Hệ thống giám sát đa điểm MLAT – Các tính toán cơ bản về trạm thu

Bài báo trình bày về hệ thống đa điểm (MLAT-Mutilateration) dùng để giám sát các phương tiện trên sân bay theo nguyên lý TDOA, các tiêu chuẩn cơ bản khi triển khai hệ thống như: số lượng các trạm, vị trí các trạm nằm trong vùng phủ sóng, tối ưu hóa vị trí các trạm để đạt được sai số cần thiết... Mời các bạn cùng tham khảo!

Hệ Thống Giám Sát Đa Điểm MLAT – Các Tính Toán Cơ Bản Về Trạm Thu Nguyễn Đức Việt1, Vũ Anh Đào2 Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng Email: vietnd@ptit.edu.vn, Daoav@ptit.edu.vn Tóm tắt — ẩ ản tri n khai h ợng trạm, vị trí trạm nằm vùng ó ị trí trạ ợc sai s cần thiế … theo ngu th : phủ sóng, t Từ khóa — R I GIỚI THIỆU Hệ thống AT uti at ration m t iến thể c a hệ thống a th ng ng nguy n TD A Tim Di r nc o Arriva ể ác ịnh vị trí c a m c ti u cần giám sát hác v i hệ thống a th ng thông thư ng, hệ thống AT thư ng àm việc ết h p v i m t máy h i c a ài a thứ cấp s n ay, v i phương tiện hác hông phải máy ay th ể giám sát c cần trang ị Transpon r cho m i phương tiện Cấu tr c ản c a m t hệ thống AT c tr nh ày h nh sau y: Hình Cấu tr c t ng quát hệ thống Hình inh họa nguy n TD A v i trạm thu Bài báo cung cấp nghiên cứu tính tốn trạm thu c a hệ thống MLAT, c thể là:  Số ng trạm thu cần thiết ể ảm bảo sai số mong muốn cho hệ thống;  Ảnh hư ng c a trạm thu ến sai số phương án dự phòng trạm thu bị l i;  Vị trí trạm thu theo vùng ph sóng tối ưu th o sai số yêu cầu Theo tiêu chuẩn c a ATC ể giám sát Máy bay phương tiện sân mức sai số khuyến nghị 7,5m, nhiên v i thực tế nhiều loại xe chạy tr n s n xe taxi có kích thư c nh nhất, chiều dài xe khoảng 4,5m nên tính toán báo sai số mong muốn c ưa 4,5m [7] Các tính tốn ài áo c thực v i iều kiện trạm thu c a hệ thống ều nằm m t không gian không chịu tác ng c a loại can nhiễu vơ tuyến Mơ hình tính tốn c áp d ng tr n ịa hình c a sân bay quốc tế N i AT Khi máy h i (từ ến M) c a ài a thứ cấp phát tín hiệu h i (tiêu chuẩn ATC tần số 1030Mhz) t i Transpon r c thiết kế lắp ặt tr n phương tiện cần giám sát vị trí như: thang, hí, ta i hay máy trả l i Tàu bay Các thiết bị nhận c tín hiệu h i liền xử lý gửi m t tín hiệu trả l i (tần số 1090 Mhz) t i anten c a trạm thu (từ ến N) c a hệ thống, vào th i gian khác trạm thu nhận c tín hiệu trả l i từ m t Transponder trạm xử lý trung tâm tính tốn vị trí c a Transpon r ó th o minh họa hình II VỊ TRÍ CÁC TRẠ THU THEO VÙNG PHỦ SÓNG VÀ TỐI ƯU THEO SAI SỐ YÊU CẦU A Tính tốn vùng phủ sóng mục tiêu hi phương tiện cần giám sát di chuyển sân bay, máy phát trả l i Tàu bay hay máy phát c a Transponder tạo nên vùng ph sóng ịnh, việc lắp ặt trạm thu c a hệ thống AT òi h i phải ặt vị trí vùng ph sóng Theo [7] v i tham số về: Công suất c a máy phát trả l i, Đ nhạy c a máy thu, tính chất c a phát xạ c a Anten phát thu, ặc iểm môi trư ng truyền sóng…, v i phần mềm xây dựng c tác giả ã tính tốn c vùng ph sóng c a m c tiêu cần giám sát khu vực sân bay m t số iểm cực như: ầu ng ăn Bắc, Nam…thể hình i y Hình t ng h p vùng ph sóng c a m c tiêu di chuyển khu vực sân bay cần giám sát vị trí Thơng qua việc tính tốn vùng ph sóng cho phép lựa chọn vị trí ặt trạm thu ể ảm bảo u cầu ng sóng ể kích hoạt máy thu c a trạm thu làm việc tin cậy B Thuật tốn tối ưu vị trí trạm thu Sau lựa chọn c vị trí an ầu nhiệm v c a tốn tối ưu t m m t vị trí tối ưu lân cận vị trí an ầu (bán kính c a vùng lựa chọn ph thu c vào ịa h nh ặt trạm yêu cầu c thể c a hệ thống, thư ng bán kính c chọn khoảng m ến 1000m) cho hệ thống tạo m t vùng quan sát v i sai số cho trư c có diện tích l n Để tối ưu hóa vị trí c a trạm thu theo tiêu chí tạo vùng quan sát DN có diện tích l n nhất, tác giả xây dựng thuật toán sau: : Trong v ng cho trư c, chọn ng u nhi n m t tập h p N trạm thu: M1(x1, y1, z1), M2(x2, y2, z2), M3(x3, y3, z3 … MN (xN, yN, zN Dựa tr n ết ã tính tốn, v i t h p V1 (M1, M2, M3… ã chọn có giá trị thích nghi STN1 N c 2: Từ iểm ặt trạm an ầu M1(x1, y1, z1), lấy ng u nhi n iểm M11, M12, M 3… M1n (n số tự nhiên c chọn theo u cầu ngư i dùng khả tính tốn c a máy tính , iểm M11, M12, M 3… M1n nằm m t ng trịn có t m iểm M1 án ính R= m, ể ảm bảo có m t phân bố Hình V ng ph sóng hi m c ti u tọa 36N 47 36 E c 3: Từ tập h p iểm MNn, xây dựng c tập Vn, m i tập Vn có giá trị thích nghi tương ứng STNn c 4: Kiểm tra iều kiện lựa chọn c a STNn chọn tập gần tối ưu Vn* c 5: V i tập Vn* kiểm tra iều kiện h i t Nếu ng th tập Vn* tối ưu Nếu sai thay Vn Vn* lặp lại c Hình V ng ph sóng hi m c ti u tọa N 49 7E Hình V ng ph sóng t ng h p hi m c ti u i chuyển tr n hu vực s n ay Hình ưu thuật tốn t m vị trí tối ưu trạm thu C Kết tối ưu vị trí trạm thu Theo thuật tốn tối ưu việc tối ưu hóa vị trí ặt trạm thu tạo m t hệ thống giám sát có vùng quan sát v i diện tích l n nhất, tốn c thể vùng quan sát c tính cho giá trị sai số δ = 4,5m [4] Kết tính tốn trình bày thu N tăng n th sai số t ng quát sai số hình học GDOP (Geometric Dilution Of Pricision) c a hệ thống giảm i, m i phân bố có giá trị sai số khác ; V i mức sai số yêu cầu cho hệ thống a th ng giám sát máy bay vùng giám sát gần (bao gồm ng ăng hu vực cất hạ cánh) 7,5m [6], nhiên v i kích thư c nh c a phương tiện cần giám sát tr n ng ăng : chuy n ng, xe Bus,Taxi yêu cầu sai số cần nh mức 7,5m, c thể ể giám sát c phương tiện sai số c a hệ thống c yêu cầu mức δ = 4,5 m, y ti u chuẩn ể xem xét tính tốn số ng trạm thu bảng I hình vẽ 7, hình Các hình vẽ i y thể vị trí số ng trạm vùng quan sát v i giá trị sai số c thể m t sân bay Hình V ng sai số tr n ng ăng hi chưa tối ưu Hình Sai số tr n ng ăng hi số trạm thu N=7 Khi số ng trạm thu trạm th tr n ng ăng vùng sai số nh δ > 5m, uất vùng sai số 5m 6m Diện tích vùng sai số δ = 4,5m 8,9 84 m2 Hình V ng sai số tr n ng ăng hi ã tối ưu BẢNG I TỌA Đ CÁC TRẠ THU TRƯỚC VÀ SAU HI TỐI ƯU Hình 10 Sai số tr n ng ăng hi số trạm thu N= Khi số ng trạm thu 11trạm th tr n ng ăng vùng sai số 4m