Đề tài Mô phỏng màn hình hiển thị radar

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khoa Điện Tử Viễn Thông –—˜™(µ)˜™–— BÁO CÁO MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ VÀ DẪN ĐƯỜNG ĐIỆN TỬ Đề tài : MÔ PHỎNG MÀN HÌNH HIỂN THỊ RADAR Giáo viên hướng dẫn : TS. Hà Duyên Trung Sinh viên thực hiện : Vũ Văn Sơn - ĐT9 Đặng Đình Nhất – ĐT9 Đặng Quốc Cường – ĐT11 Hà Nội 5/2011 LỜI MỞ ĐẦU Radar là tên viết tắt của “ Radio Dectection and Ranging ” có nghĩa là phương tiện dùng sóng vô tuyến điện để phát hiện và xác định vị trí mục tiêu. Tên này do Hải quân Mỹ đặt ra trong đại chiến thứ hai, tuy chưa đủ nghĩa nhưng cũng trở nên thông dụng trên thế giới. Trong các loại vũ khí, khí tài công nghệ cao thì Radar là một trong các khí tài có nhiều ứng dụng đặc biệt. Radar có khả năng phát hiện ra mục tiêu ở cự ly rất xa trong bất kỳ điều kiện nào, tính toán được tốc độ, hướng bay và các đặc điểm của mục tiêu để chỉ thị cho các đơn vị hỏa lực có thể bám sát và tiêu diệt mục tiêu. Sau chiến tranh, kỹ thuật tên lửa và vũ khí tiến công hàng không ngày càng phát triển thì vai trờ của Radar ngày càng trở nên quan trọng. Radar phòng không là lực lượng đảm bảo chủ yếu tin tức về máy bay địch trong đội hình chiến đấu của quân chủng phòng không có mặt trên khắp các chiến trường, phục vụ các chiến dịch, cùng lực lượng phòng không đánh thắng cuộc chiến tranh bằng không quân của đế quốc Mỹ. Trong cuộc chiến tranh vùng Vịnh, bằng vũ khí công nghệ cao với thủ đoạn tác chiến diện tử, Mỹ và liên quân đã vô hiệu hóa hệ thống Radar phòng không của Irắc từ đó làm rối loạn hệ thống chỉ huy, làm mất hiệu lực hệ thống phòng không của Irắc khiến cho Irắc phải chịu thất bại mặc dù Irắc có trong tay một lực lượng quân sự khổng lồ. Áp dụng vào mục đích hòa bình của Radar lại càng tỏ rõ tính ưu việt của nó, Nhờ Radar mà việc diều khiển các con tàu vũ trụ thật dễ dàng và chính xác. Không những thế, trong lĩnh vực khí tượng thủy văn, Radar đã giúp cho việc dự báo thời tiết được chính xác và thuận lợi hơn rất nhiều. Radar có thể phát hiện được sự bất thường của khí quyển xa hàng trăm Km, giúp máy bay, tàu bè có thể phòng tránh được thiên tai. Nhờ có Radar mà máy bay có thể hạ cánh và cất cánh trong bất kỳ trường hợp thời tiết nào; Các tàu biển đi lại được an toàn, tránh được sự va chạm với các tàu bè khác, trành khỏi đâm vào các tảng băng trôi. Hiện nay Radar được ứng dụng trong rất nhiều ngành kỹ thuật và đời sống. Do vậy việc nghiên cứu, phát triển Radar được các nước trên thế giới đặc biệt quan tâm và chú trọng. Trong phần này, chúng em mô phỏng màn hình hiển thị của một hệ thống Radar và các phương pháp hiển thị mục tiêu. Do hạn chế về mặt kiến thức và thời gian nên chương trình còn nhiều thiếu sót, chúng em mong thầy và các bạn đóng gớp ý kiến để bài tập ngày càng hoàn thiện. GIỚI THIỆU CHUNG 1. Những vấn đề chung về Radar Radar là thiết bị đảm bảo nhận những tin tức về những mục tiêu nhờ thu và phân tích sóng vô tuyến. Mục tiêu có thể là: Loại khí động lực: máy bay, tên lửa có cánh… Loại vượt đại châu và vũ trụ: đầu đạn hạt nhân, vệ tinh… Mục tiêu trên mặt đất, trên mặt nước và mục tiêu có nguồn gốc thiên nhiên. Quá trình nhận biết tin tức Radar trong nhiều trường hợp có thể chia thành các bước sau: Phát hiện mục tiêu: là quyết đoán có hay không có mục tiêu trong một vùng không gian với xác suất quyết đoán sai nào đó cho phép. Đo tọa độ và các tham số chuyển động với một sai số cho phép nào đó. Phân biệt mục tiêu là bài toán phát hiện và đo đạc các tham số của mục tiêu khi gần mục tiêu này còn có những mục tiêu khác. Nhận biết mục tiêu: Đài Radar sẽ xác định mục tiêu thuộc loại nào, của ai, bay đi đâu, trên đường bay nào do đó trên mục tiêu phải gắn transponder. Bước này chỉ có ở Radar thứ cấp. Các thiết bị Radar phải có khả năng chống nhiễu cao đối với nhiễu thiên nhiên và nhiễu nhân tạo. Khả năng chống nhiễu là khả năng của đài Radar đảm bảo được các chỉ tiêu chất lượng, phát hiện, đo lường ở một mức độ đã cho khi có nhiễu, đó cũng chính là khả năng sử dụng nguồn nhiễu làm tin tức Radar. Sóng Radar có thể là sóng siêu âm dùng để phát hiện mục tiêu dưới nước. Thông thường sóng Radar là sóng điện từ có bước sóng từ 1mm đến 100km. Các sóng ở dải mm, cm, m có vai trò quan trọng nhất.Hiện nay các sóng điện từ ngắn hơn: sóng hồng ngoại, sóng ánh sang cũng được sử dụng trong Radar. Nguyên tắc nhận tin tức Radar Những tin tức về mục tiêu mang trong tín hiệu Radar là những dao động điện từ có các tham số liên hệ chặt chẽ với các tham số của mục tiêu. Phương pháp nhận tin tửc Radar thông thường nhất là phương pháp Radar chủ động. Radar này chiếu xạ mục tiêu nhờ năng lượng điện tử và sóng phản xạ bởi mục tiêu bằng thiết bị thu. Phản xạ sóng xảy ra ở giới hạn hai môi trường có các tính chất điện từ và từ khác nhau. Chú ý những dao động điện từ chiếu xạ mục tiêu vẫn chưa phải là tín hiệu Radar vì chúng không chứa đựng những tin tức về mục tiêu Khi cần nhận biết mục tiêu, tín hiệu Radar được tạo nên bằng phương pháp hỏi đáp chủ động. Trong trường hợp này năng lượng điện từ chiếu xạ mục tiêu làm cho máy trả lời trên mục tiêu phát ra những tín hiệu vô tuyến hoàn toàn xác định, những tín hiệu này được nhận bởi máy thu của đài Radar. Khi phát hiện và đo lường các tham số của mục tiêu chúng ta sử dụng những tính chất vật lý của sóng vô tuyến: Sóng điện từ trong môi trường đồng nhất và đăng hướng thì truyền thẳng. Sóng điện từ truyền với tốc độ trung bình bằng vận tốc ánh sang trong môi truờng khí quyển và trong chân không. Khi sóng điện từ truyền lan trên môi trường đồng nhất nếu gặp phải môi trường thứ hai không đồng nhất với môi trường thứ nhất (không cùng chiết suất) thì xảy ra hiện tượng tán xạ sóng điện từ. Hiện tượng tán xạ xảy ra ở xung quanh môi trường thứ hai hay ở biên giới giữa hai môi trường, chỉ có một phần phản xạ về nguồn phát xạ. Tia này cùng phương ngược chiều với tia chiếu xạ giúp cho hệ thống phát hiện được mục tiêu, là đối tượng hay mục tiêu cần định vị. Khi sóng điện từ chiếu xạ vào mục tiêu đang chuyển động với một tần số nào đó gọi là tần số chiếu xạ thì năng lượng phản xạ về là tín hiệu phản xạ có tần số sai khác so với tần số chiếu xạ. f(chieuxa) ± f(doppler) = f(chieuxa) ± Df = f(phanxa) Dấu “+” khi mục tiêu tiến dần về phía nguồn chiếu xạ. Dấu “ - ” khi mục tiêu đi xa nguồn chiếu xạ. Df phụ thuộc vận tốc xuyên tâm do đó xác định được Df ta xác định được vận tốc xuyên tâm. Hiệu ứng này gọi là hiệu ứng Doppler. Chỉ tiêu kĩ thuật – chiến thuật của Radar: 3.1. Chỉ tiêu chiến thuật: Vùng quan sát: Radar có nhiệm vụ quan sát mục tiêu trong phạm vi này. Vùng quan sát giới hạn bởi cự ly cực đại Dmax và cực tiểu Dmin và các góc quan sát trong mặt phẳng ngang và đứng. Chu kỳ quét Tq: là thời gian để Radar quét hết vùng quan sát một lần. Các tọa độ được đo. Độ chính xác đo các tọa độ và tốc độ mục tiêu. Độ tin cậy sử dụng: độ tin cậy nêu lên khả năng hoàn thành chức năng của đài trong một khoảng thời gian xác định. Thông thường độ tin cậy được biểu thị bởi xác suất đài làm việc trong một khoảng thời gian đã cho. Khả năng chống nhiễu: là khả năng duy trì được các chỉ tiêu kỹ thuật của đài Radar trong điều khiển có nhiễu tác động. Về tính năng chiến thuật đôi khi người ta còn kể thêm những điều kiện làm việc của đài: tính chất của mục tiêu, điều kiện thời tiết, vị trí triển khai.. Các tính năng chiến thuật của đài radar xác định bởi tính năng kỹ thuật của nó. Chỉ tiêu kĩ thuật Nguyên tắc xây dựng đài Radar: phương pháp nhận tín hiệu Radar, dạng dao động bức xạ, phương pháp gia công tín hiệu trong máy thu. Tần số sóng mang của dao động bức xạ hay bước sóng λ. Quy luật điều chế dao động bức xạ. Công suất bức xạ trung bình Ptb và công suất đỉnh Pd. Dạng và độ rộng của giản đồ anten. Độ nhạy của máy thu theo công suất Ptmin hay năng lượng. II. Phân loại hệ thống radar và dải tần làm việc 1. Phân loại hệ thống radar Hệ thống Radar chủ động (Active System): thực hiện việc phát, thu và xử lý sóng điện từ phản xạ từ mục tiêu radar. Hệ thống Radar bị động (Passive System): chỉ thu và xử lý sóng điện từ bức xạ từ mục tiêu Radar. Hệ thống Radar liên tục (Continuous Wave): Hệ thống Radar xung (Pulse Radar): Radar sơ cấp: là hệ thống Radar thu nhận tín hiệu phản xạ từ bề mặt mục tiêu đến máy phát đặt dưới mặt đất. Radar thứ cấp: là hệ thống Radar thu nhận các tín hiệu do mục tiêu phát sau khi nhận được tín hiệu từ mặt đất. 2. Dải tần làm việc của hệ thống radar III. Ứng dụng. Hệ thống Radar cho ta biết mục tiêu (hay đối tượng) cần quan sát qua màn hình hiển thị: Radar có thể đặt trên mặt đất, trên mặt biển, trong không khí hay là trong không gian. Radar mặt đất dùng phát hiện, định vị và bám các máy bay hoặc mục tiêu không gian. Radar đặt trên tàu sử dụng để dẫn đường và giúp đỡ cứu hộ trên biển, hoặc cũng có thể quan sát máy bay. Radar đặt trên máy bay dùng để phát hiện các máy bay, tàu khác, để chụp ảnh mặt đất, phát hiện bão, và cũng dẫn đường. Trong không gian, radar hướng dẫn các tàu không gian và giám sát từ xa biển và đất liền. Các vùng ứng dụng chính của radar: + Điều khiển giao thông hàng không (ATC) + Dẫn đường cho máy bay + An toàn hàng hải + Không gian + Cảm nhận từ xa + Quân sự + Dự báo thời tiết … Với những ứng dụng và chức năng vai trò to lớn của radar, nó thật sự quan trọng trong nhiều lĩnh vực. Một số hình ảnh về hệ thống radar Hệ thống radar trên mặt đất Hệ thống radar trên biển và trên tàu Hệ thống radar di động trên bộ Súng bắn tốc độ sử dụng nguyên lí làm việc radar Phần mềm mô phỏng. Các chức năng chính của chương trình: Hiển thị được 6 mục tiêu cùng một lúc bằng 6 màu khác nhau. Để lại dấu vết của quỹ đạo mục tiêu. Radar chủ động sơ cấp. Tự động bám sát một mục tiêu bất kỳ nào đó (bám theo góc phương vị). Lần lượt mô phỏng trên 4 trang màn hình Hiển thị nhìn vòng. Hiển thị cự ly D bằng cách quét tia điện tử đường thẳng Hiển thị cự ly D bằng cách quét tia điện tử vòng tròn. Hiển thị cự ly D bằng cách quét tia điện tử xoắn ốc. Phải thể hiện được độ chính xác theo mức độ tăng dần. Radar tự động đảo chiều quét cánh sóng. Lưu đồ thực hiện: Kết quả chương trình mô phỏng Màn hình khởi động hiển thị vòng tròn Màn hình quét thẳng Màn hình quét tròn Phân công công việc Công việc chính của nhóm: Xây dựng phần mền thiết kế màn hình hiển thị radar. Công việc cụ thể của từng thành viên trong nhóm: - Đặng Đình Nhất: Tìm hiểu lập trình Visual C# , tham gia viết code chính chương trình mô phỏng, xây dựng giao diện chương trình. - Vũ Văn Sơn: Tìm hiểu lập trình Visual C# , tham gia viết code chính chương trình mô phỏng, xây dựng giao diện chương trình, viết báo cáo. - Đặng Quốc Cường: Tìm hiểu lập trình Visual C# , tham gia viết code chính chương trình mô phỏng, xây dựng giao diện chương trình, thiết kế slide. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tự học lập trình Visual C++ Từ cơ bản đến nâng cao – Phạm Công Ngô (chủ biên), Phạm Ngọc Nam, Phạm Tuấn Lượng. Kĩ thuật định vị & dẫn đường – Phạm Văn Tuân Bài giảng kĩ thuật định vị & dẫn đường – Đỗ Trọng Tuấn www.google.com.vn