BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ QUỐC PHÒNG
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ
***************
NGÔ XUÂN MAI
GIẢI PHÁP SỬA LỖI KHÔNG ĐỒNG NHẤT
GIỮA CÁC KÊNH TRÊN ANTEN MẠNG PHA
CHO MÁY THU ĐỊNH VỊ VỆ TINH
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Hà Nội – 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ QUỐC PHÒNG
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ
***************
NGÔ XUÂN MAI
GIẢI PHÁP SỬA LỖI KHÔNG ĐỒNG NHẤT
GIỮA CÁC KÊNH TRÊN ANTEN MẠNG PHA
CHO MÁY THU ĐỊNH VỊ VỆ TINH
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử
Mã số : 9520203
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS Nguyễn Huy Hoàng
2. TS Hoàng Thế Khanh
Hà Nội – 2020
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các nội
dung, số liệu và kết quả trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và
chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào trước đây. Các dữ liệu tham
khảo đều đã được trích đầy đủ theo đúng quy định.
Hà Nội, ngày 16 tháng 3 năm 2020
TÁC GIẢ LUẬN ÁN
Ngô Xuân Mai
ii
LỜI CẢM ƠN
Luận án được thực hiện tại Viện Khoa học và Công nghệ quân sự - Bộ
Quốc Phòng.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Huy Hoàng và
TS Hoàng Thế Khanh, các thầy đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ, trang
bị phương pháp nghiên cứu, kiến thức khoa học và tạo điều kiện tốt nhất để
tôi có thể hoàn thành được luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô, các Nhà khoa học, đồng nghiệp
và bạn bè thuộc Học viện Kỹ thuật quân sự, Viện Khoa học và Công nghệ
quân sự, Đại học Bách khoa Hà Nội, Học viện Công nghệ bưu chính viễn
thông, Đại học Quốc gia Hà Nội đã cho tôi những ý kiến đóng góp quý báu.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Viện Khoa học và Công nghệ quân sự/BQP,
Phòng Đào tạo, Viện Điện tử là cơ sở đào tạo và đơn vị quản lý, Thủ trưởng
Binh chủng Thông tin liên lạc/BQP, Thủ trưởng Trung tâm kỹ thuật thông tin
Công nghệ cao là nơi công tác đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, hỗ trợ và giúp
đỡ tôi trong suốt quá trình học tập.
Cuối cùng, tôi xin dành lời cảm ơn đặc biệt đến gia đình, bạn bè, các
đồng nghiệp đã luôn đồng hành, động viên, chia sẻ và giúp đỡ tôi vượt qua
mọi khó khăn để hoàn thành luận án.
Tác giả
iii
MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................. VI
DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................... IX
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ..................................................... X
MỞ ĐẦU .....................................................................................................
1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GNSS VÀ CÁC GIẢI PHÁP
CHỐNG NHIỄU CHO MÁY THU ĐỊNH VỊ VỆ TINH ..........
7
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CHỐNG NHIỄU CỦA
TIÊU CHUẨN TỐI ƯU MPE ĐỐI VỚI MÁY THU GNSS......... 35
iv
v
CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP SỬA LỖI BẤT ĐỒNG NHẤT GIỮA CÁC KÊNH
TRÊNANTEN MẠNG PHACHO MÁYTHU ĐỊNH VỊ VỆ TINH.. 82
KẾT LUẬN ............................................................................................... 110
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ ............ 112
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 113
vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Véc-tơ mạng của anten mạng pha
Tốc độ truyền sóng trong khí quyển, [m/s]
Khoảng cách giữa các phần tử anten, [m]
A
c
dij
d (t )
D
DA
Di
E
Tín hiệu tham chiếu
Đặc trưng hướng của anten mạng pha
Khẩu độ của anten
Khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh thứ i
Kỳ vọng toán học
F ( , )
Hàm đặc trưng hướng anten
f0
Tần số bộ dao động tham chiếu hệ thống GPS, f0=10.23 [MHz]
T
Mức độ chống nhiễu của anten mạng pha
Hàm đích của các tiêu chuẩn thích nghi
Kênh sóng L1 của hệ thống GPS, L1=1575.42 [MHz]
Kênh sóng L2 của hệ thống GPS, L2=1227.60 [MHz]
Kênh sóng L3 của hệ thống GPS, L3=1381.05 [MHz]
(sử dụng cho phát hiện hạt nhân NUDET)
Kênh sóng L4 của hệ thống GPS, L4=1379.913 [MHz]
Kênh sóng L5 của hệ thống GPS, L=1176.45 [MHz]
(sử dụng cho dịch vụ định vị trong ngành hàng không)
Tập âm
Ma trận tương quan của tín hiệu tham chiếu
J
L1
L2
L3
L4
L5
n (t )
RA
R1
s (t )
Ma trận tương quan đầu vào
W
Tín hiệu có ích
Véc-tơ trọng số
Tọa độ của vệ tinh thứ i .
Xm ,Ym , Zm
Tọa độ máy thu
y (t )
Tín hiệu ra của anten mạng pha
X i ,Yi , Z i
vii
2 (t )
T
Độ dài bước sóng, [m]
Tham số hội tụ thuật toán không gian thời gian
Sai số trung bình bình phương
Ma trận chuyển vị
Liên hợp phức
Chuyển vị liên hợp phức
2
Phương sai
H
AGD
AGDV
APCO
ARNS
ARS
Beidou
BĐN
CDMA
CNC
C/A
DFT
DARS
ĐN
FDMA
GNSS
GPS
Gradient của một hàm
Trễ nhóm trung bình
Độ lệch pha trung tâm trung bình
Sự biến thiên pha trung tâm trung bình
Dịch vụ điều hướng vô tuyến hàng không (Aviation Radio
navigation service)
Tìm kiếm ngẫu nhiên nhanh (Accelerated Random Search)
Hệ thống định vị vệ tinh của Trung Quốc.
Bất đồng nhất
Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple
Access)
Công nghệ cao
Mã C/A (Coarse/Acquisite-code)
Biến đổi Fourier rời rạc (Discrete Fourier Transform)
Tìm kiếm ngẫu nhiên nhanh có định hướng (Directed
Accelerated Random Search)
Đồng nhất
Đa truy cập phân chia theo tần số (Frequency Division
Multiple Access)
Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (Global Navigation
Satellite System)
Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System)
viii
GALILEO
GD
GLONASS
ITU
IDFT
INS
LRS
LMS
ML
МMSE
MSE
MPE
PVT
QZSS
RLS
RNSS
SAP
SBAS
S/N (J/S)
SINR
STAP
SVD
UAV
Hệ thống định vị vệ tinh của liên minh Châu Âu.
Độ trễ nhóm (Group Delay)
Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu của Liên bang Nga (ГЛОбальная
НАвигационная Спутниковая Система – ГЛОНАСС)
Liên minh viễn thông quốc tế (International Telecommunication
Union)
Biến đổi Fourier rời rạc ngược (Inverse Discrete Fourier
Transform)
Hệ thống dẫn đường quán tính (Inertial Navigation System)
Tìm kiếm ngẫu nhiên tuyến tính (Linear Random Search)
Bình phương trung bình nhỏ nhất (Least mean squares)
Hợp lẽ cực đại (Maximum likelihood)
Sai số trung bình bình phương cực tiểu. (Minimum mean
square errors)
Sai số trung bình bình phương (Mean square errors)
Tối thiểu hóa công suất MPE (Minimum power
eigencanceler)
Vị trí/vận tốc/thời gian (Position/Velocity/Time)
Hệ thống vệ tinh định vị của Nhật bản (Quasi-Zenith
Satellite System)
Đệ qui bình phương nhỏ nhất (Recursive least squares)
Dịch vụ vệ tinh định vị vô tuyến (Radio navigation satellite service)
Xử lý thích nghi không gian (Space adaptive processing)
Hệ thống vệ tinh tăng cường (Satellite-based augmentation systems)
Tỉ số tín hiệu/tạp âm (Signal/noise)
Tỉ số tín hiệu/(nhiễu + tạp) (Signal Interference Noise Ratio)
Xử lý thích nghi không gian – thời gian (Space-time
adaptive processing).
Phân hoạch giá trị riêng, véc-tơ riêng (Singular Value
Decomposition)
Máy bay không người lái (Unmanned Aerial Vehicle)
ix
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Chỉ tiêu về chất lượng chống nhiễu .......................................... 22
Bảng 2.1. Bảng các tham số mô phỏng .................................................... 58
Bảng 2.2. Đánh giá chất lượng chống nhiễu máy thu khi kênh đồng nhất ...... 59
Bảng 2.3. Bảng so sánh kết quả mô phỏng khi BĐN về pha ................... 74
Bảng 2.4. Bảng so sánh kết quả mô phỏng khi BĐN về biên độ.............. 75
Bảng 2.5. So sánh vùng không làm việc của máy thu định vị vệ tinh. .... 78
Bảng 3.1. Các đặc tính chống nhiễu của anten mạng pha 9 phần tử ........ 97
Bảng 3.2. So sánh vùng không làm việc của máy thu định vị vệ tinh. .... 108
x
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1.1. Mô hình các thành phần của hệ thống GNSS ...........................
Hình 1.2. Sơ đồ khối bộ phát tín hiệu GPS trên băng tần L1 và L2 .........
Hình 1.3. Cấu trúc bộ tạo mã từ các thanh ghi dịch trong hệ thống GPS .........
Hình 1.4. Cấu trúc thanh ghi tạo mã trong hệ thống GLONASS .............
Hình 1.5. Các dạng nhiễu trong hệ thống GNSS ......................................
Hình 1.6. Giản đồ hướng anten mạng pha thích nghi ...............................
Hình 1.7. Cấu trúc máy thu GNSS xử lý trước tương quan......................
Hình 1.8. Nguyên tắc định vị vệ tinh ........................................................
Hình 1.9. Hệ thống xử lý không gian hai kênh .........................................
Hình 1.10. Cấu trúc bộ tự bù trừ hai kênh ................................................
Hình 1.11. Mô hình của bộ sửa lỗi không đồng nhất[45] .........................
Hình 1.12. Cấu trúc của bộ bù trừ nhiễu với sự hiệu chỉnh một tham số .
Hình 1.13. Cấu trúc bộ lọc không gian - thời gian....................................
Hình 2.1. Sự hình thành mặt phẳng tín hiệu có ích [45] ...........................
Hình 2.2. Cấu trúc anten mạng pha tam giác ............................................
Hình 2.3. Xác định hiệu đường truyền giữa tia.........................................
Hình 2.4. Mô hình quá trình thêm độ trễ truyền sử dụng cặp biến đổi Fourier [45] ..
Hình 2.5. Cấu trúc anten mạng pha 9 phần tử...........................................
Hình 2.6. Cấu trúc anten mạng pha 4 phần tử...........................................
Hình 2.7. Cấu trúc anten mạng pha 7 phần tử...........................................
Hình 2.8. Mô hình tạo độ trễ nhóm [7] .....................................................
Hình 2.9. Dạng tín hiệu của GD................................................................
Hình 2.10. Mô hình kênh thu trên anten mạng pha khi bất đồng nhất [45] ....
8
9
10
11
12
15
16
17
18
19
19
20
27
36
40
41
43
47
47
47
48
49
51
Hình 2.11. So sánh hệ số nén công suất nhiễu với d / 2 ..................
60
Hình 2.12. So sánh tỷ số SINR đầu ra với d / 2 ...............................
Hình 2.13. So sánh hệ số nén công suất nhiễu với d 2 / 3.56 ...........
60
60
Hình 2.14. So sánh tỷ số SINR đầu ra với d 2 / 3.56 .......................
60
Hình 2.15. Bề mặt tỷ số SINR đầu ra anten 3 phần tử - 1 nhiễu ..............
Hình 2.16. Vùng không làm việc ở hệ số bảo vệ máy thu là -30dB và -40dB – 1 nhiễu .
61
61
xi
Hình 2.17. Bề mặt tỷ số SINR đầu ra anten 3 phần tử - 2 nhiễu .............. 62
Hình 2.18. Vùng không làm việc ở hệ số bảo vệ máy thu là -30dB và -40dB – 2 nhiễu . 62
Hình 2.19. Sự phụ thuộc của vùng không làm việc vào hệ số bảo vệ ...... 63
Hình 2.20. Bề mặt tỷ số SINR đầu ra anten 9 phần tử - 1 nhiễu .............. 64
Hình 2.21. Vùng không làm việc ở hệ số bảo vệ máy thu là -30dB và -40dB – 1 nhiễu . 64
Hình 2.22. Bề mặt tỷ số SINR đầu ra anten 9 phần tử - 2 nhiễu .............. 64
Hình 2.23. Vùng không làm việc ở hệ số bảo vệ máy thu là -30dB và -40dB – 2 nhiễu . 65
Hình 2.24. Bề mặt tỷ số SINR đầu ra anten 9 phần tử - 6 nhiễu .............. 65
Hình 2.25. Vùng không làm việc ở hệ số bảo vệ máy thu là -30dB và -40dB – 6 nhiễu . 66
Hình 2.26. Bề mặt tỷ số SINR đầu ra anten 9 phần tử - 8 nhiễu ............. 66
Hình 2.27. Vùng không làm việc ở hệ số bảo vệ máy thu là -30dB và -40dB – 8 nhiễu . 66
Hình 2.28. Sự phụ thuộc của vùng không làm việc vào hệ số bảo vệ ...... 67
Hình 2.29. Vùng không làm việc ở hệ số bảo vệ máy thu là -30dB – 8 nhiễu.. 68
Hình 2.30. Sự phụ thuộc của vùng không làm việc vào hệ số bảo vệ ...... 68
Hình 2.31. Sự phụ thuộc của vùng không làm việc vào hệ số bảo vệ khi thay
đổi công suất tín hiệu vào ................................................................... 69
Hình 2.32. Vùng không làm việc của máy thu khi thay đổi số phần tử anten ...... 70
Hình 2.33. So sánh vùng không làm việc của máy thu khi số phần tử anten là 3 và 9 70
Hình 2.34. So sánh hệ số nén nhiễu khi BĐN về pha ............................... 73
Hình 2.35. So sánh tỷ số SINR khi BĐN về pha ..................................... 73
Hình 2.36. So sánh hệ số nén nhiễu khi BĐN biên độ 0.1 ....................... 74
Hình 2.37. Tỷ số SINR đầu ra khi BĐN biên độ 0.1 ................................ 74
Hình 2.38. So sánh hệ số nén nhiễu khi BĐN biên độ 0.5 ....................... 75
Hình 2.39. Tỷ số SINR đầu ra khi BĐN biên độ 0.5 ................................ 75
Hình 2.40. Bề mặt tỷ số SINR trên đầu ra anten 9 phần tử có BĐN ........ 76
Hình 2.41. So sánh vùng làm việc máy thu GNSS khi BĐN về pha ........ 76
Hình 2.42. So sánh vùng làm việc máy thu GNSS – có méo biên độ ...... 77
Hình 2.43. So sánh vùng không làm việc máy thu khi kênh ĐN và BĐN 78
Hình 2.44. Giản đồ hướng anten theo số bước thích nghi thuật toán MPE 79
Hình 3.1. Cấu trúc bộ sửa lỗi kênh BĐN hai giai đoạn MPE ................... 83
Hình 3.2. Lưu đồ thuật toán sửa lỗi kênh hai giai đoạn MPE trên cơ sở tự hiệu chỉnh 90
Hình 3.3. Hệ số nén nhiễu và tỷ số SINR tình huống 1 ............................ 91
xii
Hình 3.4. Hệ số nén nhiễu và tỷ số SINR tình huống 2 ............................
Hình 3.5. Hệ số nén nhiễu và tỷ số SINR tình huống 3 ............................
Hình 3.6. Hệ số nén nhiễu và tỷ số SINR tình huống 4 ............................
Hình 3.7. Hệ số nén nhiễu và tỷ số SINR tình huống 5 ............................
Hình 3.8. Hệ số nén nhiễu và tỷ số SINR tình huống 6 ............................
Hình 3.9. Hệ số nén nhiễu và tỷ số SINR tình huống 7 ............................
Hình 3.10. Cấu trúc bộ sửa lỗi kênh không đồng nhất MPE trên cơ sở tự bù trừ .......
Hình 3.11. Lưu đồ thuật toán sửa lỗi kênh trên cơ sở tự bù trừ ................
Hình 3.12. Hệ số nén nhiễu và tỷ số SINR tình huống 1 ..........................
Hình 3.13. Hệ số nén nhiễu và tỷ số SINR tình huống 2 ..........................
Hình 3.14. Hệ số nén nhiễu và tỷ số SINR tình huống 3 ..........................
Hình 3.15. Hệ số nén nhiễu và tỷ số SINR tình huống 4 ..........................
Hình 3.16. Vùng không làm việc của máy thu khi kênh có sửa lỗi ..........
92
93
94
95
96
96
100
102
104
105
106
106
107
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
Trong những năm gần đây, máy thu định vị vệ tinh đã trở thành một
thành phần cốt yếu trong rất nhiều ứng dụng, đóng vai trò quan trọng trong hầu
hết các lĩnh vực đời sống xã hội, cả dân dụng, công nghiệp và an ninh quốc
phòng. Trong quân đội ta hiện nay, máy thu GNSS được ứng dụng rất nhiều
trong các trang thiết bị, khí tài quân sự. Đặc biệt là các trang thiết bị, khí tài
công nghệ cao (CNC) như: Máy bay không người lái (UAV); UAV trinh sát/gây
nhiễu; UAV mang bom và tên lửa đối đất; UAV cảm tử; tên lửa hành trình bắn
từ cự ly xa; tầu chiến; tầu ngầm; các ứng dụng trong ngành hàng hải; các phép
đo với độ chính xác cao và các ứng dụng liên quan đến xác định thời gian và vị trí.
Tuy nhiên, tín hiệu có ích được phát từ các vệ tinh ở quỹ đạo tầm trung
(cách trái đất khoảng 20.000km) [4] được lan truyền qua không gian đến đầu
vào máy thu bị suy giảm rất lớn (khoảng 1.024 lần tương đương 26dB) [5] bởi
rất nhiều yếu tố khách quan (thời tiết khắc nghiệt, bị che chắn bởi vật cản, nhiễu
tần số vô tuyến) cũng như chủ quan (can nhiễu, nhiễu giả lập tín hiệu, các nguồn
gây nhiễu do đối phương tạo ra trong tác chiến điện tử) [6] dẫn đến chất lượng
tín hiệu của máy thu GNSS không được đảm bảo. Do vậy, việc nghiên cứu nâng
cao chất lượng tín hiệu máy thu GNSS để đảm bảo cho khả năng định vị và dẫn
đường được chính xác là một nhu cầu cấp thiết đã, đang và tiếp tục thu hút được
sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước. Đã có rất nhiều công
trình khoa học đề xuất các thuật toán xử lý tín hiệu được thực hiện trên cả phần
cứng cũng như trên phần mềm [5]. Tuy nhiên, các dạng nhiễu ảnh hưởng máy
thu định vị vệ tinh chủ yếu là nhiễu dải rộng [28], giải pháp duy nhất để có thể
chống được các dạng nhiễu dải rộng hiện nay là dùng anten mạng pha [29].
Anten mạng pha được cho là một giải pháp chống nhiễu phổ biến trong các
máy thu định vị vệ tinh hiện nay bởi những ưu điểm của nó là có khả năng điều
2
chỉnh được giản đồ hướng và cải thiện chất lượng tỷ số SINR của tín hiệu thu
được. Việc xử lý tín hiệu định vị và dẫn đường bằng vệ tinh trên anten mạng
pha mặc dù mang lại rất nhiều lợi ích nhưng nó cũng làm phát sinh một số vấn
đề kỹ thuật cần phải giải quyết. Một trong các vấn đề đó là tính không đồng
nhất (về pha, biên độ hoặc cả pha và biên độ) giữa các kênh của anten mạng
pha, sự bất đồng nhất này thường được biểu diễn thông qua độ trễ nhóm (Group
Delay) [7] (Độ trễ nhóm được định nghĩa là đạo hàm âm hoặc độ dốc của đáp
ứng pha so với tần số). Nó là thước đo độ trễ tương đối ở các tần số khác nhau
từ đầu vào đến đầu ra trong một hệ thống. Đây là vấn đề không thể tránh khỏi
bởi thực tế không thể chế tạo được các kênh thu lý tưởng hoặc hoàn toàn đồng
nhất với nhau. Các công trình nghiên cứu [5], [7-10] mới được công bố gần đây
chủ yếu mới chỉ đánh giá sự khác biệt giữa pha sóng mang trung tâm và độ trễ
nhóm trung tâm, đánh giá pha trung tâm và trễ nhóm trung bình (AGD) cũng
như sự biến thiên trễ nhóm trung bình (AGDV) dựa trên độ lệch pha trung tâm
trung bình (APCO) và sự biến thiên pha trung tâm trung bình. Các công trình
nghiên cứu trên vẫn chưa đề cập đến việc khắc phục sự ảnh hưởng của tính bất
đồng nhất giữa các kênh trên anten mạng pha tới chất lượng máy thu, đặc biệt
là khi thu tín hiệu trong điều kiện có sự tác động của nhiễu dải rộng. Trong
công trình [45] đã đề xuất hai giải pháp sửa lỗi không đồng nhất giữa các kênh
trên anten mạng pha trên cơ sở tự bù trừ và hiệu chỉnh hai giai đoạn với tiêu
chuẩn MMSE. Tuy nhiên công trình trên vẫn còn một số hạn chế đó là: mặc dù
có chất lượng chống nhiễu khá tốt nhưng độ phức tạp tính toán lớn vì vậy đòi
hỏi về các thiết bị tính toán trên khoang tăng lên. Điều này khiến thuật toán khó
áp dụng cho các thiết bị bay có kích thước nhỏ, tốc độ cao (ví dụ: UAV, tên lửa
hành trình, đạn pháo có định vị và dẫn đường GPS). Công trình trên cũng chưa
khảo sát sự ảnh hưởng của số lượng phần tử anten thu đến các đặc trưng chống
nhiễu và chưa tính toán vùng không làm việc của máy thu GNSS khi kênh bất
đồng nhất.
3
Xuất phát từ những lý do trên, NCS đề xuất sử dụng tiêu chuẩn MPE
[32] theo phương pháp phân hoạch SVD thay cho tiêu chuẩn MMSE được sử
dụng ở [45] để giải quyết bài toán sửa lỗi bất đồng nhất trên kênh anten mảng
pha nhằm giảm độ phức tạp của thuật toán và tăng tốc độ hội tụ của thuật toán.
Nhờ giảm độ phức tạp khi thực hiện thuật toán nên nghiên cứu sinh đã đề xuất
tăng số phần tử anten mạng pha lên 9 phần tử nhằm tăng khả năng chống nhiễu
dải rộng cho máy thu định vị vệ tinh mà yêu cầu đối với hệ thống tính toán trên
khoang vẫn giữ nguyên.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu đề xuất giải pháp sửa lỗi không đồng nhất giữa các kênh trên
anten mạng pha trên cơ sở tự bù trừ và hiệu chỉnh hai giai đoạn sử dụng tiêu
chuẩn tối ưu MPE [32] thay thế cho tiêu chuẩn MMSE đã được đề xuất trong
[45] nhằm khắc phục tính không đồng nhất giữa các kênh thu, cải thiện chất
lượng tỷ số tín hiệu trên tạp âm (SINR), nâng cao độ tin cậy cho máy thu định
vị vệ tinh.
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Từ những phân tích ở trên, nghiên cứu sinh xác định đối tượng và phạm
vi nghiên cứu của luận án đó là: Máy thu định vị vệ tinh GNSS; anten mạng
pha 3, 4, 7 và 9 phần tử. Trong khuôn khổ luận án, NCS tập trung nghiên cứu
giải pháp sửa lỗi không đồng nhất giữa các kênh thu trên anten mạng pha 3 và
9 phần tử.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu mô hình tín hiệu, nhiễu của hệ thống GNSS và mô hình
kênh thu của anten mạng pha 3 và 9 phần tử. Biểu diễn tín hiệu, nhiễu vệ tinh
của máy thu định vị vệ tinh trên các phần tử của anten mạng pha 3 và 9 phần
tử dưới tác động của các loại nhiễu dải rộng và dải hẹp.
- Xây dựng mô hình toán học các kênh thu đồng nhất và không đồng nhất
cho anten mạng pha 3 và 9 phần tử.
4
- Mô phỏng quá trình xử lý tín hiệu trên anten mạng pha 3 và 9 phần tử
trong trường hợp kênh đồng nhất và không đồng nhất nhằm đánh giá sự ảnh
hưởng của tính không đồng nhất tới chất lượng chống nhiễu trong quá trình xử
lý tín hiệu.
- Nghiên cứu vùng không làm việc và sự phụ thuộc của vùng không làm
việc vào độ nhạy của máy thu đối với anten mạng pha 3 phần tử và 9 phần tử
với khoảng cách giữa các phần tử là d 2 / 3.56 và d / 2 khi kênh đồng
nhất và không đồng nhất.
- Đề xuất áp dụng tiêu chuẩn tối ưu MPE thay thế tiêu chuẩn MMSE cho
các giải pháp sửa lỗi không đồng nhất giữa các kênh trên anten mạng pha dựa
trên thuật toán sửa lỗi hai giai đoạn trên cơ sở tự bù trừ và thuật toán tự động
hiệu chỉnh cho máy thu định vị vệ tinh GNSS.
- Thực hiện kiểm nghiệm trên máy tính bằng phương pháp mô phỏng sử
dụng phần mềm Matlab, đánh giá các kết quả nghiên cứu và các đề xuất mới
của luận án so sánh với các kết quả trước đó, từ đó đưa ra một số các khuyến
nghị với mô hình hệ thống GNSS.
5. Phương pháp nghiên cứu
Để giải quyết các nội dung đã nêu ở trên, NCS tiến hành nghiên cứu lý
thuyết về xác suất và thống kê toán học đối với kỹ thuật vô tuyến, lý thuyết về
xử lý số tín hiệu, đại số tuyến tính. Dựa trên các lý thuyết cơ bản, NCS xây
dựng mô hình toán học của quá trình xử lý tín hiệu GNSS trên anten mạng pha,
từ đó đề xuất các giải pháp sửa lỗi kênh không đồng nhất giữa các kênh thu trên
anten mạng pha. Để kiểm chứng và đưa ra kết quả trực quan của phương pháp
đề xuất, NCS tiến hành tính toán bằng phần mềm Matlab và được hiển thị dưới
dạng biểu đồ với các thông số hệ thống khác nhau.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học: Các kết quả nghiên cứu của luận án có tính mới, tính
khoa học, đóng góp thêm cơ sở cho việc tính toán, xây dựng, thiết kế hệ thống
định vị vệ tinh trên khoang. Các giải pháp sửa lỗi không đồng nhất giữa các
5
kênh thu trên anten mạng pha được đề xuất có tính khả thi, là cơ sở ban đầu
cho việc nghiên cứu phát triển các hệ thống định vị vệ tinh, đặc biệt là các hệ
thống định vi vệ tinh trên khoang như UAV, tên lửa hành trình, thiết bị bay ở
Việt Nam.
- Ý nghĩa thực tiễn: Giải pháp sửa lỗi không đồng nhất giữa các kênh trên
anten mạng pha kết hợp với các phương pháp xử lý không gian - thời gian tín
hiệu nhằm mục đích chống nhiễu, đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy cho việc
thu tín hiệu định vị bằng vệ tinh trên các trang thiết bị, khí tài công nghệ cao
(CNC) có sử dụng hệ thống định vị và dẫn đường vệ tinh như: UAV, tên lửa
hành trình... Vì vậy, luận án: “Giải pháp sửa lỗi không đồng nhất giữa các kênh
trên anten mạng pha cho máy thu định vị vệ tinh” có ý nghĩa thực tiễn cao.
7. Bố cục của luận án
Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục các công trình đã công bố của
tác giả, tài liệu tham khảo, nội dung của luận án gồm ba chương:
Chương 1: Tổng quan hệ thống GNSS và các giải pháp chống nhiễu
cho máy thu định vi vệ tinh
Nghiên cứu tổng quan về hệ thống định vị và dẫn đường toàn cầu bằng
vệ tinh GNSS, các dạng nhiễu, tín hiệu trong hệ thống và các phương pháp xử
lý không gian thời gian cho tín hiệu hệ thống GNSS nhằm nâng cao tính chống
nhiễu, đảm bảo độ tin cậy cho các thiết bị đầu cuối. Biểu diễn toán học các
phương pháp chống nhiễu dựa trên xử lý số không gian thời gian tín hiệu, các
thuật toán chống nhiễu hiệu quả trong hệ thống định vị và dẫn đường vô tuyến
bằng vệ tinh trên cơ sở xử lý không gian tín hiệu. Tổng quan tình hình nghiên
cứu trong và ngoài nước về vấn đề nghiên cứu có liên quan.
Chương 2: Nghiên cứu, đánh giá hiệu quả chống nhiễu của tiêu chuẩn
tối ưu MPE đối với máy thu GNSS
Chương 2 trình bày về mô hình tín hiệu, nhiễu và kênh thu của anten
mạng pha, biểu diễn nhiễu và tín hiệu vệ tinh GNSS trên các phần tử của anten
6
mạng pha 3 và 9 phần tử. Mô phỏng quá trình chống nhiễu dải rộng, nhiễu dải
hẹp đối với anten mạng pha 3 phần tử, 9 phần tử khi áp dụng các thuật toán
không gian - thời gian tín hiệu theo tiêu chuẩn MPE và MMSE. Nghiên cứu
vùng không làm việc và sự phụ thuộc của vùng không làm việc vào độ nhạy
của máy thu với anten mạng pha (Nội dung này được công bố trên bài báo số
2 và 3). Qua đó làm cơ sở để đánh giá và đề xuất giải pháp sửa lỗi không đồng
nhất giữa các kênh trên anten mạng pha cho các máy thu GNSS.
Chương 3: Giải pháp sửa lỗi không đồng nhất giữa các kênh trên
anten mạng pha cho máy thu định vị vệ tinh
Chương 3 NCS đề xuất hai giải pháp sửa lỗi không đồng nhất giữa các
kênh trên anten mạng pha cho máy thu định vị vệ tinh đó là: Giải pháp sửa lỗi
không đồng nhất hai giai MPE đoạn trên cơ sở tự hiệu chỉnh và giải pháp sửa
lỗi kênh không đồng nhất MPE trên cơ sở tự bù trừ, đồng thời thực nghiệm mô
phỏng, thống kê và đánh giá các kết quả nghiên cứu (Các nội dung này được
công bố trong bài báo số 5).
- Xem thêm -