ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Trần Văn Hội
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THU MẶT ĐẤT VỚI CƠ CHẾ TỰ ĐỘNG PHÁT HIỆN VÀ BÁM VỆ TINH DÙNG CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN
VỆ TINH VINASAT
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 62 52 02 03
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG
Hà Nội – 2018
C ng tr nh ho n th nh t i: Tr ng Đ i họ C ng nghệ, Đ i họ Quố gi H N i
Ng i h ớng dẫn kho họ : GS.TS B h Gi D ơng
Phản biện: PGS.TS Trần Minh Tuấn Cụ Tần số V tuyến Điện Phản biện: PGS.TS Lê Nhật Thăng
Họ viện B u hính Viễn th ng Phản biện: TS Ph m Th nh Gi ng
Viện Kỹ thuật Phòng Kh ng Kh ng Quân
Luận án ã bảo vệ tr ớ H i ồng ấp Đ i họ Quố gi hấm luận án tiến sĩ họp t i Tr ng Đ i họ C ng nghệ - Đ i họ Quố gi H N i v o hồi 9 gi 00 ngày 25 tháng 01 năm 2018.
Có thể t m hiểu luận án t i:
- Th viện Quố gi Việt N m
- Trung tâm Thông tin - Th viện, Đ i họ Quố gi H N i
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
1. Tran Van Hoi, Bach Gia Duong (2013), ’’Study and design of wide b nd low noise mplifier oper ting t C b nd’’, Journal of Mathematics – Physics, Vietnam National University, Hanoi, Vol.29 (2), pp.16-24.
2. Tran Van Hoi, Hoang Duc Long, Bach Gia Duong (2013),
’’Low noise block downconverter design for satellite receiver system Vinasat 1 operating at C-b nd’’, Proceedings of the 2013 IEICE International Conference on Intergrated Circuits, Design, and Verification, pp.110-115.
3. Tran Van Hoi, Bach Gia Duong (2013), ’’Designing Wideb nd Mi rostrip B ndp ss Filter for S tellite Re eiver Systems’’, Proceedings of the National Conference on Electronics and Communications (REV2013-KC01), pp.140-143.
4. Tran Van Hoi, Nguyen Xuan Truong, Bach Gia Duong (2015),
“S tellite Tr king Control System Using Fuzzy PID Controller”, Journal of Mathematics – Physics, Vietnam National University, Hanoi, Vol. 31 (1), pp. 36-46.
5. Tran Van Hoi, Nguyen Xuan Truong, Bach Gia Duong (2015),
“Improvement of step-tracking algorithm used for mobile re eiver system vi s tellite”, International Journal of Electrical and Computer Engineering, Scopus, Vol. 5 (2), pp. 280 – 288.
6. Tran Van Hoi, Nguyen Xuan Truong, Ngo Thi Lanh, Bach Gia Duong (2016), “Design of C-Band Low-Noise Block Front- end for S tellite Re eivers”, International Journal of Applied Engineering Research, Scopus, Vol. 11 (8), pp. 5646-5652.
7. Tran Van Hoi, Ngo Thi Lanh, Nguyen Xuan Truong, Nguyen Huu Du , B h Gi Duong (2016), “Design of Front-end for S tellite Re eiver”, International Journal of Electrical and Computer Engineering, Scopus, Vol. 6 (5), pp. 2282 - 2290.
KẾT LUẬN CHUNG
Kết quả ủ luận án ã tr nh b y trong h ơng 2 v h ơng 3 bám sát mụ tiêu ề r . Luận án có 2 óng góp hính:
1. Đề xuất thuật toán t m kiếm v bám vòng hở, ho phép xá ịnh hính xá th ng số gó ngẩng v gó ph ơng vị ủ nten thu th ng qu vị trí ủ tr m thu v vị trí ủ vệ tinh. Đồng th i ề xuất kết h p thuật toán bám vòng hở v thuật toán bám từng b ớ ể nâng o hiệu quả bám vệ tinh. Trên ơ sở ó luận án ũng i nghiên ứu, thiết kế, hế t o hệ thống iều khiển bám vệ tinh ể ứng dụng thuật toán trên. Việ thử nghiệm hệ thống ho thấy kết quả iều khiển nten theo bám theo vệ tinh với th i gi n bám v ổn ịnh hệ thống nhanh < 0,5s. Kết quả n y ã ng bố trong á ng tr nh [4], [5].
2. Đề xuất á giải pháp thiết kế m h khuế h i hồi tiếp âm v giải pháp sử dụng th m số tối u ủ tr nsistor trong thiết kế m h phối h p trở kháng ể giảm hệ số t p âm ủ m h. Đồng th i thiết kế ũng ề xuất giải pháp thiết kế m h khuế h i 2 tầng với tần số khuế h i lệ h ỉnh và giải pháp sử dụng m h khuế h i mắ kiểu s ode ể tăng dải th ng, l i ủ m h khuế h. Để tăng tính ổn ịnh ủ tín hiệu thu, trong thiết kế ũng ã ứng dụng ng nghệ m h dải, linh kiện tí h h p v kỹ thuật vòng khó ph ể hế t o b d o ng n i với ổn ịnh o, b lọ th ng dải áp ứng yêu ầu ủ tuyến thu vệ tinh. Kết quả ã thiết kế, hế t o m h ổi tần nhiễu thấp băng C và máy thu băng L với nh y t -110 dBm với tỉ số S/N=1,5 v t -115 dBm với tỉ số S/N = 1,1; dải th ng ủ m h 1,2GHz; dải ng 61 dB. Những kết quả n y ã ng bố trong các công trình [1]-[3], [6], [7].
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cá kết quả nghiên ứu thiết kế hệ thống thu vệ tinh ho hệ thống bám theo vệ tinh òn m t số h n hế ó l máy thu ó nh y thấp v dải ng hẹp h áp ứng yêu ầu ủ hệ thống thu iều khiển bám vệ tinh. Đối với hệ thống iều khiển bám òn h n hế về th i gi n bám và ổn ịnh ủ hệ thống.
Để nâng o hiệu quả thu ủ á tr m thu vệ tinh, tí h h p tính năng tự ng phát hiện v iều khiển bám theo vệ tinh, ề t i luận án ủ nghiên ứu sinh l rất ấp thiết ể ó thể nắm bắt v l m hủ ng nghệ hế t o hệ thống thu vệ tinh ó khả năng thu di ng ứng dụng v o iều kiện thự tế ủ n ớ t hiện n y. Đây l nhiệm vụ rất qu n trọng ể ó thể thu hẹp khoảng á h ng nghệ ủ Việt N m so với khu vự v trên thế giới, v góp phần v o ng u ng nghiệp hoá, hiện i hoá ất n ớ , phát triển kinh tế xã h i v kh i thá hiệu quả vệ tinh VINASAT.
2. Mục tiêu của luận án
- Nghiên ứu ề xuất thuật toán iều khiển bám vệ tinh nhằm giảm th i gi n bám v nâng o ổn ịnh hệ thống. Nghiên ứu thiết kế, hế t o hệ thống iều khiển nten bám vệ tinh.
- Nghiên ứu ề xuất á giải pháp thiết kế, hế t o hệ thống thu vệ tinh băng C v băng L với nh y o, dải ng v băng tần r ng, hệ số khuế h i lớn sử dụng ho hệ thống thu iều khiển bám vệ tinh VINASAT-1 và cho các mụ í h thu dữ liệu.
3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên ứu thuật toán iều khiển bám vệ tinh hiện ng sử dụng từ ó ề xuất thuật toán tự ng t m kiếm v bám vệ tinh ảm bảo giảm th i gi n bám nhanh, chính xác. Ứng dụng các kỹ thuật iều khiển mới ể thiết kế, hế t o hệ thống iều khiển anten.
- Nghiên ứu, ề xuất á giải pháp thiết kế, hế t o m h trong hệ thống thu vệ tinh băng C b o gồm m h ổi tần nhiễu thấp băng C (LNB) v máy thu vệ tinh băng L.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu:
Sử dụng ph ơng pháp nghiên ứu lý thuyết kết h p với ph ơng pháp m phỏng bằng phần mềm huyên dụng nh Matlab, ADS v ph ơng pháp thự nghiệm.
5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối t ng nghiên ứu: Hệ thống iều khiển nten bám vệ tinh kiểu iều khiển ơ iện, cá hệ thống thu vệ tinh băng C v băng L, hệ thống th ng tin vệ tinh Vin s t 1.
- Ph m vi nghiên ứu: Hệ thống iều khiển nten bắt bám vệ tinh theo 2 trụ l : Theo gó ph ơng vị v gó gẩng ủ nten. Cá hệ thống thu vệ tinh băng C mở r ng v băng L.
6. Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Đây l m t h ớng i sáng t o và góp phần khẳng ịnh Việt N m ó thể l m hủ ng nghệ hế t o thiết bị iện tử siêu o tần, ặ biệt l hế t o thiết bị thu vệ tinh. Đề t i ó ý nghĩ thự tiễn v n i dung ủ luận án nằm trong khu n khổ ề t i VT/CN 03/13-15 thu Ch ơng tr nh Kho họ C ng nghệ Vũ trụ năm 2013 - 2015.
7. Bố cục của luận án Mở ầu
Ch ơng 1: Tổng qu n về hệ thống thu và iều khiển bám vệ tinh Ch ơng 2: Nghiên ứu, thiết kế hệ thống iều khiển v thuật toán bám vệ tinh
Ch ơng 3: Nghiên ứu, thiết kế, hế t o hệ thống thu vệ tinh băng C v băng L
Kết luận hung
D nh mụ á ng tr nh kho họ ủ tá giả liên qu n ến luận án T i liệu th m khảo
Hình 3.66 Độ nhạy máy thu tại tần số 1431 MHz, với S/N=1,5
Hình 3.67 Độ nhạy máy thu tại tần số 1644 MHz với S/N=1,5
Bảng 3.1 Kết quả kiểm định máy thu băng L
nh y ủ máy thu ở tần số 1915MHz t -110 dBm với tỉ số S/N = 1,5 và -115 dBm với S/N=1,1.
Hình 3.63 Độ nhạy máy thu tại tần số 1915 MHz với S/N=1,5
Hình 3.64 Độ nhạy máy thu tại tần số 1915 MHz với S/N=1,1 T ơng tự nh vậy nh y ủ máy thu ở á tần số 1.644 MHz và 1.431 MHz ều nhỏ hơn -110 dBm. Kết quả kiểm ịnh máy thu t á hỉ tiêu kỹ thuật ề r v áp ứng yêu ầu ho hệ thống thu iều khiển bám vệ tinh.
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THU VÀ ĐIỀU KHIỂN BÁM VỆ TINH
Ch ơng n y tr nh b y ơ sở lý thuyết về hệ thống thu vệ tinh, hệ thống iều khiển anten bám vệ tinh, á hỉ tiêu kỹ thuật ủ máy thu vệ tinh, tổng qu n t nh h nh nghiên ứu, thiết kế, hế t o hệ thống thu vệ tinh v hệ thống iều khiển bám vệ tinh. Từ ó ặt r các n i dung ần nghiên ứu ủ luận án.
1.1 Tổng quan về thông tin vệ tinh
Hệ thống th ng tin vệ tinh b o gồm 2 phần l phần không gian v phần mặt ất. Phần kh ng gi n b o gồm b phân hệ: phân hệ nten, phân hệ th ng tin v phân hệ o, bám v iều khiển TT&C.
Phần mặt ất b o gồm á tr m iều khiển v giám sát vệ tinh, tr m mặt ất thu phát th ng tin.
1.2 Hệ thống thông tin vệ tinh VINASAT-1
Vệ tinh VINASAT-1 phóng lên quỹ o ị tĩnh t i vị trí 1320 Đ ng ó vùng phủ sóng r ng lớn trong khu vự Châu Á, Châu Úc và Hawaii. Hệ thống tr m iều khiển gồm ó 2 tr m: Tr m iều khiển hính ặt ở phí Bắ t i H N i v tr m dự phòng ặt ở phí N m t i tỉnh B nh D ơng
.
Vệ tinh ó 8 b phát áp l m việ ở băng tần C mở r ng v 12 b phát áp l m việ ở băng tần Ku.1.3 Hệ thống thu và điều khiển anten bám vệ tinh 1.3.1 Giới thiệu chung
Sơ ồ khối hệ thống thu vệ tinh ó iều khiển bám vệ tinh thể hiện trên Hình 1.7. Hệ thống b o gồm á th nh phần: nten thu parabol, b ổi tần nhiễu thấp LNB, b thu giải mã, hệ thống iều khiển nten ACU, hệ thống truyền ng iều khiển gó ngẩng, gó ph ơng vị nten.
Hình 1.7 Sơ đồ khối hệ thống thu vệ tinh di động
1.4 Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống thu
1.4.1 Tạp âm (noise): T p âm l những th nh phần kh ng mong muốn, nh ng ũng kh ng tránh khỏi ủ á linh kiện v á th nh phần trong m h. Để ánh giá t p âm ủ máy thu ng i t sử dụng hệ số t p F, nó ịnh nghĩ l tỷ số ủ ng suất tín hiệu v ng suất t p âm ở ầu v o v ầu r .
1.4.2 Độ nhạy máy thu: Đ nh y ịnh nghĩ l mứ tín hiệu ầu v o nhỏ nhất ó thể hấp nhận m m t máy thu ó thể phân biệt tín hiệu thu. T ịnh nghĩ tiêu huẩn hấp nhận l tỉ số tín/t p vừ ủ, phụ thu v o d ng iều hế v biến d ng xung tín hiệu.
1.4.3 Hệ số khuếch đại (độ lợi): Hệ số khuế h i ủ m h khuế h i l tỷ số giữ ng suất ầu r v ng suất v o iều khiển, v th ng th ng tính trên th ng o de ibel (dB).
1.4.4 Băng thông: Băng th ng ủ m t m h khuế h i th ng xá ịnh từ tần số thấp nhất ến tần số o nhất ở iểm m hệ số khuế h i giảm 1/2. Th ng số n y òn gọi l băng th ng −3dB.
1.4.5 Dải động: Dải ng máy thu l khả năng thu v khuế h i tín hiệu từ mứ thấp nhất ( nh y) ho ến mứ o nhất m kh ng gây
EL AZ
Hệ thống iều khiển ACU B thu giải mã B ổi tần nhiễu
thấp LNB Hệ thống truyền
ng
TB Đầu uối
Tần số 1744 MHz Tần số 1784 MHz Hình 3.57 Một số tần số phát trong dải 1000MHz - 2000MHz 3.6 Kết quả chế tạo, thực nghiệm hệ thống thu băng L 3.6.1 Nghiên cứu, chế tạo khối nguồn nuôi
Nguồn nu i l m t b phận qu n trọng trong máy thu nhằm ung ấp iện áp m t hiều với ng suất phù h p v ó tính ổn ịnh o ảm bảo khả năng ho t ng ủ máy.
3.6.2 Xây dựng và thực nghiệm hệ thống
Sơ ồ ấu nối hệ thống máy thu băng L thể hiện trên Hình 3.60.
Hình 3.60 Sơ đồ đấu nối hệ thống thu vệ tinh băng L
Sử dụng máy phát hứ năng FG7002C ể t o d ng tín hiệu âm tần v o iều hế. Máy phát tín hiệu o tần 8648C thự hiện iều hế AM th nh tín hiệu o tần băng L. B d o ng ký DL1720E thự hiện qu n sát tín hiệu s u tá h sóng. Kết quả o
ổi tần số rất mềm dẻo iều khiển m t á h dễ d ng bằng các b vi xử lý.
3.5.2 Thiết kế mạch dao động nội, bộ tổng hợp tần số.
Hình 3.53 tr nh b y sơ ồ thiết kế m h t o d o ng sử dụng PLL. B tổng h p tần số dùng m h vòng bám ph PLL l vi m h ADF4113 ủ hãng An log Devi es với tần số d o ng 2,45GHz.
Hình 3.53 Sơ đồ nguyên lý mạch dao động sử dụng PLL Kết quả o nhiễu ph thể hiện trong Hình 3.56.
Hình 3.56 Kết quả đo nhiễu pha
Từ h nh vẽ ho thấy tần số ủ b t o d o ng ở 2,45GHz với ng suất -2,79dBm. Nhiễu ph ủ b d o ng thấp ở -107,57 dB /Hz ở tần số 50KHz.
Kết quả ủ b tổng h p tần số phát trong dải 1GHz v b ớ nhảy 40MHz thể hiện trên h nh 3.57.
méo tín hiệu. Nhiệm vụ ủ máy thu l khuế h i tín hiệu v o m kh ng l m méo d ng tín hiệu.
1.5 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc
Các nhà kho họ ở Việt N m ũng ã ó những nghiên ứu quan trọng trong lĩnh vự siêu o tần v hệ thống iều khiển nten thu vệ tinh. Tuy nhiên các công trình này hủ yếu l m việ ở băng tần L và S ứng dụng ho hệ thống R d . Cá nghiên ứu về hệ thống iều khiển bám vẫn òn h n hế về th i gi n bám v ổn ịnh.
1.6 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Cá nghiên ứu trên thế giới về thiết kế, hế t o hệ thống thu iều khiển bám vệ tinh xuất hiện nhiều trên á t p hí v á h i nghị kho họ chuyên ngành. Tuy nhiên th i gi n bám vệ tinh còn lớn 0.6s và h ổn ịnh. Các máy thu băng C v băng L có nh y thấp, dải tần v dải ng hẹp h áp ứng ho hệ thống thu iều khiển bám vệ tinh.
1.7 Xác định nội dung nghiên cứu của luận án
1.7.1 Nội dung nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển bám Nghiên ứu ải tiến thuật toán t m kiếm v bám vệ tinh ể t th i gian bám nhanh nhỏ hơn 0.6s, tính ổn ịnh cao. Trên ơ sở ó nghiên ứu, thiết kế, hế t o hệ thống iều khiển ể áp dụng thuật toán ề xuất từ ó ó kết quả o thử nghiệm thự tế.
1.7.2 Nội dung nghiên cứu, thiết kế hệ thống thu vệ tinh
N i dung nghiên ứu, thiết kế, hế t o hệ thống thu vệ tinh băng C v băng L với yêu ầu nh y cao, dải ng và băng thông r ng. Trong thiết kế ó ề xuất á giải pháp thiết kế ể l m giảm hệ số t p âm, tăng hệ số khuế h i v băng th ng ũng nh giải pháp giảm nhiễu ph ủ b d o ng nâng cao hất l ng ủ máy thu.
CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ THUẬT TOÁN BÁM VỆ TINH
N i dung h ơng n y i nghiên ứu ải tiến v thuật toán bám vệ tinh. Để minh hứng hiệu quả ủ thuật toán bám ề xuất, h ơng này ũng thự hiện nghiên ứu, thiết kế, hế t o hệ thống iều khiển nten bám vệ tinh, từ ó ó kết quả thử nghiệm.
2.1 Phƣơng pháp tìm kiếm vệ tinh
Để thự hiện quá tr nh t m kiếm vệ tinh, t dự v o vị trí ủ tr m mặt ất xá ịnh bởi kinh (KE) và vĩ (VE) và vị trí ủ vệ tinh xá ịnh bởi kinh (KS), o h ủ vệ tinh so với mặt ất. Từ ó ó thể tính toán gó ngẩng (EL) v gó ph ơng vị (Az) ủ anten tr m mặt ất.
2.2 Đề xuất thuật toán bám vệ tinh 2.2.1 Đề xuất thuật toán bám vòng hở
Sơ ồ thuật toán bám vòng hở ề xuất thể hiện trên Hình 2.6.
Th ng tin về kinh v vĩ ủ tr m thu lấy từ máy thu ịnh vị GPS kết h p với th ng tin vị trí ủ vệ tinh ể tính toán r gó ngẩng v gó ph ơng vị ủ tr m thu di ng. Hệ thống ảm biến gó nghiêng v ảm biến l b n số sẽ xá ịnh gó ngẩng v gó ph ơng vị hiện t i ủ tr m thu. Hai thông số n y sẽ so sánh với nhau ể iều khiển m tơ gó ngẩng El dị h lên, xuống v m tơ gó ph ơng vị Az qu y tới vị trí gó t ơng ứng. S u khi thự hiện xong hệ thống sẽ trở về tr ng thái ổn ịnh. Thuật toán n y ó u iểm l ổn ịnh o, quá tr nh bám ảm bảo liên tụ khi nten thu bị dị h h ớng. Nh ng nh iểm ủ thuật toán n y l hính xá phụ thu v o hính xá ủ hệ thống ịnh vị to n ầu GPS ũng nh á b ảm biến gó nghiêng, l b n số.
Hình 3.43 Kết quả đo tạp âm của mạch.
3.4 Giải pháp thiết kế mạch lọc thông dải
Có nhiều ph ơng pháp thiết kế m h lọ th ng dải sử dụng m h dải, tuy nhiên trong luận án ề xuất sử dụng m h lọ th ng dải kiểu ng h ởng ghép song song v m h ó ấu t o gọn nhẹ. Kết quả hế t o, o th m số trên máy phân tí h m ng Ve tor network n lyzer 37369D thể hiện trên hình d ới ây:
Hình 3.49 Hệ số truyền đạt S21 Hình 3.50 hệ số phản xạ S11 3.5 Giải pháp thiết kế mạch dao động nội và bộ tổng hợp tần số 3.5.1 Kỹ thuật vòng khóa pha PLL.
M h vòng bám ph PLL sử dụng rất r ng rãi ể ổn ịnh tần số d o ng v hế t o á b tổng h p tần số, bởi v ó thể t o r tần số bất kỳ ó ổn ịnh o ng ng với th h nh v ó thể th y
Để mở r ng dải tần l m việ v tăng hệ số khuế h i, giải pháp thiết kế m h khuế h i trung tần l sử dụng m h khuế h i 2 tầng, trong ó tầng ầu thiết kế m h mắ kiểu s ode ể mở r ng dải th ng, v tầng 2 giúp tăng hệ số khuế h i. Kết quả o c tham số S thể hiện ở hình d ới.
Hình 3.39 Hệ số khuếch đại S21 Hình 3.40 Hệ số S12
Hệ số khuế h i ủ m h lớn hơn 32,02dB v khá bằng phẳng trong m t dải rất r ng từ 0,94GHz ến 2,15GHz. Hệ số khuế h i lớn nhất t 33,19dB t i tần số 1,4GHz.
Hình 3.41 Hệ số phản xạ đầu vào Hình 3.42 Hệ số phản xạ đầu ra Hệ số phản x ầu v o v ầu r o rất tốt và có giá trị nhỏ hơn -10,22dB trong dải tần 0,95GHz – 2,15GHz. Kết quả o hệ số t p âm ủ m h nhỏ hơn 1,5dB trong dải khuế h i 950MHz ến 2100MHz.
Hình 2.6 Sơ đồ thuật toán bám vòng hở 2.2.2 Đề xuất thuật toán bám kết hợp
Đề xuất thuật toán bám kết h p thuật toán bám vòng hở v thuật toán bám từng b ớ thể hiện trên Hình 2.7. Khi bắt ầu hệ thống sẽ thự hiện hế bám vòng hở s u ó thự hiện hế bám từng b ớ v hế ổn ịnh. Khi hệ thống máy thu ó sự dị h huyển, lú ó mứ tín hiệu thu sẽ bị suy giảm, tùy mứ tín hiệu thu sẽ so sánh với mứ ng ỡng ể quyết ịnh huyển s ng hế bám vòng hở h y từng b ớ . Để t mứ tín hiệu thu lớn nhất th hệ thống tiếp tụ thự hiện quá tr nh bám từng b ớ ho ến khi t yêu ầu th hệ thống huyển s ng hế ổn ịnh.
Góc nghiêng (El2);
Góc la b n số (Az2).
Điều khiển gó Az phải Kinh , vĩ từ máy
thu GPS -> Az1, El1 ủ máy thu
Chế ổn ịnh Khởi ng
|Az1-Az2|<1
Az1-Az2>0
|El1-El2|<2
El1-El2>0
Điều khiển góc Az trái
Điều khiển góc El lên
Điều khiển gó El xuống Đ
Đ Đ
S
S
Đ
S
S
Hình 2.7 Sơ đồ thuật toán bám kết hợp 2.3 Thiết kế hệ thống điều khiển anten
Hình 2.9 Sơ đồ hệ thống điều khiển anten
Cấu trú hệ thống iều khiển nten bám vệ tinh thể hiện trên Hình 2.9. Tín hiệu thu từ vệ tinh kết h p với tín hiệu từ á ảm biến, máy thu GPS v o vi xử lý ể truyền về máy tính xử lý. Máy tính thự hiện tính toán th m số gó ngẩng, gó ph ơng vị hiện t i v gó ần dị h huyển nten tới, th ng tin s i lệ h về gó sẽ huyển th nh tín hiệu iều khiển trở l i vi xử lý ể iều khiển hệ thống nten bám vệ tinh.
Chế bám vòng hở
Chế bám từng b ớ
Chế ổn ịnh
AGC>NG2 Bắt ầu
AGC>NG1 Đ
Đ S
S
IF
Điều khiển ng ơ
Chuyển ổi A/D
Truyền ng EL, Az
Cảm biến góc Az, EL LNB
Máy thu GPS
Vi xử lý PC
Chuyển ổi A/D
Khuế h i Tách
sóng
Hình 3.30 Hệ số S21 Hình 3.31 Hệ số S12
Hình 3.32 Hệ số phản xạ đầu vào Hình 3.33 Hệ số phản xạ đầu ra 3.3 Giải pháp thiết kế mạch khuếch đại trung tần.
Hình 3.36 Kết quả mô phỏng tham số S
Hình 3.22 Kết quả đo tạp âm của mạch.
3.2.3 Giải pháp thiết kế mạch LNA sử dụng hồi tiếp âm.
Để tăng r ng băng tần khuế h i v giảm t p âm th tầng 1 ề xuất thiết kế m h khuế h i sử dụng hồi tiếp âm, tầng 2 thiết kế ể tăng hệ số khuế h i. Kết quả mô phỏng á th m số ủ m h khuế h i thể hiện ở các hình sau:
Hình 3.27 Kết quả mô phỏng tham số S
Thự hiện thiết kế l yout v hế t o m h trong phòng thí nghiệm, phân ự ho tr nsistor với iện áp phân ự UGS = -0,8V v UDS = 5V ể tr nsistor l m việ ở hế A. Kết quả o kiểm tr trên máy phân tí h m ng Ve tor network n lyzer 37369D với á tham số ủ m h thể hiện trên h nh vẽ d ới:
2.4 Thiết kế giải thuật điều khiển động cơ.
2.4.1 Mạch điều khiển động cơ
Để iều khiển ng ơ m t hiều quay thuận nghị h t sử dụng m h ầu H, giải pháp ở ây sử dụng tr nsistor ng suất BJT lo i NPN 2SC2581 v lo i PNP 2SA1106 kết h p á IC ghép qu ng 4N35 á h ly phần iều khiển với m tơ iều khiển 2 kênh.
2.4.2 Nâng cao chất lƣợng sử dụng luật điều khiển mờ PID.
Để hệ thống iều khiển t á th m số: th i gi n áp ứng nh nh, quá iều hỉnh l nhỏ nhất, triệt tiêu s i lệ h tĩnh, phần n y ề xuất sử dụng b iều khiển PID m . B iều khiển PID m sẽ iều hỉnh á th m số KP, KI, KD ủ b iều khiển PID t giá trị tốt nhất. Sơ ồ b iều khiển PID m thể hiện ở Hình 2.13.
Hình 2.13 Sơ đồ khối bộ điều khiển mờ PID.
Kết quả m phỏng trên phần mềm M tl b khi sử dụng b iều khiển PID v b iều khiển m PID hiển thị trên Hình 2.19.
Hình 2.19 Đáp ứng của bộ điều khiển mờ PID K’P K’I K’D
y u
ysp e B iều khiển PID Đối t ng
-1
Fuzzy de/dt
2.5 Thiết kế, chế tạo khối xử lý trung tâm 2.5.1 Thiết kế mạch xử lý trung tâm
Trên ơ sở sơ ồ hệ thống ã thiết kế, tiến h nh tổng h p sơ ồ thiết kế khối xử lý trung tâm.
2.5.2 Thiết kế hệ thống truyền động
Hình 2.26 Sơ đồ bố trí hệ thống truyền động
Hệ thống truyền ng b o gồm ơ ấu bánh răng, ng ơ DC, ơ ấu en oder bố trí ể iều khiển nten theo 2 h ớng. Hệ thống truyền ng thự hiện iều khiển nten qu y gó 3600 theo góc ph ơng vị v 900 theo gó ngẩng.
2.6 Kết quả đo đạc thử nghiệm
Trung tâm iều khiển l phần mềm i ặt trên máy tính PC.
Phần mềm iều khiển viết bằng ng n ngữ Visu l C++ ó gi o diện nh Hình 2.28. Phần mềm thự hiện kết nối tr o ổi th ng tin 2 hiều giữ máy tính v hệ thống truyền ng nten qu ổng COM.
Thử nghiệm bắt vệ tinh Vin s t 1 ở vị trí 1320 ng, tính toán gó ngẩng v gó ph ơng vị ủ nten lần l t l 51,50 và 1260.
Hình 3.14 Hệ số tạp âm của mạch khuếch đại
Kết quả o các th m số ủ m h thể hiện trên h nh vẽ d ới:
Hình 3.17 Hệ số S21 Hình 3.18 Hệ số S12
Hình 3.19 Hệ số phản xạ đầu vào Hình 3.20 Hệ số phản xạ đầu ra
Hệ số khuế h i ủ m h lớn hơn 21,4dB trong dải tần 3,4 – 4,2 GHz v khá bằng phẳng, giá trị lớn nhất t 23,85dB t i tần số 4GHz. Hệ số phản x ầu v o và ra t giá trị < -10dB.
hiệu/t p nhiễu ủ hệ thống khá trong hệ thống sử dụng á phần tử nh y ảm nh nten, b khuế h i t p âm thấp v.v
3.2.2 Giải pháp thiết kế mạch khuếch đại tạp âm thấp.
Giải pháp thiết kế m h khuế h i t p âm thấp ề xuất ó l sử dụng th m số tối u ủ tr nsistor về t p âm ể giảm hệ số t p âm ở mứ nhỏ nhất. Để tăng r ng dải tần v tăng hệ số khuế h i, luận án ề xuất sử dụng m h khuế h i 2 tầng ghép nối tiếp với tần số khuế h i trung tâm lệ h nh u. Tầng 1 l 3,7GHz và tầng 2 l 3,9GHz. M h thiết kế thể hiện trên Hình 3.12.
Hình 3.12 Sơ đồ mạch khuếch đại tạp âm thấp 2 tầng Kết quả m phỏng á th m số ủ m h khuế h i thể hiện ở á h nh s u:
Hình 3.13 Kết quả mô phỏng tham số S
Hình 2.28 Phần mềm điều khiển cài đặt trên máy tính
Kết quả o mứ tín hiệu thu sau tách sóng ủ máy thu khi áp dụng thuật toán bám từng b ớ thể hiện trên Hình 2.30.
Hình 2.30 Mức tín hiệu thu sử dụng thuật toán bám từng bước Th i iểm 0 ến 21s l quá tr nh khởi ng v t m kiếm vệ tinh, s u ó hệ thống thự hiện quá tr nh bám ổn ịnh. T i iểm 42,94s l th i iểm m hệ thống nten thu bị dị h huyển lú n y hệ thống phải thự hiện quá tr nh bám vệ tinh. Th i gi n thự hiện quá tr nh bám mất khoảng từ v i ms ến v i s tùy theo gó dị h huyển so với vị trí b n ầu.
Hình 2.31 Mức tín hiệu thu sử dụng thuật toán bám vòng hở.
Hình 2.31 thể hiện kết quả o mứ tín hiệu thu khi sử dụng thuật toán bám vòng hở. Th i gi n bám hỉ òn khoảng 0,5s tùy thu v o hính xá ủ thiết bị thu GPS, và thiết bị ảm biến.
Hình 2.32 Mức tín hiệu thu sử dụng thuật toán bám kết hợp.
Hình 2.32 thể hiện kết quả o mứ tín hiệu thu khi sử dụng thuật toán bám kết h p. Th i gi n bám rút ngắn t ơng ơng với hệ thống sử dụng thuật toán bám vòng hở với hất l ng tín hiệu ổn ịnh.
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG THU VỆ TINH BĂNG C
N i dung h ơng 3 i nghiên ứu các giải pháp ể thiết kế, hế t o hệ thống thu vệ tinh tần băng C v băng L ó nh y o, băng tần v dải ng r ng ứng dụng ho hệ thống thu iều khiển bám vệ tinh.
3.1 Thiết kế sơ đồ hệ thống thu
Sơ ồ hệ thống thu vệ tinh b o gồm 2 th nh phần hính ó l : B thu ổi tần nhiễu thấp LNB băng C v b thu băng L. Sơ ồ thiết kế thể hiện trên Hình 3.1 và Hình 3.2.
Hình 3.1 Bộ thu đổi tần nhiễu thấp băng C
Hình 3.2 Hệ thống thu vệ tinh băng L 3.2 Nghiên cứu các giải pháp thiết kế mạch tạp âm thấp 3.2.1 Mạch khuếch đại siêu cao tần.
Khi thự hiện phối h p trở kháng tốt th ng suất truyền từ nguồn ho ến tải sẽ t giá trị ự i òn tổn thất trên ng truyền l ự tiểu. Phối h p trở kháng sẽ giúp ải thiện tỷ số tín
R băng L Lọ dải
BPF-1
LNA Tr n Lọ dải
BPF-2
KĐ IF
Dao ng n i V o băng C
AM/PM
Giải ĐC IQ
LNA Tr n KĐ IF
Tổng h p tần số
Giải ĐC
Giải mã Băng
L KĐ
Đầu r I/Q TB ầu uối
