Tài liệu Luận án giải pháp sửa lỗi không đồng nhất giữa các kênh trên anten mạng pha cho máy thu định vị bằng vệ tinh

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 R1 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).