Thiết kế giả lập hệ thống radar giám sát biển

Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 37 (09/2016) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
31 
THIẾT KẾ GIẢ LẬP HỆ THỐNG RADAR GIÁM SÁT BIỂN 
DESIGN OF SIMULATOR SYSTEM FOR 
MARINE-SURVEILLANCE RADAR 
Nguyễn Trường Giang, Hoàng Trang 
Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP.HCM 
Ngày tòa soạn nhận bài 23/12/2015, ngày phản biện đánh giá 06/01/2016, ngày chấp nhận đăng 15/4/2016 
TÓM TẮT 
Trong bài báo này, các tác giả trình bày thiết kế, chế tạo hệ thống giả lập radar kiểm soát 
biển. Mục tiêu của hệ thống này là tạo ra hệ thống luyện tập có chương trình điều khiển và hiển 
thị giống như hệ thống khí tài thực tế, giúp cho người dùng làm quen với hệ thống thật. Các bàn 
phím điều khiển, chương trình và phần cứng điều khiển với PIC được thiết kế y như hệ thống 
khí tài thật mà đã được trang bị cho sĩ quan, về cả giao diện, ngôn ngữ và kích thước. Màn hình 
hiển thị giả lập được thiết kế với ngôn ngữ C# và hoạt động như hệ thống hiển thị của radar 
thực tế, với các chế độ giả lập cho công tác huấn luyện trong các kịch bản khác nhau. 
Từ khóa: Radar; hệ thống giả lập; giám sát biển; vi điều khiển PIC; huấn luyện. 
ABSTRACT 
In this paper, the authors present the design, manufacture of a simulator system for 
marine-surveillance radar. The objective of this work is to create a practicing system which 
consists of control program and display like the real ones. Therefore, it helps users to become 
familiar with the real system. Keyboard, program and hardware for controlling based on 
PIC-microcontroller are designed and manufactured to match perfectly in size interface language 
with the actual system which is equipped to soldiers. The display interface is created using C# 
programming language and works with different scenarios for training purposes. 
Keywords: Radar; simulator system; marine-surveillance radar; PIC-microcontroller; 
training. 
1. GIỚI THIỆU 
Trong tác chiến hiện đại, vũ khí khí tài 
công nghệ cao có vai trò quyết định thắng lợi 
trong các cuộc chiến tranh, radar là một trong 
khí tài hiện đại đó có vai trò nhiệm vụ rất 
quan trọng trong tác chiến[1]. Khí tài radar 
phát sóng vào không gian sục sạo tìm kiếm 
các mục tiêu xâm phạm vùng trời, vùng biển 
hải đảo, vùng lãnh thổ của Tổ Quốc để kịp 
thời thông báo cho các lực lượng phòng vệ 
như Phòng Không - Không Quân và Hải 
Quân có phương án tác chiến kịp thời bảo vệ 
lãnh thổ lãnh hải Tổ Quốc. Ngoài ra radar 
còn có nhiều nhiệm vụ khác như điều khiển 
các loại hỏa lực tiêu diệt mục tiêu, dẫn đường 
cho tàu thuyền, máy bay ta tác chiến... Trong 
tình hình hiện nay, việc thiết kế chế tạo các 
hệ thống radar gặp rất nhiều khó khăn về 
công nghệ, do đó Việt Nam phải nhập khẩu 
từ nước ngoài. Khai thác sử dụng thành thạo 
các loại khí tài radar hiện đại có ý nghĩa hết 
sức quan trọng góp phần quản lý tốt vùng 
trời vùng biển của Tổ Quốc. Trong điều kiện 
khí tài thật phải nhập khẩu từ nước ngoài với 
giá thành rất cao và chỉ được trang bị trên tàu 
32 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 37 (09/2016) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
phục vụ công tác sẵn sàng chiến đấu. Do vậy, 
một vấn đề rất cấp thiết hiện nay là nghiên 
cứu thiết kế và chế tạo hệ thống giả lập radar 
giám sát biển phục vụ nhiệm vụ huấn luyện. 
Hệ thống giả lập này giúp các chiến sỹ Hải 
Quân luyện tập, giúp các chiến sỹ nhanh 
chóng nắm bắt sử dụng thành thạo khí tài 
thật; từ đó góp phần bảo vệ vững chắc vùng 
trời, vùng biển, hải đảo Tổ Quốc. 
Phần còn lại của bài báo được tổ chức 
như sau: Trong phần 2, chúng tôi trình bày 
ngắn gọn các nguyên lý làm việc của hệ 
thống radar và nguyên lý do các tham số mục 
tiêu của radar. Từ đó, trong phần 3, chúng tôi 
trình bày việc thiết kế, chế tạo hệ thống giả 
lập. Cuối cùng, phần kết luận bài báo được 
trình bày trong phần 4. 
2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ 
THỐNG RADAR VÀ ĐO CÁC 
THAM SỐ MỤC TIÊU CỦA RADAR 
Phần này trình bày các nguyên lý trong 
radar, làm cơ sở cho thiết kế và chế tạo của 
chúng tôi trong phần 3. 
2.1 Phân loại radar theo dải tần làm việc 
Bảng 1. Phân loại dải tần làm việc radar 
Tên các băng tần Phạm vi tần số 
HF 
VHF 
UHF 
L 
S 
C 
X 
Ku 
K 
Ka 
V 
W 
mm 
3 MHz - 30 MHz 
30 MHz – 300 MHz 
300 MHz – 1000 MHz 
1000 MHz – 2000 MHz 
2000 MHz - 4000 MHz 
4000 MHz- 8000 MHz 
8000 MHz – 12000 MHz 
12 GHz – 18GHz 
18 GHz – 27 GHz 
27 GHz- 40 GHz 
40 GHz – 75 GHz 
75 GHz- 110 GHz 
110 GHz – 300 GHz 
Phân loại radar theo dải tần làm việc 
được trình bày ở Bảng 1[1,2,3]. Radar làm 
việc ở tần số càng cao thì độ chính xác trong 
đo tọa độ của mục tiêu càng lớn nhưng suy 
hao đường truyền sóng lớn dẫn đến cự ly 
quan sát giảm; ngược lại radar làm việc ở tần 
số thấp thì cự ly quan sát tăng nhưng độ 
chính xác trong đo tọa độ mục tiêu 
giảm[4,5]. 
2.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống radar 
Hình 1. Nguyên lý làm việc hệ thống radar 
Nguyên lý làm việc cơ bản của một 
hệ thống radar xung được hoạt động theo sơ 
đồ khối trong Hình 1. Máy phát radar tạo ra 
xung phát xạ siêu cao tần đưa qua hệ thống 
ống dẫn sóng tới chuyển mạch thu phát, lúc 
này chuyển mạch thu phát sẽ đóng tuyến thu 
để không cho năng lượng siêu cao tần lọt vào 
phá hỏng máy thu, đồng thời mở tuyến phát 
đưa năng lượng siêu cao tần ra ăng ten bức 
xạ định hướng vào không gian dưới dạng 
sóng siêu cao tần. Sóng siêu cao tần gặp mục 
tiêu phản xạ trở về được ăng ten thu nhận 
qua hệ thống ống dẫn sóng chuyển mạch thu 
phát vào máy thu. Tại máy thu, tín hiệu mục 
tiêu phản xạ trở về được chọn lọc, biến đổi, 
khuếch đại đưa đến thiết bị hiển thị. Thiết bị 
hiển thị mục tiêu, qua đó chúng ta có thể xác 
định được các tham số, tính chất của mục 
tiêu như cự ly, phương vị, độ cao  
Máy phát Máy thu 
Chuyển 
mạch thu 
phát 
Hiển 
thị 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 37 (09/2016) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
33 
2.3 Nguyên tắc đo các tham số mục tiêu 
radar 
a) Đo cự ly của mục tiêu radar 
Hình 2. Cự ly của 2 tín hiệu mục tiêu 
Nguyên tắc đo cự ly cơ bản như sau: 
nếu gọi T là thời gian giữ chậm từ khi xung 
phát xạ ra khỏi ăng ten tới khi gặp mục tiêu 
phản xạ trở được máy thu thì cự ly của mục 
tiêu R được tính theo công thức (1). 
R = (C*T)/2 (1) 
trong đó: 
R là cự ly của mục tiêu. 
C là vận tốc sóng điện từ (3*108 m/s). 
T là thời gian truyền sóng. 
Hình 2 một ví dụ thực tế của cự ly mục 
tiêu radar, trong đó cự ly tối đa mà radar có 
thể đo được là 300 km, mục tiêu được radar 
phát hiện trong hình này là ở cự ly 100 km. 
b) Đo góc phương vị của mục tiêu radar 
Hình 3. Nguyên tắc đo góc phương vị mục 
tiêu radar 
Để đo được góc của mục tiêu, khi ăng 
ten quay và phát sóng vào không gian dò tìm 
mục tiêu, thì trên màn hình radar cũng quay, 
thiết kế sao cho chúng quay đồng pha và 
đồng bộ với nhau, nghĩa là ăng ten và tia quét 
có cùng tốc độ quay, và khi búp chỉ hướng 
chính Bắc thì tia quét cũng chỉ đúng 0 độ trên 
màn hình hiển thị mục tiêu. Giả sử trên Hình 
3, búp sóng quét tới góc α gặp mục tiêu phản 
xạ trở về hiển thị trên màn hình radar ta sẽ đo 
được góc 59độ . 
c) Nguyên tắc đo độ cao mục tiêu radar 
Hình 4. Nguyên tắc đo độ cao mục tiêu radar 
Nếu như mặt đất bằng phẳng ta có thể 
dễ dàng tính toán được độ cao mục tiêu theo 
công thức (2). 
h = R* sin  (2) 
Trên thực tế trái đất chúng ta hình cầu 
thể hiện trên hình 4 do đó độ cao thực tế của 
mục tiêu tính theo công thức (3). 
H = R* sin  + R
2
/2re (3) 
trong đó: 
h là độ cao của mục tiêu nếu coi mặt đất là 
bằng phẳng. 
H là độ cao thực tế của mục tiêu. 
R là cự ly của mục tiêu. 
re là bán kính trái đất (gần bằng 6370km) [6]. 
 là góc tạo thành bởi độ cao mục tiêu với 
mặt phẳng ngang. 
34 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 37 (09/2016) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
3. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO 
Để thiết kế, chế tạo hệ thống giả lập 
radar giám sát biển, chúng tôi thiết kế và chế 
tạo thiết bị điều khiển hệ thống, thiết bị tạo 
giả mục tiêu radar và thiết bị hiển thị mục 
tiêu radar. Thiết bị hiển thị là màn hình LCD 
độ lớn tương đương với màn hình radar trên 
thiết bị thực tế. Hai phần dưới đây trình bày 
thiết kế và chế tạo thiết bị điều khiển hệ 
thống và thiết bị tạo giả mục tiêu radar. 
3.1 Thiết kế thiết bị điều khiển hệ thống 
Để sát với mục đích thiết kế hệ thống 
luyện tập cho chiến sỹ Hải Quân làm quen 
với hệ thống thật sử dụng ngôn ngữ Nga, 
trước tiên chúng tôi thiết kế, chế tạo giao 
diện điều khiển để người dùng tương tác với 
hệ thống thể hiện trên Hình 5. 
Hình 5. Giao diện điều khiển hệ thống luyện tập 
Trong đó, ý nghĩa các nút nhấn: 
РЛС- ВКЛ: là mở nguồn máy РЛС 
РЛС- ОТКЛ: là tắt nguồn máy РЛС 
ВЫСОКОЕ: là mở cao áp 
ОТКЛ:là tắt cao áp 
АНТЕНHA: là điều khiển quay ăng ten 
ИЗЛУЧЕНИЕ: là nối đầu ra máy phát 
НП: là bàn phím nhập số liệu 
ВВОД: là nhập vào sự lựa chọn 
СБРОС: là bỏ sự lựa chọn 
Giao diện gồm phần điều khiển hệ 
thống và nhập tham số để xử lý mục tiêu 
radar. Phần điều khiển gồm các nút nhấn lớn 
để điều khiển tắt mở hệ thống quay ăng ten, 
tắt mở phát sóng cao tần, hỏi đáp địch ta. 
Phần nhập các tham số là ma trận phím để 
nhập các số nguyên từ 0 - 9, các phép tính cơ 
bản ngoài ra giao diện còn có đèn báo phân 
biệt địch ta. Phần bên dưới bảng điều khiển 
là các mạch điều khiển với khối trung tâm 
dựa trên chip vi điều khiển PIC. Các phím 
nhấn trên giao diện được kết nối với mạch 
điều khiển ở dưới và được lập trình theo chức 
năng của từng phím. 
3.2 Thiết kế thiết bị tạo giả mục tiêu radar 
Thiết bị tạo giả gồm máy tính cấu hình 
cao có card đồ họa và chương trình giả lập 
mục tiêu trên màn hình radar. Máy tính này 
được kết nối với mạch điều khiển được đề 
cập trong mục 3.1. 
a) Giải thuật cơ bản của hệ thống 
Giải thuật cơ bản của hệ thống được 
thực hiện theo giải thuật Hình 6, với quy 
trình như sau: 
Bắt đầu làm việc, cấp nguồn cho hệ 
thống và khởi động hệ thống. 
Hệ thống tự động kiểm tra an toàn, nếu 
kiểm tra báo tốt tiến hành quay ăng ten, nếu 
hỏng quay về khởi động lại. 
Hệ thống quay ăng ten làm việc tốt thì 
tiến hành phát sóng radar, khi phát sóng radar 
nếu mục tiêu nằm trong cánh sóng radar sẽ 
được hiển thị trên màn hình radar, nếu không 
nằm trong cánh sóng sẽ không mục tiêu thì 
quay về phát sóng radar. 
Khi có mục tiêu hiển thị trên màn hình 
radar thì tiến hành chọn mục tiêu bám sát, khi 
mục tiêu được chọn bám sát thì hệ thống tự 
động bám sát mục tiêu, nếu mục tiêu không 
được chọn bám sát quay về hiển thị mục tiêu. 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 37 (09/2016) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
35 
Kết thúc quy trình làm việc cơ bản của hệ thống. 
Hình 6. Giải thuật cơ bản của hệ thống 
Bắt đầu 
Cấp nguồn cho hệ thống 
khởi động hệ thống 
Kiểm tra an 
toàn hệ thống 
Quay ăng ten 
Phát sóng radar 
Mục tiêu trong 
cánh sóng 
Hiển thị mục tiêu 
Chọn bám sát 
mục tiêu 
Bám sát mục tiêu 
Kết thúc 
Tốt Hỏng 
Không 
Quay 
Không 
Chọn 
36 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 37 (09/2016) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
b) Thiết kế giả lập màn hình hiển thị hệ thống radar 
Màn hình hiển thị giả lập hệ thống radar dùng để hiển thị mục tiêu radar, trạng thái làm 
việc và điều khiển hệ thống làm việc. 
Hình 7. Màn hình giả lập hệ thống radar ở chế độ làm việc 
Hình 8. Màn hình giả lập hệ thống radar ở chế độ kiểm tra 
Màn hình được thiết kế giao diện giống 
như màn hình radar thực tế, để giúp cho 
chiến sỹ Hải Quân luyện tập sát với thực tế 
giao diện cũng sử dụng ngôn ngữ Nga và 
được thể hiện trên Hình 7. 
Màn hình hiển thị giả lập hệ thống 
radar được thiết kế gồm các phần cơ bản sau: 
Chính giữa màn hình hiển thị giả lập hệ 
thống radar thiết kế màn hình hiển thị mục 
tiêu radar. Tại màn hình hiển thị giả lập hệ 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 37 (09/2016) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
37 
thống sẽ lập trình giả lập hiển thị các loại 
mục tiêu radar, như các loại tàu thuyền, các 
phương tiện bay, các loại nhiễu trong radar, 
tại đây cũng thiết kế lập trình giả lập lưới đo 
cự ly và phương vị cố định để người sử dụng 
xác định nhanh tọa độ của mục tiêu radar. 
Bên phải màn hình hiển thị giả lập hệ 
thống radar thiết kế lập trình giả lập các 
pannel điều khiển hệ thống radar và pannel 
chỉ thị tham số của mục tiêu radar có chức 
năng và tính chất giống như hệ thống radar 
trên thực tế. 
Phía trên màn hình hiển thị giả lập hệ 
thống radar thiết kế lập trình giả lập pannel 
hiển thị trạng thái làm việc của các thiết bị 
trong hệ thống radar. 
c) Thiết kế màn hình giả lập hệ thống radar 
ở chế độ kiểm tra 
Màn hình giả lập hệ thống radar ở chế 
độ kiểm tra dùng để giả lập quy trình kiểm 
tra của hệ thống radar thật và được thể hiện 
trên Hình 8. Màn hình được thiết kế lập trình 
gồm 2 phần, có giao diện, quy trình và chức 
năng được hiển thị giống hệ thống radar thật. 
Phần bên phải lập trình giả lập pannel mô 
phỏng quá trình kiểm tra thiết bị trong hệ 
thống radar, phần bên trái lập trình giả lập 
các pannel điều khiển quy trình kiểm tra các 
thiết bị trong hệ thống radar. 
4. KẾT LUẬN 
Trong bài báo này, chúng tôi trình bày 
thiết kế chế tạo giả lập hệ thống radar giám 
sát biển trang bị trên các tàu chiến đấu. Hệ 
thống giả lập radar giám sát biển phục vụ 
chiến sỹ Hải Quân luyện tập trong các tình 
huống chiến đấu giống hệ thống radar thật, 
giúp chiến sỹ làm quen, nắm bắt từ đó nhanh 
chóng làm chủ hệ thống radar thật trang bị 
trên các tàu chiến của Hải Quân. Kết quả thử 
nghiệm của hệ thống trình bày trong bài báo 
này mở ra hướng thiết kế hệ thống giả lập 
cho nhiều loại vũ khí khí tài khác của Hải 
Quân. Những hệ thống này là phương tiện 
luyện tập hiệu quả cho chiến sỹ Hải Quân 
nhanh chóng nắm bắt làm chủ vũ khí khí tài 
hiện đại, giúp đáp ứng yêu cầu nhiệm vụ bảo 
vệ Tổ Quốc trong tình hình mới.
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Nguyễn Thanh Hùng, Nguyên lý Radar, NXB Học viện Hải quân, 2011 
[2] Frank E. Sloan, Gilbert J. Cote., Radar Principles, Naval Education and Training, 1998 
[3] Online: www.radartutorial.eu 
[4] Peyton Z.Peebles, Radar Principles, New Work, John Wiley & Sons, 1998 
[5] Merrlil I.Skolic, Radar Handbook, Second Edition, Mc,Graw-Hill, 1990 
[6] Nguyễn Đức Luyện, Ngô Văn Bắc, Vũ Hồng Thanh, Nguyên lý radar, NXB Học viện Kỹ 
thuật Quân sự, 2000.
Tác giả chịu trách nhiệm bài viết 
ThS. Nguyễn Trường Giang 
Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP.HCM 
Email: 12140014@hcmut.edu.vn