MÔ HÌNH HÓA VÙNG CHẾT TÍN HIỆU NỐI TIẾP TRONG ĐƯỜNG DÂY VÔ TUYẾN CỦA HỆ THỐNG VI SAI HÀNG HẢI NHẰM NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC AN TOÀN HÀNG HẢI

KỶ NIỆM NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG (01/04/1956 - 01/04/2011) MÔ HÌNH HĨA VÙNG CHẾT TÍN HIỆU NỐI TIẾP TRONG ĐƯỜNG DÂY VÔ TUYẾN CỦA HỆ THỐNG VI SAI HÀNG HẢI NHẰM NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC AN TỒN HÀNG HẢI MODELING OF SEQUENTIAL FAILING SIGNAL FIELD ON SATELLITE BASED AUGMENTATION SYSTEM RADIO LINES TO RAISE THE ACCURACY OF SAFETY NAVIGATION TS PHẠM KỲ QUANG Khoa Sau Đại học, Trường ĐHHH Tóm tắt Hệ thống vi sai hàng hải khu vực rộng SBAS (Satellite Based Augmentation System) có ý nghĩa vơ quan trọng an toàn hàng hải Hệ thống nâng cao độ xác độ tin cậy việc xác định vị trí tàu Trong báo đưa kết mơ hình hóa diện tích vùng chết tín hiệu nối tiếp, đường dây vơ tuyến hệ thống SBAS, có tác động lẫn nhiễu vơ tuyến Từ đưa tiêu tối ưu đánh giá mức độ an toàn hàng hải Abstract The system SBAS is very important for navigation safety This system have been increased the accuracy and reliability of the determining ship position The article introduces the result of modeling of sequential failing signal field on SBAS system radio lines under the influence of interburst interference Therefore, the optimum criterion of navigation safety is shown Đặt vấn đề Hệ thống vi sai hàng hải khu vực rộng, ký hiệu SBAS có ý nghĩa vơ quan trọng độ xác an tồn hàng hải, hệ thống nâng cao độ xác, độ tin cậy, tính tồn vẹn liên tục việc xác định vị trí tàu Độ xác xác định vị trí tàu tăng từ 4-7 lần so với hệ thống vi sai DGPS (sai số trung bình 7,5-10m) trạng thái Đặc biệt trạng thái tĩnh, độ xác hệ thống SBAS tính đến centimet [3] Cấu trúc mã tín hiệu thơng tin hệ thống gồm nhiều tổ hợp (blocks) Mỗi block chứa 250 bit, đó: 212 bit chứa khối lượng liệu thông tin, bit dùng cho việc nhận dạng thông tin, bit ấn định cho phần mở đầu (giới thiệu), 24 bit ấn định cho trình sửa lỗi kiểm tra tính ngun vẹn hệ thống Tốc độ truyền liệu 250 bit/s Trong hệ thống SBAS sử dụng 64 loại thông tin khác nhau, đánh số từ – 63, tương ứng với ký tự số nội dung thơng tin Tuy nhiên có số kí tự số tập hợp thành nhóm số có ý nghĩa thơng tin [1] Chẳng hạn, nhóm số 2-5 nghĩa sử lỗi nhanh, 28 - 61, dự trữ thông tin tương lai v.v Trong báo sử dụng mơ hình tốn để mơ hình hóa vùng chết tín hiệu nối tiếp đường dây vơ tuyến hệ thống SBAS, có ảnh hưởng nhiễu tác động lẫn Trên sở này, tính tốn hệ số kênh thông tin bảo vệ đường dây vô tuyến (Kbv) theo công thức (1), nhằm rút tiêu chuẩn tối ưu độ xác an tồn hàng hải [1, 2]: K bv   Sˆ vc (1) Sˆ vc max Trong đó: Sˆ vc - diện tích vùng chết tín hiệu nối tiếp; Sˆ vc max - diện tích lớn cho phép vùng chết tín hiệu nối tiếp, có tác động lẫn nhiễu, đường dây vô tuyến hệ thống SBAS Sˆvc max  441 (đơn vị diện tích) [1, 2] Mơ hình hóa vùng chết tín hiệu nối tiếp đường dây vô tuyến hệ thống SBAS, có tác động lẫn nhiễu vơ tuyến Xét mơ hình tốn học sử dụng để mơ hình hóa vùng chết tín hiệu nối tiếp Khi có tác động lẫn nhiễu đường dây vô tuyến hệ thống SBAS, xác định theo cơng thức [2]: Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 26 – 3/2011 44 KỶ NIỆM NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG (01/04/1956 - 01/04/2011)  Nr  (2) Z r t   U m   a rn rect t  n  1  sin t     rn , t  0, T ,  n 1   Trong đó: Um - biên độ; ω - tần số sóng mang; ψ0 - pha ban đầu;  rn  a rn , a rn   1, 1 chiều dài mã thời gian tín hiệu nối tiếp thứ r; Т = Nτ0, τ0 - chiều dài tín hiệu nối tiếp: 1, n  1  t  n , rectt  n  1    0, n  1  t  n Trong phần lớn trường hợp Um = U0 = const, phương trình (2) viết dạng: Nr Zr t   U  rectt  n  t  e j m0t   rn  (3) n 1 Trong đó: U  2Er j ; E r  ;   ; e rn  a rn ; m - số ngun T Phương trình tích phân viết cho mối quan hệ tác động lẫn nhiễu tín hiệu nối tiếp đường dây vơ tuyến hệ thống SBAS T G0r  Khi  Nr Nr j  m0t  rn    rect  t  n    e  rectt  n  t  e  j  m0 t t  rn  dt (4)    N n1 n1 0  2 2  ; T N x  ; 0 y t ; T x   1, 1 ; y   1, 1 ;  t   ; 2 2    biến đổi phương trình (4), nhận dạng: T T  x  sin  1   yN  k  N  k x x  j 1  yN  k  N   a a e  j N n1  e N  n nk x n 1 N g 02r  x, y   C  N  x  sin   yN  k  N x 2x  j  yN  k  j n N  a a N e N e  n n  k 1 x n 1 N (5) Trong đó: k = 0, 1, 2,…, N-1 Khi có tác động nhiễu, ln tồn lượng nhiễu (h2N), cơng thức (5) viết dạng: C  g 02gh  g 02r ( x, y )  K gh h N2 (6) Trong đó: Kgh - hệ số giới hạn cho phép, có tác động lẫn nhiễu đường dây vơ tuyến hệ thống SBAS có giá trị Kgh = 10 [1, 2] 2 Xét trường hợp đặc trưng giá trị h N = 30; 10 ; 3∙10 , thay giá trị vào công thức (6), nhận giá trị tương ứng: C = 0,3 (a); 0,1 (b); 0,03 (c) Sử dụng cơng cụ tốn học “MathCad” mơ hình tốn học (5) xét trường hợp k = 1, nhận kết mơ hình hóa vùng chết tín hiệu nối tiếp (hình 1) đồng thời nhận giá trị hệ số điện từ trường bảo vệ, trường hợp đặc trưng hệ thống SBAS (hình 2), cụ thể: Кbv (a) = 1,00; Кbv (b) = 0,81; Кbv (c) = 0,06 Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 26 – 3/2011 45 KỶ NIỆM NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG (01/04/1956 - 01/04/2011) Với giá trị hệ số Кbv thay vào công thức (1), tương ứng tính diện tích vùng chết tín hiệu nối tiếp hệ thống vi sai hàng hải SBAS Với gía trị hệ số nhỏ giới hạn K bv  0,06 , tương ứng với diện tích vùng chết tín hiệu nối tiếp lớn Sˆ vc max  414,54 (đơn vị diện tích) x g0 «b» «а» «c» x y g2r Hình gp1 Hình y Kết luận Từ kết mơ hình hóa tính tốn cụ thể, rút rằng: - Khi có tác động lẫn nhiễu vô tuyến, đường dây vô tuyến hệ thống vi sai SBAS, giá trị nhỏ hệ số Кbv = 0,06, tức là, miền giới hạn tối ưu hệ số 0,06 ≤ Kbv ≤1 Trong trường hợp này, coi tiêu giới hạn đánh giá mức độ an toàn hàng hải, đồng thời tiêu cụ thể đánh giá mức độ tin cậy đường dây vô tuyến hệ thống SBAS - Diện tích vùng chết tín hiệu nối tiếp nhỏ, tức hệ số Kbv lớn, chất lượng tín hiệu thơng tin thu cải thiện rõ nét Như vậy, để đảm bảo độ xác an tồn hàng hải, bắt buộc phải nâng cao hệ số Кbv giá trị hệ số gần với tốt Vì vậy, đảm bảo nâng cao hiệu điện từ trường bảo vệ đường dây vô tuyến hệ thống SBAS TÀI LIỆU THAM KHẢO Фам Ки Куанг “Исследование влияния электромагнитной защищённости информационных каналов широкозонных дифференциальных подсистем на точность мониторинга и управления движением судов” - M.: СПГУВК, 2010 - C 40 [2] Ю.Г.Вишневский., А.А.Сикарев Поля поражения сигналов и электромагнитная защищённость информационных каналов в АСУДС - М.: СПб «Судостроение», 2006 356 с [3] Phạm Kỳ Quang Các hệ thống vi sai hàng hải dùng kỷ 21 Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Hàng hải, № 13, 2008, trang 13-16 [1] Người phản biện: TS Phạm Văn Thuần Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 26 – 3/2011 46