Khảo sát khả năng ứng dụng thông tin vệ tinh trong việc điều hành hoạt động tàu thuyền trên biển

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn đề tài “Khảo sát khả ứng dụng thông tin vệ tinh việc điều hành hoạt động tàu thuyền biển” cơng trình nghiên cứu cá nhân thời gian qua Mọi số liệu sử dụng phân tích luận văn kết nghiên cứu tơi tự tìm hiểu, phân tích cách khách quan, trung thực, có nguồn gốc rõ ràng chưa cơng bố hình thức Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm có không trung thực thông tin sử dụng công trình nghiên cứu Tác giả luận văn Nguyễn Ngọc Long i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, phòng Đào tạo sau đại học, trường Đại Học Mở Hà Nội tạo điều kiện cho tơi q trình học tập hồn thành luận văn Xin gửi lời tri ân tới quý thầy, quý cô giảng viên Khoa Công nghệ Điện tử Thơng tin tận tình giảng dạy lớp cao học VT2019, chuyên ngành Kỹ thuật Viễn thông, trường Đại Học Mở Hà Nội, niên khóa 2019 - 2021 Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Võ Yên Chương tận tình giúp đỡ, bảo em suốt trình thực luận văn Xin gửi lời cảm ơn tới tất bạn bè, đồng nghiệp gia đình người ln ủng hộ, động viên tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn! ii TÓM TẮT Tác giả luận văn: Nguyễn Ngọc Long Khóa: 2019 – 2021 Chuyên ngành đào tạo : Kỹ thuật Viễn thông Năm tốt nghiệp: 2021 Đề tài luận văn: Khảo sát khả ứng dụng thông tin vệ tinh việc điều hành hoạt động tàu thuyền biển Mục tiêu phương pháp nghiên cứu Với mục đích để hiểu rõ khả ứng dụng thông tin vệ tinh vào hoạt động liên lạc, điều hành tàu thuyền biển, luận văn tập trung tổng hợp, nghiên cứu tổng quát Thông tin vệ tinh, ưu việt, đánh giá khả ứng dụng lĩnh vực liên lạc đường thủy, nghiên cứu thực trạng Việt Nam, khảo sát hệ thống thiết bị liên lạc vệ tinh Inmatsat tàu thuyền, từ rút kết luận, đề xuất phương án khả ứng dụng thông tin vệ tinh cho việc điều hành tàu thuyền biển Kết nghiên cứu Nguyên lý hoạt động, đặc điểm Thông tin vệ tinh Tìm hiểu số đặc tính kỹ thuật Thông tin vệ tinh, kỹ thuật trạm mặt đất, đa truy nhập vấn đề suy hao đường truyền Thông tin vệ tinh Khảo sát đặc điểm liên lạc hàng hải, giới thiệu tổ chức thông tin vệ tinh Inmarsat, cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống liên lạc vệ tinh Inmarsat tàu thuyền Tính tốn khảo sát suy hao đường truyền, tính cơng suất xạ đẳng hướng tương đương trạm mặt đất, rút kết luận cho việc xây dựng trạm mặt đất Việt Nam Kết luận Nghiên cứu có nghĩa lý luận thực tiễn, tảng sở cho nghiên cứu sau Tác giả luận văn Nguyễn Ngọc Long iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xii DANH MỤC HÌNH VẼ xiii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 1.1 Giới thiệu hệ thống thông tin vệ tinh 1.1.1 Đặc điểm hệ thống thông tin vệ tinh 1.1.1.1 Vệ tinh dạng quỹ đạo vệ tinh 1.1.1.2 Cấu trúc tuyến thông tin vệ tinh 1.1.2 Phân bố tần số cho thông tin vệ tinh 1.1.3 Một số đặc tính kỹ thuật hệ thống thông tin vệ tinh 1.1.3.1 Nhiệt độ tạp âm hệ thống 1.1.3.2 Nhiệt độ tạp âm anten 1.1.3.3 Hệ số phẩm chất trạm mặt đất (G/T) 10 1.1.3.4 Tỷ số sóng mang nhiệt độ tạp âm 10 1.1.3.5 Tỷ số sóng mang tạp âm 10 1.1.3.6 Tỷ số tín hiệu tạp âm 11 1.1.3.7 Tỷ số Eb/N0 11 1.2 Các phương pháp kỹ thuật ứng dụng thông tin vệ tinh 12 1.2.1 Phương pháp đa truy nhập 12 1.2.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA 12 1.2.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA 13 1.2.3 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 14 1.2.4 Đa truy nhập phân chia theo không gian SDMA 15 iv 1.3 Suy hao tín hiệu đường truyền thơng tin vệ tinh 16 1.3.1 Suy hao không gian tự 16 1.3.2 Suy hao chất khí có tầng đối lưu 17 1.3.3 Suy hao tầng điện ly 17 1.3.4 Suy hao mơi trường lan truyền sóng (mây mưa…) 17 1.4 Kết luận chương 19 CHƯƠNG II HỆ THỐNG VỆ TINH ĐỊA TĨNH VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG LIÊN LẠC HÀNG HẢI 20 2.1 Giới thiệu chung vệ tinh thông tin địa tĩnh 20 2.1.1 Q trình phát triển thơng tin vệ tinh địa tĩnh 20 2.1.2 Hoạt động thông tin vệ tinh địa tĩnh 21 2.2 Vệ tinh thông tin địa tĩnh 22 2.2.1 Cấu trúc thông tin vệ tinh địa tĩnh 22 2.2.1.1 Phân đoạn không gian 23 2.2.1.2 Phân đoạn mặt đất 27 2.2.1.3 Hệ thống cung cấp nguồn điều hoà nhiệt 29 2.2.2 Hệ thống anten 29 2.2.2.1 Đặc tính, yêu cầu anten trạm mặt đất 29 2.2.2.2 Phân loại anten 30 2.2.2.3 Các thông số anten parabol đối xứng 31 2.2.3 Dải thông 35 2.2.4 Kỹ thuật truyền dẫn 36 2.2.4.1 Kỹ thuật đồng 36 2.2.4.2 Sửa lỗi mã 36 2.2.5 Các thiết bị truyền dẫn số mặt đất 36 2.2.5.1 Số hố tín hiệu tương tự 37 2.2.5.2 Thiết bị bảo mật (Encryption) 38 2.2.5.3 Bộ mã hoá kênh (Channel Encoder) 39 2.2.5.4 Điều chế số (Digital Modulation) 40 2.2.5.5 Kỹ thuật điều chế 41 v 2.3 Đánh giá khả ứng dụng hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh liên lạc hàng hải 42 2.3.1 Ưu nhược điểm số hệ thống vệ tinh địa tĩnh 42 2.3.2 Khả ứng dụng thông tin vệ tinh địa tĩnh liên lạc hàng hải 44 2.4 Kết luận Chương 45 CHƯƠNG III ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THƠNG TIN VÀ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ TÀU BIỂN 46 3.1 Tổng quan hệ thống định vị vệ tinh 46 3.1.1 Hệ thống định vị toàn cầu GPS 46 3.1.2 Hệ thống định vị toàn cầu GLONASS (Nga) 47 3.1.3 Hệ thống định vị GALILEO (Châu Âu) 48 3.1.4 Hệ thống định vị Bắc Đẩu (BEIDOU - Trung Quốc) 48 3.1.5 Hệ thống định vị IRNSS (Ấn Độ) QZSS (Nhật Bản) 49 3.2 Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu vi sai DGPS 49 3.2.1 Cơ sở lý thuyết xác định vị trí tàu biển vệ tinh 50 3.2.1.1 Xác định tựa cự ly để định vị 52 3.2.1.2 Vị trí vệ tinh 52 3.2.1.3 Xác định vị trí tàu biển tựa cự ly 53 3.2.2 Cấu tạo hệ thống định vị vệ tinh GPS 56 3.3 Hệ thống định vị vệ tinh vi sai 57 3.3.1 Đo cự ly theo mã C/A 57 3.3.1.1 Chức mã C/A 59 3.3.1.2 Hàm tự tương quan 60 3.3.1.3 Phổ lượng mã C/A 61 3.3.1.4 Giải trải phổ tín hiệu GPS 62 3.3.1.5 Khả chống nhiễu tín hiệu trải phổ 63 3.3.1.6 Đa truy nhập theo mã 63 3.3.1.7 Phép đo tựa cự ly dùng mã C/A 64 3.3.2 Đo cự ly theo mã P 66 3.3.2.1 Chức mã P 66 vi 3.3.2.2 Các đặc tính mã P 67 3.3.2.3 Mã Y 67 3.3 Kết luận Chương 67 CHƯƠNG IV KHẢO SÁT KHẢ NĂNG LIÊN LẠC HÀNG HẢI BẰNG HỆ THỐNG INMARSAT 69 4.1 Đặc điểm liên lạc hàng hải 69 4.1.1 Chức thành phần đài liên lạc tàu thủy 69 4.1.2 Đặc tính kỹ thuật đài liên lạc hàng hải 71 4.2 Hệ thống thông tin vệ tinh Inmarsat 73 4.2.1 Các vệ tinh thông tin Inmarsat 74 4.2.2 Các trạm điều khiển mặt đất 79 4.2.3 Các đài di dộng 80 4.2.4 Các dịch vụ Inmarsat sử dụng cho nghành hàng hải 80 4.3 Khảo sát hệ thống thông tin liên lạc vệ tinh tàu thuyền 83 4.3.1 Hệ thống thơng tin an tồn cứu nạn hàng hải toàn cầu GMDSS 86 4.3.2 Hệ thống nhận diện tự động AIS 90 4.3.3 Hệ thống kiểm sốt lưu thơng tàu thuyền VTS 95 4.3.4 Hệ thống tìm kiếm cứu nạn Quốc tế COSPAS-SARSAT 97 4.3.5 Hệ thống cảnh báo Hàng hải NAVTEX 100 4.3.6 Hệ thống nhận dạng truy theo tầm xa LRIT 100 4.3.7 Hệ thống đài thông tin duyên hải 102 4.3.8 Hệ thống báo động An ninh tàu biển SSAS 104 4.4 Kết luận Chương 106 CHƯƠNG V KHAI THÁC ĐIỀU HÀNH HOẠT ĐỘNG TÀU THUYỀN TRÊN BIỂN QUA HỆ THỐNG INMARSAT 108 5.1 Tính tốn suy hao tín hiệu đường truyền từ vệ tinh đến trạm mặt đất 108 5.1.1 Trạm mặt đất thành phố Hồ Chí Minh 109 5.1.2 Trạm mặt đất đặt Hải Phòng 113 5.2 Tính cơng suất phát trạm mặt đất Việt Nam 114 5.2.1 Các loại suy hao khác ảnh hưởng đến tuyến thông tin vệ tinh 114 vii 5.2.2 Tính cơng suất phát trạm mặt đất Việt Nam 116 5.3 Xây dựng cấu hình tuyến thơng tin vệ tinh sử dụng dịch vụ Inmarsat cho liên lạc hàng hải Việt Nam 121 5.4 Kết luận Chương 122 KẾT LUẬN 124 TÀI LIỆU THAM KHẢO 126 PHỤ LỤC 128 viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Viết tắt Tiếng Anh Automatically AIS Identification System BER Bit Error Rate Broadband Global Area BGAN Network Consultative Committee on CCIR International Radio CCTV Closed Circuit Television Code Division Multiple CDMA Access Carrier Sense TimeCSTDMA Division Multiple Access DBS Direct Boardcast Satellie Differential Global DGPS Positioning System 10 DTH Direct To Home 11 DSC 12 ECDIS 13 EPIRB 14 EIRP 15 FDMA 16 GAN 17 GMDSS 18 GNSS 19 20 GPS GRT 21 GSM Digital Selective Calling Electronic Chart Display and Information System Emergency Position Indicating Radio Beacon Equivalent Isotropic Radiated Power Frequency Division Multiple Access Global Area Network Global Maritime Distress and Safety System Global Navigation Satellite Systems Global Positioning System Gross Register Tonnage Global System for Mobile Communications ix Tiếng Việt Hệ thống nhận dạng tự động Tỷ số lỗi bít Mạng băng thơng rộng tồn cầu Hội đồng tư vấn quốc tế vô tuyến điện Camera giám sát Đa truy nhập phân chia theo mã Đa truy cập phân chia thời gian hướng sóng mang Vệ tinh truyền thông trực tiếp Hệ thống Định vị vệ tinh tồn cầu vi sai Truyền hình vệ tinh trực tiếp gia Thiết bị gọi chọn số Hệ thống thông tin hiển thị biểu đồ điện tử Phao vô tuyến báo vị trí cấp cứu Cơng suất xạ đẳng hướng Đa truy nhập phân chia theo tần số Mạng truy nhập tồn cầu Hệ thống thơng tin an toàn cứu nạn hàng hải toàn cầu Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu Hệ thống Định vị vệ tinh tồn cầu Tổng dung tích Hệ thống thơng tin di động tồn cầu 22 HDLC 23 24 25 HDR HF HUB 26 IMO 27 ISDN 28 ITU 29 LNA 30 LHCP 31 32 LES LF 33 LRIT 34 MES 35 MMSI 36 MSI 37 NCC 38 PATDMA 39 RHCP 40 SART 41 SCADA 42 SCC 43 SDMA 44 45 SES SSAS High-Level Data Link Control High Data Rate High Frequency HUB International Maritime Organization Integrated Services Digital Network International Telecommunication Union Low Noise Amplifer Left Hand Circularly Polarized Land Earth Station Low Frequency Long Range Identification and Tracking Mobile Earth Station Maritime Mobile Service Identity Maritime Safety Information Điều khiển liên kết liệu mức cao Tốc độ cao Tần số cao Trạm trung tâm Network Control Centre Trạm điều khiển trung tâm Pre Announce Time Division Multiple Access Right Hand Circularly Polarized Search and rescue transponder Supervisory Control And Data Acquisition Satellite Control Centre Space Division Multiple Access Satellite Earth Station Ship Security Alert System Đa truy cập phân chia thời gian thông báo trước x Tổ chức Hàng hải quốc tế Mạng số tích hợp đa dịch vụ Liên minh Viễn thông Quốc tế Bộ khuếch đại tạp âm thấp Phân cực tròn bên trái Trạm mặt đất cố định Tần số thấp Hệ thống nhận dạng theo dõi tàu tầm xa Đài di động mặt đất Mã nhận dạng dịch vụ lưu động hàng hải Thơng tin an tồn Hàng hải Phân cực trịn bên phải Bộ phát đáp radar tìm kiếm cứu nạn Điều khiển giám sát thu thập liệu Trung tâm điều khiển vệ tinh Đa truy nhập phân chia theo không gian Trạm vệ tinh mặt đất Hệ thống báo động An ninh tàu biển Cơng suất tín hiệu thu anten thu vệ tinh là: PRXS = PTx1 - YƩUP = X - 210,16 (dBW) (5.17) Tỷ số cơng suất sóng mang nhiệt độ tạp âm đầu vào khuếch đại băng rộng phát đáp vệ tinh tuyến lên là: (C/T)UP = PRXS + (G/T)s (dBW) (5.18) Ta có cơng thức tính G/T vệ tinh sau: ( )s = ( )/[TA/LFRx + T°.(l - l/LFRx) + TR] (5.19) Ta tính GRx vệ tinh với an ten vệ tinh có D = 4m, hiệu suất an ten vệ tinh η =0,55 Ta có cơng thức: GRx = η.(π.D/λu)2 = η.(π.70/ θ3dB)2 = 0,55x(3,14x70/2)2 = 38,2 (dB) Thay số liệu cho ban đầu vào (5.19) tính theo dB ta được: (G/T)s = 38,2 -3 -1 -3 – 10lg[290/100.1 + 290(1 - 1/100.1) + 290] Vậy (G/T)s = 3,57 dB/K Thay vào (5.18) ta có: (C/T)Up = X - 210,16 + 3,57 = X - 206,59 (dBW/K) (5.20) Tỷ số cơng suất sóng mang nhiệt độ tạp âm tương đương tuyến lên (C/T)Up để đánh giá chất lượng tuyến lên thông tin vệ tinh - Tính tỷ số (C/T)Down tuyến xuống: Gọi EIRPS phát đáp vệ tinh xuống trạm Y (dBW) Cơng suất tín hiệu thu anten trạm (trạm mặt đất) là: PARx2 = EIRPs- YƩDOWN= Y - 195,16 (dBW) (5.21) Đối với trạm mặt đất anten có G/T = 18,5 dB/K ( Thơng số anten trạm mặt đất hãng sản xuất thiết bị cung cấp ) Yêu cầu công suất thu điểm đầu vào khuếch đại tạp âm thấp LNA trạm phải đạt giá trị cho BER xấu phải đạt 10-3 Ta có: (C/T)DOWN = PRx2 + (G/T) (C/T)DOWN = Y - 195,16 + 18,5 = Y - 176,66 (dBW/K) 117 (5.22) Vì nhiều sóng mang làm việc phát đáp, để tránh tượng nhiễu giao điều chế sóng mang nên ta khơng cho khuếch đại làm việc gần điểm bão hoà đặc tuyến Ta biết cơng suất tín hiệu thu đầu vào an ten vệ tinh tính cơng thức (5.17) Mặt khác ta biết mật độ thông lượng cơng suất sóng mang trung tâm chiếu tuyến lên tổng đại số công suất đầu vào anten vệ tinh PARxS cộng với hệ số khuếch đại anten/m2 tính sau: gANT = G/m2 = 10lg(4π/λ2) = 101g(4.π.6.109)/3.108 = 37,2 (dB) Mật độ thông lượng công suất sóng mang tuyến lên WUp (dBW/m2): WUp = PARxS + gANT = (X - 210,16) + 37,2 = X - 172,96 (dBW/m2) (5.23) Theo khuyến nghị Intelsat Inmarsat mật độ thơng lượng cơng suất bão hồ phát đáp tuyến lên trung tâm chiếu - 77,6 (dBW/m2) ta chọn: W0 = - 77,6 (dBW/m2) Mức “BACK OFF” đầu vào IBO tính bằng: IBO = W0 -WUp = -77,6 - ( X -172,96) = 95,66 - X (dB) OBO = IBO + TWTI/0 = 95,66 - X + (-5,5) = 90,16 - X (dB) Trong TWTI/O = - 5,5 dB hệ số sai khác mức “BACK OFF” đầu vào khuếch đại TWT Giá trị công suất phát xạ đẳng hướng tương đương vệ tinh Y công suất phát xạ đẳng hướng bão hoà Pss = 34 vệ tinh trừ mức “BACK OFF” đầu ra: Y = ps = Pss - OBO = 34 - (90,16 - X) = X - 56,16 (dBW) (5.24) Thay kết (5.24) vào (5.22) ta được: (C/T) DOWN = Y - 176,66 = X - 56,16 - 176,66 (C/T) DOWN = X - 232,82 (dBW/°K) - Tính cơng suất phát xạ EIRP trạm 1: Để tính EIRP ta phải xem xét thông số sau: + Tỷ số (C/T)UP 118 (5.25) + Tỷ số (C/T) DOWN + Hệ số điều biến tương hỗ sóng mang hệ số ảnh hưởng lẫn loại phân cực Trước hết phải xác định tỷ số cơng suất sóng mang nhiệt độ tạp âm toàn tuyến (C/T) TT (C/T) TT = C/No + k (dBW/K) (5.26) Trong đó: k số Boltzman = 1,3896.10-23 W/HzK = - 228,6 dBW/HzK Khi trạm mặt đất làm việc ấn định mật độ phổ công suất phải tốt 8,2 dB, giá trị phụ thuộc chủ yếu vào khả làm việc vệ tinh hệ số phẩm chất G/T trạm mặt đất giới hạn coi liên lạc BER = 10-3 tức (C0+N0)/N0 = 8,2 dB Ta có: (C0+N0)/N0 = C0/N0+1 (C0+N0)/N0 (dB) = l0lg[(C0/N0) + 1] C0/N0 (dB) = 10lg(C0/N0) )/10 C0/N0 = (C0/N0)/10 )/10 (C0 + N0)/N0 (dB) = 10lg( )/10 8,2 = 101g( )/10 0,82 = lg( +1) +1) +1) C0/N0 = 10lg5,6 =7,5 (dB) Mặt khác: C0 = C -10lg(R/2) (dBW/Hz) Trong đó: C cơng suất sóng mang (dBW) R = 1200bit/s tốc độ luồng liệu phát Vậy Co = C - 10lg(l/2) – 10lgR C0 = C + - 10lgR C = C0 – + 10lgR Ta có: (C/N0)dB = C – N0 = C0 - + 10lgR – N0 (C/N0)dB – 10lgR = (C/N0)dB - (C/N0)dB – 10lgR = 7,5 - = 4,5 dB 119 Do đó: (C/N0)dB = 4,5 + 10lg1200 = 35,3 (dBW/Hz) Vậy tỷ số cơng suất sóng mang mật độ phổ cơng suất nhiễu tồn tuyến thơng tin là: (C/N0) (dB) = 35,3 (dBW/Hz) (5.27) Thay (5.27) vào (5.26) ta tính (C/T)TT toàn tuyến là: (C/T)TT = (C/N0) + k = 35,5 + k (C/T)TT = 35,3 - 228,6 = -193,3 (dBW/°K) (5.28) Xét phương trình tổng quát: -1 -1 [(C/T)TT] = [(C/T)UP] + [(C/T)DOWN] -1 + [(C/T)IM] -1+ [(C/T)POL] -1 Cho trước giá trị: (C/T)IM = - 142,8 (dBW/K) = 1,91.1014 (C/T)POL = - 149,3 (dBW/K) = 8,51.1014 Từ kết (5.28), (5.20), (5.25) đổi lần ta có: (C/T)TT = -193,3 (dBW/K) = 2,14.1019 (C/T)UP = X - 206,59 (dBW/K) = 4,57.1020.10 -0.1X (C/T)DOWN = X - 232,82 (dBW/K) = 19,1022.10-0.1X Thay vào ta được: 2,14.1019 = 4,57.1020.10-0.1X +19.1022.10-0.1X + 1,91.1014 + 8,51.1014 Giải phương trình ta được: x = 39,49 dBW Như để đảm bảo tỷ số (C0 + N0)/N0 = 8,2 dB trạm phát mặt đất phải có mức cơng suất phát EIRP 39,49 dBW cho kênh thông tin - Bằng cách tính tương tự trên, ta tính cơng suất xạ đẳng hướng tương đương EIRP trạm mặt đất đặt Hải phòng 41,42 dBW cho kênh thông tin 120 5.3 Xây dựng cấu hình tuyến thơng tin vệ tinh sử dụng dịch vụ Inmarsat cho liên lạc hàng hải Việt Nam Hiên nay, tàu thuyền khai thác sử dụng Việt nam chủ yếu dùng thiết bị liên lạc HF/VHF Việc liên lạc với đài mặt đất tàu với thực hình thức thoại qua đài liên lạc đối không Chỉ tàu đại sử dụng thiết bị liên lạc vệ tinh Inmarsat, nhiên dịch vụ qua hệ thống khai thác hạn chế phải thuê kênh nước ngồi với cước phí cao Trong tương lai, chắn việc ứng dụng thông tin vệ tinh ngành hàng hải nước ta khơng cịn điều mẻ Lúc cần phải xây dựng tuyến thông tin vệ tinh đáp ứng yêu cầu liên lạc hàng không qua hệ thống vệ tinh Để xây dựng tuyến thông tin vệ tinh sử dụng dịch vụ INMARSAT cho liên lạc hàng hải, địi hỏi phải có đồng thiết bị tàu mặt đất Tác giả đề xuất số khuyến nghị: - Với hệ thống trạm mặt đất: dựa vào nhu cầu sử dụng dịch vụ ngành hàng hải, vào hệ thống mạng trạm cổng hệ thống Inmarsat xây dựng, tính tốn cấu hình trạm mặt đất phù hợp Trạm mặt đất có chức phát tín hiệu lên vệ tinh để chuyển tiếp tín hiệu tới đài di động tàu tới trạm mặt đất khác Đồng thời trạm có chức thu tín hiệu đài di động trạm khác chuyển tiếp qua vệ tinh Các trạm mặt đất kết nối với mạng viễn thông mặt đất để thuê bao mặt đất liên lạc với tàu - Với thiết bị tàu thuyền: Đối với tàu thuyền trang bị hệ thống Inmsarsat, việc liên lạc tàu với mặt đất thông qua vệ tinh Inmarsat hai chiều, nghĩa tàu thuyền mặt đất liên lạc trực tiếp với Với tàu khơng có Inmarsat, việc trang bị thêm hệ thống Inmarsat cịn phụ thuộc vào thiết kế, kích cỡ tàu tàu cá, tàu khai thác có trọng tải nhỏ nên không khả thi Để thiết lập đường truyền tuyến lên từ tàu thuyền đến vệ tinh địi hỏi thiết bị phải có hệ thống an ten có khả bám theo vệ tinh, máy phát có cơng suất lớn, điều khơng thực ảnh hưởng đến kết cấu tàu thuyền cỡ nhỏ Với 121 tàu thuyền tải trọng lớn sản xuất, đặt hàng theo yêu cầu để phù hợp với cấu hình trạm mặt đất Với tàu có, để ứng dụng thơng tin vệ tinh, trang bị thiết bị thu tín hiệu vệ tinh Với thiết bị này, kích thước nhỏ gọn khơng ảnh hưởng đến diện tích tàu Khi trang bị hệ thống này, tàu thu tất tín hiệu từ trạm mặt đất tồn lãnh thổ Việt Nam, khơng bị phụ thuộc tuyến hải trình Với kết khảo sát tính tốn mục 5.1 5.2, có yêu cầu thiết lập tuyến thông tin vệ tinh qua hệ thống Inmarsat cho lĩnh vực hàng hải, xây dựng tuyến thông tin phù hợp, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, phù hợp với điều kiện kinh tế nước ta 5.4 Kết luận Chương Qua kết tính tốn suy hao đường truyền tuyến thông tin vệ tinh công suất phát cho đài mặt đất hai vị trí địa lý TP Hồ Chí Minh Hải Phịng, có nhận xét: - Trạm mặt đất đặt TP Hồ Chí Minh có suy hao đường truyền nhỏ so với đặt Hải Phịng - Cơng suất xạ đẳng hướng tương đương trạm TP Hồ Chí Minh yêu cầu nhỏ hơn, tiết kiệm chi phí lắp đặt, tức giảm giá thành trạm - Nếu xét yếu tố ảnh hưởng nhiễu chung băng tần hệ thống vệ tinh Inmarsat hệ thống vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh, dựa vào kết phân tích chương 5, đài mặt đất hệ thống Inmarsat đặt thành phố Hồ Chí Minh bị ảnh hưởng mật độ xác suất vệ tinh địa tĩnh thấp Như xét tiêu kinh tế kỹ thuật, xây dụng trạm mặt đất phục vụ cho liên lạc qua hệ thống vệ tinh Inmarsat ngành hàng hải, nên đặt TP Hồ Chí Minh có hiệu Trong tương lai, với phát triển ngành hàng hải chắn dịch vụ liên lạc Inmarsat qua hệ thống Inmarsat Việt nam trở nên thông dụng Việc đặt trạm mặt đất vị trí khác dọc theo bờ biển Việt nam có ý nghĩa điều kiện ngành hàng hải thiết bị tàu có yêu cầu khắt khe tiêu kỹ thuật để đáp ứng yêu cầu liên lạc đường thủy Kết tính 122 tốn thiết kế khơng tính cho hai vị trí nêu trên, cịn vận dụng tính tốn cho vị trí khác có nhu cầu thiết lập trạm thông tin vệ tinh dọc theo bờ biển nước ta 123 KẾT LUẬN Việt nam năm đổi đạt thành tựu đáng kể mặt đời sống xã hội Ngành hàng hải giai đoạn phát triền, hệ tàu thuyền dần thay cho hệ tàu cũ Việc áp dụng thành tựu thông tin vệ tinh lĩnh vực hàng hải làm tăng độ xác xác định toạ độ, dẫn đường cho tàu thuyền nâng cao dịch vụ liên lạc, cảnh báo, cứu nạn biển Đối với thủy thủ đoàn, việc nắm bắt khai thác có hiệu thiết bị trang bị tàu điều cần thiết Đặc điểm Việt Nam nước có đường bờ biển dài, có nhiều đảo có diện tích mặt biển triệu km2 Kinh tế phát triển Việt Nam tương lai phục thuộc nhiều vào kinh tế biển Hơn tình hình tiến triển lịch sử đòi hỏi phải bảo vệ biển đảo để bảo vệ sinh tồn lâu dài Nhiệm vụ lịch sử đặt cho dân tộc ta phải phát triển kinh tế biển bảo vệ vững vùng biển, đảo Tổ quốc Vì vậy, việc định vị, liên lạc điều hành tàu thuyền biển nhiệm vụ cấp thiết, quan trọng cho trước mắt lâu dài Đề tài nghiên cứu ứng dụng thông tin vệ tinh việc điều hành hoạt động tàu truyền biển hướng nghiên cứu thiết thực đáp ứng với nhu cầu thực tế sống đặt Được giúp đỡ bảo chu đáo tận tình thầy giáo hướng dẫn, giúp đỡ thầy giáo môn Công nghệ Điện tử - Thông tin, giúp đỡ động viên đồng nghiệp, nỗ lực thân nên luận văn hoàn thành thời gian quy định Luận văn đạt nội dung sau: - Nghiên cứu tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh, giới thiệu cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh, đặc tính kỹ thuật bản, suy hao đường truyền đa truy nhập TTVT - Nghiên cứu cấu trúc, hệ thống anten, thiết bị truyền dẫn hệ thống vệ tinh thông tin địa tĩnh để đánh giá khả ứng dụng liên lạc hàng hải - Nghiên cứu hệ thống định vị vệ tinh, phương pháp định vị, đo đạc, tính 124 tốn cự ly để từ xác định vị trí tàu biển vệ tinh - Giới thiệu liên lạc hàng hải nay, yêu cầu hệ thống liên lạc tàu thuyền, cấu trúc thiết bị liên lạc ưu nhược điểm thiết bị VHF/HF Nghiên cứu hệ thống thông tin vệ tinh Inmarsat, ứng dụng liên lạc hàng hải Khảo sát hệ thống liên lạc vệ tinh tàu thuyền - Khảo sát suy hao đường truyền, tính tốn cơng suất xạ đẳng hướng tương đương cho hai vị trí trạm mặt đất, rút kết luận cho việc chọn vị trí đặt trạm đảm bảo lợi ích kinh tế, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Do hạn chế thời gian trình độ, lĩnh vực nghiên cứu rộng nên luận văn chắn không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy giáo, bạn đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo giảng dạy giúp đỡ tận tình thời gian qua, đặc biệt TS Võ Yên Chương, người trực tiếp tận tình bảo, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Cuối tác giả xin cảm ơn bạn đồng nghiệp nhiệt tình động viên giúp đỡ để luận văn hoàn thành kỳ hạn 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Chu Ngọc Anh, Nguyễn Bích Lân (7/1996), Nghiên cứu tìm hiểu hệ thống thơng tin di động qua vệ tinh quỹ đạo thấp khả tham gia Tổng Công ty, VNPT - Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện, đề tài mã số: 115 95TCT-RD [2] Ngun Đình Lương (1998), Tính tốn tuyến thơng tin vệ tinh, Trung tâm đào tạo Bưu viễn thông [3] Thái Hồng Nhị, Phạm Minh Việt (2003), Hệ thống viễn thông, Tập (2), Nhà xuất giáo dục, Hà Nội [4] Tổng cục Bưu điện - Tổng công ty Bưu Viễn thơng Việt nam (1997), Thơng tin vệ tinh, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [5] Nguyễn Lưu Bình, Hồng Xn Ngun, Phùng Văn Vận (2002), Phương pháp phân tích đánh giá nhiễu từ mạng vệ tinh quỹ đạo thấp đến trạm mặt đất thông tin vệ tinh địa tĩnh, Chuyên san Bưu viễn thơng số 7/5- 2002, trang 15-20 [6] Đỗ Đức Tiến, Đinh Văn Thắng (2011), Ứng dụng hệ thống nhận dạng tự động (AIS) công tác quản lý an tồn hàng hải, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng Hải số 26/3-2011, trang 47-50 [7] Quốc hội nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam, Bộ luật Hàng hải Quốc hội nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam, số 40/2005/QH11 ngày 14/6/2005 [8] Cục Hàng Hải Việt Nam, Hệ thống đài thông tin duyên hải Việt Nam, https://www.vinamarine.gov.vn/vi/noi-dung/he-thong-dai-thong-tin-duyen-hai [9] Công ty TNHH MTV Thông tin điện tử Hàng hải Việt Nam (Vishipel), An toàn Hàng hải, https://vishipel.com.vn/index.aspx?page=guides&cat=227 Tiếng Anh [10] Bruno Pattan (1998), Satellite - Base Global Cellular Communications, McGraw-Hill 126 [11] Bruno Pattan (1993), Satellite System: Principles and Technologies, Van Nostrand Reinhold, New York [12] Dennis Roddy (1995), Satellite Communications, McGraw- Hill- Second Edition [13] M Richard (1995), Satellite Communications Systems Design Principles, London [14] G.Maral and M.Bousquet (March, 1993), Satellite Communications Systems, John Wiley & Sons, Chichester-New York-Brisbane-Toronto- Singapore [15] International Telecomunication Union (ITU), Attenuation by hydrometeors, in particular precipitation , and other atmospheric particles, Reports of the CCIR (Düsseldorf, 1990): Annex to Volume V, page 226 – 245 [16] Inmarsat, https://www.Inmarsat.com/en/solutions-services/maritime.html , Solutions & Services Maritime [17] L Tetley and D Calcutt (2001), Electronic Navigation Systems, Butterworth-Heinemann, ISBN 0750651385 [18] R Prasad and M Ruggieri (2005), Applied Satellite Navigation Using GPS, GALILEO, and Augmentation Systems, Artech House, ISBN 1580538142 [19] B.H Wellenhof, H.Lichtenegger, E Wasle (2007), GNSS - Global Navigation Satellite Systems: GPS, GLONASS, GALILEO, and more, Springer, ISBN 3211730125 127 PHỤ LỤC Phụ lục : Tham số kỹ thuật máy thu phát VHF Icom IC-GM600 STT Các tham số máy thu phát Giá trị Tổng quan Dải tần số Tx 156.025-161.600 MHz Rx 156.025-162.000 MHz DSC 156.525 MHz Sử dụng kênh INT kênh Loại phát xạ 16K0G3E (FM), 16K0G2B (DSC) Công suất nguồn yêu cầu GM600 13.8 V DC PS-310 #01 Điện áp đầu vào 24 V DC (21.6-31.2 V) PS-310 #02 Điện áp đầu vào 12 V DC (10.8-15.6 V) Điện áp truyền (Với PS-310 #01) Đầu Tx 25 W 3.3 A ( xấp xỉ) 10 Rx Max âm 2.0 A ( xấp xỉ) 11 Phạm vi nhiệt độ hoạt động từ -15 °C đến + 55 °C 12 Trở kháng anten 50 Ω (SO-239) 13 Trọng lượng (xấp xỉ) 14 GM600 PS-310 1600g 930g 15 Kích thước (W×H×D) 274 × 114 × 121.5mm 16 IEC 61162-1 vào/ra định dạng Đầu vào Đầu RMC, GGA, GNS, GLL, VTG 17 DSC, DSE Thiết bị điều khiển 18 Công suất đầu 25 W, W 19 Độ lệch tần số Max ± 5.0 kHz 20 Tần số lỗi Ít ± 0.5 KHz 21 Phát xạ giả Ít 0.25 μW 128 22 Cơng suất kênh kề Hơn 70 dB 23 Điều chế dư Hơn 40 dB 24 Độ biến dạng âm (Tại kHz, 60% độ lệch) Ít 10% Đầu thu 25 Tần số trung gian 30.15 MHz, 450 kHz (1/2nd) 26 DSC 46.35 MHz, 450 kHz (1/2nd) 27 Độ nhạy (20 dB SINAD) Nhỏ hơn-7 dBμ 28 DSC (1% BER) Nhỏ hơn-7 dBμ 29 Độ nhạy Squelch Nhỏ hơn-2 dBμ 30 Kênh kề hình chọn lọc DSC Hơn 75 dB Spurious đáp ứng DSC Hơn 75 dB Hơn 75 dB 35 Điều chế xuyên DSC 36 Tiếng ồn Hơn 40 dB 37 Cơng suất âm đầu Loa ngồi Loa bên 10 W (4 Ω tải) Thấm nước IPX7 * (1 m Độ sâu nước 30 phút) 31 32 33 34 38 39 40 73 dBμ EMF 73 dBμ EMF 73 dBμ EMF (Tại 10% biến dạng) 2W 129 Phụ lục : Bảng tổng hợp thông số số hệ thống vệ tinh địa tĩnh NỘI DUNG INMARSAT THURAYA INTELSAT VINASAT GEO GEO GEO GEO Số vệ tinh 16 16 Quốc gia Anh UAE Mỹ Việt Nam Độ cao so với mặt đất ( km) 35,778 35,766 35,777 35,782 Tọa độ 98° W 98,5 ° E 18° W 132° E Góc nghiêng quỹ đạo (độ) 3,01° 6,2° 0,02° 0,02° Loại quỹ đạo 4-F3 Số phát đáp 26 Băng L 02 Băng C 89 Băng Ka 128 Băng L 36 Băng C 02 Băng C 55 Băng Ku 02 dự phòng 01 Băng Ka Băng C 24 Băng Ku dự phòng Tần số phát (tuyến lên MHz) Băng C: 6.4256.725 MHz; Băng L: 1626.5 - 1660.5 MHz Băng C: 5725Băng C: 6.4256225 MHz; 6.725 MHz; Băng Ku: Băng L: 1626.5 11451 -11700 - 1660.5 MHz MHz Băng C: 64256725 MHz; Băng Ku: 13750-14500 MHz Tần số thu (tuyến xuống - MHz) Băng C: 3.5513.685 MHz; Băng L: 1525 1559 MHz Băng C: 3.400Băng C: 3.4003.900 MHz; 3.625 MHz; Băng Ku: Băng L: 1525 10950-11200 1559 MHz, MHz Băng C: 3.4003.700 MHz; Băng Ku: 10950-11700 MHz Băng tần sử dụng C – L – Ka C–L C – Ku – Ka C – Ku Đường liên lạc vệ tinh Có Có Có Có Hệ thống an ten Dàn pha chùm Dàn pha chùm Dàn pha chùm Dàn pha chùm 130 Vùng phủ sóng Tuổi thọ vệ tinh (năm) Giá thiết bị cầm tay (USD) Toàn cầu trừ vùng Bắc Cực Châu Âu, Châu Phi, Trung Đông, Nam Mỹ Châu Á 13 12 Isatphone2: 1150$ Isatphone Pro: 599$ Thuraya XT Lite: 700$ Thuraya XT Pro: 1410$ Thuraya SF2500: 2480$ 131 Tồn cầu Việt Nam, khu vực Đơng Nam Á, số quốc gia lân cận 15 15 ... luận văn: Khảo sát khả ứng dụng thông tin vệ tinh việc điều hành hoạt động tàu thuyền biển Mục tiêu phương pháp nghiên cứu Với mục đích để hiểu rõ khả ứng dụng thông tin vệ tinh vào hoạt động liên... bay vệ tinh, vệ tinh phân vệ tinh quỹ đạo thấp vệ tinh địa tĩnh Mỗi loại vệ tinh có đặc điểm riêng, tùy theo loại ứng dụng mà việc sử dụng vệ tinh khác Khi quan sát từ mặt đất, di chuyển vệ tinh. .. nội dung Hệ thống thông tin vệ tinh 1.1 Giới thiệu hệ thống thông tin vệ tinh 1.1.1 Đặc điểm hệ thống thông tin vệ tinh 1.1.1.1 Vệ tinh dạng quỹ đạo vệ tinh Một vệ tinh có khả thu phát sóng vơ