáp ứng được những yêu cầu chiến kỹ thuật đề ra. Bài báo giới thiệu thiết kế tổng hợp mẫu chế thử thành công này. 2. NGUYÊN LÝ VÀ CẤU TRÚC THIẾT KẾ CHUNG 2.1. Nguyên lý TDOA Kỹ thuật xử lý TDOA (Time Difference of Arrival) xác định vị trí nguồn bức xạ tín hiệu vô tuyến dựa trên đánh giá hiệu thời gian tới nhiều vị trí đài thu của tín hiệu từ nguồn. Phương pháp xử lý thực hiện nhờ lấy mẫu tín hiệu thu được đồng bộ tại một số vị trí đài thu. Qua việc tính hàm tương quan chéo (cross-correlation) hai mẫu tín hiệu của một cặp đài thu sẽ xác định vị trí hàm này đạt cực đại. Đó chính là độ chênh (hiệu) thời gian truyền tín hiệu từ nguồn tới các đài thu. Mỗi giá trị hiệu thời gian cụ thể xác định một hyperbol giữa hai đài thu mà nguồn bức xạ có thể nằm trên đó. Nếu cũng tiến hành tính toán như vậy với một cặp đài thu gồm một đài khác và một trong hai đài thu vừa dùng, một đường hyperbol thứ hai sẽ được xác định. Giao điểm của hai đường hyperbol chính là đánh giá vị trí nguồn bức xạ. Với hai hyperbol (3 đài thu) ta có thể nhận được vị trí 2D của mục tiêu, còn nếu dùng tối thiểu ba hyperbol (4 đài thu) sẽ xác định được vị trí 3D của mục tiêu [1,6]. Trên hình 2.1 thể hiện nguyên lý TDOA xác định vị trí 3D của mục tiêu là máy bay, trong đó 1 đài thu trung tâm C (gốc hệ tọa độ xyz) và 3 đài thu bên L, R, O. Hình 2.1. Nguyên lý TDOA xác định vị trí. 2.2. Cấu trúc rút gọn của RĐTĐ 2D định vị theo TDOA Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Ra đa, 08 - 2016 33 Hình 2.2 là sơ đồ khối rút gọn của RĐTĐ 2D định vị theo TDOA và hình 2.3 thể hiện giải pháp định vị cơ bản của nó. Tín hiệu S(t) do thiết bị vô tuyến nào đó phát xạ sẽ đi đến ba đài thu: L - bên trái, R - phải, C - giữa (hình 2.2), với ba giá trị thời gian giữ chậm τL, τR, và τC khác nhau, các tín hiệu đến ba đài thu được ký hiệu là SL(t), SR(t) và SC(t) tương ứng. Tín hiệu SL(t), SR(t) được truyền từ đài thu trái và đài thu phải về trung tâm xử lý để xác định thời gian giữ chậm của tín hiệu đến τC - τL và τC - τR tương ứng với thời gian đến của tín hiệu SC(t). Vì tốc độ truyền sóng điện từ được coi bằng hằng số, nên thời gian giữ chậm này tỉ lệ với độ sai khác quãng đường đi của các tín hiệu. Quỹ tích toán học của vị trí các nguồn tín hiệu có cùng sai khác như vậy tính từ hai điểm cố định tạo thành đường hypecbol. Do đó, điểm giao nhau của hai hypecbol cho ta biết vị trí tức thời của nguồn tín hiện (mục tiêu). Thời gian giữ chậm vì vậy được gọi là độ giữ chậm dạng hypecbol và các tham số này được dùng để đánh giá tọa độ mục tiêu O(x,y). Hình 2.2. Sơ đồ khối rút gọn của RĐTĐ 2D định vị theo TDOA. Để tính được các giá trị τC - τL và τC - τR, cần phải sử dụng hai bộ phân tích tương quan (hình 2.3). Khi đặt hai hàm SL(t) và SC(t) [hoặc SR(t) và SC(t)] trùng nhau, lối ra bộ phân tích tương quan đạt giá trị cực đại, ta sẽ nhận được giá trị τC - τL + τCL và τC - τR + τCR, trong đó τCL và τCR là thời gian giữ chậm tín hiệu khi tín hiệu đi trên đường truyền từ các đài thu bên về trung tâm xử lý, các giá trị này dễ dàng được xác định khi đã biết khoảng cách giữa các đài thu. Các đại lượng τC - τL và τC - τR có thể mang dấu âm hoặc dấu dương phụ thuộc vào vị trí tương đối của mục tiêu so với vị trí các đài thu. Các giá trị hiệu thời gian tính được sẽ đưa tới bộ phân tích hyperbolic. Tại đây, bằng các thuật toán đánh giá khác nhau máy tính sẽ tính quỹ tích các điểm sao cho hiệu độ trễ từ các điểm đó đến hai trạm thu tương ứng luôn luôn không đổi. Quỹ tích đó là đường hypecbol, giao điểm của hai đường hypecbol là tọa độ mục tiêu. Nếu mục tiêu chuyển động và tín hiệu thu được tương đối ổn định, sẽ chuyển sang khởi tạo quỹ đạo và bắt đầu quá trình bám sát mục tiêu (tương tự như ở các đài ra đa chủ động). Để bộ phân tích tương quan làm việc tin cậy, cần giải quyết tốt hai yếu tố: thời điểm thu và thời gian thu tín hiệu cho cả ba đài thu (đây là một trong các vấn đề khó của đề tài). Hàm tương quan sẽ đưa ra các giá trị cực đại trong trường hợp tín hiệu thu được tại ba đài thu hoàn toàn giống nhau, nghĩa là thời điểm bắt đầu Kỹ thuật siêu cao tần & Ra đa Tr. V. Hùng, L.V. Hà, “Giải pháp thiết kế mẫu trạm ra đatheo phương pháp TDOA.” 34 thu của ba đài phải ràng buộc với nhau (có tính đến quãng đường tín hiệu đi từ mục tiêu đến từng đài thu) và thời gian thu phải bằng nhau. Trong trường hợp ngược lại, các hàm theo từng cặp [SL(t) và SC(t)], [SR(t) và SC(t)] sẽ không hoàn toàn giống nhau (không hoàn toàn tương quan nhau) ngay khi các đài thu có khoảng cách chính xác như nhau tới mục tiêu, do đó kết quả tính tương quan sẽ không đạt cực trị một cách rõ ràng. Khi tồn tại nhiều mục tiêu, phải đảm bảo phát hiện và đồng nhất tín hiệu của từng mục tiêu nhận được tại từng đài thu. Đây là một vấn đề rất khó.Trong RĐTĐ hiện đại, để quản lý số lượng lớn mục tiêu, người ta thường thực hiện xử lý sơ bộ với nội dung đo đạc một số tham số để phân chia tín hiệu thành các nhóm trước khi giải bài toán định vị. 3. YÊU CẦU THIẾT KẾ MẪU TRẠM RĐTĐ Với những mục tiêu đã xác định, yêu cầu nhiệm vụ chiến – kỹ thuật chính của mẫu trạm RĐTĐ định vị mục tiêu theo phương pháp TDOA được đặt ra là : - Thiết kế, chế thử mẫu trạm RĐTĐ định vị mục tiêu theo phương pháp TDOA hai toạ độ (2D) với ba đài liên kết (1 đài trung tâm và 2 đài bên), khoảng cách giữa các đài (đường đáy) không lớn hơn 30Km. Có khả năng mở rộng thành loại ra đa ba toạ độ (3D); đảm bảo phát hiện được các loại mục tiêu trên không có phát xạ tín hiệu vô tuyến dạng xung trong dải tần công tác; bám sát đồng thời tối đa 30 mục tiêu; có vùng quan sát theo phương vị là: (0÷120)0, theo góc tà là (0÷45)0, cự ly không dưới 200Km với các nguồn phát xạ công suất tương đương máy phát trả lời mode S theo chuẩn MK-12 (của Tổ chức Hàng không dân dụng quốc tế - ICAO); - Độ chính xác đo tọa độ, có sai số trung bình bình phương đo cự ly không lớn hơn 5Km (tại cự ly 150Km), sai số đo phương vị không lớn hơn 50; S(t-L) Bộ phân tích Hyperbolic Khởi tạo và bám sát quỹ đạo Bộ phân tích tương quan Bộ phân tích tương quan Tín hiệu thị tần C L R S(t-c) S(t-R) C-L=C-  C-R=C-  Giao điểm (x,y) Quĩ đạo Mục tiêu (N, x, y) Hình 2.3. Giải pháp định vị TDOA. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Ra đa, 08 - 2016 35 - Dải tần công tác ở kênh 1là 1.025 ÷ 1.150 MHz, kênh 2 là 8 ÷ 10 GHz, kênh 3 là 10÷12 GHz. Độ nhạy của máy thu kênh 1 không nhỏ hơn -120dBw, kênh 2 và 3 không nhỏ hơn -110dBw; - Đảm bảo khả năng cung cấp thông tin về quỹ đạo mục tiêu (số hiệu, tọa độ 2D, được xác định bằng phương pháp TDOA); về tham số vô tuyến điện của nguồn phát xạ vô tuyến gắn với từng quỹ đạo mục tiêu; Dữ liệu giải mã theo chuẩn ICAO đối với nguồn tín hiệu từ máy trả lời SSR/SIF/IFF (mã chế độ 3/A, 1, 2, C, S); Nhịp cung cấp thông tin: không lớn hơn 5 giây; - Có khuôn dạng và giao thức kết nối mở, theo yêu cầu ứng dụng; dùng nguồn điện 1 pha 220V 50Hz, với công suất tiêu thụ ở đài trung tâm không quá 2,5 KW, ở các đài bên không quá 1,5 KW. Ngoài các yêu cầu kỹ thuật chính trên, thiết kế mẫu trạm RĐTĐ này còn phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật công nghệ tiên tiến khác như: sử dụng công nghệ xử lý số; dùng anten mạch dải, giản đồ hướng cố định (không quay, không quét); Sử dụng hệ thống truyền dữ liệu giữa các đài bằng vi ba số hoặc các phương tiện phù hợp khác; Yêu cầu hệ thống hiển thị thông tin sơ cấp và thứ cấp về mục tiêu (nguồn phát xạ vô tuyến) và bức tranh tình huống trên không rõ ràng, thuận tiện cho phân tích đánh giá và hoạt động của kíp trắc thủ; Thiết kế theo module chuẩn hóa, đặt cấu hình nhờ phần mềm; làm chủ thiết kế, công nghệ chế tạo ở mức tích hợp module và mã nguồn phần mềm. Để hướng tới mục đích sử dụng, mẫu thiết kế chế thử này còn phải đáp ứng các yêu cầu về điều kiện vận hành như: đảm bảo hoạt động ổn định trong điều kiện khí hậu Việt Nam; độ tin cậy làm việc cao, tần suất hỏng không nhỏ hơn 1.000 giờ; giao diện sử dụng thuận tiện, thông tin trên màn hình hiển thị bằng tiếng Việt. Thiết kế phải có kết cấu gọn nhẹ, có tính đến phương án cơ động ở mẫu tiếp theo. 4. XÂY DỰNG THIẾT KẾ TỔNG HỢP Dựa trên nguyên lý thiết kế chung và những yêu cầu kỹ thuật, công nghệ cụ thể nêu trên, tổ đề tài đã nghiên cứu lựa chọn một thiết kế tổng hợp cho mẫu chế thử trạm ra đa thụ động định vị mục tiêu theo phương pháp TDOA. Hình 4.1 thể hiện sơ đồ chức năng tổng quát của thiết kế mẫu này. Thành phần cơ bản của nó bao gồm: Một đài thu trung tâm; hai đài thu bên có cấu tạo và nguyên lý làm việc giống nhau; một trung tâm xử lý; thiết bị truyền thông (vi ba); thiết bị đồng bộ thời gian (máy thu GPS). Mô tả vắn tắt cấu tạo các thành phần cơ bản như sau: 4.1. Các đài thu: Xây dựng các đài thu đều có chức năng thu và phân tích, xử lý tín hiệu vô tuyến trong dải tần làm việc của trạm ra đa để truyền về trung tâm xử lý. Thành phần bao gồm: Các kênh thu làm việc ở các dải tần: (1,025÷1,15)GHz và (8,0÷10,0; 10÷12)GHz, trong mỗi dải tần gồm phần thu cho chức năng TDOA và phần thu cho chức năng phân tích tín hiệu (đài thu bên không có phần thu cho chức năng phân tích tín hiệu như ở đài thu trung tâm), các moddul : biến đổi ADC 14 bit; xử lý số tín hiệu và điều khiển FPGA; đồng bộ thời gian và gắn vị trí địa lý cho đài thu; truyền dữ liệu (vi ba); nguồn thứ cấp tạo ra các loại nguồn DC từ mạng 220V/50Hz. Sơ đồ chức năng của đài thu bên như trên hình 4.2 Kỹ thuật siêu cao tần & Ra đa Tr. V. Hùng, L.V. Hà, “Giải pháp thiết kế mẫu trạm ra đatheo phương pháp TDOA.” 36 4.2.Trung tâm xử lý: Là tổ hợp thiết bị-chương trình phức tạp để thực hiện phân tích tín hiệu vô tuyến; định vị và bám sát quỹ đạo mục tiêu (nguồn bức xạ vô tuyến dạng xung), thiết lập và điều khiển chế độ làm việc của mẫu trạm RĐTĐ. Sơ đồ chức năng thể hiện trên hình 4.3. Thành phần cơ bản gồm có: Máy tính với vai trò máy chủ; các modul : phân tích tương quan xác định hiệu thời gian đến; phân tích hyperbolic xác định các giao điểm O(x, y) - vị trí của nguồn bức xạ, dựa trên các giá trị hiệu thời gian tính được; khởi tạo, bám sát quỹ đạo và truyền thông tin; phân tích tín hiệu trên miền tần số và miền thời gian; điều khiển chế độ làm việc; nguồn thứ cấp, tạo ra các loại nguồn DC từ nguồn 220V/50Hz. 4.3. Thiết bị vi ba: Các thiết bị này có chức năng truyền dữ liệu (tín hiệu vô tuyến thu được đã xử lý số) từ hai đài thu bên về trung tâm xử lý. Thành phần gồm hai cặp vi ba để kết nối dữ liệu của hai đài thu bên với trung tâm xử lý. Thiết bị vi ba này được nhập khẩu từ nước ngoài. 4.4. Thiết bị đồng bộ thời gian: Đồng bộ thời gian cho mẫu trạm ra đa (đồng bộ cho ba đài thu), gắn vị trí địa lý cho ba đài thu. Thành phần chính gồm 3 máy thu GPS có dao động chuẩn 10MHz 4.5. Hoạt động của trạm ra đa theo các tuyến tín hiệu Hình 4.1. Sơ đồ chức năng tổng quát mẫu trạm RĐTĐ. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Ra đa, 08 - 2016 37 Nhìn trên sơ đồ chức năng tổng quát mẫu trạm RĐTĐ (hình 4.1) có thể phân tích hoạt động của sơ đồ theo các tuyến tín hiệu như sau :. Với tín hiệu RF trong dải tần (1025÷1150)MHz: Tín hiêu RF(1025÷1150)MHz từ anten qua bộ hạn chế công suất (bảo vệ máy thu), bộ khuếch đại tạp thấp, bộ lọc dải đến bộ chia đôi công suất. Hình 4.2. Sơ đồ chức năng của đài thu bên. Từ đầu ra thứ nhất của bộ chia công suất, tín hiệu RF(1025÷1150)MHz đưa đến bộ phận thực hiện chức năng định vị mục tiêu theo TDOA: Tín hiệu RF(1025÷1150)MHz đến bộ trộn tần tạo tín hiệu trung tần IF60MHz, dao động ngoại sai tần số (965÷1090)MHz với bước nhảy tần 1MHz được lập trình điều khiển từ máy tính của Trung tâm xử lý. Tín hiệu trung tần IF60MHz được đưa vào máy thu trung tần và tách sóng, tín hiệu sau tách sóng đến modul biến đổi ADC và modul xử lý số FPGA và đến máy tính chủ của Trung tâm xử lý bằng đường LAN(đối với các đài thu bên, bằng vi ba hoặc internet) để thực hiện bài toán tương quan, định vị tọa độ, khởi tạo và bám sát quỹ đạo mục tiêu. Từ đầu ra thứ hai bộ chia đôi công suất, tín hiệu RF(1025÷1150)MHz đưa đến bộ phận thực hiện chức năng phân tích xác định tham số thời gian, tần số của tín hiệu: Tín hiệu RF đến bộ chuyển mạch cao tần (chuyển mạch chế độ làm việc), qua bộ khuếch đại cao tần để đến thiết bị phân tích tín hiệu PXI của Trung tâm xử lý. Ở hai đài thu bên không thực hiện chức năng phân tích tín hiệu trên PXI. Với tín hiệu RF trong dải tần (8÷10;10÷12)GHz: Kỹ thuật siêu cao tần & Ra đa Tr. V. Hùng, L.V. Hà, “Giải pháp thiết kế mẫu trạm ra đatheo phương pháp TDOA.” 38 Tín hiêu RF(8÷12)GHz từ anten qua bộ hạn chế công suất (bảo vệ máy thu), bộ khuếch đại tạp thấp, bộ lọc dải đến bộ trộn tần tạo tín hiệu IF1(4.5÷ 0.5)GHz (tần số ngoại sai 12,5GHz) để đưa đến bộ chia ba công suất. Từ đầu ra thứ nhất của bộ chia ba công suất, tín hiệu IF1(4.5÷0.5)GHz đưa đến bộ phận thực hiện chức năng định vị mục tiêu theo TDOA: Tín hiệu IF1 đến bộ khuếch đại tạp thấp sau đó qua bộ khuếch đại lôga và tách sóng dải rộng tạo tín hiệu thị tần đưa đến modul biến đổi ADC và modul xử lý số FPGA và đến máy tính chủ của Trung tâm xử lý bằng đường LAN (đối với các đài thu bên, bằng vi ba hoặc internet) để thực hiện bài toán tương quan, định vị tọa độ, khởi tạo và bám sát quỹ đạo mục tiêu. Từ đầu ra thứ hai của bộ chia ba công suất, tín hiệu IF1(4.5÷0.5)GHz đưa đến bộ phận thực hiện chức năng phân tích xác định tham số thời gian, tần số của tín hiệu trong dải tần số (8÷10)GHz (ở hai đài thu bên không thực hiện chức năng phân tích tín hiệu này): Tín hiệu IF1 qua bộ trộn tần tạo tín hiệu IF2(0.5÷2.5)GHz (tần số ngoại sai 5GHz), IF2(0.5÷2.5)GHz ở đây tương ứng với tín hiệu RF(8÷10)GHz ở đầu vào anten thu được đưa đến bộ chuyển mach cao tần (chuyển mach chế độ làm việc) để đến thiết bị phân tích tín hiệu PXI của Trung tâm xử lý. Hình 4.3. Sơ đồ chức năng Trung tâm xử lý của trạm RĐTĐ. Từ đầu ra thứ ba của bộ chia ba công suất, tín hiệu IF1(4.5÷0.5)GHz đưa đến bộ phận thực hiện chức năng phân tích xác định tham số thời gian, tần số của tín hiệu trong dải tần số (10÷12)GHz (ở hai đài thu bên không thực hiện chức năng phân tích tín hiệu này): Tín hiệu IF1 đưa qua bộ lọc thông dải CBF2 để tạo tín hiệu IF2(0.5÷2.5)GHz [(dải thông lọc là (0.5÷2.5)GHz], IF2(0.5÷2.5)GHz ở đây tương ứng với tín hiệu RF(10÷12)GHz ở đầu vào anten thu được đưa đến bộ chuyển mạch cao tần (chuyển mach chế độ làm việc) để đến thiết bị phân tích tín hiệu PXI của Trung tâm xử lý. 5. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM CỦA MẨU RĐTĐ Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Ra đa, 08 - 2016 39 Mẫu RĐTĐ được triển khai thử nghiệm theo sơ đồ như trên hình 5.1. Ba đài thu được đặt ở 3 vị trí thích hợp với các tọa độ đã biết trên thực địa, khoảng cách từ hai đài thu bên đến đài thu trung tâm là (15-30)km. Trung tâm xử lý đặt cùng đài thu trung tâm. Các tín hiệu thu từ các đài thu bên được đưa về Trung tâm xử lý (trong thời gian thực). Tại Trung tâm xử lý thực hiện 2 chức năng cơ bản là: phát hiện, định vị, bám sát quỹ đạo mục tiêu và phân tích đánh giá tham số của tín hiệu vô tuyến thu nhận được. Mẫu RĐTĐ được đồng bộ thời gian từ máy thu GPS. Hình 5.1. Sơ đồ triển khai trên thực địa của mẫu RĐTĐ. Kết quả thử nghiệm chính của mẫu RĐTĐ ở dải tần số (1025-1150)MHz, (8 – 10) MHz và (10-12) MHz với các điều kiện cụ thể nêu trên bảng 5.1 đều cho thấy : - Kết quả phân tích các tham số tín hiệu phát xạ từ các mục tiêu giả định (là máy bay dân dụng, các trạm phát sóng cố định tạo ra trên mặt đất hoặc trên cao) đều chính xác. - Kết quả phát hiện, định vị và bám sát quĩ đạo mục tiêu trong các trường hợp thử nghiệm đều đảm bảo yêu cầu nhiệm vụ chiến- kỹ thuật được phê duyệt. Bảng 5.1. Kết quả thử nghiệm chính mẫu RĐTĐ. TT Dải tần số thu và điều kiện thử nghiệm Kết quả thử nghiệm 1 Dải tần (1020-1150)MHz; mục tiêu là máy bay dân dụng (DD), tín hiệu thu từ máy phát hỏi 1030 MHz, trả lời 1090MHz. Vùng quan sát: sân bay Nội bài, Hà Nội - Phân tích giải mã chính xác tín hiệu trả lời thứ cấp các mode 3/A; C; S của máy bay DD. - Phát hiện, định vị, bám sát quĩ đạo của tất cả mục tiêu là máy bay DD trong vùng quan sát hơn 200 km. Phù hợp với kết quả so sánh đối chứng từ mạng VQ98-01/Quân chủng PK-KQ 2 Dải tần (8-10;10-12)GHz; mục tiêu trinh sát là các đài ra đa băng X (9410 ± 30)MHz được đặt ở các điểm cao 650 và 900 trên - Phân tich chính xác các tham số của tín hiệu phát xạ từ các mục tiêu trinh sát. - Phát hiện, định vị và bám sát các điểm dấu mục tiêu trong vùng quan sát. Tham số định vị của mẫu RĐTĐ trùng với tham số định vị của GPS Kỹ thuật siêu cao tần & Ra đa Tr. V. Hùng, L.V. Hà, “Giải pháp thiết kế mẫu trạm ra đatheo phương pháp TDOA.” 40 núi Tam đảo 3 Thử nghiệm đồng thời ở 3 dải tần số (1020-1150) MHz và (8-10;10-12)GHz; mục tiêu trinh sát là các đài ra đa băng X (9410 ± 30)MHz được đặt ở điểm cao 650 trên núi Tam đảo, các máy bay DD trong vùng quan sát, trạm phát hỏi 1030MHz ở Nội Bài. - Phân tich chính xác các tham số của tín hiệu phát xạ từ các mục tiêu trinh sát. Phân tích giải mã tín hiệu mode 3/A; C; S, gắn số hiệu chuyến bay cho từng quĩ đạo mục tiêu - Phát hiện, định vị và bám sát các điểm dấu mục tiêu (bao gồm các đài ra đa, máy bay DD, trạm phát hỏi 1030MHz) trong vùng quan sát. Tham số định vị của mẫu RĐTĐ trùng với tham số định vị của GPS Ảnh màn hình chỉ thị phát hiện, đinh vị và bám sát các mục tiêu trong trường hợp thử nghiệm thứ nhất của mẫu RĐTĐ được chỉ trên Hình 5.2. Hình 5.2. RĐTĐ khi bám đồng thời 7 quỹ đạo mục tiêu, cự ly đến 240km. 6. KẾT LUẬN Xuất phát từ những nghiên cứu tổng quan nguyên lý thiết kế và các yêu cầu chiến kỹ thuật cụ thể, nhóm tác giả đã xây dựng được một thiết kế tổng hợp trạm đài ra đa thụ động định vị mục tiêu theo phương pháp TDOA đầu tiên ở trong nước. Thiết kế này đã được nghiên cứu chế thử và nghiệm thu thành công, đạt các chỉ tiêu kỹ thuật đề ra. Kết quả này mở ra hướng nghiên cứu làm chủ thiết kế, hoàn thiện sản phẩm ra đa thụ động đưa vào dùng thử trong thời gian tới. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Nguyễn Thu Phong. Cơ sở lý thuyết ra đa thụ động. Nhà xuất bản QĐND, Hà nội, 2005. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Ra đa, 08 - 2016 41 [2]. Nguyễn Thu Phong, Nguyễn Văn Đáp. Chiến tranh điện tử. Nhà xuất bản QĐND, Hà Nội, 1977. [3]. Tăng Chí Thành. Báo cáo khoa học tổng kết đề tài “Nghiên cứu thiết kế ra đa thụ động, chế thử tuyến thu thụ động để phát hiện và xác định toạ độ mục tiêu theo nguyên lý Hyperbol”. Chương trình KCB-01, Hà Nội 2007. [4]. Hoàng Thọ Tu. Báo cáo khoa học tổng kết đề tài “Nghiên cứu xây dựng mạng ra đa nhiều vị trí để nâng cao khả năng phát hiện máy bay tàng hình”. Chương trình KCB-01. Hà Nội, 2007. [5]. Trần Văn Hùng, “Nghiên cứu thiết kế chế thử mẫu trạm ra đa thụ động định vị mục tiêu theo phương pháp TDOA”, Báo cáo khoa học tổng kết đề tài độc lập cấp Nhà nước (mã số : ĐTĐL.2009G/11), Hà nội, 2014. [6]. Tài liệu giới thiệu sản phẩm ra đa thụ động của các hãng ERA a.s (CH Séc); OMNIPOL a.s (CH Séc); Viện kỹ thuật vô tuyến Lơ vốp (Ucraina). [7]. Trần Văn Hùng, Nguyễn Đôn Nhân, “Mô hình toán xác định vị trí nguồn phát xạ vô tuyến ứng dụng phương pháp TDOA”, Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san, 08-2011. [8]. Trần Văn Hùng, Phạm Văn Hoan, Nguyễn Đôn Nhân, “Nghiên cứu, thiết kế, chế thử ra đa định vị mục tiêu theo nguyên lý TDOA. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự” , Số Đặc san, 08-2011. [9]. Jane’s Radar and Electronic Warfare Systems 1999-2000. [10]. Torrieri D J. 1984. Staticstical theory of passive location systems. IEEE Trans. Vol.AES-19No5. [11]. Д. В. Зайцев. Многопозиционные радиолокационные системы. Москва, “Радиотехника”, 2007. [12]. Р.П. Быстрова, А. В. Соколова. Пассивная радиолокацияб. Москва, “Радиотехника” , 2008. [13]. Черняк В. С. Многопозиционная радиолокация.Москва, Радио и Связъ,993. ABSTRACT A SOLUTION OF DESIGNING A PASSIVE RADAR SYSTEM FOR LOCATING THE TAGRGET BY TDOA METHOD A general patten solution of a the passive radar targeting using the TDOA method according to the requirement of the war techniques pre- defined mission is presented in this article. From the analyzed overview, the article giving a general design of radar stations that form the basic structure: The two-side receivers, a middle receiver, a processing center. This design has been built successfully, creating the basement for research and development of the next design and for the application. Keywords: Radar, TDOA method. Nhận bài ngày 10 tháng 6 năm 2016 Hoàn thiện ngày 27 tháng 7 năm 2016 Chấp nhận đăng ngày 01 tháng 8 năm 2016 Địa chỉ: Viện Ra đa, Viện KH-CN quân sự ; *Email: tranvanhung6061@yahoo.com;