Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển anten bám vệ tinh ứng dụng trạm thu di động qua vệ tinh

Microsoft Word 88 Tran Van Hoi doc Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN 978 604 82 2981 8 528 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ANTEN BÁM VỆ TINH ỨNG DỤNG TRẠM THU DI[.]

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ANTEN BÁM VỆ TINH ỨNG DỤNG TRẠM THU DI ĐỘNG QUA VỆ TINH Trần Văn Hội Trường Đại học Thủy lợi, email: hoitv@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Thông tin vệ tinh biết đến phương tiện truyền dẫn cung cấp không cho hệ thống thơng tin cố định mà cịn cung cấp dịch vụ thông tin di động dịch vụ băng rộng cho mạng hệ Trong hệ thống thu di động qua vệ tinh địa tĩnh, trạm mặt đất đặt thiết bị di động để thu tín hiệu cách liên tục anten thu phải điều khiển để liên tục bám theo vệ tinh Việc nghiên cứu, chế tạo hệ thống điều khiển anten cải tiến thuật toán bám vệ tinh thực rộng rãi [1], [2] Bài báo trình bày kết nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển anten bám theo vệ tinh địa tĩnh Bài báo đề xuất sử dụng kết hợp thuật toán bám bước thuật tốn bám vịng hở để nâng cao độ xác giảm thời gian bám vệ tinh PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nhóm tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu: Phân tích tổng hợp lý thuyết thiết kế hệ thống kết hợp sử dụng phương pháp thực nghiệm khoa học để chế tạo thử nghiệm KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển anten bám vệ tinh Sơ đồ khối trạm mặt đất thể Hình Hệ thống bao gồm thành phần: anten thu parabol, đổi tần nhiễu thấp, thu giải mã, hệ thống điều khiển anten ACU (Antenna Control Unit) hệ thống khí Thơng thường hệ thống điều khiển anten ACU thực điều khiển quay góc ngẩng góc phương vị anten bám theo vệ tinh để đảm bảo búp hướng anten trạm thu phải hướng búp hướng anten vệ tinh Thuật toán thường sử dụng thuật toán bám bước điểu khiển bám theo chương trình Hiển thị EL AZ Bộ đổi tần nhiễu thấp Bộ thu giải mã Hệ thống khí Hệ thống điều khiển ACU Hình Sơ đồ khối hệ thống thu vệ tinh Để trạm mặt đất thu tín hiệu từ vệ tinh phải dựa vào vị trí vệ tinh trạm mặt đất Vị trí trạm mặt đất xác định kinh độ () vĩ độ (), cịn vị trí vệ tinh xác định kinh độ (S) độ cao h vệ tinh so với mặt đất Từ tham số tính tốn góc ngẩng (El) góc phương vị (Az) anten trạm mặt đất Khi trạm thu di chuyển tham số kinh độ vĩ độ thay đổi góc ngẩng góc phương vị anten trạm mặt đất thay đổi theo Để xác định vị trí trạm mặt đất máy thu di chuyển nhóm tác giả sử dụng hệ thống thu định vị GPS NEO 6M có độ xác cao Để xác định góc phương vị anten thu nhóm sử dụng cảm biến la bàn 528 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 số HMC5883L để xác định góc ngẩng anten thu cần sử dụng cảm biến góc nghiêng MPU-6050 Sơ đồ hệ thống điều khiển anten bám vệ tinh thể Hình [3] Chuyển đổi A/D Thu AGC Vi xử lý Điều khiển mô tơ LNB Hiển thị Bàn phím Máy thu GPS Chuyển đổi A/D Khuếch đại biến góc đưa vào hệ vi điều khiển Kết hợp với thông số vệ tinh, vi điều khiển tính tốn góc ngẩng góc phương vị máy thu cần hướng đến, kết hợp với giá trị góc từ cảm biến đưa đến để xác định giá trị điều khiển mô tơ quay anten bám vệ tinh Sơ đồ hệ thống điều khiển thể Hình 3, Mơ tơ EL, AZ Cảm biến góc AZ, EL Hình Sơ đồ khối hệ thống điều khiển anten Tín hiệu thu từ vệ tinh đưa qua đổi tần nhiễu thấp LNB đưa đến thu AGC (tín hiệu trung bình) để tách tín hiệu AGC làm sở cho thuật toán bám bước Tại thu AGC lựa chọn kênh cần thu theo yêu cầu tách tín hiệu AGC với điện áp tỉ lệ với mức tín hiệu thu Tín hiệu AGC đưa qua chuyển đổi A/D có độ xác cao để đưa vào vi xử lý với tín hiệu thu từ cảm biến góc ngẩng góc phương vị   Hình Sơ đồ bố trí hệ thống truyền động Trung tâm điều khiển sử dụng hệ vi điều khiển bit AVR128 Để thực thuật tốn tìm kiếm bám vệ tinh, hệ thống sử dụng nguồn tín hiệu từ GPS, AGC, cảm Hình Hệ thống điều khiển hồn thiện 3.2 Đề xuất thuật toán điều khiển bám vệ tinh Để thực trình tìm kiếm vệ tinh máy thu di chuyển, nhóm nghiên cứu xây dựng thuật tốn tìm kiếm bám vịng hở, sơ đồ thuật tốn thể Hình [4] Thơng tin kinh độ vĩ độ trạm thu từ máy thu GPS kết hợp tham số vệ tinh sở để tính tốn góc ngẩng góc phương vị trạm thu Thông số so sánh với góc ngẩng góc phương vị thu từ hệ thống cảm bến góc đặt trục quay hệ thống anten Tùy theo thông tin sai lệch mà điều khiển mơ tơ điều khiển góc ngẩng El lên, xuống mơ tơ góc phương vị Az quay tới vị trí góc tương ứng Nhược điểm thuật tốn độ xác phụ thuộc vào độ xác máy thu GPS cảm biến góc, cảm biến la bàn số Vậy phương pháp chỉnh thơ vị trí anten cần phải kết hợp với thuật toán bám bước để tinh chỉnh vị trí cho thu mức tín hiệu tốt 529 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 NG2 hệ thống chế độ ổn định, mức AGC nhỏ NG2 thuật tốn bám bước hoạt động sau chuyển sang chế độ ổn định, hệ thống tiếp tục hoạt động khởi động lại hệ thống bị tắt Khởi động Đọc máy thu GPS; Tính góc Az1, El1 máy thu Đọc cảm biến góc la bàn số, góc Az2, El2 Az1>Az2 Điều khiển góc Az phải Điều khiển góc Az trái KẾT LUẬN El1>El2 |Az1-Az2|NG2 Chế độ ổn định Hình Sơ đồ thuật tốn bám kết hợp Khi khởi động chương trình, hệ thống thực chế độ bám vòng hở để tìm kiếm vệ tinh, sau hệ thống chuyển sang chế độ bám bước để tinh chỉnh anten hệ thống chuyển sang chế độ ổn định Khi hệ thống máy thu di chuyển, lúc mức tín hiệu AGC bị giảm, mức tín hiệu AGC nhỏ mức ngưỡng NG1 (NG1 mức tín hiệu suy giảm 50%) lúc hệ thống chuyển sang chế độ bám vòng hở, ngược lại mức AGC lại so sánh với mức ngưỡng NG2 (NG2 mức tín hiệu suy giảm 30%) Nếu mức AGC lớn mức ngưỡng [1] Jinsoo Kim, M Kim, Oh Yang, (2013), “Parabolic Satellite Tracking System”, The 3rd International Conference on Circuits, Control, Communication, Electricity, Electronics, Energy, System, Signal and Simulation, Vol 25, pp 123-126 [2] Jium-Ming Lin, Po-Kuang Chang, (2011), “Intelligent PD-Type Fuzzy Controller Design for Mobile Satellite Antenna Tracking System with Parameter Variations Effect”, IEEE Symposium on Computational Intelligence in Control and Automation [3] Tran Van Hoi, Nguyen Xuan Truong, Bach Gia Duong (2015), “Satellite Tracking Control System Using Fuzzy PID Controller”, Journal of Mathematics– Physics, VNU, Vol 31 (1), pp 36-46 [4] Tran Van Hoi, Nguyen Xuan Truong, Bach Gia Duong (2015), “Improvement of steptracking algorithm used for mobile receiver system via satellite”, International Journal of Electrical and Computer Engineering, Vol (2), pp 280 – 288 530 ... thực thu? ??t tốn tìm kiếm bám vệ tinh, hệ thống sử dụng nguồn tín hiệu từ GPS, AGC, cảm Hình Hệ thống điều khiển hồn thiện 3.2 Đề xuất thu? ??t toán điều khiển bám vệ tinh Để thực trình tìm kiếm vệ tinh. .. điều khiển mô tơ quay anten bám vệ tinh Sơ đồ hệ thống điều khiển thể Hình 3, Mơ tơ EL, AZ Cảm biến góc AZ, EL Hình Sơ đồ khối hệ thống điều khiển anten Tín hiệu thu từ vệ tinh đưa qua đổi tần nhiễu... đồ thu? ??t tốn bám kết hợp Khi khởi động chương trình, hệ thống thực chế độ bám vòng hở để tìm kiếm vệ tinh, sau hệ thống chuyển sang chế độ bám bước để tinh chỉnh anten hệ thống chuyển sang chế