Phân tích nguyên lý hoạt động của hệ thống máy thu đầu tự dẫn trên tên lửa đối hải

Ra đa V. X. Hà, T. V. Hùng, L. V. Hà, “Phân tích nguyên lý hoạt động tên lửa đối hải.” 154 PH¢N TÝCH nguyªn lý ho¹t ®éng cña hÖ thèng m¸y thu ®Çu tù dÉn trªn tªn löa §èi h¶i VÕ XUNG HÀ, TRẦN VĂN HÙNG, LÊ VĨNH HÀ Tóm tắt: Hệ thống máy thu là hệ thống cơ bản và quan trọng trong đầu tự dẫn. Hệ thống máy thu thể hiện được nhiều tham số quan trọng về chiến thuật và kỹ thuật của đầu tự dẫn. Chính vì vậy, vấn đề nghiên cứu nguyên lý hoạt động của hệ thống máy thu là cần thiết, tạo cơ sở cho việc tìm hiểu các hệ thống khác như: hệ thống anten, hệ thống phát, hệ thống xử lý và phân tích tổng thể đầu tự dẫn. Nội dung nghiên cứu hệ thống thu của đầu tự dẫn trong công trình này bao gồm: xây dựng sơ đồ chức năng; thuyết minh về nguyên lý hoạt động của hệ thống thu;phân tích một số đặc điểm của hệ thống thu; đo đạc một số tham số kỹ thuật cơ bản của tuyến thu. Từ khóa: Máy thu, Máy thu so sánh đơn xung, Máy thu rađa tự dẫn, Rađa tự dẫn. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hệ thống tên lửa đối hải là hệ thống hỏa lực mạnh của Hải quân nhiều nước trên thế giới. Trong tên lửa đối hải có đầu tự dẫn là thiết bị quan trọng hoạt động theo nguyên lý rađa chủ động có nhiệm vụ dẫn tên lửa bắn trúng mục tiêu. Tài liệu thuyết minh kĩ thuật nguyên lý hoạt động đầu tự dẫn là rất hạn chế. Trước đây chưa từng có công trình nào công bố về hệ thống thu của đầu tự dẫn. Do vậy, việc nghiên cứu sâu về hệ thống thu đầu tự dẫn sẽ là một trong những cơ sở quan trọng phục vụ trực tiếp cho việc khai thác và đảm bảo kỹ thuật cho hệ thống tên lửa đối hải. Ngoài ra, việc nghiên cứu hệ thống thu sẽ là cơ sở cho việc nghiên cứu các hệ thống khác trong đầu tự dẫn và nghiên cứu tổng thể đầu tự dẫn. Các nội dung nghiên cứu về hệ thống thu bao gồm: i) Chức năng, cấu tạo và sơ đồ chức năng của hệ thống thu; ii) Nguyên lý hoạt động của hệ thống thu; iii) Phân tích một số đặc điểm của hệ thống thu; iv) Tham số kỹ thuật cơ bản của hệ thống thu. 2. NỘI DUNG CẦN GIẢI QUYẾT 2.1. Chức năng, cấu tạo và sơ đồ chức năng của hệ thống thu của đầu tự dẫn Chức năng: khuếch đại và biến đổi tín hiệu thu nhận được từ anten thành các tín hiệu đưa tới đầu vào các khối xử lý. Cấu tạo: Hệ thống thu được cấu tạo từ rất nhiều khối chức năng khác nhau, các khối chức năng cụ thể bao gồm: Khối A6; Khối A8; Khối A11; Khối A12; Khối A40; Khối A13; Khối A9; Khối A10; Khối A7; Khối A41; Khối A36; Khối A38; Khối A37. Các khối này đều được là các hộp hợp kim đồng được mạ bạc ở bên trong và sơn tính điện ở bên ngoài. Bên trong hộp thường được chia làm nhiều ngăn khác nhau. Các hộp đều là hộp có 2 nắp đậy, các nắp được hàn với thân hộp bằng thiếc hàn. Sơ đồ chức năng của hệ thống thu trình bày trong hình 1. 2.2. Nguyên lý hoạt động tuyến thu của đầu tự dẫn Tín hiệu đưa tới đầu vào RF của hệ thống thu bao gồm: Tín hiệu kênh tổng, tín hiệu kênh tạo giả, tín hiệu kênh hiệu. Trong hệ thống thu có 2 tuyến thu độc lập Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 34, 12 - 2014 155 một cách tương đối, trong đó tín hiệu kênh tổng và kênh tạo giả được đưa tới cùng 1 tuyến thu và được chuyển mạch ở ngay đầu vào máy thu. Tín hiệu kênh hiệu được đưa vào 1 tuyến thu còn lại. Cả 2 tuyến thu đều hoạt động theo nguyên lý máy thu siêu ngoại sai trộn tần 2 lần. Hai tuyến thu chung nhau phần ngoại sai 1 và ngoại sai 2. Sau đây sẽ phân tích nguyên lý làm việc của các khối tạo ra ngoại sai 1 và ngoại sai 2 trước khi đi phân tích nguyên lý làm việc của các tuyến thu. Hình 1. Sơ đồ chức năng của hệ thống thu của đầu tự dẫn. Nguyên lý hoạt động của các khối tạo dao động ngoại sai 1 Các khối chức năng tạo dao động ngoại sai 1 bao gồm: Khối A7; Khối A36; Khối A37; Khối A38 và Khối A6. Tùy từng chế độ làm việc của đầu tự dẫn mà dao động ngoại sai 1 cơ sở được tạo ra từ khối A36 hoặc khối A38. Dao động ngoại sai 1 cơ sở được tạo ra từ khối A36 như sau: Tín hiệu dao động hình sin liên tục được tạo ra từ đầu ra X3 của khối A7 được đưa tới đầu vào X1 của khối A36. Tín hiệu này có tần số là 1 trong 3 tần số 84.6Mhz, 83.82MHz, 83.56MHz. Tín hiệu điều khiển sự thay đổi tần số được đưa tới khối A7. Tín hiệu từ đầu vào X1 của khối A36 sẽ được nhân tần với hệ số nhân là 24, tín hiệu sau khi lọc sẽ là 1 trong 3 tần số: 2030MHz, 2011.68MHz, 2005.44MHz. Tín hiệu sau khi nhân tần sẽ được lọc, khuếch đại và đưa tới đầu vào của bộ chuyển mạch trong khối A36. Tín hiệu điều khiển chuyển mạch đưa tới đầu vào Y của khối A36. Khi làm việc với chế độ ngoại sai 1 cơ sở của khối A36 thì tín hiệu đưa tới chân Y của khối A36 sẽ điều khiển chuyển mạch đưa tín hiệu có tần số là 1 trong 3 tần số như trên tới đầu ra X4 của khối A36. Tín hiệu từ đầu ra X4 của khối A36 được đưa thẳng tới đầu vào X2 của khối chuyển mạch A37. Dao động ngoại sai 1 cơ sở được tạo ra từ khối A38 theo nguyên lý như sau: Trong khối A38 có bộ dao động có tần số được điều chỉnh được, việc điều chỉnh tần số bằng 5 tín hiệu điều khiển theo mức TTL sẽ tạo ra 25 = 32 tổ hợp tương ứng với 32 tần số được tạo ra từ khối A38. Khối A38 sẽ tạo ra dao động có tần số là 1 Ra đa V. X. Hà, T. V. Hùng, L. V. Hà, “Phân tích nguyên lý hoạt động tên lửa đối hải.” 156 trong 32 tần số trong dải từ 1990.4 đến 2066.5 MHz. Tín hiệu này được đưa tới bộ chuyển mạch trong khối A38. Tín hiệu điều khiển chuyển mạch được đưa tới chân ВКЛ của khối A38. Khi làm việc với chế độ ngoại sai 1 cơ sở của khối A38 thì tín hiệu đưa tới chân ВКЛ của khối A38 sẽ điều khiển chuyển mạch đưa tín hiệu có tần số là 1 trong 32 tần số từ 1990.4 đến 2066.5 MHz tới đầu ra X2 của khối A38. Tín hiệu đầu ra khối A38 được nối thẳng với đầu vào X1 của khối A37. Tín hiệu dao động ngoại sai 1 cơ sở được tạo ra từ 2 khối A36 và A38 được đưa tới 2 đầu vào chuyển mạch A37. Tín hiệu đầu ra của bộ chuyển mạch được đưa tới đầu ra X3 của khối A37, đầu ra X3 của khối A37 được nối với đầu vào X4 của khối A36. Tín hiệu điều khiển chuyển mạch được đưa tới chân Y của khối A37. Như vậy, ứng với mỗi chế độ làm việc của đầu tự dẫn, thì tín hiệu dao động ngoại sai 1 cơ sở được tạo ra hoặc từ khối A36 hoặc khối A38 và thông qua chuyển mạch A37 đưa tới đầu vào X4 của khối A6. Để thực hiện được điều này thì các tín hiệu điều khiển Y(khối A36), ВКЛ(khối A38) và Y(khối A37) phải được đồng bộ với nhau. Tín hiệu dao động ngoại sai 1 cơ sở được đưa tới đầu vào X4 của khối A6. Tín hiệu từ đầu vào X4 của khối A6 được đưa tới bộ nhân tần trong khối A6 với hệ số nhân là 4. Tín hiệu sau bộ nhân được khuếch đại và lọc lấy tín hiệu ngoại sai 1 cho tuyến thu, tín hiệu ngoại sai 1 được đưa tới đầu vào LO của các bộ trộn tần 1. Như vậy, khi đầu tự dẫn làm việc với tín hiệu dao động ngoại sai 1 cơ sở được tạo ra từ khối A36 thì tần số dao động ngoại sai 1 có tần số là 1 trong 3 tần số 8121.6, 8046.72, 8021.76MHz. Khi đầu tự dẫn làm việc với tín hiệu dao động ngoại sai 1 cơ sở được tạo ra từ khối A38 thì tần số dao động ngoại sai 1 có tần số là 1 trong 32 tần số trong dải từ 7961.6 đến 8266MHz. Nguyên lý hoạt động của các khối chức năng tạo dao động ngoại sai 2: Các khối chức năng tạo dao động ngoại sai 2 bao gồm: Khối A7; Khối A41. Tín hiệu dao động hình sin liên tục có tần số 56MHz được tạo ra từ đầu ra X1 của khối A7 và được đưa tới đầu vào X1 của khối A41. Tín hiệu từ đầu vào X1 của khối A41 được đưa tới bộ nhân tần trong khối A41 với hệ số nhân là 22, tín hiệu sau bộ nhân được khuếch đại và lọc lấy tín hiệu dao động ngoại sai 2 đưa tới đầu ra X3 của khối A41. Tín hiệu ngoại sai 2 có tần số là 1232MHz được đưa tới đầu vào LO của các bộ trộn tần 2. 2.2.1. Nguyên lý hoạt động của tuyến thu kênh tổng và kênh tạo giả Tín hiệu thu được từ kênh tổng và tín hiệu tảo giả (tín hiệu RF) lần lượt đưa tới đầu vào X2 và X3 của khối A6, đầu vào X2 và X3 được nối trực tiếp với bộ chuyển mạch trong khối A6. Tín hiệu điều khiển chuyển mạch được đưa tới chân K của khối A6. Tín hiệu đầu ra của bộ chuyển mạch được đưa tới bộ khuếch đại, tín hiệu đầu ra của bộ khuếch đại được đưa tới tới bộ lọc thông dải. Tín hiệu đầu ra bộ lọc thông dải được đưa tới bộ trộn tần. Bộ trộn tần sẽ thực hiện trộn tần tín hiệu RF với dao động ngoại sai LO1 để tạo ra tần số trung tần thu IF1, tần số sóng mang của tín hiệu trung tần thu IF1 là 1316MHz. Tín hiệu trung tần thu IF1 từ đầu ra bộ trộn được đưa tới bộ khuếch đại và lọc trong khối A6. Tín hiệu đầu ra bộ lọc được đưa tới đầu ra X5 của khối A6. Tín hiệu đầu ra X5 của khối A6 được đưa tới đầu vào X3 của khối A8. Tín hiệu từ đầu vào X2 của khối A8 được đưa tới đầu vào của bộ lọc thông dải trong khối A8. Điều đặc biệt ở bộ lọc thông dải trong khối A8 là Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 34, 12 - 2014 157 bộ lọc có thể điều chỉnh dải thông bằng 5 tín hiệu điều khiển theo mức TTL thông qua mạch tạo tín hiệu điều khiển lọc. Trạng thái của 5 tín hiệu điều khiển dải thông của bộ lọc tùy thuộc vào chế độ làm việc và cấu trúc của tín hiệu phát của đầu tự dẫn. Tín hiệu đầu ra bộ lọc được đưa đến bộ trộn tần 2 trong khối A8. Bộ trộn tần sẽ trộn tần tín hiệu thu IF1 với tín hiệu dao động ngoại sai LO2 để tạo ra tín hiệu trung tần thu IF2. Tần số sóng mang tín hiệu IF1 là 1316MHz, tần số dao động ngoại sai LO2 là 1232MHz. Như vậy, tần số sóng mang tín hiệu trung tần IF2 là 84MHz. Tín hiệu trung tần thu IF2 từ đầu ra bộ trộn tần 2 được đưa tới bộ khuếch đại và lọc. Tín hiệu từ đầu ra bộ khuếch đại và lọc được đưa tới đầu ra X4 của khối A8. Tín hiệu từ đầu ra X4 của khối A8 được đưa tới đầu vào X1 của khối A11. Khối A11 có nhiệm vụ khuếch đại và lọc tín hiệu trung tần thu IF2. Khối A11 là khối khuếch đại trung tần có hệ số khuếch đại thay đổi được bằng 5 tín hiệu điều khiển theo mức TTL. Tín hiệu trung tần sau khi được khuếch đại và lọc được đưa ra 3 đầu ra X2, X3 và X4 của khối A11. Tín hiệu trung tần thu IF2 từ đầu ra X2 được đưa tới đầu vào X1 của khối A13. khối A13 có chức năng tách sóng biên độ tín hiệu trung tần thu IF2 thành tín hiệu thị tần, khuếch đại tín hiệu thị tần đến mức đủ lớn để đưa tới phần xử lý của đầu tự dẫn. Tín hiệu trung tần thu IF2 từ đầu ra X3 và X4 của khối A11 lần lượt đưa tới đầu vào X1 và X5 của khối A12. Đi đến khối A12 còn có tín hiệu trung tần phát IF2 được đưa từ khối A9 đến đầu vào X1 của khối A12, tín hiệu trun tần phát IF2 là tín hiệu có tần số sóng mang là 84MHz và có dạng điều chế tùy thuộc vào chế độ làm việc của đầu tự dẫn. Khối A12 thực hiện tách sóng pha tín hiệu trung tần thu IF2 (tín hiệu thu kênh tổng hoặc kênh tạo giả) với tín hiệu trung tần phát IF2. Tín hiệu đầu ra tách sóng pha sẽ được khuếch đại đến mức đủ lớn để đưa tới phần xử lý của đầu tự dẫn. Như vậy, đầu vào của tuyến thu kênh tổng và kênh tạo giả là tín hiệu thu cao tần (hoặc là tín hiệu tạo giả), đầu ra của tuyến thu là tín hiệu thị tần bao gồm cả tín hiệu thị tần tách sóng biên độ và tín hiệu thị tần tách sóng pha. 2.2.2. Nguyên lý hoạt động của tuyến thu kênh hiệu Nguyên lý hoạt động của tuyến thu kênh hiệu cơ bản giống như tuyến thu kênh tổng và kênh tạo giả chỉ khác ở phần đầu vào và từ sau khối A11. Điểm khác nhau cụ thể như sau: Tín hiệu thu kênh hiệu được đưa thẳng tới bộ khuếch đại cao tần trong khối A6 mà không đi qua chuyển mạch như đối với tuyến thu kênh tổng và kênh tạo giả. Tín hiệu trung tần thu IF2 từ đầu ra X22 của khối A11 được đưa tới đầu vào X1 của khối A40. Khối A40 có chức năng xoay pha tín hiệu trung tần thu IF2. Xoay pha tín hiệu trung tần thu IF2 ở khối A40 được thực hiện bằng các tín hiệu điều khiển ở mức TTL. Trạng thái các tín hiệu điều khiển phụ thuộc vào các chế độ làm việc của đầu tự dẫn. Tín hiệu trung tần IF2 sau khi được xoay pha trong khối A40 được chia làm 2 đường đưa tới 2 đầu ra X2 và X3 của khối A40. Tín hiệu từ đầu ra X2 và X3 khối A40 lần lượt được đưa tới đầu vào X3 và X4 của khối A12. Đi đến khối A12 còn có tín hiệu trung phát IF2 được đưa từ khối A9 đến đầu vào X1 của khối A12, tín hiệu trung tần phát IF2 là tín hiệu có tần số sóng mang là 84MHz và có dạng điều chế tùy thuộc vào chế độ làm việc của đầu tự dẫn. Khối A12 thực hiện tách sóng pha tín hiệu trung tần thu IF2 (tín hiệu thu kênh hiệu) với tín hiệu Ra đa V. X. Hà, T. V. Hùng, L. V. Hà, “Phân tích nguyên lý hoạt động tên lửa đối hải.” 158 trung tần phát IF2. Tín hiệu đầu ra tách sóng pha sẽ được khuếch đại đến mức đủ lớn để đưa tới phần xử lý của đầu tự dẫn Như vậy, đầu vào của tuyến thu kênh hiệu là tín hiệu thu cao tần, đầu ra của tuyến thu là tín hiệu tách sóng pha mà không có tín hiệu tách sóng biên độ như tuyến thu kênh tổng. 2.3. Phân tích một số đặc điểm của hệ thống thu đầu tự dẫn. Phân tích đặc điểm về nguyên lý: Từ phân tích về nguyên lý làm việc ở trên ta nhận thấy máy thu đầu tự dẫn đáp ứng được cơ bản các yêu cầu đối với hệ thống thu của đầu tự dẫn nói chung. Các giải pháp cụ thể là: - Giải pháp chống nhiễu tích cực: sử dụng phương pháp chuyển tần số thu-phát, cụ thể là đầu tự dẫn khi chiến đấu có thể làm việc với 1 trong 32 tần số khác nhau. Việc chuyển tần được thực hiện trực tiếp bằng các lệnh từ các card điều khiển, và cơ cấu chuyển tần là chuyển tần điện tử nên đảm bảo tốc độ chuyển tần nhanh. - Giải pháp chống nhiễu ngoài dải tần làm việc: Sử dụng máy thu với nhiều mạch lọc khác nhau tạo độ chắn cao đối với các tần số ngoài dải tần làm việc. - Giải pháp chống nhiễu ảnh: sử dụng máy thu siêu ngoại sai trộn tần 2 cấp. - Giải pháp bắt và bám mục tiêu: Sử dụng máy thu 2 kênh bao gồm kênh tổng (∑) và kênh hiệu (∆E và ∆H) đảm bảo bám sát mục tiêu theo 3 tọa độ: cự li, phương vị và góc tà. - Gải pháp tăng dải động của máy thu: Sử dụng các mạch điều chỉnh hệ số khuếch đại theo thời gian và điều chỉnh hệ số khuếch đại theo mức tạp ở các khối khuếch đại trung tần. - Điều khiển máy thu bằng các card điều khiển và xử lý: Sử dụng các tín hiệu điều khiển theo mức TTL. Phân tích đặc điểm về công nghệ: Các khối trong máy thu đều có vỏ ngoài làm bằng hợp kim đồng, được mạ bạc ở mặt trong và sơn tĩnh điện ở mặt ngoài. Nắp hộp được hàn vào thâm hộp bằng thiếc. Hệ thống thu cơ bản được lắp ráp từ các linh kiện rời. Các linh kiện cơ bản là chíp chưa đóng gói, được hàn vào mạch bằng công nghệ hàn dây. Máy thu cơ bản là các linh kiện tương tự, chỉ có một số ít linh kiện của phần điều khiển trong hệ thống thu là linh kiện số. 2.4. Một số tham số kỹ thuật cơ bản của hệ thống thu - Kiểu loại máy thu: Máy thu siêu ngoại sai trộn tần 2 lần. - Dải tần làm việc RF: 9270MHz đến 9600MHz. - Tần số dao động ngoại sai 1: + 1 trong 32 tần số nằm trong dải 7961.6MHz đến 8266.0MHz. + Hoặc 1 trong 3 tần số: 8121.6; 8046.72; 8021.76MHz. - Tần số dao động ngoại sai 2: 1232MHz. - Tần số trung tần IF1: 1316MHz. - Tần số trung tần IF2: 84MHz. - Độ nhạy máy thu: ≤-100dBm (với tín/tạp=2). - Dải động máy thu: ≥60dB. - Dải điều chỉnh mạch APY: ≥30dB. - Dải thông khuếch đại trung tần IF2 kênh tổng: 3.8MHz. Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 34, 12 - 2014 159 - Dải thông khuếch đại trung tần IF2 kênh hiệu: 7.2MHz. - Tín hiệu đầu ra tuyến thu kênh tổng: Tín hiệu tách sóng pha và sóng biên độ. - Tín hiệu đầu ra tuyến thu kênh hiệu: Tín hiệu tách sóng pha. - Biên độ xung thị tần đầu ra của cả 2 kênh: 0 đến 4.8V. KẾT LUẬN Từ việc nghiên cứu phân tích mẫu hệ thống thu của đầu tự dẫn sẵn có, nhóm tác giả đã phân tích được chức năng của từng khối, đưa ra được thuyết minh nguyên lý hoạt động của từng khối chức năng và toàn bộ tuyến thu, phân tích được một số đặc điểm của hệ thống thu. Đưa ra được một số tham số kỹ thuật cơ bản của hệ thống thu. Kết quả này làm cơ sở quan trong cho việc nghiên cứu hệ thống anten, hệ thống phát, hệ thống xử lý và tổng thể đầu tự dẫn. Kết quả này còn phục vụ trực tiếp cho việc khai thác, sửa chữa và các công tác đảm bảo kỹ thuật cho hệ thống tên lửa đối hải nói chung và đầu tự dẫn nói riêng. Hướng phát triển là có thể chủ động chế thử các khối chức của hệ thống thu phục vụ cho việc chế tạo vật tư dự phòng và áp dụng vào dự án chế tạo tên lửa. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Đỗ Huy Giác , Lý thuyết mạch, 2003. [2]. Nguyễn Minh Hà, Kỹ thuật mạch điện tử, 1997. [3]. Kiều Khắc Lâu, Cơ sở kỹ thuật siêu cao tần, 2008. [4]. Nguyễn Thúy Vân, Kỹ thuật số, 2004. [5]. Vũ Hoả Tiễn, Cơ sở xây dựng hệ thống điều khiển tên lửa tự dẫn, 2009. ABSTRACT OPERATION PRINCIPLES OF RECEIVER SYSTEM IN SEEKER RADAR The receiver system is the basic and important one in the seeker radar. The receiver systems demonstrate many important parameters of tactics and techniques of the seeker radar. Therefore, the study questioned the principle of operation of the receiver system is needed. Through the study of the receiver will be the basis for understanding other systems such as antenna, generator, signal proccesing systems and analyzing overall about seeker radar. Contents of this study of the seeker radar includes: building functional diagram; principles of receiver system of seeker radar; measuring some basic technical parameters of receiver. Keywords: Receiver, Monopulse receiver, Seeker radar receiver, Guidance radar. Nhận bài ngày 18 tháng 08 năm 2014 Hoàn thiện ngày 27 tháng 10 năm 2014 Chấp nhận đăng ngày 04 tháng 12 năm 2014 Địa chỉ: Viện Ra đa, Viện KH-CN Quân sự, Email: vn.microwave@gmail.com