Đồ Án Các phương pháp phát hiện mục tiêu trong nền nhiễu tiêu cực - hệ thống MTI và hệ thống MTD

Tên đề tài:
Các phương pháp phát hiện mục tiêu trong nền nhiễu tiêu cực - hệ thống MTI và hệ thống MTD​
MỞ ĐẦU


Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, kỹ thuật số, công nghệ thông tin các trang bị điện tử trong quân đội cũng như dân sự luôn luôn được cải tiến. Đặc biệt đối với hệ thống ra đa cảnh giới phòng không là các phương tiện vô tuyến điện tử được trang bị từ những năm 60, chúng hoạt động được một thời gian tương đối dài, một số khối của hệ thống không đảm bảo chỉ tiêu kỹ thuật. Thêm vào đó trong khoảng thời gian này kỹ thuật số, công nghệ thông tin chưa thật sự phát triển do đó việc áp dụng nó còn hạn chế. Để các hệ thống ra đa hoạt động tốt và hoàn thiện hơn nữa tính năng chiến kỹ thuật thì việc nâng cấp và cải tiến có sự ứng dụng các thành tựu khoa học là tất yếu. Hệ thống ra đa bao gồm nhiều khối chức năng, việc cải tiến có thể được thực hiện ở một số khối. Tuy nhiên chúng ta chủ yếu can thiệp vào các khối ở phần trung tần và thị tần, nó dễ dàng thực hiện và đạt hiệu quả cao. Trong đó hệ thống chống nhiễu tiêu cực đã được cải tiến nhiều và đem lại hiệu quả đáng kể. Nghiên cứu các hệ thống này và so sánh với các hệ thống cũ cho chúng ta thấy ưu nhược điểm của chúng và chọn hệ thống để sử dụng.


Trong hệ thống ra đa, nhiệm vụ của bài toán xử lý cấp một tin tức ra đa là phát hiện mục tiêu và đo đạc các tham số của mục tiêu. Trong đó phát hiện mục tiêu trên nền nhiễu là một nhiệm vụ hết sức quan trọng và phức tạp bởi vì các tin tức của mục tiêu và nhiễu là các đại lượng ngẫu nhiên. Qúa trình xử lý cấp một được thực hiện ngay tại đài và đưa ra thông tin ban đầu để cung cấp cho các qúa trình xử lý tiếp theo, thông tin ban đầu có chính xác hay không hay nói cách khác chất lượng thông tin ban đầu sẽ quyết định đến kết quả của các quá trình xử lý tiếp theo và quyết định đến kết quả cuối cùng. Hơn thế nữa, để hoàn thành chức năng cảnh giới nghĩa là phải phát hiện được mục tiêu thì điều quan trọng là phải làm tốt bài toán phát hiện. Do đó nghiên cứu các phương pháp phát hiện mục tiêu trên nền nhiễu là cần thiết để lựa chọn được phương pháp có hiệu quả và thích hợp.


Quá trình phát hiện mục tiêu luôn luôn bị cảntrở bởi nhiễu tiêu cực, nhiễu tiêu cực là các loại nhiễu tự nhiên như nhiễu địa vật, nhiễu thời tiết, ngoài ra còn có nhiễu chấn tử


Đối với loại nhiễu này nếu ta không có biện pháp khử bỏ sẽ gây quá tải máy thu và không phát hiện được mục tiêu.
Có nhiều phương pháp được đưa ra để cải thiện khả năng khử bỏ nhiễu, các phương pháp này thường sử dụng sự khác biệt cơ bản giữa nhiễu và mục tiêu quan tâm. Phương pháp áp dụng cho hệ thống ra đa sau này đã sử dụng sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, của kỹ thuật số và máy tính. Nó đã thể hiện ưu điểm vượt trội so với các phương pháp trước.


Trong khuôn khổ của đồ án chỉ trình bày các phương pháp phát hiện mục tiêu trong nền nhiễu tiêu cực, lợi dụng sự khác nhau về tần số Doppler giữa nhiễu và mục tiêu để phát hiện. Trong đó hai hệ thống được đưa ra để nghiên cứu, đó là hệ thống MTI và hệ thống MTD. Các đài ra đa cũ sử dụng hệ thống MTI, thực hiện bù khử 1 lần hoặc 2 lần, việc bù khử thực hiện trên đèn tích nhớ. Về sau thực hiện bù khử có áp dụng kỹ thuật số, máy tính. Thực hiện khử bỏ nhiễu bằng hệ thống MTI đơn giản. Tuy nhiên hệ thống còn bộc lộ một số thiếu sót như chỉ khử bỏ tốt đối với nhiễu địa vật, không phát hiện được mục tiêu chuyển động với vận tốc mù. Để khắc phục các nhược điểm trên hệ thống MTD được đưa ra. Hệ thống MTD bao gồm băng lọc Doppler, bản đồ nhiễu, bộ CFAR. Bản đồ nhiễu dùng để phát hiện mục tiêu chuyển động với vận tốc mù, bộ CFAR phát hiện mục tiêu khi bị che lấp bởi nhiễu chuyển động. Băng lọc Doppler là các bộ lọc thông dải tương đối hẹp khử bỏ nhiễu tương đối tốt, được thiết kế theo dạng bộ lọc FIR, bao gồm nhiêu bộ lọc trải khắp vùng tần số từ 0 đến tần số lặp của đài.

Đồ án gồm 3 chương:
Chương 1: Nghiên cứu về lý thuyết phát hiện.
Đồ án trình bày các tiêu chuẩn phát hiện, đưa ra các mô hình mục tiêu ra đa, đánh giá các chỉ tiêu chất lượng phát hiện.
Chương 2: Nghiên cứu hệ thống MTI.
Đưa ra một cách có hệ thống các bộ bù khử, đánh giá chất lượng của các mạch và so sánh hiệu quả của các mạch.
Chương 3: Nghiên cứu hệ thống MTD và xây dựng băng lọc Doppler.
Nghiên cứu chức năng của hệ thống, sơ đồ khối, chức năng của các khối. Tổng hợp băng lọc Doppler theo DFT, đánh giá hiệu quả của băng lọc.


Đồ án hoàn thành với sự hướng dẫn của thầy giáo Trịnh Đăng Khánh, sự cố gắng của bản thân. Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn cùng các thầy giáo trong bộ môn đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành đồ án.
Do hạn chế về thời gian, trình độ của bản thân nên đồ án còn nhiều thiếu sót. Rất mong được sự góp ý chỉ bảo của các thầy.

MỤC LỤC


Mở đầu 3
Chương 1 6
Lý thuyết phát hiện 6
1.1. Các tiêu chuẩn phát hiện tối ưu 6
1.1.1. Đặt vấn đề 6
1.1.2. Mô hình tín hiệu đầu vào đài ra đa và các tiêu chuẩn phát hiện 7
1.2. Các mô hình mục tiêu ra đa và đánh giá các chỉ tiêu chất lượng phát hiện đối với các mô hình mục tiêu 11
1.2.1. Các mô hình mục tiêu ra đa 11
1.2.2. Đánh giá các chỉ tiêu chất lượng phát hiện đối với các mẫu mục tiêu trên 14
Kết luận chương 1 23


Chương 2 24
Nghiên cứu các phương pháp tách mục tiêu trong nhiễu địa vật 24
2.1. Giới thiệu chung 24
2.2. Một số đặc điểm liên quan đến nhiễu trong quá trình phát hiện mục tiêu 25
2.2.1. Nhiễu tiêu cực như các đám mây, mưa, chấn tử, rừng cây. 25
2.2.2. Nhạy cảm về tần số mang 25
2.2.3. Nhạy cảm về phân cực 26
2.2.4. Tốc độ mục tiêu 26
2.3. Xác định các tham số đối với các tín hiệu phản xạ từ mặt đất và mặt biển 27
2.3.1. Xác định tham số đối với phản xạ từ đất liền 27
2.3.2. Xác định tham số tín hiệu phản xạ từ biển 29
2.4. Các kỹ thuật lọc Doppler để tách mục tiêu trong nền nhiễu 31
2.4.1. Bộ bù khử MTI dùng dây giữ chậm đơn 31
2.4.2. Bộ bù khử MTI 3 xung 41
2.4.3. Qui tắc lắc tần số 45
2.4.4. Hệ số trọng lượng của bộ bù khử 51
2.4.5. Bổ sung các hiệu ứng không ổn định vào hệ số hiệu quả 58
Kết luận chương 2 61


Chương 3 63
Nghiên cứu hệ thống MTD và tổng hợp băng lọc Doppler kiểu DFT 63
3.1. Tổng quan về hệ thống xử lý tín hiệu trong ra đa 63
3.1.1. Đặt vấn đề 63
3.1.2. Giới thiệu về các thế hệ MTD 63
3.2. Bản đồ nhiễu 66
3.2.1. Đặt vấn đề 66
3.2.2. Phương pháp xây dựng bản đồ nhiễu 67
3.3. Tổng quan về bộ xử lý CFAR 69
3.3.1. Giới thiệu chung về CFAR 69
3.3.2. CFAR trung bình theo ô cự ly 71
3.4. Thiết kế băng lọc Doppler trong hệ thống MTD 75
3.4.1. Lựa chọn sơ đồ khối và một số tham số của hệ thống xử lý tín hiệu 75
3.4.2. Thiết kế băng lọc Doppler 78
Kết luận chương 3 91
Kết luận chung 92
Tài liệu tham khảo 93