lị VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỦ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đe tài PHÓI HỢP TÀN SỐ VÀ TÍNH TOÁN CAN NHIỄU CHO VỆ TINH QUAN SÁT TRÁI ĐẤT Giảng viên hưóng dẫn Sinh viên thực hiện.
lị VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỦ - THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đe tài: PHĨI HỢP TÀN SỐ VÀ TÍNH TỐN CAN NHIỄU CHO VỆ TINH QUAN SÁT TRÁI ĐẤT Giảng viên hưóng dẫn Sinh viên thực Lớp Khóa Hệ T.S DẠNG ĐÌNH TRANG NGUÝẺN ANH THÁI K16B 2013-2017 ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Hà Nội,tháng 05/2017 LỜI CẢM ƠN Em xin cảm ơn anh chị TRUNG TÂM ĐIÈU HÀNH VIỀN THÔNG BẢC NINH giúp đỡ em trình làm đồ án.Em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sac đến thầy Dặng Đình Trang tận tình hướngdẫn chi bào thật chi tiết đế em hoàn thành đồ án Nhận hướng dẫn cùa quý thay quý anh chị, em dã co gang vận dụng kiến thức học để hoàn thành đồ án thời gian kiến thức cịnhạn chế khơng tránh khỏi sai sót Em mong nhận góp ý từquý thầy bạn đề em hồn thiện Lời cuối em xin gữilời chúc sức khóe tới quý thầy anh chị Em xin chân thành câm ơn! Hà Nội, ngày Sinh viên y|iư vịện yịện Đạị học yQ Nộ ị tháng năm LỜI NÓI ĐẦU Trong thập kỳ qua với phát triển cùa khoa học, cơng nghệ ngành viễn thơng có nhùng phát triển vượt bậc, đáp ứng nhu cầu trao đồi thơng tin tồn cầu Chúng ta sống ký nguyên cùa bùng nổ thông tin, việc trao đổi thông tin diễn khắp nơi giới với yêu cầu nhanh chóng xác Đối với thơng tin quốc tế, thơng tin vệ tinh cung cấp đường thông tin dung lượng lớn xác, khơng thơng tin vệ tinh cịn thề tính ưu việt cùa mặt kinh tế Trong đồ án tốt nghiệp em tập trung tìm hiểu vệ tinh quan sát trái đất, thú tục đăng ký tan số quỹ đạo tính tốn can nhiễu cho loại hình vệ tinh Đây loại vệ tinh đóng vai trị quan trọng việc dự đốn tượng thiên nhiên, cành báo thiên tai dựa vào có thê đưa biện pháp phịng tránh nham giám thiếu cách tối đa thiệt hại mặt Thư viện Viện Đại học Mờ Hà Nội TÓM TẮT ĐÒ ÁN Đồ án tốt nghiệp em gồm chương: CHƯƠNG 1: VỆ TINH QUAN SÁT TRÁI DÁT Chương tập trung tìm hiếu đặc điếm quỹ đạo cùa vệ tinh phi địa tĩnh vệ tinh quan sát trái đất, hoạt động vệ tinh quan sát trái đất, giới thiệu khái quát dự án vệ tinh quan sát trái đất cúa Việt Nam CHƯƠNG 2: THỦ TỤC DĂNG KÝ VÀ PHỐI Hộp TẦN SỚ CHO VỆ TINH QUAN SÁT TRÁI ĐẤT Trong chương em tập trung tìm hiếu thú tục đế đăng kí phối hợp tan số cho vệ tinh quan sát trái đất theo quy định cùa Liên minh Viền Thơng quốc tế ITU CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN CAN NHIẺU CHO VỆ TINH QUAN SÁT TRÁI ĐÁT Dây chương trọng tâm đồ án Nội dung cùa chương nêu trường hợp xảy can nhiễu vệ tinh quan sát trái đất hăng tần X( 80258400MHz), phân tích tính tốn tìm rạ mức ngượng giới hạn cho trường hợp Vận dụng lý thuyết đế tính tốn can nhiễu cho vệ tinh quan sát trái đất cúa Việt Nam SUMMARY My graduation project includes chapters: CHAPTER 1: EARTH OBSERVATION SATELLITE (EOS) In this chapter, I research about characteristic of EESS and EOS After that I introduced about VietNam’s EOS CHAPTER 2: PROCEDURE FOR REGISTRATION AND CO-ORDINATIONOF EARTH OBSERVATION SATELLITE In this chapter, I research about the procedurefor registering, co-ordinating frequency for EOS compliance with ITU regulations CHAPTER 3: INTERFERENCE COMPABILITY OF EOS This is the most important chapter in my project In this chapter, I analysed the interference between EOS and other services in X band (8025-8400 MHz).Base on that analysis above, the compability interference for VietNam’s EOS was calculate Thư viện Viện Đại học Mớ Hà Nội MỤC LỤC CHƯƠNG l.GIÓI THIỆU VỆ TINH QUAN SÁT TRÁI ĐÁT VNREDSat-1 LOTUSat Quỹ đạo vệ tinh 1.1 7.7.7 Hình dạng quỹ đạo vệ tinh không gian ì 1.2 Các quỹ đạo vệ tinh quan trọng 1.2 Vệ tinh quan sát trái đất (EOS) 7.2.7 Khái niệm vệ tinh quan sát trái đát (EOS) 1.2.2 Hoạt động cùa vệ tinh quan sát trái đất (EOS) 1.2.3 Tình hình phát triển vệ tinh quan sút trái đất giới 1.3 Các vệ tinh quan sát trái đất Việt Nam Viện Đại hoc Mơ Hà Nôi 1.3.1 Vệ tinh 1.3.2 Vệ tinh viễn thám radar LOTUSat 15 1.4 Kết luận chương 18 CHƯƠNG 2.THỦ TỤC ĐĂNG KÝ VÀ PHỐI HỢP TÀN SỐ CHO VỆ TINH VNREDSat-1 2.1 .19 Liên minh viền thông quốc te 1TU 19 2.1.1 Tong quan 1TU 19 2.1.2 Mơ hình tổ chức cùa 1TU 19 2.1.3 Nhiệm vụ cùa 1TU 20 2.2ITUR 21 2.2.1 Cấu trúc cùa 1TV-R 21 2.2.2 Nhiệm vụ cùa 1TU-R 21 2.3 Băng tần hoạt động cho vệ tinh quan sát trái đất 22 2.3.1 Quy hoạch tần số 22 2.3.2 Các nghiệp vụ vệ tinh 25 2.3.3 Nghiệp vụ vệ tinh thăin dò trái đất qua vệ tinh EESS 26 2.4 Các quy định cùa thể lệ vô tuyến điện ITU nghiệp vụ EESS 28 2.4 ì Thú tục đáng ký quỹ đạo phối hợp tần số cho vệ tinh phi địa tĩnh 29 2.4.2 Quá trình phối hợp tần số cùa VNREDSat-1 30 2.5 Ket luận chương: 33 CHƯƠNG 3.TÍNH TỐN CAN NHIÊU CHO VỆ TINH QUAN SÁT TRÁI ĐÁT 34 3.1 Các trường hợp can nhiễu 34 3.1.1 Can nhiễu vệ tinh EOS nghiệp vụ cố định (vi ha, di dộng) 34 3.1.2 Can nhiễu vệ tinh EOS vệ tinh địa tĩnh GSO 39 3.1.3 Can nhiễu vệ tinh EOS với 46 3.2 Can nhiễu đoi v^i vh'inh quần sftrli ta^ÙÌỄlÌÌẲT-ì 50 3.3 Các biện pháp hạn chế can nhiễu cho vệ tinh EOS 54 3.4 Ket luận chương 56 KÉT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1-1: Minh họa định luật Kepler I I Hình 1-2: Các dạng quỹ đạo tròn Hình 1-3: Minh họa quỹ đạo mặt trời Hình 1-4: Hình ảnh vệ tinh NOAA-15 Mỹ quỹ đạo [4] .8 Hình 1-5: Q trình chuẩn bị phóng VNREDSat-1 (ănh internet) Hình 1-6: Ảnh chụp khu vực sơng Hồng gửi từ VNREDSat-l(ảnh STI-VAST) 10 Hình 1-7: cấu trúc dự án VNREDSat-1 (ánh STI-VAST) 11 Hình 1-8: VNREDSat-1 phận (ành STI-VAST) 12 Hình 1-9: Minh họa tồng quát táng ASTROSat-lOO (ánh ST1-VAST) 13 Hình 1-10: Quy trình đưa vệ tinh LOTUSat vào sử dụng 18 Hình 2-1: Sơ đồ phân chia giới theo ITU 23 Hình 2-2: Khu vự^ự.yiên.Viên Đại học Mở Ha.Noi 24 Hình 2-3: Khu vực 24 Hình 2-4: Khu vực 25 Hình 2-5: Danh sách nước có vệ tinh bị ảnh hường VNREDSat-1 32 Hình 3-1: Mơ hình can nhiễu đài trái đất EOS 35 Hình 3-2: Mơ hình can nhiễu trạm vệ tinh EOS GSO 39 Hình 3-3: Minh họa quỹ đạo quay vị trí tương đối giữaEOS GSO[12J 40 Hình 3-4: Minh họa tính toán cho trường hợp xấu 41 Hình 3-5: Mơ hình can nhiễu vệ tinh EOS 47 Hình 3-6: Mơ hình nhiều minh họa cho trường hợp xấu 48 Hình 3-7: Kết q tính tốn ngưỡng nhiều 53 Hình 3-8: Kết mơ phóng tính tốn I(t)/N 54 iii DANH SÁCH BẢNG BIẾU Báng I -1: Sự khác biệt vệ tinh GSO EOS Bang 1-2: Thông số VNREDSat-l[5J 14 Bãng 1-3: Yêu cầu kỹ thuật LOTUSat 16 Băng -4: Yêu cầu hệ thống SAR cúa LOTUSat 17 Bãng 2-1: Phân bổ cho nghiệp vụ cho băng tần 8025-8400 MHz 28 Bàng 3-1: Mức giới hạn PFD theo quy đinh ITU[ 12] 37 Bảng 3-2: Thông số cúa trạm phát mạng mặt đất thực tế| 12] 37 Bãng 3-3: Giá trị ngưỡng suy hao có thố vượt p=0.025%t [12] .38 Bâng 3-4: Khoảng cách tối thiểu trạm phát mặt đất trạm thu EOS đế không gây can nhiều [12] 38 Báng 3-5: Đặc điểm thông số kỹ thuật SPOT 1/2/3/4(12] 42 Bảng 3-6: Giá trị C7I thực tế cud vệ^tinh SPOTỊỈ^lM-ơ-M-à-NỘÌ 43 Bàng 3-7: Bàng giá trị p Pi[12] 44 Bàng 3-8: Mô hình can nhiều từ vệ tinh EOS tới trạm mặt đất cùa GSO [12] 45 Bảng 3-9: Khoảng cách tối thiểu đế không bị can nhiễu vệ tinh EOS tới mạng mặt đất GSO [12] 46 Bâng 3-10: Mức ngưỡng can nhiễu vệ tinh EOS [13] (theo ITU R) 50 Báng 3-11: Thông số trạm không gian vệ tinh 51 Bâng 3-12: Thông số trạm mặt đất cùa vệ tinh 51 IV DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt API IFRC CR LEO EESS EIRP EOS EPS FSL GSO HEO ITU Tiếng Anh Advance Publication Information International Frequency Information Cirrcular Coordination Request Low Earth Orbit Earth exploration Satellite Service Equivalent Isotropic Radiated Power Earth Observation Satellites Electric Power Subsystem Free Space Loss Geostationary Orbit Highly Eliptical Orbit International Telecommunication Union ITUT MEO MOST NGSO PFD PL SAR sso STI TM/TC VAST Thông tư thông tin tẩn số quốc tế Bộ hồ sơ yêu cầu phối hợp Quỳ đạo tầm thấp Nghiệp vụ vệ tinh thăm dị trái đất Cơng suất xạ đẳng hướng tương đương Vệ tinh quan sát trái đất Hệ thồng cung cấp điện Suy hao không gian tự Quỹ đạo địa tĩnh Quỳ đạo elip tam cao Liên Minh Viễn Thông Quốc Te lĩnh vực pháHyiên - thuộc ITU ITUD ITUR Tiếng Việt Bộ hồ sơ sơ International Telecommunication Union -Radiocommunications sector International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector Medium Earth Orbit Ministry of Science and Technology Non Geostationary Orbit Power flux density Polarization Synthetic Aperture Radar Sun Synchronous Orbit Space Technology Institute Telemetry, Tracking & Command VietNam Academy of Science and Technonogy lĩnh vực thông tin vô tuyến thuộc ITU lĩnh vực Tiêu chuẩn viền thông thuộc ITU Quỳ đạo tẩm trung Bộ Khoa Học Công Nghệ Quỳ đạo phi địa tĩnh Mật độ thông lượng công suất Hệ số phân cực khâu độ tông hợp cùa Radar Quỹ đạo đồng mặt trời Viện Công Nghệ Vũ Trụ Theo dõi từ xa điều khiển Viện Hàn Lâm Khoa Học Công Nghệ Việt Nam Đồ án tốt nghiệp on= 15.85 (D/Ầ)'“-6 Tháng 6/2017 (3.13) em= 2(U/£>ựGnl„-Gl (.3.14) (3.15) (3.16) Với er góc ngẩng trạm mặt đất cùa vệ tinh EOS Trường hợp can nhiễu vệ tinh quan sát trái đất tới trạm mặt đất vộ tinh GSO mô tã chi tiết hình Bảng 3-8: Mơ hình can nhiễu từ vệ tinh EOS tói trạm mặt đất cùa GSO[12] Sau đưa cơng thức tính tốn mẫu chốt việc hạn chế can nhiều cho trường hợp khoảng cách cho phép để bào vệ mạng mặt đất GSO không bị can nhiễu bời vệ tinh EOS Giá trị khoảng cách dó (km) thực tế sau SVTH: NGUYỄN ANH THÁI - K16 Page 45 Đồ án tốt nghiệp Tháng 6/2017 EESS 36.4 dBic antenna EESS 55 dBic antenna Góc lệch Góc ngẩng trục (độ) £,= 0.5° Góc ngẩng Góc ngãng Góc ngáng £,.= 0.5° £,.= 3° ef3° 10 11.9 3.4 50.9 12.4 45 4.2 1.2 18.1 4.4 90 2.7 0.8 11.4 2.8 Bảng 3-9: Khoảng cách tối thiều để không bị can nhiễu vệ tinh EOS tói mạng mặt đất GSO[12] Trong phần cịn có trường hợp can nhiều có the xày can nhiều vệ trạm mặt đất cùa GSO với trạm mặt đất EOS (tương tự trường hợp can nhiễu mạng mặt đất vi ba di động với trạm mặt đất vệ tinh EOS) Tuy nhiên đày trường hợp khó có khả gây can nhiều đặt vị trí cùa trạm cách hợp lý vùng phú cùa chúng khơng trùng 3.1.3 Can nhiễu vệ tinh EOS với a) Nguyên nhân Khi vệ tinh quan sát trái đất EOS hoạt động bay qua vùng lãnh tho quốc gia chủ quàn để phát tín hiệu xuống trạm mặt đất nhiên khơng tránh khỏi việc nhiễu tín hiệu cho vùng lãnh thổ lân cận ( vị trí địa lý gần ) SVTH: NGUYỄN ANH THÁI - K16 Page 46 Đồ án tốt nghiệp Tháng 6/2017 Hình 3-5: Mơ hình can nhiễu vệ tinh EOS Vệ tinh EOS quan sát trái đất có quỹ đạo đồng mặt trời, vệ tinh di chuyến liên tục quanh trái đất đế thực nhiệm vụ quan sát trái đất gũi liệu trạm mặt đất, trái đất liên tục quay Như vệ tinh khơng định, trạm mặt đất không cố định (Khác với vệ tinh GSO: Do có quỹ đạo dịa tĩnh nên vệ tinh GSO gần đứng yên so với trái đất) Ớ thời điếm khác vị trí cùa chúng khác b) Tính can nhiều với trường hợp xấu Do đặc tính chuyển động khơng cố định cùa mạng vệ tinh phi địa tĩnh Với quỹ dạo bat định góc lệch trục khống vệ tinh đài trái đất ln thay đối Việc tính tốn can nhiễu thời điềm chưa đù Tuy nhiên xác dinh dược thời điếm mức nhiều xáy lớn cho phép đánh giá mức độ can nhiễu hai mạng vệ tinh Phương pháp đánh giá can nhiều trường hợp xấu thực Trường hợp xấu xác định khi: • Góc lệch trục anten phát vệ tinh gây nhiễu theo hướng đến đài trái đất vệ tinh bị nhiều nhị nhất; • Góc lệch trục cùa anten đài trái đất thu bị nhiễu nhó theo hướng vệ _ tinh gây nhiễu; _ SVTH: NGUYỄN ANH THÁI-K16 Page 47 Đồ án tốt nghiệp Tháng 6/2017 • Khoảng cách vệ tinh đài trái đất nhỏ Trên thực tế, trường hợp xấu trường họp giãi định khó có khâ xảy thực tế Tuy nhiên, tính tốn phối hợp mức nhiễu trường hợp xấu nhỏ mức tiêu chuấn cho phép khắng định chẳc chan khơng có nhiều xảy Trong trường hợp mức nhiễu cao tiêu chuẩn cho phép cần kháo sát thêm Hình 3-6: Mơ hình nhiễu minh họa cho trirờng họp xấu • Phương pháp tính tốn sau: Bước 1: Xác định tạp âm (N) cùa đài trái đất thu vệ tinh bị nhiều Bước 2: Xác định tăng ích anten vệ tinh gây nhiễu hướng đến đài trái đất vệ tinh bị nhiều trường hợp góc lệch trục nhó Bước 3: Xác định tăng ích anten đài trái đất cùa bị nhiều hướng đến vệ tinh gây nhiễu trường hợp góc lệch trục nhở Bước 4: Tính tốn mức suy hao khơng gian tự Bước 5: Tính mức nhiều đầu vào cùa đài trái đất vệ tinh bị nhiều SVTH: NGUYỄN ANH THÁI - K16 Page 48 Đồ án tốt nghiệp c) Tháng 6/2017 Tính tốn thống kê khà can nhiễu Trong trường hợp tính tốn trường hợp xấu cho ta kết mức nhiễu cao tiêu chuẩn cho phép có thố thực việc tính tốn thong kê khả can nhiễu Đây phương pháp tính tốn theo thời gian thực Phương pháp tính tốn sau: Bước 1: Xác định tiêu chuấn can nhiễu tính tốn phối hợp Bước 2: Giới hạn phạm vi tính tốn bao gom xác định giới hạn góc ngẩng đài trái đất vệ tinh cần hoạt động Bước 3: Tính tốn theo thời gian thực góc lệch trục vệ tinh gây nhiều đến đài trái đất bị nhiều, tính tốn khoảng cách vệ tinh gây nhiều đài trái đất bị nhiều, tính tốn góc lệch trục đài trái đất bị nhiễu Bước 4: Tính tốn mức nhiễu sảy ra: Tính tốn tăng ích anten vệ tinh gây nhiễu anten đài trái đất bị nhiễu, tính tốn mức suy hao khơng gian tự Tính tốn tỷ SƠ|I|N vjện yịện £)ại học Ị_Ịà Nội = p„ + G„(t) - FSL(d(ty)-GẠD-PL-N N (3.17) Trong công thức trên: P() công suất phát vệ tinh gây nhiễu (dB) Go tăng ích vệ tinh gây nhiễu (dB) FSL: Free space loss: Suy hao khơng gian tự (dBW) Gr tăng ích cúa trạm mặt đất bị gây nhiễu PL: Polarized hệ số phân cực N= kTB (3.18) N: Công suất tạp âm máy thu (W/Hz) k: Hằng số Boltzman k= 1.38 X 10-23 J/°K T: Nhiệt độ tạp âm máy thu (K) SVTH: NGUYỀN ANH THÁI - K16 Page 49 Đồ án tốt nghiệp Tháng 6/2017 B: Băng thông (Hz) Bước 5: So sánh với tiêu chuẩn đặt Tiêu chuẩn ngưỡng nhiễu I(t) cho bàng sau Frequency band (MHz) Type of earth station Percentage of time for link margin not met, p Elevation angle (exceeded for p) 8025-8 «0 025-84«» 0253400 Recorded data playback Recorded data playback Direct data readout (System A) (System B) (System C) 0.05 20 0.05 20 0.05 5' 13’ 5’ 13’ 5’ Satellite antenna input power (dBW) 12 20.0 13’ 16.9 6.1 Satellite antenna gain (dBic) 2.4 3.7 28 Satellite e.ii.p (dBWi) 14.4 15.7 31 Free space lossfdBl 179.3 177 180 177.8 1793 Excess path loss (dB I u 03 12 03 0.7 23 177.0 0.6 Earth station antenna gain (dBic) 54.8 41.7 415 Antenna mispomtmg loss (dB) 03 0.1 03 Polarization mismatch loss (dB) 0.4 02 03 Modulator and demodulator losses (dBl 20 13 2.0 Receiver reference bandwidth (MHz) 10 10 10 85.1 83 73 Data rate IdB-Hz) Received energy per bit £* (dB(W/Hz)) -1993 -1953 -1933 -190.8 -1903 Receiver system noise temperature (K) 50 50 100 100 292 275 Thermal noise power density (dB( W/Hz)) -211.6 -211.6 -208.6 -208.6 -203.9 -2012 Total internal noise power density \ (dBl W/Hz)) -211.6 -211.6 -208.6 -208.6 -203.9 -2042 123 163 153 17.8 133 161 iio*1*