Sổ tay hàng hải - T1 - Chương 19

Sổ tay hàng hải - Tập 1 - Chương 19: Radar hàng hải

19.1 Nguyên lý cơ bản của radar

19

19

RADAR HANG HAI

.1.1 Khái quát nguyên lý hoạt động radar xung

Mục tiêu Sóng xng sỉ siêu cao tần Cảnh sóng

Ra đa hoạt động ở tân số vô tuyến siêu cao có bước sóng siêu cực ngắn, đưới dạng xung,

được phát theo một tân số lặp xung nhất định

Sóng xung nhờ anten tập trung thành một luồng hẹp, như mô tả ở hình 19.01, giống như một, đèn pha ôtô, phát vào không gian Trong quá trình truyền lan, khi sóng xung gặp bất cứ mục

tiêu nào trên mặt nước nó sẽ phản xạ trở lại Một phần tín hiệu phản xạ được ra đa thư nhận

và hiện thành các tín hiệu đặc trưng trên màn hình ra đa Nhờ biết được tốc độ sóng vô tuyến

trong không gian, máy có thể xác định được cự ly đến mục tiêu Cho anten quay với một tốc

độ nhất định, máy xác định góc mạn hoặc hướng ngắm của mục tiêu tấn

Sóng siêu cực ngắn ngoài tính chất có thé phản xạ tốt từ mục tiêu còn có một đặc tính nữa là -

truyền lan theo đường thẳng với tốc độ không đổi và chịu rất ít ảnh hưởng của thời tiết như

Trong công thức, D là khoảng cách đến mục tiêu, t là thời gian truyền lan của sóng từ địa điểm phát sóng đến khi sóng gặp mục tiêu Nếu đo được thời gian t thì việc tính toán D

không có gì khó khăn

Tuy nhiên t là một khoảng thời gian cực bé, không Xung sóng thể dùng bất cứ một công cụ cơ học nào để đo được Vấp — nó mà chỉ có thể đo bằng một thiết bị đo điện tử,

Cự ly đến myc tiéu Tia Trong rađa sử dụng màn hiện sóng để đo thời gian t

——— 7 |HỚ và tự động xác định cự ly D Màn hiện sóng, hình

19.02, hoạt động như sau, trên màn hiện Sóng có một

tia quét quét theo đường thẳng với tốc độ đều cố định, anten phát nhắm vào mục tiêu, khi anten bắt đầu phát một xung thì trên màn hiện sóng tia quét cũng bắt đầu quét, khởi điểm của tia quét chính là thời điểm bắt đầu phát một xung Sóng xung qua quảng đường từ anten đến mục tiêu và phản xạ về máy thu trong khoảng thời gian 2t, tín hiệu thu được qua xử lý đưa đến màn hình để hiện sóng Vào thời điểm này thì tia quét trên màn hiện sóng đã dịch chuyển một khoảng cách D

tỷ lệ thuận với thời gian t, tín hiệu phần xạ sau khi được xử lý thông qua tác dụng của tia quét ghi dấu hiệu một điểm sáng trên màn hình, đó là xung phan héi từ mục tiêu Mục tiêu ở

xa hơn hoặc ở gân hơn thì tín hiệu phản hồi xuất hiện xa hơn hoặc gần hơn tín hiệu xung phát Theo một tỷ lệ tính sắn, có thể xác định D bằng cách đo khoảng cách giữa đấu hiệu xung phát và dấu hiệu xung phản hổi Nguyên lý màn hình mô tả như hình 19.02 gọi là màn hình loại "A",

19.13 Nguyên lý đo phương vị

Mục tiểu 220 Tau ta” OU 90

Dự ly đến

An mye fiéu len| | Tau ta

Việc cho anten và tia quét quay tròn 360? đồng bộ với nhau như đã nói ở trên, ngoài việc đo

được khoảng cách của tất cả các mục tiêu chung quanh, còn tạo giải pháp đo hướng ngắm (phương vị) của tất cả các mục tiêu Bằng một hệ thống phát và thu đồng bộ có thể cho tia quét trên màn hình quay cùng hướng cùng tốc độ với anten phát, nghĩa là khi anten quay từ hướng nào đó, chẳng hạn từ mũi tàu, thì tỉa quét cũng bắt đầu quét từ hướng được cho là mili tàu, khi anten quay thì tia quét cũng quay theo cùng tốc độ, như mô tả trên hình 19.03 Đến khi anten quay sang một góc œ (và phát tia sóng về một mục tiêu thì sóng dội từ mục tiêu

đó phản hỗi trổ về trong khi tia quét cũng đã quay cùng một góc độ œ cùng với anten, nhờ đó tín hiệu phản hồi xuất hiện trên màn hình đúng với hướng mà anten phát sóng Trên man hình, góc œ từ hướng mũi tầu đến điểm sáng sóng dội chính là góc mạn œ của mục tiêu trên thực tế An ten của rađa sử dụng trên biển thường được thiết kế quay với tốc độ 20~30 vòng/phút

Nhờ các động tác đó, khi rađa tàu hoạt động ta nhìn thấy thiết bị anten quay liên tục, còn trên màn hình thì tia quét liên tục quét từ tâm ra biên và quay tròn quanh tâm trên màn hình 19.1.4 Các thành phần của một thiết bị rađa

động chính điều chế ˆ_ phát sống

Hình 19.04

Một rađa thường có các bộ phận chính, xem hình 19.04: thiết bị phát sóng, thiết bị thu sóng,

hệ thống anten quét, màn hình và một số thiết bị trợ giúp

Bộ tạo đao động chính tạo ra các đao động siêu cao tần, bộ điểu chế và bộ phận phát chế

biến dao động siêu cao thành các xung siêu cao tần công suất lớn dẫn theo ống dẫn sóng

đưa lên an ten quét phát vào không gian Thiết bị tạo xung răng cưa tạo ra các xung hình răng cưa đưa đến thiết bị chỉ báo để điểu khiển tia quét ở ống tia âm cực (CRT) Sự đồng bộ giữa bộ phận tạo quét thực hiện thông qua thiết bị nối đồng bộ Công tắc chuyển hoán thu phát có chức năng điều khiển quá trình phát và thu sóng, sóng đội từ mục tiêu quay trở về an ten đi qua công tắc chuyển hoán về thiết bị thu sóng, ở đây sóng được khuếch đại, xử lý và

đưa sang máy chỉ báo để hiển thị thành hình ảnh mục tiêu, tức sóng đội trên màn hình

19.2 Các thông số đặc tính cơ bẩn của rađa hàng hải

19.2.1 Độ dài xung ö

Là thời gian kéo dài của một xung được phát đi, được xác định bởi bộ điểu chế Một rađa thường được thiết kế có thể hoạt động với vài loại xung phát có độ dài khác nhau để rađa

quan sát các tầm xa khác nhau, việc chuyển đổi các xung phát thực hiện bằng các công tắc

thang tầm xa Dộ dài xung ngắn nhất bằng 0,07us dùng cho quan sát tầm ngắn, độ dai cia’ xung Iis dùng để quan sát tầm xa hơn Cũng có loại rađa sử dụng ba loại xung có độ đài khác nhau

19.2.2 Tần số lặp xung PRE ( Pulse Repetition Frequency)

Tân số lặp xung quyết định bởi bộ tạo xung, tính bằng số lượng xung năng lượng phát đi trong một giây (xung/giây) Một ra đa có nhiễu tân số lặp xung khác nhau tuỳ thuộc vào các tầm quan sát thiết kế, rađa hoạt động ở tầm xa ngắn thi PRE cao, chừng 2000 xung/giây, khi hoạt động ở tầm xa hơn thì PRE thấp hơn, 400 xung/giây

19.2.3 Chu ky lap xung PRP (Pulse Repetition Period)

Là thời gian để lặp lại một xung phát, tức bằng ö cộng với thời gian dừng phát Thời gian đừng phát là thời gian kéo đài, sau khi phát một xung dài ö máy phát đừng phát, cho đến khi phát xung tiếp theo Trong khoảng thời gian này máy thu nhận sóng phản hổi Thời gian

Băng tân 'S' ( rađa ^.= 10cm ) nằm trong khoảng 1650~5200 Mhz (A =18,2~5,8 cm), thudng

gọi là rađa ”§ banđ”

Mỗi một băng tần có những tiện ích khác nhau đối với hàng hải, băng tần X cho hình ảnh có

độ phân giải cao cần thiết cho việc nhận dạng mục tiêu, nhưng lại bị ảnh hưởng rất nhiều do nhiễu biển và nhiễu mưa Băng tần S, ngược lại, độ phân giải kém, bù lại không bị ảnh hưởng của nhiễu biển và nhiễu mưa

19.2.5 Công suất đỉnh P,

Đó là công suất hữu dụng của một xung bức xạ Công suất đỉnh thường phải đủ lớn để đảm bdo rada có thể thám sát được mục tiêu trong tâm xa tận chân trời rađa Công suất đỉnh của rađa 3 cm (X band) điển hình chừng 10kW, của rađa 10 cm (§ band) chừng 30 kW

19.2.6 Công suất trung bình P„y

Đó là công suất đỉnh trung bình trải ra trên toàn bộ chu kỳ phát xung Công suất trung bình là công suất từ nguồn năng lượng của thiết bị cung cấp và tích trữ ở bộ điều chế trong khoảng thời gian đừng phát, sau đó được phát đi trong khoảng thời gian kéo dài xung 6

19.2.7 Ty sé chife nang (Duty ratio)

Tỷ số này dùng để biểu thị các mối quan hệ của các thông số, không có thứ nguyên

Tỷ số chức năng = ö/PRP hoặc

SO TAY HANG HAI 677

= &x PRE hodc

=PzưP,

Ví dụ một rađa cĩ tỷ số 6/PRP ở tầm xa bằng 0,0006, ở tâm ngắn bằng 0,00012

19.2.8 Khả năng phân giải khoảng cách

Khả năng phân giải khoảng cách là khoảng cách tối thiểu giữa hai mục tiêu nẦm trên cũng một hướng mà sĩng dội của nĩ trên màn hình rậa cịn thể hiển thị thành hai mục tiêu riêng

biệt

Vì xung phát kéo dài thời gian ỗ, cho nên một mục tiêu điểm trên thực địa biển thị thành:

một vệt sáng sĩng dội trên màn hình cũng kéo dài một khoảng ư ( biết tốc độ sĩng vơ tuyến,

cĩ thể tính tốn chiều đài của sĩng đội từ một mục tiêu điểm)

Hình 19.05 mơ tả hai tình huống, tình huống (a) hai mục tiêu trên thực địa đủ xa để cho sĩng

đội hiển thị thành hai mục tiêu riêng biệt trên màn hình, tình huống (b) hai mục tiêu trên

thực địa quá gần đến mức sĩng dội của chúng hiển thị trên màn hình dính thành một mục tiêu Điễu kiện để hai sĩng dội khơng dính vào nhau thì khoảng cách D giữa hai mục tiêu phải lớn hơn một nửa độ dài của xung phát ồ Vậy khả năng phân giải khoảng cách phải lớn hơn một nửa của độ dai ỗ của xung

Cĩ thể tính khả năng phân biệt khoảng cách đ„¿„ như sau:

Sĩng vơ tuyến truyén (rong khơng gian với tốc độ 300m /Is, vậy,

19.2.9 Khả năng phân giải theo hướng

Sĩng được phát đi trong một cánh sĩng cĩ gĩc mở ngang nhất định, điều kiện kỹ thuật khơng cho phép phát tập trung thành một đường thẳng mảnh Vì vậy, sĩng đội của một mục tiêu điểm bị kéo rộng ra theo chiều ngang bằng đúng gĩc mở ngang của cánh sĩng Hai mục tiêu cĩ cùng cự ly nhưng gân nhau (gĩc kẹp nhỏ) thì sĩng đội của chúng dính vào nhau

Khả năng phân giải theo hướng là gĩc kẹp nhỏ nhất giữa hai mục tiêu trên cùng cự ly mà hai

mục tiêu đĩ thể hiện thành bai mục tiêu riêng biệt trên màn hình rậa

Khả năng phân giải theo hướng được xác định bằng gĩc mở ngang cánh sĩng như hình 19.06 Hình (a) mơ tả hai mục tiêu trên cùng cự ly cĩ gĩc kẹp lớn hơn gĩc mở ngang cánh sĩng Hai mục tiêu hiển thị thành hai sĩng dội riêng biệt Hình (b) cho thấy hai mục tiêu trên cùng cự ly cĩ gĩc kẹp nhỏ hơn gĩc mở ngang cánh sĩng Tín hiệu hai mục tiêu bị chập làm một Như vậy, gĩc mở ngang cánh sĩng càng hẹp thì khả năng phân giải hướng càng tốt

19.2.10 Gĩc mở ngang của cánh sĩng

Hình 19.07 mơ tả anten và cánh sĩng do anten phát đi vào khơng gian

Gĩc mở ngang của cánh sĩng là gĩc kẹp giữa hai điểm nửa cơng suất của đồ thi cực cong suất, hình 19.08 Gĩc mở ngang cánh sĩng cần đủ rộng để cĩ đủ lượng sĩng đội từ mục tiêu: trở về ghỉ một điểm đủ sáng trên màn hình Mặt khác, gĩc mở ngang lại phải hẹp để, nâng cao khả năng phân giải bướng; hơn nữa, gĩc mở ngang rộng sẽ làm cho mục tiêu bị biến dạng theo chiểu ngang (kéo dài theo chiéu ngang)

Sĩc mð ngang cánh sĩng _ 0.5~2.0*

Băng tần "S", chiểu dài anten 3,9 mét, góc mổ ngang 17

19.2.11 Góc mở đứng của cánh sóng

Góc mở đứng cánh sóng, được thiết kế lớn hơn nhiễu so với góc mở ngang cánh sóng, thông thường 20° đến 30”, tuỳ theo yêu cầu của rađa Góc mở đứng cánh sóng cân phải đủ rộng

để thoả mãn hai yêu cầu:

1) Rút ngắn khoảng cách quan sát tối thiểu của rađa, khi góc này quá nhỏ thì sóng vô tuyến

không thể đến được các mục tiêu lân cận tàu

2) Để khi tàu lắc cánh sóng rađa vẫn bám sát mặt biển, không làm mất mục tiêu Hình 19.09a cho thấy khi cánh sóng có góc mở đứng quá hẹp sẽ không quét đến được khắp các mục tiêu trên mặt biển, trong khi một cánh sóng có góc mở đứng rộng hình 19.09b sẽ phát hiện được nhiều mục tiêu

Hình 19.09

19.2.12 Chiểu cao anten

1, Chân trời quang học và chân trời radar

Hình 19.10 mô tả mốt quan hệ giữa chân trời địa lý (chân trời hình học), chân trời quang học,

và chân trời radar

Anlen

radaD

Chân trồi địa lý

Hình 19.10 Mặc đù sóng ánh sáng và sóng vô tuyến siêu cao truyền lan theo đường thẳng nhưng do biến

đổi mật độ khí quyển khiến cho nên sóng ánh sáng và sóng vô tuyến bị khúc xạ cong về phía bể mặt trái đất, khiến cho chân trời quang học và chân tời radar đều lớn hơn chan ti

địa lý

2 Chiều cao anten

Trong điều kiện khí quyển chuẩn, bán kính trái đất 4600 n.mile, thì chân trời rađa phụ thuộc vào chiều cao anten, vì vậy chiểu cao của anten quét ảnh hưởng rất lớn đến tầm quan sát

của rađa, chân trời rađa tính như sau, xem hình 19.11,

D=1/223/H„ nm (H, tính bằng feet) hoặc D=4,06.|H„ km(H, tính bằng mét)

SO TAY HANG HAI 680

trọng đớ, H, - chiều cao của anten

Công thức này tính ra khoảng cách chân tời radar lớn hơn chân trời hình học 15%, lớn hỡn

chân trời quang học 6%

Ví dụ, anten ở độ cao 50 feet (15,/24m) trên mặt biển thì tầm xa rađa là 8,69 hải lý

(15,84km)

Rố ràng là chiều cao của anten càng cao thì tim xa rada càng lớn Tuy nhiên, việc tăng quá cao anten làm tăng sóng vô tuyến phần xạ từ sóng biển khiến cho nhiễu biển ting, gay khớ

khăn cho việc nhận dạng mục tiêu trên màn hình Mặt khác chiều cao của anten cũng làm

tăng vùng chết của rađa, xem hình 19.12

Việc chọn tân số lặp xung PRF có ảnh hưởng rất lớn đến tầm xa quan sát cực đại Tầm xa mà

từ đó sóng có thể phan hổi từ mục tiêu xa nhất đã đặt ra một giới hạn cho việc chon PRE Tân số lặp xung PRF phải chọn sao cho sóng dội từ mục tiêu xa nhất trở vé anten trước khi rađa phát xung tiếp theo, nếu không chọn như vậy thì sẽ phát sinh sóng dội thứ cấp của xung tiếp theo trên màn hình (nói rõ ở phần sau)

Tầm xa quan sát cực đại của rađa không những quyết định ở độ cao anten mà còn liên quan đến chiều cao của mục tiêu, chiêu cao của mục tiêu cao trên chân trời rađa cũng phần hồi sóng vô tuyến về anten Như vậy tầm xa quan sát tối đa, nếu bỏ qua các yếu tố khác, thì có thể tính như sau, xem hình 19.11,

Đà =L23CJH, + 4h) (nm) (trong đó đơn vị độ cao - feet)

hoặc Đy¿„ =4.06(/H, + 4h) (km) (trong đó đơn vị độ cao - mét)

trong đó, h - Độ cao của mục tiêu

19.2.14 Tầm xa quan sát tối thiểu - Vùng chết của rađa

Là vùng cánh sóng không tới được (vùng chết đ) và không thể phát hiện mục tiêu trong đớ như mô tả trên hình 19.12 Vùng chết rộng hay hẹp phụ thuộc vào góc mở đứng cánh sóng

SO TAY HANG HAI 681

Chiểu cao anten H, càng cao thì tâm xa hoạt động của rađa càng lớn nhưng vùng chết càng

rộng

19.2.15 Tốc độ quay của anten

Đối với ra đa màn hình PPI sử dụng trong hàng hải, tốc độ quay của anten phải đủ nhanh để

có thể liên tục nhận tín hiệu phản hồi của từng mục tiêu với mục đích kích sáng liên tiếp

chất phosphor phủ trên màn hình, duy trì "hình đáng" của mục tiêu Tuy nhiên, tốc độ quay cũng phải đủ chậm để các mục tiêu nằm trong cánh sóng nhận và phần hồi vài lần sóng đội

về màn hình

Với các lý do đó, tốc độ quay của anten rađa hàng hải được thiết kế 20 đến 30 vòng/phút Loại rađa dùng cho tàu cao tốc có tốc độ quay của anten lớn hơn

19.3 Hệ thống rađa hàng hải

Hình 19.13 là cấu tạo của hệ thống rađa hàng hải điển hình, hình 19.14 là sơ đổ khối chỉ tiết

và hình 19.15 là dạng sóng của của các khối chức năng trong rađa Các mục dưới đây phân tích chức năng các khối chính trong sơ đổ khối chỉ tiết,

19.3.1 Mach tao tan sé lap xung PRF

Mạch tạo PRE tạo ra dao động "xung khởi động" trong hình 19.15 (1) dùng để khởi động và đảm bảo sự đồng bộ hoạt động của các mạch khác trong rađa Đây là một xun§ ligắn, có chư si

kỳ chính xác, có thể thay đổi chu kỳ tuỳ theo yêu cầu của tầm xa.hoạt động của rađa Một trong những cách để tạo lập xung này là dùng mạch chia tần logic Từ mạch tạo xung khới động, các xung nhọn được xuất sang bộ điều chế

SO TAY HANG HAI 682

ộ

Mạch phát PRF {Xưng khối đồng)

Ị Ị Sóng dội Xuyên tử máy phát | \ Sóng, lẩn số rađiô

@) Ly | pot | | Xung thị tấn xuất 1ử

L 1 i mach tach song Thú hai

quét xual sang mach

SO TAY HANG HAI 684

nhật này được chuyển sang giữa dương cực và âm cực của ống magnetron để kích thích nó đao động, tạo ra dao động siêu cao tan

Xung khởi động còn được đưa sang để khởi động và tạo đồng bộ ở mạch tạo xung cửa, mạch

tao xung răng cưa và mạch khử nhiễu biển

19.3.3 Magnctron

Magnetron là một loại dụng cụ tạo dao động siêu cao bằng hốc cộng hưởng, khi xung hình chữ nhật cao áp từ bên mạch điều chế đưa sang thì magnetron bắt đầu quá trình dạo động để tạo ra đao động tần số siêu cao công suất lớn trong khoảng thời gian kéo dài của xung Tần số dao động của magnetron phụ thuộc vào kích thước của hốc cộng hưởng, người sử dụng không thể thay đổi được tần số này Hình 19.16 là sơ d6 nguyên lý của một hdc cong hưởng cấu tạo nên magnetron Dao đông siêu cao công suất lớn xuất ra nhờ vòng cẩm ứng đặt trong hốc đưa qua ống dẫn sóng để chuyển lên anten quét

19.3.4 Ống dẫn sóng

Ống dẫn sóng làm nhiệm vụ tải tân số siêu cao từ máy phát đến anten đồng thời tải tín hiệu phần hổi yếu ớt từ anten về máy thu Đối với rađa 3 cm, ống dẫn sóng sử dụng có tiết điện

hình chữ nhật, bằng đồng, rổng bên trong, vách rộng của ống có chiểu cao b= 1/2A, vách

ngang có kích thước a, hình 19.17 Khi sóng siêu cao truyền lan trong ống thì giữa trung tâm của hai vách rộng trở thành đường truyền dẫn sóng, còn hai vách hẹp hình thành vật cách điện A⁄4 đối với sóng siêu cao, do đó sóng siêu cao được dẫn đi bằng đường ống không bị

tổn thất năng lượng

19.3.5 Công tắc chuyển hoán thu phát (TR Cell)

Trong hệ thống rađa chỉ có một anten dùng chung cho hai mục đích phát xung tần số siêu cao

và thu sóng dội từ mục tiêu quay về Xung tần số rađiô phát với công suất rất lớn, nhưng sóng đội thu về thì rất yếu Mục đích của công tắc chuyển hoán là làm sao cho khi tần số siêu cao công suất lớn phát đi thì đường vào máy thu phải được che chắn không cho công suất phát đi vào máy thu, vì tín hiệu quá mạnh có thể làm hồng máy thu Nhưng tín hiệu phần hồi phải đi tự đo vào máy thu, không bị bất kỳ ngăn cản nào

SO TAY HANG HAI 685

cao công suất lớn không thể đi vào đường máy thu mà chỉ có thể di thẳng lên anten để phát

vào không gian

19.3.6 Anten quét và hệ thống phát hướng

Hầu hết rađa hàng hải thương mại hiện nay đều đùng loại anten khe; cũng có một số rađa dùng anten parabon Cấu tạo của một anten khe gồm ống dẫn sóng, trên đó khoét các khe chéo (slotted waved guide) theo tiêu chuẩn nhất định đặt vào các tấm phản xạ, tất cả được bọc kín trong hộp bảo vệ để che chắn sóng Ống dẫn số

gió, như hình 19.19 An ten quay bằng động Hộp bảo vg Ong dln S00 rat nhận xạ

Để tạo sự đồng bộ giữa anten và tia điện tử

trên màn hình, anten quay sẽ kéo theo máy Mặt trước

phát đồng bộ để phát hướng về bộ phận chỉ — tử+znten

báo Ở bộ phận chỉ báo có một máy thu đồng

bộ thu tín hiệu hướng từ anten để quay tia

điện tử quét trên màn hình cùng tốc độ với

anten Các rađa hiện đại ứng dụng kỹ thuật

số để chuyển hướng từ an ten về thiết bị chỉ

báo làm cho tia quét điện tử quay đồng bộ

Mũ bằng đồng Thánvỏ “sy

cùng với tín hiệu của bộ dao động nội trộn với nhau tại bộ trộn tinh thể và xuấtra tín hiệu

tần số trung gian (trung tin ) 60MHz, như dang tín hiệu (5) trên hình 19.15, đưa sang bộ tiễn khuyếch đại

19.3.8 Bộ tiên khuếch đại và bộ khuếch đại chủ

Trung tần 60 MHz từ sóng dội chuyển đổi sang là một thành phần yếu cần được khuếch đại

trước khi đưa sang thực hiện các quá trình khác Bộ tiền khuếch đại nằm trong thiết bị máy thu được thiết kế đặt ngay gân anten Bộ khuếch đại chủ thì nằm ngay ở thiết bị chỉ báo đặt trong budng 14i, tin hiệu cần được khuếch đại ở bộ tiền khuếch đại trước khi đưa theo đường dây đồng trục dẫn về bộ khuếch đại chủ Bộ khuếch đại chủ thường có 6 cấp khuếch đại, mục đích của bộ khuếch đại này là làm tăng biên độ của sóng trung tần IF Việc diéu chỉnh

độ lợi (độ nhạy của máy thu) GAIN được thực hiện ở ngay bộ khuếch đại chủ

19.3.9 Mạch chống nhiễu biển

Khi rađa hoạt động, nhất là trong điều kiện sóng lớn, đặt biệt là sóng biển gần chung quanh

tàu phẩn xạ sóng dội mạnh hơn, làm cho chung quanh tâm quét của màn hình xuất hiện nhiều sóng đội đến mức gay nên một vùng sáng, khiến cho việc quan sát sóng đội của các mục tiêu lẫn trong đó rất khó khăn Mục đích của mạch chống nhiễu là làm giảm độ khuếch

SO TAY HANG HAI 687

đại của riêng các sóng dội gần tàu, mà không ảnh hưởng đến các sóng đội khác ở xa hơn Việc đó được thực hiện bằng mạch chống nhiễu biển

Mạch chống nhiễu biển (Anti Sea Clutter) đôi khi còn gọi là mạch " swept gain" hoạt động

khi nhận được xung điểu chế chữ nhật (xung số (2) hình 19.15) từ mạch điễu chế (hình 19.14) đưa sang 6 ngay thời điểm đầu tiên khi anten yas

phát đi đao động siêu cao thì thì mạch khống chế

"Sea Clutter" cũng "cắt" ngay hoạt động khuếch đại

của một hoặc vài cấp khuếch đại ở mạch tiền khuếch J ot

đại, theo như hình 19.21, nghĩa là độ lợi của nó đang Dao động, !

ở trạng thái bình thường bổng nhiên bị giảm xuống P9 W——— ngay khi anten phát sóng Sau khi kết thúc xung điều Beli |

chế thì độ khuếch đại lại hổi phục ở trang thái độ lợi bình thường :

bình thướng Như vậy, thời gian độ lợi giảm chỉ diễn

ra rất ngắn trong khoảng cách của các mục tiêu gần, — bé lớ quét

sau đó độ lợi vẫn hồi phục bình thường cho các mục (Sep! gain)

tiêu ở xa hơn "Swept gain" có thể điều chỉnh được

bằng nút "Sea Clutter" trên bảng điều khiển màn “¬

19.3.10 Mạch tách sóng thứ hai

Xung

Có thể coi bộ trộn để chuyển đổi tân số siêu cao xuống thành tân số trung gian 60 MHz trong

máy thu là mạch tách sóng thứ nhất Mạch tách sóng thứ hai đặt ngay sau mạch khuếch đại tần số trung gian chính gồm có đèn bán dẫn hai cực (diod) và các mạch lọc CR để tách sóng xung 60 MH¿ thành sóng "thị tân" (video) bằng cách tách tần số trung gian ra khỏi đường

bao của nó như dạng xung số (6) trên hình 19.15

19.3.11 Khử nhiễu mưa

Mưa cũng phản xạ sóng rađio trở về anten, sóng Sống phản hổi

đội từ các khu vực mưa dông hình thành những Nhiéumua — lừ các lâu lạ

vùng sáng trên màn hình khiến các mục tiêu cần

hình chữ nhật và chỉ lấy phần mép của nó,như 3 "HH

tàu còn bị phủ trên nền nhiễu mưa Khi mạchvi th J (Sóng dội tàu

dưới mức giới bạn tín hiệu thị tần sẽ làm giảm

dưới mức giới hạn, chỉ còn lại tín hiệu sóng dội tàng" tín của tàu như hình 19.22c Trên màn hình lúc này

19.3.12 Mạch trộn thị tần và khuếch đại thị tần

Mạch trộn thị tần nhận tín hiệu thị tần từ các mạch sau đây (xem hình 19.14):

- _ mạch tạo dấu khoảng cách biến đổi;

- _ mạch tạo các vòng đánh dấu cự ly cố định;

- _ mạch tạo dấu mũi tầu;

- _ mạch tạo dấu phương vị điện tử;

- _ mạch kiểm soát tính năng

~ _ tín hiệu sóng đội thị tân từ bộ tách sóng thứ hai

Các tín hiệu từ các mạch nói trên được trộn với nhau nhưng không ẩnh hưởng lẫn nhau và đưa sang mạch khuếch đại thị tần Đây là mạch khuếch đại băng rộng độ lợi thấp Tín hiệu

thị tân từ mạch khuếch đại thị tan đưa sang cực âm Ong tia âm cực dưới đạng thị tần âm

Chính thị tần âm này điều chế tia điện tử kích thích màn huỳnh quang làm hiện lên các điểm

sáng, tức các sóng đội mục tiêu trên màn hình rađa

19.3.13 Mạch phát xung cửa

Mạch này dùng để chuyển xung hình chữ nhật từ mạch điều chế có chiều ngang hẹp thành xung cửa kéo dài, đạng tín hiệu (8) trên hình 19.15 Xung cửa dùng để xác định khoảng cách, chiều đài của nó như sau,

- 12/2 Hs cho khoảng cách 1 hải lý

- _36,6us cho khoảng cách 3 hải lý

Xung cửa có bốn chức năng như sau (xem hình 19, 14),

- Xung tăng sáng cho màn hinh (Brilliance), đạng (11) hình 19.15

- _ Khởi động và kiểm soát cho mạch tạo xung xác định thời gian timebase ( xung răng cưa), đạng (9) hình 19.15

-_ Khởi động và kiểm soát thời gian cho mạch tạo xung vòng khoảng cách cố định,

đạng (10) hình 19.15

-_ Khởi động và kiểm soát dấu hiệu khoảng cách biến đổi

Các mạch nói trên hoạt động một cách đồng bộ Xung cửa xác định thời gian kéo dài lớn

nhất để cho các mạch này thực hiện đúng chức năng của mình Ví dụ, khi cho rađa hoạt

động ở tầm 12 hải lý thì mạch tạo xung thời gian "tImebase" phải kéo dài 12 x 12/2 ps = 146,4 Hs để gây lệch tia điện tử trong ống phóng điện tử làm cho điểm Sáng quét từ trung tâm màn hình ra đến biên; mạch tạo vòng khoáng cách cố định phải tạo ra được bảy xung nhọn (rong vòng 146,4 us ( xem dạng xung (10) hình 19.15) để vẽ thành bầy vòng tròn trên màn hình biểu thị khoảng cách (sáu vòng tròn nhìn thấy, vòng tròn thứ bảy trùng với tâm màn bình) Xung tăng sáng có thể điểu chỉnh được thông qua nút điều chỉnh " Brilliance" ở bảng điều khiển để điều chỉnh độ sáng màn hình đến mức ngưỡng tối thiểu

19.3.14 Mạch phát xung xác định thời gian (Time-base)

SO TAY HANG HAI 689

Mạch timebase tạo ra xung hình răng cưa tăng dân tuyến tính như đạng xung (9) hình 19.15,

độ dốc của răng cưa ( chiều dài của xung) quyết định ở thang tâm xa mà ta lựa chọn Khi cho rađa hoạt động ở tầm ngắn, ví dụ 1⁄4 hải lý, thì xung răng cưa kéo dài rất ngắn để dịch chuyển điểm sáng ( spot) trên màn hình từ tâm ra đến biên tương đương 1⁄4 hải lý, nghĩa là xung chỉ kéo dài 12,2/4 = 3,05 Hs Ngược lại, khi chọn tầm hoạt động của rađa lớn, chẳng hạn 96 hải lý thì xung răng cưa phải kéo dài 12,2x96 = 1172,2 us, thời gian đó cần thiết cho điểm sáng quét từ tâm màn hình ra đến biên để có thể hiển thị tất cả các xung sóng đội của

các mục tiêu nằm trong vòng bán kính 96 hải lý

Dòng điện xung răng cưa sau khi khuếch đại được đưa sang cuộn dây gây lệch tia của ống tia âm cực

1 Tia điện tử và màn huỳnh quang

Theo nguyén ly chung cia đèn điện tử, cấu tạo của ống tia cực âm gồm một bầu thuỷ tỉnh chân không, cực âm bên trong ống được đốt nóng phóng ra điện tử, cực dương thứ nhất làm chức năng hội tụ điện tử và cực dương gia tốc ( điện áp cung cấp từ 15~20kV), nằm bao quanh ở phần trên của ống, hút điện tử về phía màn hình, khiến các điện tử tập hợp thành tia mãnh bắn vào tâm điểm của màn huỳnh quang Nhờ tác đụng của chất huỳnh quang phủ bên trong màn hình, dưới tác dụng bắn phá của điện tử, tâm màn hình hình thành một điểm sáng,

đó là tâm quét Số lượng điện từ phóng ra từ cực âm nhiều hay ít quyết định độ sáng của

điểm sáng Số lượng điện tử còn phụ thuộc vào điên áp đặt vào giữa cực lưới điểu khiển và

cực âm (hình 19.23a) Tín hiệu thị tần (gồn sóng dội, các tín hiệu đo ) cung cấp cho cực âm của ống tỉa âm cực làm thay đổi điện áp giữa lưới và cực âm, khiến cho số lượng điện tử phóng đi thay đổi theo điện áp đặt vào giữa lưới và cực âm Nhờ đó, khi cho tia điện tử dịch chuyển từ tâm ra đến biên theo một tốc độ xác định thì độ sáng trên lộ trình quét thay đổi theo số lượng điện tử phóng ra ở mỗi tức thời, tạo thành các điểm sáng biểu thị các sóng dội của mục tiêu

Có thể điều chỉnh điện áp đặt vào lưới để điều chỉnh số lượng điện tử, cũng tức là điều chỉnh

độ sáng trên màn hình Việc điều chỉnh này thực hiện bằng nút điều chỉnh độ sáng

"Briliance" trên bắng điều khiển của rađa Độ hội tụ của ta điện tử được điều chỉnh bằng nút hội tụ " Focus" để làm thay đổi điện áp đặt vào cực dương thứ nhất

2 Cuộn dây gây lệch tia

Như đã trình bày ở trên, để rađa có thể hiển thị các điểm sáng biểu thị sóng dội, tia điện tử cần phải quét từ trung tâm ra đến biên mần hình, động tác quét được thực hiện bằng cuộn lệch tia Cuôn dây lệch tia gồm hai cuộn dây đặt vuông góc nhau quấn chung quanh cổ ống tỉa âm cực như mô tả trên hình 19.23a, khi cung cấp cho cuộn dây xung dòng điện hình rang, |

cưa (timebase) tăng dẫn theo tuyến tính ( xem dạng xung (9) hình 19.15), thì dưới tác dụng

của từ trường có cường độ tăng dân, tỉa điện tử đi qua chịu tác dung của từ trường làm cho

SO TAY HANG HAI 690

điểm quét điện tử quét từ trung tâm ra đến biên màn hình theo tốc độ tuyến tính Khi xung timebase bắt đầu bằng "0" thì điểm quét nằm ở tâm màn hình, khi xung timebase đạt tới cực đại thì điểm quét vừa ra đến biên màn hình, khi xung timebase nhanh chóng kết thúc thì điểm quét lại nhanh chóng trở về điểm xuất phát ở tâm chờ đến xung timebase tiếp theo Nhờ cách quét như vậy mà rađa có thể đo được khoảng cách đến các mục tiêu, như đã nói ở phần đầu của chương này

bộ quay và kéo cuộn lệch tỉa cùng quay khiến cho từ trường trong cuộn gây lệch tia quay làm cho tia điện tử quay đồng bộ với anten Rôto máy thu và máy phát được cung cấp

nguồn một chiểu cho máy thu và máy phát động bộ hoạt động

Trong một số rađa hiện đại áp dụng cuộn lệch tia cố định Khi rôto máy phát trên anten quay làm quay môtơ servo đặt trên thiết bị hiển thị, môtd servo quay rôto của "thiết bị giải

sin/cos" ( Sine/Cosine resolver) để tạo ra từ trường quay trong cuộn lệch tia Thay vì phải

quay nhờ hệ cơ, bằng phương pháp này tia quét điện tử cũng quay đồng bộ với anten nhờ tác dụng của từ trường quay

SO TAY HANG HAI 691

bày ở phần đầu của chương này

19.3.16 Chuyển động thật

Những gì trình bày ở trên cho thấy, tâm màn hình cũng tức là tâm quét điện tử, đó là một

điểm cố định biểu thị vị trí tàu chủ (tàu ta) Khi ra đa hoạt động, trên màn hình tàu chủ thì cố

định còn mục tiêu cố định thì chuyển động ngược

với hướng đi của tàu chủ, đó là chuyển động tương

đối

so #0 909 06 so Dau mii tau

ve“on Heading Marker

Mục tiêu Đường

= 8 phương VỊ

Để nhìn thấy "chuyển động thật" trên màn hình cần

phải cho tâm điện tử chuyển động qua màn hình

theo tốc độ tỷ lệ thuận với tốc độ tàu chủ Động tác

này được thực hiện bằng giải pháp lắp thêm một

cặp "cuộn dây dịch chuyển" ở cổ ống tia âm cực Ñ đi đồng (xem hình 19.14) Cuộn dây dịch chuyển gồm hai ey ie VRM cuộn dây "X" và wye đặt vuông góc với nhau Hình 19.25

Vectơ tốc độ tàu được chia ra hai véc tơ thành phan

và chuyển hai thành phn này thành hai dòng điện với tốc độ tăng dân thật chậm, tỷ lệ thuận

với chúng Hai dong điện thành phần này cung cấp cho hai cuộn dây “X” và “Y”, chúng sẽ tạo ra từ trường tổng hợp với cường độ tăng dẫn tuyến tính tác dụng vào tia điện tử khiến tâm tia điện tử dịch chuyển chậm qua màn với tốc độ tỷ lệ thuận với tốc độ tàu chủ Trên màn hình chuyển động thật, như mô tả trên hình 19.25, "tầu chủ" (điểm sáng ở tâm điện tử)

sẽ dịch chuyển còn các mục tiêu cố định thì không chuyển động, các mục tiêu di động thì

SO TAY HANG HAI 692

chuyển động theo hướng và tốc độ thật của chúng, nếu không xét tới ảnh hưởng của dòng chảy

Trên hai cuộn dây cũng có thể được cung cấp các thông tin, dưới dang dong dién, vé dòng chay trén bi€n (phan tích vectơ dòng chay ra hai thanh phan trén truc ditng va trén trục ngang chuyển thành dòng điện tương ứng đưa vào hai cuộn đây) Lúc này màn hình hiển thị chuyển động thật của tất cá các mục tiêu (kể cả của tàu chủ) qua đáy biển

19.3.17 Chuyển động thật điều khiển bằng kỹ thuật số

Chuyển động thật thực hiện bằng "kỹ thuật tương tự" như trình bày ở trên phát sinh nhiều bất tiện Các thành phân cấu kiện mỗi lúc một già cỗi phát sinh biến đổi thông số, biến đổi nhiệt

độ, độ ẩm môi trường anh hưởng đến các phân tử mạch điện tử đều có thể làm phát sinh sai

số và làm cho chuyển động thật không còn chính xác Kỹ thuật số với các mạch điện đơn giản là phương tiện hỗ trợ hiệu quả và ưu việt giải quyết các nhược điểm nói trên giúp nâng

cao độ tin cậy và độ chính xác của chuyển động thật trên màn hình

"Chuyển động thật" có thể được điểu khiển bởi một bộ vi xử lý chẳng bạn bộ PLA (Programmable Logic Arrays) Giống như trong hệ thống kỹ thuật tương tự, thông tin đưa vào bộ vi xử lý gồm tốc độ tàu và hướng đi của tàu ta (tương đối với hướng bắc)

Tốc độ tàu ta lấy từ tốc độ kế của tàu chuyển thành các xung tốc độ với điện áp tương ứng

và số hoá bằng mạch chuyển mã A-D, các dữ liệu này chuyển qua bộ vi xử lý

Thông tin về hướng đi có thể chuyển thành tín hiệu số hoá thông qua đĩa mã hoá quang học Dia quay theo thông tin lấy từ la bàn phan ảnh của la bàn con quay và mã hoá hướng đi dưới dạng nhị phân, các đữ liệu này cũng được chuyển qua bộ vi xử lý

Giống như trên màn hình chuyển động thật theo nguyên lý tương tự, thông tin đâu vào của màn hình chuyển động thật kỹ thuật số gồm tất cả thông tin từ các thiết bị ngoại vi dưới dạng số hoặc mã hoá từ số liệu gốc hoặc chuyển từ nguồn số liệu tương tự, gồm có:

- Tốc độ từ tốc độ kế;

- Tốc độ dòng chảy thuỷ triều;

- Hướng theo la bàn con quay;

~- Hướng dòng thuỷ triểu;

- Hiển thị thang tầm xa;

- Các chỉnh định bằng tay;

tất cả các dữ liệu đểu được lưu trữ trong bộ nhớ và bộ vi xử lý và hiển thị chuyển đông thật

19.3.18 Mạch tạo xung các vòng tròn cự ly cé dinh (Range Rings)

Đây là một mạch dao động có chức năng tạo ra các xung nhọn như dạng xung (10) hình

19.15, nhằm mục đích hình thành các điểm sáng trong quá trình tia quét quét từ tâm ra biên man hinh; khi tia quét quay, các điểm sáng này vẽ thành các vòng tròn đổng tâm trên màn hình như hình như hình 19.26 Các vòng tròn cách nhau một khoảng cách xác định tuỳ thang

SO TAY HANG HAI 693

tầm xa lựa chọn của radar Vòng tròn cự ly cố định dùng để đo cự ly của các mục tiêu đến tâm màn hình (vị tri tau chu)

19.3.19 Dấu cự ly di động (Variable Range Marker - VRM)

Cự ly của các mục tiêu nằm giữa hai vòng tròn cự ly cố định có thể xác định bằng nội suy Tuy nhiên để đo cự ly chính xác hơn phải áp dụng cách đo bằng vòng tròn cự ly đi động như hình 19.27 Người sử dụng có thể điều chỉnh cho VRM trùng khít với mép bên trong mục

tiêu và đọc cự ly trên một thiết bị chỉ báo Độ chính xác của cự ly đo được của vòng tròn cự

ly cố định và dấu cự ly di động như nhau, theo yêu cầu của hàng hải, sai số cự ly đo được không vượt quá 70 mét hoặc 1,5% khoảng cách lớn nhất của thang tầm xa đang sử dụng

Trên một số rađa có hai vòng cự ly di động, đó là hai vòng tròn được phân biệt bằng hai

đường không lién nét thưa và dày khác nhau (hình 19.27)

Vong oy ý cổ định „ "9 2» ae 0 10 <a Vòng oy ty Gi dong tom Sciam we ry 0 a Sóng dội

19.3.20 Dau mii tau ( Heading line hodc Heading Marker - HM)

Dấu mũi tàu là một đường sáng chỉ hướng mỗi tàu, khi màn hình hoạt động ở phương thức

"Mii thu" (HM) thi dấu mũi tàu chỉ đúng 000” trên vành khắc độ cố định chung quanh màn hình, xem hình 19.26 Sai số của dấu chỉ hướng mũi tàu chừng +1”, độ dày của dấu mũi tàu trên màn hình là 0,5° Dấu mũi tàu do mạch dấu mối tàu tạo ra, mạch này kích hoạt nhờ một tiếp điểm chỉ chập khi anten của rađa quay đúng hướng mũi tầu

Đó là một đường sáng, xem hình 19.27, được tạo ra bằng phương pháp điện tử vẽ lên màn hình một đường thẳng kéo đài từ tâm quét điện tử ra đến biên màn hình độc lập với tia quét điện tử Đường EBL dùng để đo góc mạn hoặc hướng ngắm của mục tiêu Bằng một nút điều chỉnh có thể cho đường EBL quay chung quanh tâm màn hình sao cho đường EBL trùng với mục tiêu là có thể đọc được góc mạn của mục tiêu chỉ báo trên màn hình

19.3.22 Các phương thức định hướng trên màn hình rađa

Thường có 3 phương thức định hướng trên màn hình rađa như sau:

Ở phương thức này rađa định hướng theo dấu mũi tàu Dấu mũi tàu trên màn hình là một đường chớp sáng chạy từ tâm quét về phía điểm “0° ở đỉnh màn hình trên vành khắc độ, điểm « 0 » này biểu thị hướng mũi tàu Các mục tiêu hai bên hiện trên màn hình theo Hướng

SO TAY HANG HAI 694

tương đối với dấu mũi tàu Khi rađa hoạt động ở phương thức này ta chỉ xác định được góc: mạn của mục tiêu trên màn hình

2 Phương thức định hướng theo hướng đi (Course-Up Mode), xem hình 19.28b

Để có thể đo phương vị của mục tiêu trên màn hình, cho cuộn dây lệch tia tiếp nhận tín hiệu từ la ban con quay, (như mô tả trên hình 19.24), để màn hình hiển thị phương thức định hướng theo hướng đi và hướng bắc thật

Với phương thức định hướng định hướng theo hướng đi, máy phát và thu hướng đồng bộ không những đồng bộ với nhau mà còn nối đồng bộ với la bàn con quay làm cho màn hình luôn định hướng theo hướng Bắc, nhưng đấu hiệu mũi tàu biểu thị hướng đi vẫn lưôn chỉ về điểm “0” trên vành khắc độ, như hình 19.28b

Ở phương thức màn hình định hướng theo hướng đi, khi tàu đổi hướng thì chỉ có hướng Bắc

địch chuyển thông qua một vành khắc độ động, mang cá hình ảnh sóng dội dịch chuyển

theo, còn dấu mũi tàu vẫn giữ nguyên tại vị trí “0” ở đỉnh màn hình Ở phương thức này, khi

tự

3 Phương thức định hướng Bắc (North-Úp Mode), hình 19.28c

Ở phương thức này, màn hình cũng nối đồng bộ với la bàn, nhưng hướng Bắc (N) nằm ngay

vị trí khắc độ “0” ở đỉnh trên vành khắc độ cố định (về phía mũi tàu) Còn dấu hiệu mũi tàu thì chỉ thị đúng hướng đi của tàu trên vành khắc độ

Anien quét Noi vdi réto la bàn phần ảnh

Khi tàu đổi hướng thì chỉ có đấu mũi tàu HM dịch chuyển, hướng bắc thật vẫn giữ nguyên ở

vị trí đỉnh màn hình, vị trí tương đối của ảnh sóng đội mục tiêu trên màn hình không thay đổi, nhờ đó tránh được hiện tượng nhòe ảnh

Để thực hiện phương thức định hướng bắc thật trong hệ thống tương tự người ta sử dụng một biến áp vi phân như hình 19.29 Cuộn rôto của biến áp vi phân do la bàn phần ảnh của la ban con quay lai và định hướng theo la bàn con quay khi tàu đổi hướng, cuộn stato thì cố định, khi rôto quay làm biến đối sức điện động cẩm ứng trong stato nhờ đó làm cho máy phát

và thu đồng bộ ở anten khiến thiết bị hiển thị định hướng theo hướng bắc thật

19.3.23 ˆ Những điều cần biết về an toàn khi dùng rađa

- — Trước khi cho rađa hoạt động cần quan sát không có người đứng gần anten, để phòng anten quay đập vào người có thể gây tử vong

- _ Khi cân làm việc tại vị trí anten, phải mang dây và mũ bảo vệ, phải đảm bảo đã tắt nguồn điện rađa, và treo biển báo không được cho rađa hoạt động, đang sửa chữa

- Trong máy có các bộ phận chứa điện áp cao có thể gây sóc điện đe doa tinh ménh con

người Vì vậy khi máy hư hỏng hoặc cần điều chỉnh bên trong phải mời chuyên viên kỹ thuật hoặc thông báo cho người cung ứng máy để điều chỉnh, sửa chữa, không được tự ý thoá mở máy

- _ Trong máy có những bộ phận tích điện mạnh, vì vậy sau khi tắt nguồn điện 2, 3 phút vẫn

còn tổn tại điện tích mạnh có thể gây nguy hiểm Khi cần bảo dưỡng, điều chỉnh, phải

đợi ít nhất 3 phút sau khi tắt nguồn điện rồi mới tiến hành

- _ Ảnh hưởng của bức xạ năng lượng sóng điện từ từ anten rađa có thể có hại, đặc biệt là hại mắt Không được đứng trước anten hoặc nhìn trực tiếp vào anten ở khoảng cách gần khi rađa đang hoạt động

19.3.24 Một số công việc tự bảo dưỡng rađa

Việc bảo đưỡng rađa thực hiện theo yêu cầu của nhà chế tạo ghỉ trong sổ tay hướng dẫn sử: dụng rađa, ở đây chỉ nêu một vài điểu có thể tự làm hàng ngày

- _ Hàng tuần dùng vải mềm khô lau bên ngoài màn hình Tốt nhất dùng chất vệ sinh màn hình chống tĩnh điện có bán trên thị trường để xịt, lau Màn hình rađa thường tích nh

điện và hút bụi làm mờ màn hình, không được dùng các chất tẩy mạnh để lau

- _ Các ốc vít trên khối anten c6 thé bi léng hoặc gỉ sét cần tẩy sạch, siết lại Có thể bôi một lớp mỏng mỡ nhờn giữa ốc và vít để dễ tháo khi cân Không được sơn trên mặt trước của anten

- Ma&atanten có thể bị bụi bám bẩn Dùng vải mềm nhúng nước lau sạch Nếu có chỗ bị nứt

có thể dùng keo dán xử lý tạm thời để phòng nước vào bên trong làm hồng anten, gọi

chuyên viên kỹ thuật sửa chữa

19.4 Các thiết bị hỗ trợ rađa

19.4.1 Bộ phản xạ rađa (Radar Reflectors)

Mục đích của việc thiết kế bộ phản xạ rađa đặt tại các mục tiêu là để tăng cường khả năng phần xạ, cũng tức là tăng tầm xa phát hiện của mục tiêu Có thể chứng minh các tấm kim

SO TAY HANG HAI 696

loại đặt vuông góc có tính phản xạ rất tốt, cho đù sóng

truyền lan đến theo các hướng khác nhau nhưng qua

phản xạ nhiều lần thì sóng phần xạ quay về hướng mà

từ đó sóng truyền lan tới, như hình 19.30a Hình 19.30b

là các bộ phẩn xạ cấu tạo bằng các tấm kim loại đặt

vuông góc với nhau nhiều hình đáng khác nhau, chúng

được đặt ở những vị trí cần thiết, chẳng hạn trên đỉnh

phao tiêu, các gềnh đá nhô trên mặt nước để nâng

cao khả năng phát hiện của rađa đối với mục tiêu

19.4.2 Rada thy déng - Tiéu Racon ( Radar beacon)

Tiêu Racon là một thiết bị vô tuyến có thể thu và phát

sóng nằm trong băng tần rađa Racon được đặt trên các

phao tiêu, các mô đá và ở các vị trí xung yếu trên các tuyến, luông hẹp hàng hải, dùng năng lượng Ắc quy hay năng lượng mặt trời để hoạt động

Hình 19.30

Tiêu racon hoạt động như là bộ phần hổi (transponder),

về cơ bản nó hoạt động theo nguyên lý thu phát của rađa, tuy nhiên, nó không có màn hình hiển thị, tín hiệu phát đi với công suất nhỏ Khi nó nhận được xung tín

hiệu của bất cứ rađa nào phát về hướng của nó, thường

là rađa băng tần "X" (3 cm) ( đôi khi cũng được thiết kế

ding cho bing tan "S", 10 cm), thì racon được khởi

động và phát đi các xung sóng cao tần để " trả lời" bằng

các mã nhận đạng đặc trưng theo tín hiệu morse, như hình 19.31

Người sử dụng rađa ở trong phạm ví tầm xa của racon

có thể nhận đạng racon qua tín hiệu morse, ví dụ chữ O

(- - -) như trên hình vẽ, đồng thời có thể xác định hướng

và khoảng cách đến racon Khoảng cách đến racon đo từ tâm màn hình đến dấu hiệu morse gần nhất, khoảng cách này không được chính xác vì bản thân racon phải nhận được tín hiệu

từ rađa rỗi mới phát tín hiệu đi, thời gian chậm khoảng 0,5 ps, khi thu nhận tín hiệu racon ở khoảng cách xa thì sai số khoảng cách đến 75 mét

19.4.3 Tiêu chỉ hướng Ramark

Hình 19.31

Ramark là một loại tiêu hàng hải có lắp máy phát sóng

điện từ 3,2 cm, khi có sương mù hay tâm nhìn xa bị hạn

chế, từ tiêu phát ra các tín hiệu xung theo chu kỳ nhất

định Rađa 3,2cm trên tàu có thể tiếp nhận tín hiệu từ awe ramark và thể hiện thành một đường sáng kéo dài từ vị trí Dấu

của tiêu đến tâm quét màn ảnh, biểu thị hướng của tiêu, Ramark như mô tả ở hình 19.32 Ramark được sử dụng rất phổ

biến, thường được đặt ở các trạm hải đăng và các tàu hải

đăng

19.5 Sự truyền lan của sóng rađa

SO TAY HANG HAI 697

Tam xa thám sát cực đại của của rađa_ phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:

- _ Độ cong của mặt đất;

- Chiểu cao của anten;

- _ Chiểu cao của mục tiêu;

Khả năng của một thiết bị rađa thám sát mục tiêu ra sao quyết định ở các thông số gia dó như: công suất phát, độ nhạy của máy thu

Để lập phương trình tầm xa thám sát cực đại của rađa, giả thiết rằng sóng rađa truyén Jan‘ trong không gian tự do, máy phát của rađa phát đi công suất đỉnh là P, (W), độ dài của xung

& (us), phát đi bằng một anten vô hướng

Năng lượng chứa trong một xung phát là P,Xồ (Jouls), bức

xạ dưới dạng cầu toả ra mọi phía với tốc độ ánh sáng,

như hình 19.33a Nếu mục tiêu cách anten cự ly r mét,

khi năng lượng chạm vào mục tiêu, thì vào thời điểm đó

năng lượng P,Xõ sẽ phân bố đều trên bể mặt quả cầu diện

tích 4m2 (quả cầu có bán kính r) Vậy năng lương phân

bố trên một đơn vị diện tích là:

a) Với mục tiêu có diện tích vuông góc với hướng anten là

Ao (m’) thì tổng năng lượng đập vào mục tiêu là, r

_———

Như trình bày phần trên, rađa hàng hải sử dụng anten

quét định hướng (scanner), cho nên năng lượng tập trung nh

_ Hinh 19.33 ¬

Trên anten định hướng, ngoài số năng lượng không đáng kể cho phép TÒ ra nhiều hướng (do đặc điểm kỹ thuập, thì toàn bộ năng lượng được hội tụ vào một chùm tia hẹp như hình 19.33b, ví như ánh sáng tập trung ở một đèn pha ôtô, nhờ đó năng lượng phát đi tăng lênrất `

Cho G là hệ số độ lợi (Gain) cia anten định hướng so v6i ani ten vô hướng (tức là ở số hăng lượng phát của anten định hướng đập vào mục tiêu so với năng lượng phát của anten V6 hướng đập vào cùng mục tiêu đó) Vậy, khi sử dụng anten định hướng thì tổng năng Mòng của sóng rađa đập vào mục tiêu nhử sau,

SO TAY HANG HAI 698

lượng này trở về anten Cường độ năng lượng trên một đơn vị diện tích ở bể mặt quả câu tính như sau,

PxöxAxG 4m? x4m? hm’) Tuy nhiên, mục tiêu không bức xạ toàn bộ năng lượng đập vào nó, điểu đó phụ thuộc vào hình đáng, kích thước, chất liệu, góc độ của mục tiêu Đặt (k) là hệ số phần xạ để biểu thị các đặc tính đó của mục tiêu Như vây, cường độ năng lượng khi trở về nơi anten thu là,

ROXAXEXE (yy

4ar° x 4ar Anten thu tiếp nhận được bao nhiêu năng lượng khi sóng phản xạ trở về lại phụ thuộc vào

"độ mở” A, anten thu ( Aperture), đây là một hệ số biểu thị độ nhạy của anten và máy thu rađa, quyết định ở bước sóng của sóng siêu cực ngắn phát di Nếu xét tới độ mở anten thu thì phương trình trên trở thành,

Đặt Pmụ là công suất sóng đội nhỏ nhất phần xạ từ một mục tiêu riêng biệt có tâm quan sát tối đa rm„ mà một máy thu của rađa nào đó có thể thu nhận được, thì phương trình trên có thể viết,

Đây là phương trình tầm xa thám sát cực đại của rađa hàng hải trong không gian tự do 19.5.2 Sự khúc xạ, phần xạ của sóng rađa

1 Chỉ số khúc xạ tiêu chuẩn

Sóng siêu cực ngắn từ anten rađa bức xạ và truyền lan trong không gian Giống như sóng ánh

sáng, do điểu kiện của khí quyển như áp suất, nhiệt độ, thay vì truyén lan theo đường thẳng,

SO TAY HANG HAT 699

sóng siêu cực ngấn bị khúc xạ và truyền lan theo quỹ đạo cong nhẹ về phía mặt đất Sóng cực ngắn còn chịu ảnh hưởng của độ ẩm không khí Vì những lý đo đó mà chân trời rađa lớn hơn chân trời quang học, vì sóng siêu cực ngắn có bước sóng lớn hơn nhiễu so với sóng ánh

sáng

Để có thể xác định sóng rađa truyền lan như thế nào, cần thiết phải giả định điều kiện khí quyển "tiêu chuẩn" để so sánh Điều kiện khí quyển tiêu chuẩn được quốc tế thống nhất như ' sau:

- _ Khí áp trên mặt biển là 1013 hPA, khí áp giầm xuống 36 hPA khi độ cao tăng lên 305

mét (1000 foot)

- _ Nhiệt độ trên mặt biển 15°C (59°F), nhiệt độ giảm xuống 2°C (3,6°F) khi độ cao tăng lên

305 mét

-_ Độ ẩm tương đối là 60%, giữ nguyên không thay đổi theo độ cao

Dưới điều kiện tiêu chuẩn chỉ số khúc xạ của khí quyển là 1,000325, giảm xuống đều đặn 0,000013 mỗi khi độ cao tăng lên 305 mét

Với điều kiện sóng truyền lan trong khí quyển tiêu chuẩn có thể coi như tâm xa phát hiện cực đại của rađa _ phụ thuộc vào chiều cao của anten và chiều cao của mục tiêu như đã trình bày ở phẩn chân trời rađa Hình 19.34a mô tả cánh sóng rađa trong điểu kiện khúc xạ tiêu

gz

chuan

Bất kỳ sự thay đổi nào của điều kiện khí quyển tiêu chuẩn cũng làm thay đổi chỉ số khúc xạ

và làm biến đổi độ cong của đường truyền lan của sóng rađa

2 Siêu khúc xạ ( Super refraction)

Siêu khúc xạ, xem hình 19.33b, là trường hợp khúc xa rất tốt trong điều kiện sóng truyền

lan qua lộ trình không khí ấm, khô nằm trên mặt biển lạnh Khi điểu kiện này xẩy ra thì

cánh sóng cong về phía mặt biển, khiến tâm xa phát hiện của rađa tăng lên, trên màn hình

có thể phát hiện những mục tiêu xa đột biến Siêu khúc xạ thường xẩy ra vào những buổi tối sau một ngày nắng nóng trên vùng biển nhiệt đới/ấm gần bờ biển

SO TAY HANG HAI 700

3 Truyền lan đường ống ( Ducting)

Là dạng khúc xạ dị thường, hình 19.34c làm tăng đột biến tâm xa quan sát cực đại của rađa,

thường gấp đôi hay gấp ba lộ trình quét của tia quét điện tử, đôi khi còn lớn hơn

Nguyên nhân của khúc xạ dị thường là do một lớp mỏng không khí ấm bị kẹp giữa mặt biển lạnh ở phía đưới và một lớp không khí lạnh nằm bên trên, lớp không khí ấm giống như một

"đường ống dẫn sóng", khi cánh sóng rađa hướng đúng vào "ống" thì sóng cực ngắn phần xạ qua lại giữa hai "vách" lạnh và truyền lan đi rất xa, kiểu truyền lan “đường ống” này diễn ra

ở sát mặt biển Sóng phần hỗi từ mục tiêu, nếu có, cũng được dẫn theo đường ống về anten

và làm hiện trên màn hình vào các lộ trình quét tỉa điện tử tiếp theo, gây nên hiện tượng

sóng dội lần hai, ba

4 Khúc xạ kém ( Sub-refraction)

Hiện tượng khúc xạ kém thường xuất hiện ở vùng cực, ở đó nhiệt độ mặt biến thường ấm hơn đáng kể so với không khí lạnh ở bên trên, làm cho cánh sóng bị uốn cong lên trên, khiến tâm quan sát của rađa bị giầm nghiêm trọng có khi giảm đến 50% của tấm xa thám sát bình thường, xem hình 19.34d Điều kiện này có thể nhìn thấy bằng mắt thường ở vùng cực khi gió lạnh từ đất liên thổi ra mặt biển ấm gây nên một làn hơi nước bốc lên trên mặt biển Khúc xạ kém cũng có thể sinh ra do nhiệt độ trên mặt biển giảm nhanh chóng và độ ẩm tương đối tăng lên trên mặt biển, làm cho cánh sóng uốn cong lên khỏi mặt biển

19.5.3 Ảnh hưởng của mặt biển, mặt đất đến sự truyền lan của sóng rađa - Sự phân nhánh cánh sóng

Anten

bị phân nhánh theo chiêu đứng Theo như hình 19.35a, sóng phát, một phân đi trực tiếp theo đường thẳng, một phần khác chịu sự phần xạ từ mặt biển về phía trước gọi là sóng phần sa

SO TAY HANG HAI 701

Sóng trực tiếp và sóng phản xạ gặp nhau và giao thoa lẫn nhau, trên đường truyền lan hai

loại sóng này có thể cùng pha khiến công suất sóng tổng hợp tăng lên, lệch pha làm cho

sóng tổng hợp bị yếu đi, hay ngược pha nhau làm cho sóng tổng hợp bằng không, kết quả là cánh sóng bị phân nhánh theo như hình 19.35b Sự phân nhánh của cánh sóng khiến cho công suất phát đến mục tiêu cũng yếu đi

19.5.4 Ảnh hưởng của sương mù, mưa, mưa đá và tuyết đối vơi tầm xa thám sát của rađa Năng lượng của sóng siêu cực ngắn truyền lan trong không gian bị oxygen và hơi nước trong khí quyển hấp thụ và suy giảm Mức độ suy giảm này thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ và lượng hơi nước, ở thể lỏng hoặc thể rắn, chửa trong một đơn vị thể tích của khí không khí

Do năng lượng bị hấp thụ nên sóng truyễn lan qua vùng giáng thuỷ làm cho tầm xa thám sát của rađa bị giảm Sự hấp thụ năng lượng của sóng trong giáng thuỷ còn phụ thuộc vào bước sóng của sóng siêu cực ngắn, rađa sử dụng bước sóng 10 cm chịu ảnh hưởng ít hơn so với rađa sử dụng bước sóng 3 cm

Giáng thuỷ không những làm giảm tầm quan sát của rađa mà gây khó khăn cho việc nhận biết sóng đội mục tiêu lẩn khuất trong sóng đội của giáng thủy, mục tiêu nằm ở ngay vùng giáng thuỷ

Dưới đây phân tích ảnh hưởng của của một số hiện tượng giáng thuỷ khác nhau

1 Sương mù

Ảnh hưởng của sương mù đối với sóng siêu cực ngắn có liên quan đến lượng nước trong - sương mù, (sương mù là các hạt nước li ti trong không khí mà không phải là hơi nước) lượng nước chứa trong không khí càng nhiều nghĩa là tầm nhìn xa càng kém thì tâm xa phát hiện của rađa giảm xuống Tuy nhiên ảnh hưởng của sương mù đối với tầm xa thám sát của rađa không lớn lắm trừ khi sương mù dày đặc Trong thực tiễn đã thống kê cho thấy, một mục tiêu trong điều kiện bình thường phát hiện ở tầm xa 27 hải lý, nhưng trong sương mù tâm nhìn xa

300 mét, tầm xa phát hiện của nó trên rađa chỉ còn 16 hải lý

2 Mây

Do cánh sóng của rađa hàng hải rộng theo chiều đứng cho nên các đám mây trên cao cũng

bị cánh sóng quét đến Tuy nhiên kinh nghiệm cho thấy chỉ có một số ít loại mây có thể cho sóng đội trở về có thể nhìn thấy trên màn hình rađa trừ khi có giáng thuỷ từ đám mây Ảnh hưởng nghiêm trọng của sóng dội từ mây là gây phiển toái cho việc nhận dạng các sóng đội mục tiêu lẩn khuất trong sóng dội của mây

giảm năng lượng ít hơn sóng băng tần "X" (3 cm)

Với bước sóng 3 cm ảnh hưởng của mưa rất nghiêm trọng, trong điều kiện bình thường không khí khô rađa quan sát được mục tiêu cách xa 25 hãi ly, tam xa quan sát bị giảm xuống 22 hải

SO TAY HANG HAI 702

lý trong mưa lất phất, còn 15 hải lý trong mưa nhẹ, 5 hải lý trong mưa trung bình và 1 hải lý, trong mưa nặng hạt

Ngược lại khi sử dụng bước sóng 10 cm thì ảnh hưởng của nhiễu biển và nhiễu mưa đều giảm hẳn, nhưng cũng lầm giẩm độ phân giải mục tiêu Chính vi vậy mà trên một số tàu sử dụng hai rađa với hai bước sóng 3 cm và 10 cm

19.6 Nhận dạng sóng đội mục tiêu, ứng dụng rađa để xác định vị trí và dẫn đường

19.6.1 Sóng dội giả và hiệu ứng của chúng

làm mất hoàn toần các sóng đội mục tiêu nằm phía sau nó như hình 19.36a và c Khi lấp rap anten rađa phải vẽ sơ đổ các cánh quạt bóng, cung mù để tham khảo khi sử dụng "Hình

SO TAY HANG HAI 103