Đang tải... (xem toàn văn)
LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ viễn thông đang ngày càng phát triển và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt với công nghệ thông tin vô tuyến điện. Với khả năng hoạt động trên nhiều địa hình, khu vực khác nhau hoặc trên toàn cầu, do đó hầu hết những hoạt động sản xuất, quân sự, hàng không hàng hải, dịch vụ truyền thông… đều có những ứng dụng tần số vô tuyến. Hơn bao giờ hết, công nghệ ứng dụng tần số vô tuyến đang bùng nổ mạnh mẽ và trở thành một lĩnh vực được đầu tư nghiên cứu cũng như quản lý chặt chẽ. Tần số vô tuyến không chỉ đơn thuần là phương tiện thông tin liên lạc của con người, mà tài nguyên này còn là đơn vị giúp con người quản lý hoạt động của các hệ thống trang thiết bị, phương tiện trên một giới hạn về không gian, địa lý. Ứng dụng của công nghệ thông tin vô tuyến đã đi sâu vào hầu hết mọi hoạt động của con người, từ hoạt động sản xuất, công nghiệp, dịch vụ: Hàng hải, hàng không, trong các dây truyền sản xuất của nhà máy công nghiệp, điều hành khai thác hầm mỏ, quản lý Taxi, hay các dịch vụ truyền thanh, truyền hình,...Cho đến những hoạt động quân sự, ứng dụng tần số vô tuyến càng trở nên thiết yếu, các hệ thống phòng không, các trang thiết bị chiến đấu, phương tiện liên lạc quân sự đều có những ứng dụng của vô tuyến điện. Nói một cách khác, ngày nay ứng dụng của tần số vô tuyến điện đã trở nên hết sức phổ biến, rộng rãi và vô cùng đa dạng, nó đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại. Chính vì vị trí, vai trò của những ứng dụng của tần số vô tuyến như vậy, mà tài nguyên có hạn này cần phải được quản lý và quy hoạch rõ ràng cho từng lĩnh vực cụ thể. Việc nghiên cứu, tìm hiểu đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật định vị phát xạ gây can nhiễu trong kiểm soát tần số vô tuyến” sẽ cho chúng ta những góc nhìn cụ thể về khái niệm, nhiệm vụ của đơn vị quản lý, kiểm soát tài nguyên tần số tại Việt Nam và hiểu rõ hơn về kỹ thuật xác định, định hướng phát xạ, giải quyết nhiễu vô tuyến điện của đơn vị trong thời gian qua. Trong thời gian nghiên cứu, mặc dù đã rất cố gắng đầu tư thời gian và học hỏi tìm tòi, tuy nhiên tài liệu nghiên cứu còn hạn hẹp, phạm vi nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu còn ít cũng như kinh nhiệm trong quá trình thực hiện đồ án còn hạn chế, do đó trong đồ án không tránh khỏi những khiếm khuyết hay sai sót. Kính mong thầy giáo hướng dẫn và các thầy cô giáo của trường đóng góp ý kiến chỉ bảo để nội dung của bản đồ án tốt nghiệp của tôi được hoàn thiện hơn nữa. Xin trân trọng cám ơn! 1.Lý do chọn đề tài. Từ sự phát triển mạnh mẽ của các ứng dụng tần số vô tuyến đó, nó đã làm cho phổ tần số vô tuyến điện vốn đã hữu hạn ngày càng trở lên hữu hạn và vô cùng chật chội. Mặt khác cũng là do sóng vô tuyến không có biên giới nên thực tế đã làm cho công tác quản lý tần số vô tuyến điện càng trở lên khó khăn hơn, đòi hỏi ngày càng một cao với yêu cầu đảm bảo việc sử dụng phổ tần trong môi trường dùng chung đạt hiệu quả cao không bị can nhiễu vô tuyến. Nhưng trong thực tế các hiện tượng can nhiễu giữa các hệ thống thông tin vô tuyến với nhau vẫn thường xuyên xảy ra. Thậm chí ngay giữa các hệ thống thiết bị không phải thông tin vô tuyến nhưng có sinh ra các phát xạ vô tuyến điện cũng gây can nhiễu với các hệ thống thông tin vô tuyến điện. Thực tế hiện nay, thông tin vô tuyến điện không chỉ có có ý nghĩa cấp thiết trong liên lạc, truyền thông mà còn giữ vai trò thiết yếu trong nhiều lĩnh vực khác trong cuộc sống và các hoạt động sản xuất như hàng không, sản xuất công nghiệp, du lịch,các dịch vụ truyền hình, hàng hải…, do đó khi can nhiễu xảy ra sẽ làm cản trở, gián đoạn các hoạt động này, làm giảm năng suất cũng như chất lượng lao động, đối với hoạt động điều hành hàng không, việc can nhiễu còn có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng cho chuyến bay. Trước những yêu cầu thực tế đó, tôi đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật định vị phát xạ gây can nhiễu trong kiểm soát tần số vô tuyến” với mong muốn nghiên cứu, tìm hiểu rõ hơn về công tác quản lý tần số vô tuyến điện, về can nhiễu vô tuyến và các phương pháp định hướng, định vị nhiễu, từ đó có phương pháp khắc phục hợp lý hiệu quả. Đồng thời, tôi cũng mong muốn rằng những cơ sở lý thuyết đã được nghiên cứu sẽ ứng dụng vào thực tế hiện nay một cách hiệu quả đảm bảo cho các hoạt động thông tin vô tuyến được thông suốt, ổn định. 2.Tính cấp thiết. Ứng dụng tần số vô tuyến đã được triển khai trên rất nhiều lĩnh vực khác nhau, mà trên một giới hạn địa lý những tần số lân cận nhau hoặc phát xạ không mong muốn từ những nguồn phát xạ tự nhiên hoặc nhân tạo có thể gây ra sự can nhiễu cho nhau. Do đó, việc quản lý nguồn tài nguyên tần số vô tuyến điện là hết sức cần thiết, mang lại nhiều lợi ích kinh tế, phục vụ an ninh, quốc phòng và trật tự, an toàn xã hội. Khi một hệ thống thông tin vô tuyến điện bị can nhiễu, nó sẽ ảnh hưởng đến chất lượng các hoạt động dịch vụ của hệ thống, đến khả năng liên lạc hay truyền nhận thông tin. Do vậy vấn đề đặt ra là phải xác định và loại bỏ được các nguyên nhân can nhiễu hay các nguồn đã gây ra can nhiễu. Từ yêu cầu thực tế đó, định hướng tín hiệu cung cấp dữ liệu cho định vị nguồn phát sóng, nhằm mục đích xác định vị trí nguồn gây nhiễu, phát sóng bất hợp pháp, giúp cho quản lý phổ tần số chặt chẽ và hiệu quả hơn, đồng thời có thể phát hiện và loại bỏ các nguồn can nhiễu cho các hệ thống thông tin mà nhiều nguyên lý, phương pháp, quy trình kỹ thuật xác định can nhiễu đã được nghiên cứu, xây dựng và áp dụng. Định hướng tín hiệu, cung cấp dữ liệu cho định vị nguồn phát sóng, nhằm mục đích xác định vị trí các nguồn gây nhiễu, phát sóng bất hợp pháp, giúp cho quản lý phổ tần số chặt chẽ và hiệu quả hơn. Do đặc điểm cấu hình thiết bị sử dụng kỹ thuật định hướng đơn kênh không quá phức tạp, tính năng cơ động, giá thành hợp lý và đáp ứng yêu cầu của định vị nguồn phát sóng, nên hiện nay các kỹ thuật định hướng đơn kênh được sử dụng rất nhiều trong kiểm soát tần số vô tuyến điện.
BỘ CÔNG AN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – HẬU CẦN CAND - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “Nghiên cứu kỹ thuật định vị phát xạ gây can nhiễu kiểm soát tần số vô tuyến” Học viên : Giáo viên hướng dẫn : Chuyên ngành : Niên khóa : CHU VIỆT THÀNH PGS.TS PHẠM TUẤN GIÁO KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG 2011 - 2016 NỘI DUNG TRÌNH BÀY • ĐẶT VẤN ĐỀ • KHÁI QUÁT VỀ NHIỄU VÔ TUYẾN • ĐỊNH VỊ PHÁT XẠ GÂY CAN NHIỄU TRONG KIỂM SOÁT TẦN SỐ • ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TRONG CÔNG TÁC CHỐNG NHIỄU trung tâm tần số khu vực V • ĐẶT VẤN ĐỀ Tần số vô tuyến không đơn phương tiện thông tin liên lạc người, mà tài nguyên đơn vị giúp người quản lý hoạt động hệ thống trang thiết bị, phương tiện Từ phát triển mạnh mẽ ứng dụng tần số vô tuyến, làm cho phổ tần số vô tuyến điện vốn hữu hạn ngày trở lên hữu hạn vô chật chội Mặt khác sóng vô tuyến biên giới nên thực tế làm cho công tác quản lý tần số vô tuyến điện trở lên khó khăn hơn, đòi hỏi ngày cao với yêu cầu đảm bảo việc sử dụng phổ tần 2 • Khái quát nhiễu vô tuyến Khái niệm phân loại nhiễu: Khái niệm: Can nhiễu tác động có hại nhiều nguồn phát xạ, xạ đầu vào máy thu ảnh hưởng đến tín hiệu có ích hệ thống thông tin vô tuyến điện, dẫn đến làm giảm chất lượng, bị hẳn thông tin Phân loại: NHI ỄU VÔ T UY ẾN Nhiễu cho phép Nhiễu chấp nhận Nhiễu có hại • Khái quát nhiễu vô tuyến Các nguy can nhiễu Nhiễu đồng kênh (Co-chanel interferences) Nhiễu lân cận (Adjacent chanel interferences) Nhiễu đài phát vô tuyến điện bất hợp pháp (phát xạ bất hợp pháp) Nhiễu thiết bị không đảm bảo yêu cầu tương thích điện từ trường (EMC) Nhiễu phát xạ không mong muốn (bao gồm phát xạ băng phát xạ giả) Nhiễu điện thoại không dây (điện thoại máy mẹ máy con) có tần số không quy hoạch tần số vô tuyến điện gây nhiễu cho đài vô tuyến điện 3 • Định vị phát xạ gây can nhiễu Kiểm soát tần số Giới thiệu chung kỹ thuật định hướng nguồn phát sóng Khái niệm mô hình chung Định hướng nguồn phát sóng để xác định hướng đến nguồn phát sóng vô tuyến điện so với hướng tham chiếu Cấu trúc chung thiết bị định hướng bao gồm: Anten định hướng, khối thu tín hiệu khối xử lý định hướng 3 • Định vị phát xạ gây can nhiễu Kiểm soát tần số Phân loại Khi phân loại theo phương pháp xử lý tìm hướng dựa biên độ pha tín hiệu đến gồm loại: + Hệ thống định hướng biên độ (amplitude – base) + Hệ thống định hướng pha (phase – base) + Hệ thống định hướng biên độ – pha kết hợp Khi phân loại hệ thống định hướng theo số lượng kênh thu sử dụng chia làm nhóm, gồm: + Hệ thống định hướng đơn kênh (Single – channel DF system) + Hệ thống định hướng đa kênh (Multi – channel DF system) 3 • Định vị phát xạ gây can nhiễu Kiểm soát tần số Các yếu tố ảnh hưởng tới độ xác việc xác định hướng sóng tới Số lượng phần tử anten dàn Khoảng cách phần tử anten – d Số lượng mẫu tín hiệu Tỷ số tín hiệu tạp âm (SNR) Tính tương quan tín hiệu • Định vị phát xạ gây can nhiễu Kiểm soát tần số Kỹ thuật định hướng định vị nguồn phát xạ gây can nhiễu Đến thời điểm nay, có phương pháp thường sử dụng để định hướng nguồn phát xạ: Phương pháp Watson Watt Phương pháp giao thoa Phương pháp Doppler Phương pháp sử dụng anten định hướng cao Phương pháp FDOA/TDOA sử dụng hai vệ tinh GSO 3 • Định vị phát xạ gây can nhiễu Kiểm soát tần số Phương pháp Watson Watt Kỹ thuật Watson-Watt sử dụng cặp anten Adcock đặt vị trí vuông góc với hướng Đông để tạo tín hiệu N-S (Bắc-Nam) E-W (Đông-Tây) Các tín hiệu đưa qua máy thu φ = arctan ( ) • Định vị phát xạ gây can nhiễu Kiểm soát tần số Phương pháp giao thoa αˆ = arctan Góc phương vị nguồn phát xạ: Góc ngẩng: εˆ = arccos ( Φ − Φ1 ) Φ2 −Φ1 Φ3 −Φ1 + ( Φ − Φ1 ) 2πα / λ • Định vị phát xạ gây can nhiễu Kiểm soát tần số Phương pháp áp dụng nguyên lý Doppler Nếu phần tử anten quay vòng tròn bán kính R, tín hiệu thu chịu ảnh hưởng tần số điều chế ωo, tần số quay ωr, hiệu ứng dịch chuyển tần số Doppler 3 • Định vị phát xạ gây can nhiễu Kiểm soát tần số Phương pháp áp dụng nguyên lý Doppler Từ giá trị biên độ tức thời: u(t)= acos [ωot +(2π/𝜆 o)cos(ωr t – α) + φ] Tần số tức thời là: ω(t)= dΦ(t)/dt= ωo - (2π/𝜆 o) ωrsin(ωrt – α) Lọc lấy thành phần điều chế Doppler, ta có: Sr = - sin ωr t Hệ số biến đổi Fourier Sr đưa giá trị ước lượng góc phương vị α 3 • Định vị phát xạ gây can nhiễu Kiểm soát tần số Định hướng sử dụng anten có hướng tính cao • Phương pháp dựa sở giản đồ hướng tính anten, đánh giá mức điện áp tín hiệu anten có chuẩn hướng tính thu quay, vị trí điện áp thu lớn anten hướng tính, thị góc định hướng nguồn nhiễu 3 • Định vị phát xạ gây can nhiễu Kiểm soát tần số Phương pháp FDOA/TDOA sử dụng hai vệ tinh GSO Hai chuỗi thời gian tín hiệu đường xuống truyền từ hai vệ tinh địa tĩnh lưu phân tích để biết độ lệch thời gian tần số hai vệ tinh, điều thực phương pháp CAF (Cross Ambiguity Function) Từ định vị vị trí đài phát 4 • Đề xuất giải pháp công tác chống nhiễu Trung tâm tần số khu vực V Đề xuất giải pháp công tác chống nhiễu Bổ sung thêm trạm kiểm soát cố định Sử dụng trạm cố định có kết hợp với trạm kiểm soát động cầm tay Giải pháp xác định vị trí phát xạ tia định hướng kết hợp với tính toán suy hao đường truyền giả định mức công suất để xác định vị trí phát xạ gây can nhiễu • Đề xuất giải pháp công tác chống nhiễu Trung tâm tần số khu vực V Tương tác với điều kiện sử dụng thực tế Định vị vị trí máy phát Trạm điều hành Taxi Thuận An – Ninh Giang – Hải Dương qua trạm thu Hải Phòng (Trung tâm tần số khu vực V) trạm thu Hải Dương Xác định đối tượng phát xạ máy đàm Trung tâm điều hành Taxi Thuận An – tọa độ (Vĩ độ: 20°45'53.53"Bắc, Kinh độ: 106°22'19.97"Đông), địa QL 37 – Ninh Thành – Ninh Giang – Hải Dương CẢM ƠN HỘI ĐỒNG ĐÃ QUAN TÂM THEO DÕI!