Căn cứ vào việc bố trí các phần tử của mạng anten, hệ thống ra đa MIMO
có thể phân thành 2 loại như mô tả ở Hình 1.3 [2], [37].
Loại thứ nhất là hệ thống ra đa MIMO sử dụng chung anten, phương thức
bố trí các phần tử mạng của hệ thống này giống như phương thức bố trí hệ
thống ra đa mạng pha truyền thống, tất cả các anten phát (hoặc anten thu) đều
được bố trí tập trung, gần như là tương đồng về góc đến mục tiêu. Đặc điểm
chủ yếu của hệ thống ra đa MIMO sử dụng chung anten là phân tập dạng tín
hiệu (hình dạng tín hiệu), do vậy công đoạn thiết kế hình dạng tín hiệu là khâu
mấu chốt của hệ thống công nghệ này.
Loại thứ hai là hệ thống ra đa MIMO sử dụng anten riêng biệt. Anten của
hệ thống ra đa MIMO sử dụng anten riêng biệt được bố trí ở những vị trí khác
nhau trong không gian, các góc mà chúng tạo thành đối với mục tiêu rõ ràng là
khác nhau, do đó có thể thu được độ lợi phân tập không gian lớn nhờ kỹ thuật
ghép kênh không gian. Để đảm bảo độ lợi phân tập không gian lớn, yêu cầu
khoảng cách giữa các anten ra đa phải đủ lớn để các tín hiệu phản xạ từ mục
tiêu thu nhận được ở cùng một thời điểm là độc lập với nhau.
Căn cứ tình hình nghiên cứu hiện nay có thể thấy rằng, hệ thống ra đa
MIMO sử dụng chung anten chủ yếu áp dụng kỹ thuật xử lý tín hiệu tương quan
và tìm cách cải thiện hiệu suất của việc định dạng búp sóng trên cơ sở tăng
thêm bậc tự do do sự đa dạng dạng sóng mang lại. Còn đối với hệ thống ra đa
MIMO sử dụng anten riêng biệt, căn cứ vào đặc tính của mục tiêu và sự tách
biệt giữa các anten, thì có thể áp dụng kỹ thuật xử lý tín hiệu tương quan hoặc
kỹ thuật xử lý tín hiệu không tương quan. Việc áp dụng kỹ thuật xử lý tín hiệu
tương quan hay kỹ thuật xử lý không tương quan trong các trường hợp cụ thể
được chỉ ra trong [37-38], [61].
Kỹ thuật xử lý tín hiệu không tương quan yêu cầu tất cả các bộ thu phát
của hệ thống ra đa MIMO phải được đồng bộ về mặt thời gian, trong khi kỹ
thuật xử lý tín hiệu tương quan thì yêu cầu phải đồng bộ cả về mặt thời gian và
pha. Xét về mặt công nghệ thì yêu cầu về đồng bộ pha khó thực hiện hơn, đặc
biệt là khi khoảng cách giữa các anten lớn. Công nghệ phần cứng cho các mạch
đồng bộ pha phức tạp và đòi hỏi giá thành cao hơn nhiều so với các mạch đồng
bộ thời gian. Xét trên khía cạnh công nghệ phần cứng thì rõ ràng việc áp dụng
kỹ thuật xử lý tín hiệu không tương quan là ưu việt hơn kỹ thuật xử lý tín hiệu
tương quan.
117 trang |
Chia sẻ: khanhvy204 | Ngày: 12/05/2023 | Lượt xem: 532 | Lượt tải: 4
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu xây dựng một số giải pháp nâng cao chất lượng phát hiện mục tiêu trong ra đa Mimo, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ
-------------------------------------------------
VÕ VĂN PHÚC
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO
CHẤT LƯỢNG PHÁT HIỆN MỤC TIÊU TRONG RA ĐA MIMO
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ
-------------------------------------------------
VÕ VĂN PHÚC
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO
CHẤT LƯỢNG PHÁT HIỆN MỤC TIÊU TRONG RA ĐA MIMO
Ngành: Kỹ thuật Ra đa dẫn đường
Mã số: 9 52 02 04
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS Lê Ngọc Uyên
2. TS Vũ Tuấn Anh
HÀ NỘI - 2023
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự
hướng dẫn của tập thể giáo viên hướng dẫn. Các số liệu, kết quả được trình
bày trong luận án này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất
kỳ công trình nào khác, các dữ liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ.
Tác giả luận án
Võ Văn Phúc
ii
LỜI CẢM ƠN
Luận án được thực hiện tại Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự/Bộ
Quốc phòng.
Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Lê Ngọc Uyên, TS.
Vũ Tuấn Anh, các Thầy đã có định hướng nghiên cứu và tận tình hướng dẫn,
chỉ bảo giúp đỡ tôi thực hiện luận án.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Thủ trưởng Viện Khoa học và Công nghệ Quân
sự, Phòng Đào tạo, Viện Ra đa đã tạo điều kiện thuận lợi, hỗ trợ giúp đỡ tôi
trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu thực hiện luận án.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các Thầy giáo trong Viện Ra đa, Viện Khoa học
và Công nghệ Quân sự, Học viện Kỹ thuật Quân sự và các nhà khoa học, chuyên
gia đã cho tôi những lời khuyên, những ý kiến đóng góp quý báu.
Tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới gia đình, người thân, đồng nghiệp và
bạn bè đã đã luôn quan tâm, cổ vũ, động viên và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi
hoàn thành luận án này.
Tác giả luận án
Võ Văn Phúc
iii
MỤC LỤC Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .................................. v
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .............................................................viii
MỞ ĐẦU ................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ RA ĐA MIMO .................................. 7
1.1. Khái niệm cơ bản về hệ thống ra đa MIMO .............................................. 7
1.2. Phân loại hệ thống ra đa MIMO ............................................................... 11
1.3. Khái niệm mạng ảo trong ra đa MIMO.12
1.4. Mô hình tín hiệu ra đa MIMO16
1.5. Tổng quan tình hình nghiên cứu về hệ thống ra đa MIMO20
1.5.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài .................................................. 20
1.5.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước .................................................. 25
1.6. Định hướng nghiên cứu của luận án .26
1.7. Kết luận chương 1.28
CHƯƠNG 2. BÀI TOÁN PHÁT HIỆN MỤC TIÊU TRONG RA ĐA
MIMO.30
2.1. Khả năng phát hiện mục tiêu của ra đa MIMO ........................................ 30
2.1.1. Mô hình xử lý tín hiệu trong ra đa MIMO.30
2.1.2. Phát hiện mục tiêu trong ra đa MIMO32
2.1.3. Kết quả và khảo sát.33
2.2. Thuật toán tối ưu phát hiện các tín hiệu thăng giáng trong ra đa MIMO36
2.2.1. Mô hình tín hiệu.36
2.2.2. Ra đa MIMO với các tín hiệu phát xạ phân tán.38
2.2.3. Ra đa MIMO với các tín hiệu phát xạ tập trung.43
2.3. Kiểm soát búp sóng phụ theo cự ly trong ra đa MIMO48
2.3.1. Đặt vấn đề..48
iv
2.3.2. Cấu trúc xử lý tín hiệu của ra đa MIMO với bộ lọc không phối hợp50
2.3.3. Lọc ISR nhỏ nhất cho một dạng tín hiệu ...52
2.3.4. Lọc ISR tối thiểu cho nhiều dạng tín hiệu..57
2.3.5. Các kết quả mô phỏng58
2.3.6. Nhận xét.62
2.4. Kết luận chương 2.63
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG GIẢI PHÁP NHẰM NÂNG CAO CHẤT
LƯỢNG PHÁT HIỆN MỤC TIÊU TRONG RA ĐA MIMO...64
3.1. Giải pháp cấu trúc hình học để tối ưu mạng thu phát ảo và giản đồ hướng
anten trong hệ thống ra đa MIMO64
3.1.1. Đặt vấn đề..64
3.1.2. Thuật toán tính tọa độ các phần tử mạng anten..68
3.1.3. Kết quả tính toán và mô phỏng..72
3.1.4. Kết luận ............................................................................................. 76
3.2. Giải pháp tổng hợp và điều khiển hình dạng giản đồ hướng anten trong ra
đa MIMO theo phương pháp phân rã - QR..77
3.2.1. Đặt vấn đề ......................................................................................... 77
3.2.2. Tổng hợp thuật toán79
3.2.3. Kết quả tính toán và mô phỏng..84
3.2.4. Kết luận..92
3.3. Kết luận chương 3.93
KẾT LUẬN .......................................................................................... 95
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ97
TÀI LIỆU THAM KHẢO....98
v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Dạng sóng phát xạ trực giao
Biên độ tín hiệu phản xạ từ mục tiêu [V]
θ Hướng quan sát mục tiêu
* Phép tính tích chập
α Hệ số tán xạ ngược
Rx Ma trận tương quan tín hiệu
Tạp dọc [V]
𝐻1 Giả thiết có mục tiêu
𝐻0 Giả thiết không có mục tiêu
𝑃𝐷 Xác suất báo động lầm
𝑃𝐷 Xác suất phát hiện đúng
d Khoảng cách giữa mạng phát và thu [m]
dT Khoảng cách giữa các phần tử anten phát [m]
dR Khoảng cách giữa các phần tử anten phát [m]
λ Bước sóng phát xạ [m]
R Khoảng cách giữa mục tiêu và máy phát [m]
ξQ Hệ số tán xạ
Q Nguồn tán xạ
Tín hiệu phát xạ của phần tử phát m
AMP Anten mạng pha Phased Array Antenna
ISR Tỉ số tổng hợp búp sóng bên Integrated Sidelode Ratio
MIMO Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra
Multipe-Input, Multiple-
Output
ULA Mạng tuyến tính đều Uniform Linear Array
LFM Điều tần tuyến tính Linear Frenquency Modulated
vi
PSR Tỉ số đỉnh cánh sóng bên Peak Sidelobe Ratio
QR Đáp ứng nhanh Quick Response
RCS Diện tích phản xạ hiệu dụng Radar Cross Section
SNR Tỉ số tín trên tạp Signal - to - Noise Ratio
SIAR Ra đa xung mặt mở tổng hợp
The Synthetic Impulse and
Aperture Radar
vii
DANH MỤC CÁC BẢNG Trang
Bảng 3.1. Giá trị thời gian trễ của tín hiệu phản xạ.67
Bảng 3.2. Tổng hợp tham số giản đồ hướng anten trong hai trường hợp RX
và To - Way với các giá trị M, N và V khác nhau75
Bảng 3.3. Trường hợp độ rộng búp sóng yêu cầu 60: Kết quả tính toán độ
rộng búp sóng và thời gian tính toán...............................................................89
Bảng 3.4. Trường hợp độ rộng búp sóng yêu cầu 600: Kết quả tính toán độ
rộng búp sóng và thời gian tính toán................................................................90
Bảng 3.5. Trường hợp ba búp sóng, độ rộng búp sóng yêu cầu 200: Kết quả
tính toán độ rộng búp sóng và thời gian tính toán............................................90
viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang
Hình 1.1. Mô hình cơ bản của ra đa MIMO7
Hình 1.2. Diện tích phản xạ mục tiêu với các góc quan sát khác nhau ... .9
Hình 1.3. Phân loại ra đa MIMO11
Hình 1.4. Hệ thống ra đa MIMO13
Hình 1.5. Một hệ thống ra đa MIMO với mạng ảo tuyến tính đều14
Hình 1.6. Một hệ thống ra đa MIMO với mạng ảo tuyến tính xếp chồng...16
Hình 1.7. Mô hình tín hiệu ra đa MIMO (với M = N = 3). .................... 17
Hình 1.8. Sơ đồ xử lý tín hiệu bằng bộ lọc phối hợp trong ra đa MIMO19
Hình 2.1. Mô hình xử lý tín hiệu của ra đa MIMO ................................ 31
Hình 2.2. Mối quan hệ của xác suất phát hiện đúng và xác suất báo động
lầm...34
Hình 2.3. Xác suất phát hiện đúng mục tiêu theo SNR.34
Hình 2.4. Xác suất phát hiện đúng của ra đa MIMO khi M tăng35
Hình 2.5. Xác suất phát hiện đúng của ra đa MIMO khi N tăng..35
Hình 2.6. Sơ đồ cấu trúc xử lý tối ưu khi các tín hiệu phát xạ phân tán
theo thuật toán (2.37)..42
Hình 2.7. Sơ đồ cấu trúc xử lý tối ưu khi các tín hiệu phát xạ phân tán
theo thuật toán (2.38).43
Hình 2.8. Sơ đồ cấu trúc xử lý tối ưu khi các tín hiệu phát xạ tập trung
theo thuật toán (2.46) ............................................................................ 46
Hình 2.9. Sơ đồ cấu trúc xử lý tối ưu khi các tín hiệu phát xạ tập trung
theo thuật toán (2.47).47
Hình 2.10. Sơ đồ cấu trúc xử lý tối ưu khi các tín hiệu phát xạ tập trung
theo thuật toán (2.48).48
Hình 2.11. Cấu trúc xử lý tín hiệu trong ra đa MIMO ........................... 51
Hình 2.12. Đáp ứng của bộ lọc không phối hợp cho 3 mã Kasami đối với
ix
mục tiêu nằm ngang trong ô Doppler/góc mục tiêu .............................. 58
Hình 2.13. Đáp ứng của bộ lọc không phối hợp khi búp sóng bên được tối
ưu.59
Hình 2.14. ISR là một hàm của số dạng sóng phát. Biểu diễn các kết quả
cho mã Kasami (trái) và mã 2 pha ngẫu nhiên (phải) ............................ 60
Hình 2.15. Kết quả cải thiện lặp của bộ lọc M = 3 ................................ 60
Hình 2.16. Kết quả cải thiện lặp của bộ lọc M = 1 và M = 3.................. 61
Hình 3.1. Hệ thống ra đa MIMO với mạng ảo ....................................... 64
Hình 3.2. Ra đa MIMO với M = 2 phần tử phát và N = 3 phần tử thu.... 65
Hình 3.3. Xác định khoảng cách giữa các phần tử phát ......................... 68
Hình 3.4. Xác định khoảng cách giữa các phần tử phát ......................... 69
Hình 3.5. Mạng anten MIMO trong toạ độ Decac . ............................... 70
Hình 3.6. Lưu đồ thuật toán tổng hợp cấu trúc hình học mạng anten
MIMO..................................................................................................72
Hình 3.7. Kết quả mô phỏng giản đồ hướng với M = 2, N = 3, V = 6 .... 73
Hình 3.8. Kết quả mô phỏng giản đồ hướng với M = 2, N = 4, V = 8 .... 74
Hình 3.9. Kết quả mô phỏng giản đồ hướng với M = 3, N = 4, V = 12 .. 74
Hình 3.10. Kết quả mô phỏng giản đồ hướng với M = 4, N = 8, V = 3275
Hình 3.11. Cấu trúc thời gian của chuỗi tín hiệu phát xạ.79
Hình 3.12. Sơ đồ cấu trúc thực hiện thuật toán thay đổi hình dạng giản
đồ hướng anten. ........................................................................... .........83
Hình 3.13. Lưu đồ thuật toán thực hiện thuật toán đề xuất.84
Hình 3.14. Điều kiện mô phỏng: Độ rộng búp sóng búp sóng 60; hướng
búp sóng chính 00................................................85
Hình 3.15. Điều kiện mô phỏng: Độ rộng búp sóng búp sóng 600; hướng
búp sóng chính 0085
Hình 3.16. Điều kiện mô phỏng: Số lượng búp sóng 3; hướng chính của
x
các búp sóng -400, 00, 400; độ rộng mỗi búp sóng 200..86
Hình 3.17. Điều kiện mô phỏng: Số lượng búp sóng 3; hướng chính của
các búp sóng -600, 00, 400; độ rộng mỗi búp sóng 100 ........................... 86
Hình 3.18. Điều kiện mô phỏng: Độ rộng búp sóng búp sóng 60; hướng
búp sóng chính 00 .................................................................................. 86
Hình 3.19. Điều kiện mô phỏng: Độ rộng búp sóng búp sóng 600; hướng
búp sóng chính 00 .................................................................................. 87
Hình 3.20. Điều kiện mô phỏng: Số lượng búp sóng 3; hướng chính của
các búp sóng -400, 00, 400; độ rộng mỗi búp sóng 200 ........................... 87
Hình 3.21. Điều kiện mô phỏng: Số lượng búp sóng 3; hướng chính của
các búp sóng -600, 00, 400; độ rộng mỗi búp sóng 100. .......................... 87
Hình 3.22. Điều kiện mô phỏng: Độ rộng búp sóng búp sóng 60; hướng
búp sóng chính 00 .................................................................................. 88
Hình 3.23. Điều kiện mô phỏng: Độ rộng búp sóng búp sóng 600; hướng
búp sóng chính 00 .................................................................................. 88
Hình 3.24. Điều kiện mô phỏng: Số lượng búp sóng 3; hướng chính của
các búp sóng -400, 00, 400; độ rộng mỗi búp sóng 200. .......................... 88
Hình 3.25. Điều kiện mô phỏng: Số lượng búp sóng 3; hướng chính của
các búp sóng -600, 00, 400; độ rộng mỗi búp sóng 100 ........................... 89
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
Ra đa MIMO (MIMO: Multi Input and Multi Output) là lĩnh vực nghiên
cứu mới đang được các nhà khoa học trên thế giới tập trung nghiên cứu, phát
triển trong những năm gần đây. Ra đa MIMO có đặc điểm khác với ra đa truyền
thống là sử dụng nhiều anten phát để phát đồng thời các dạng tín hiệu khác
nhau (có thể độc lập tuyến tính) từ mỗi anten và sử dụng nhiều anten để thu
nhận tín hiệu phản xạ mục tiêu [38]. Giống như truyền thông MIMO, ra đa
MIMO cung cấp một mô hình mới cho nghiên cứu xử lý tín hiệu. Ra đa MIMO
có những ưu điểm đáng kể như giảm hiện tượng Fading, nâng cao độ phân giải
và khả năng triệt nhiễu tốt. Tận dụng tốt những ưu điểm này sẽ cho phép hệ
thống ra đa MIMO có được những cải thiện đáng kể so với các hệ thống ra đa
truyền thống về khả năng phát hiện [4], [19], [48]; tính chính xác khi ước lượng
góc cũng như khả năng phân biệt theo góc của mục tiêu [7], [50]; tính chính
xác khi ước lượng tham số và bám quỹ đạo mục tiêu [50], [57]; khả năng nhận
dạng mục tiêu [39].
Thực tế, cũng đã có một vài hệ thống ra đa MIMO được đưa vào ứng dụng,
ví dụ như hệ thống ra đa MIMO để phát hiện và điều trị ung thư vú trong lĩnh
vực y học [16], hay các hệ thống thử nghiệm trong giám sát không lưu như ra
đa SIAR [7], [36]. Trong lĩnh vực quân sự thì việc đưa ra đa MIMO vào ứng
dụng thực tế vẫn tồn tại nhiều vấn đề cần phải tiếp tục nghiên cứu giải quyết,
bao gồm: Hoàn thiện và phát triển lý thuyết, tính khả thi của các giải pháp kỹ
thuật, những thách thức về mặt công nghệ,
Trong ra đa, bài toán phát hiện mục tiêu là nhiệm vụ quan trọng đầu tiên
phải giải quyết, đây là cơ sở và tiền đề để tiếp tục giải quyết các nhiệm vụ khác
của hệ thống ra đa. Đã có nhiều công trình công bố các kết quả nghiên cứu về
bài toán phát hiện trong ra đa MIMO [4], [7], [10], [19], [21], [25], [36], [39],
2
[46], [48], [50], [55-57], [63-65], [69-73]. Tuy nhiên, trong đó vẫn còn tồn tại
nhiều vấn đề chưa được giải quyết hoặc giải quyết chưa triệt để [38]. Nổi cộm
trong đó là các vấn đề gắn liền với đặc điểm của ra đa MIMO và ảnh hưởng
trực tiếp đến chất lượng phát hiện mục tiêu trong ra đa MIMO, đó là sử dụng
nhiều anten phát để phát đồng thời các dạng tín hiệu khác nhau từ mỗi anten và
sử dụng nhiều anten để thu nhận đồng thời tín hiệu phản xạ từ mục tiêu. Các
vấn đề cụ thể như sau:
- Ra đa MIMO sử dụng nhiều anten thu phát, vấn đề đặt ra là phải sắp xếp
các anten phần tử thế nào để đồng nhất và cực đại búp sóng chính của mạng
anten, tạo ra giản đồ hướng tối ưu theo yêu cầu để đảm bảo và nâng cao độ
phân giải về góc, đồng thời giảm được số lượng anten thu phát mà vẫn đảm bảo
được số kênh thu yêu cầu [32], [37-38], [23-24], [69].
- Một trong những ưu điểm nổi bật của ra đa MIMO so với các loại ra đa
hiện đại đang được sử dụng rộng rãi hiện nay như ra đa dùng anten mạng pha
là khả năng thay đổi hình dạng giản đồ hướng anten phù hợp với cấu trúc thời
gian của tín hiệu phát xạ. Điều này cho phép giảm khả năng tác động của nhiễu
tích cực lên búp sóng chính, đồng thời cũng làm giảm ảnh hưởng của nhiễu thụ
động trong hệ thống ra đa MIMO. Tận dụng ưu điểm này, yêu cầu đặt ra là quá
trình tổng hợp và điều khiển giản đồ hướng anten thay đổi phù hợp với cấu trúc
thời gian của tín hiệu phát xạ trong ra đa MIMO phải là quá trình xử lý thời
gian thực [3], [5], [23-24], [28-30], [37-38], [63-65], [70-73]. Vì vậy, vấn đề
đặt ra là ngoài yêu cầu đảm bảo tính chính xác của dạng giản đồ hướng thì các
yêu cầu về thời gian, khối lượng tính toán và cấu hình của thiết bị tính toán
cũng cần phải được đảm bảo trong quá trình tổng hợp và điều khiển dạng giản
đồ hướng anten của ra đa MIMO.
- Với việc sử dụng nhiều anten phát, ra đa MIMO cho phép phát xạ đồng
thời nhiều dạng tín hiệu từ các nguồn phát tách biệt trong không gian. Việc phát
3
xạ nhiều dạng tín hiệu khác nhau sẽ cung cấp thêm nhiều thông tin hơn để có
thể khai thác làm tăng hiệu suất của đài ra đa. Tuy nhiên, nó lại phát sinh một
nhược điểm là làm tăng búp sóng phụ do tác động chéo không tránh khỏi giữa
các dạng tín hiệu của ra đa. Mức búp sóng bên làm hạn chế khả năng phát hiện
các mục tiêu nhỏ ở cự ly gần và có thể gây ra báo động lầm cũng như hiện
tượng đa mục tiêu. Các búp sóng bên cũng có thể giảm chất lượng của các ảnh
ra đa, làm giảm chất lượng quan sát mục tiêu [1], [14], [27], [45], [49], [53],
[57]. Vì vậy, cần phải có các giải pháp để hạn chế và kiểm soát mức búp sóng
phụ theo cự ly trong quá trình xử lý tín hiệu cho ra đa MIMO.
Góp phần hoàn thiện việc giải quyết bài toán phát hiện trong ra đa MIMO
về mặt lý thuyết, luận án sẽ tập trung nghiên cứu giải quyết các vấn đề nêu trên.
Các kết quả nghiên cứu về mặt lý thuyết bài toán phát hiện, cùng với các bài
toán khác như bài toán ước lượng tham số và bám quỹ đạo mục tiêu, bài toán
phân loại và nhận dạng mục tiêu, là tiền đề và cơ sở khoa học để tiến tới việc
thiết kế và chế tạo hệ thống ra đa MIMO ứng dụng trong thực tế. Hệ thống ra
đa MIMO, với những ưu điểm nổi bật so với các hệ thống ra đa truyền thống,
nếu được hiện thực hoá và đưa vào ứng dụng trong lĩnh vực quân sự sẽ góp
phần đáng kể trong việc nâng cao hiệu quả, năng lực chiến đấu của mạng ra đa
trong việc bảo vệ lãnh thổ và chủ quyền quốc gia. Với các lý do như vậy, định
hướng nghiên cứu của luận án là có tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và ý
nghĩa thực tiễn.
Những vấn đề về lý thuyết và thực tế kỹ thuật đã trình bày ở trên là cơ sở
chủ yếu để hình thành nội dung đề tài luận án: “Nghiên cứu xây dựng một số
giải pháp nâng cao chất lượng phát hiện mục tiêu trong đài ra đa MIMO”.
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Mục tiêu của luận án là nghiên cứu đề xuất một số giải pháp nhằm nâng
cao chất lượng phát hiện mục tiêu trong ra đa MIMO.
4
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
* Đối tượng nghiên cứu: Ra đa MIMO và bài toán phát hiện mục tiêu trong
ra đa MIMO.
* Phạm vi nghiên cứu: Bài toán phát hiện mục tiêu và các giải pháp nâng
cao chất lượng phát hiện mục tiêu trong ra đa MIMO.
4. Nội dung nghiên cứu
* Nghiên cứu tổng quan về ra đa MIMO, tổng hợp đánh giá tình hình
nghiên cứu về ra đa MIMO ở trong nước và trên thế giới.
* Nghiên cứu đánh giá về khả năng phát hiện mục tiêu của ra đa MIMO,
các thuật toán tối ưu phát hiện mục tiêu thăng giáng và giải pháp kiểm soát búp
sóng phụ theo cự ly trong ra đa MIMO.
* Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp nhằm nâng cao chất lượng phát
hiện mục tiêu trong ra đa MIMO, bao gồm:
- Giải pháp về cấu trúc hình học để tối ưu mạng thu phát ảo, tối ưu giản
đồ hướng anten nhằm nâng cao độ phân giải góc trong hệ thống ra đa MIMO.
- Giải pháp tổng hợp và điều khiển hình dạng giản đồ hướng anten thay
đổi phù hợp với cấu trúc thời gian của tín hiệu phát xạ trong ra đa MIMO bằng
cách giải hệ phương trình đại số tuyến tính theo phương pháp phân rã - QR.
Giải pháp này cho phép giảm khả năng tác động của nhiễu tích cực lên búp
sóng chính, đồng thời cũng làm giảm ảnh hưởng của nhiễu thụ động trong hệ
thống ra đa MIMO.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần hoàn thiện việc giải quyết bài
toán phát hiện mục tiêu trong ra đa MIMO về mặt lý thuyết và là cơ sở khoa
học để thực hiện kỹ thuật, đưa các giải pháp đề xuất vào ứng dụng trong thực
tế nhằm mục đích nâng cao chất lượng phát hiện mục tiêu trong hệ thống ra đa
MIMO.
5
6. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận án là nghiên cứu, phân
tích và tính toán lý thuyết kết hợp với mô phỏng để đánh giá, kiểm chứng. Việc
mô phỏng, tính toán và xử lý dữ liệu được thực hiện bằng phần mềm Matlab.
7. Bố cục của luận án
Luận án bao gồm phần mở đầu, 3 chương, phần kết luận và hướng nghiên
cứu tiếp theo của luận án. Cụ thể như sau:
Mở đầu
Trình bày về tính cấp thiết và lý do chọn đề tài luận án, mục tiêu nghiên