www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Khái niệm cơ bản về công nghệ ra đa

Đo khoảng cách với Radar.

Nguyên tắc Radar:
Một xung điện từ di chuyển (với tốc độ ánh sáng) từ ăng-ten đến đích bay. Ở đó, năng lượng được phản xạ và tiếng vang di chuyển trở lại với cùng tốc độ và được ăng ten tiếp nhận. Phép đo thời gian (được ký hiệu trong hình bằng đồng hồ bấm giờ đang di chuyển) cho phép tính khoảng cách của điểm đến chuyến bay từ tốc độ đã biết.

Hình 1: Đo thời gian di chuyển sử dụng Radar. Điểm sáng trên Osciloscope di chuyển theo cùng tỷ lệ (1:1) thời gian với sóng điện từ di chuyển trong không gian

Sendeenergie
Echosignale

Hình 1: Đo thời gian di chuyển sử dụng Radar. Điểm sáng trên Osciloscope di chuyển theo cùng tỷ lệ (1:1) thời gian với sóng điện từ di chuyển trong không gian

Hintergrundbild Nguyên tắc Radar:
Một xung điện từ di chuyển (với tốc độ ánh sáng) từ ăng-ten đến đích bay. Ở đó, năng lượng được phản xạ và tiếng vang di chuyển trở lại với cùng tốc độ và được ăng ten tiếp nhận. Phép đo thời gian (được ký hiệu trong hình bằng đồng hồ bấm giờ đang di chuyển) cho phép tính khoảng cách của điểm đến chuyến bay từ tốc độ đã biết.

Hình 1: Đo thời gian di chuyển sử dụng Radar. Điểm sáng trên Osciloscope di chuyển theo cùng tỷ lệ (1:1) thời gian với sóng điện từ di chuyển trong không gian

Đo khoảng cách với Radar.

Radar phát ra một xung điện từ (gọi tắt là xung truyền) ngắn có năng lượng rất cao. Do anten của radar có tính định hướng nên xung này chỉ tập trung theo một hướng xác định. Xung này truyền đi theo hướng đã xác định với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng.

Nếu có một vật thể nằm trên đường truyền đi của xung thì một phần năng lượng của xung sẽ bị phân tán theo mọi hướng. Một phần rất nhỏ của xung này sẽ phản xạ trở lại Radar (gọi tắt là xung phản xạ/xung nhận). Anten của radar sẽ thu được xung năng lượng này và hệ thống radar sẽ đánh giá thông tin chứa trong xung phản xạ này.

Khoảng cách đo được bằng radar có thể được hiển thị thông qua một Osciloscope cơ bản. Thông qua Oscilloscope, một điểm sáng di chuyển theo cùng tỷ lệ (1:1) thời gian với xung truyền đi trong không gian và vẽ lại đồ thị hình dạng xung. Đồ thị được bắt đầu khi xung truyền được gửi đi từ anten. Điểm sáng di chuyển theo cùng tỷ lệ thời gian với xung điện từ truyền đi trong không gian. Sau đó, khi sóng phản xạ truyền ngược lại anten, thì trên oscilloscope cũng xuất hiện một xung tương tự. Khoảng cách giữa 2 xung trên Osciloscope tỉ lệ với khoảng cách đến chiếc máy bay và có thể tính được bằng đơn vị kilometter (Km) trực tiếp trên Oscilloscope.

Khoảng cách được tính dựa vào thời gian xung truyền và tốc độ truyền. Thời gian xung truyền dựa trên Oscilloscope (t), tốc độ truyền bằng tốc độ ánh sáng (c0). Thêm nữa, thời gian xung truyền đo trên Oscilloscope là tổng thời gian của xung truyền đi và truyền về, nên thời gian truyền của một chiều bằng t/2.

Vậy nên, khoảng cách từ radar đến máy bay được tính bằng:

(1)

  • c0 = tốc độ ánh sáng = 3·108 m/s
  • t = thời gian xung truyền đo được [s]
  • R = Khoảng cách anten – máy bay [m]

Chú ý về khoảng cách phương xiên khác khoảng cách phương ngang. Khoảng cách R trong trường hợp này là khoảng cách phương xiên. Giả sử có một sợi dây căng dài nối một đầu là radar, một đầu là máy bay, thì khi đó chiều dài của sợi dây là khoảng cách phương xiên. Khoảng cách phương ngang phụ thuộc vào độ cao của máy bay.
 

Giả sử Radar cần phát hiện một máy bay trong khoảng cách tối đa 100 km. Vậy thì xung truyền di chuyển khoảng cách 100 km đến vật cản (máy bay) và sau đó xung phản xạ di chuyển một khoảng cách tương tự ngược lại, tổng khoảng cách xung truyền và xung phản xạ là 200 km. Tốc độ truyền là 3·108 ㎧ (t/độ ánh sáng). Vậy nên xung điện từ di chuyển trong tổng thời gian là t= 2R/c0 = 666 µs.

Hiển thị tín hiệu của radar trên oscilloscope, đọc thêm về xung răng cưa (sawtooth impulse)tần số lặp xung (Pulse Repetition Frequency - PRF).

Trong ngành hàng không, khoảng cách được đo bằng đơn vị “nautical miles” (NM) hoặc bằng đơn vị kilomet. 1 NM = 1.852 km.

Giải thích về công thức tính khoảng cách ở trên:

Khi vận tốc cố định, thì quãng đường bằng vận tốc nhân với thời gian:

Formel 2: Die Geschwindigkeit (v) ist definiert durch den Quotienten aus der Strecke (s) geteilt durch die gemessene Zeit (t). Die Maßeinheit ist Meter pro Sekunde.

(2)

R (Range) là khoảng cách phương xiên giữa radar và máy bay. Khoảng cách này có thể tính được dựa vào khoảng thời gian mà xung truyền di chuyển từ anten phát đến máy bay và phản xạ ngược lại anten nhận (s = 2R). Ta cũng biết xung điện từ truyền trong không khí với vận tốc cố định bằng vận tốc ánh sáng (v = c0).

Formel 3: wie die Formel 2, aber die Strecke (s) wurde durch die zweifache Entfernung (2·R) ersetzt. Die Geschwindigkeit (v) ist also nun dargestellt durch den Quotienten aus der zweifachen Entfernung (2R) geteilt durch die gemessene Zeit (t). Die Maßeinheit ist immer noch Meter pro Sekunde.

(3)

Từ đây, có thể suy ra công thức (1) để tính khoảng cách khi biết được thời gian xung truyền. Nếu đo được thời gian truyền xung t, ta có thể xác định khoảng cách R đến vật thể bất kì sử dụng công thức này.

Formel 4 = Formel 1: Die Formel drei wurde umgestellt: die Entfernung (R) ist nun die Hälfte des Produktes aus der Lichtgeschwindigkeit (C0) und der gemessenen Zeit (t). Die Maßeinheit ist Meter.

(4)