Nghiên cứu thiết kế, xây dựng bộ mã nhận biết chủ quyền quốc gia dùng cho hàng không, hàng hải

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Văn Hà NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, XÂY DỰNG BỘ MÃ NHẬN BIẾT CHỦ QUYỀN QUỐC GIA DÙNG CHO HÀNG KHƠNG, HÀNG HẢI KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Điện tử-Vi hệ thống điều khiển tự động Cán hướng dẫn: TS Bạch Gia Dương 1.1 1.2 1.3 HÀ NỘI - 2008 Khoa Điện tử - Viễn thông LỜI CẢM ƠN Trước hết cho phép em bày tỏ lòng cảm ơn chân thành sâu sắc tới Tiến sĩ Bạch Gia Dương, người tận tình bảo tạo điều kiện để giúp đỡ em suốt trình làm luận văn Cũng cho phép em cảm ơn thầy cô trường đại học Công Nghệ, đặc biệt thầy cô Chuyên ngành Điện tử - Vi hệ thống điều khiển tự động giúp đỡ em trang thiết bị điều kiện để em hồn thành luận văn Xin cảm ơn người bạn ủng hộ trợ giúp suốt thời gian làm luận văn Hà nội, ngày 29 tháng 05 năm 2008 Sinh viên Nguyễn Văn Hà Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Văn Hà Khoa Điện tử - Viễn thông TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI Đề tài “Nghiên cứu thiết kế xây dựng mã nhận biết chủ quyền quốc gia dùng cho hàng không, hàng hải” nghiên cứu, xây dựng mã tín hiệu theo tiêu chuẩn tổ chức hàng không dân dụng quốc tế (ICAO) Mã tín hiệu sử dụng việc giám sát máy bay sử dụng hệ thống giám sát thứ cấp (SSR) Đề tài chia làm hai phần  Phần 1: Tìm hiểu tiêu chuẩn, thơng số u cầu gói thơng tin thăm dị, trả lời hệ thống giám sát thứ cấp (SSR) Đưa định dạng tin thăm dò trả lời tương ứng  Phần 2: thực phát thử định dạng tín hiệu thăm dị với nội dung đơn giản Việc phát thử chuỗi thông tin thực vi điều khiển pic16f877a Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Văn Hà Khoa Điện tử - Viễn thông MỤC LỤC MỤC LỤC CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THÔNG TIN, DẪN ĐƯỜNG, GIÁM SÁT DỊCH VỤ VÀ QUẢN LÝ KHÔNG VẬN 1.1 Hệ thống thông tin, dẫn đường quản lý không vận .7 1.2 Hệ thống mạng viễn thông hàng không 10 1.3 Hệ thống dịch vụ không vận .11 1.3.1 Dịch vụ cảnh báo thông tin chuyến bay 11 1.3.2 Định dạng cấu trúc trường gói thông tin nội dung liệu 12 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG RADAR GIÁM SÁT KHÔNG VẬN 28 2.1 Tổng quan hệ thống radar 28 2.2 Hệ thống radar giám sát sơ cấp (Primary Surveillance Radar – PSR) 28 2.3 Hệ thống giám sát phụ thuộc tự động (ADS-B) 29 2.4 Hệ thống radar thăm dò thứ cấp (Secondary Surveillance Radar – SSR) 30 2.4.1 Tín hiệu thăm dị chế độ mode-A/C .32 2.4.2 Bộ phát đáp chế độ S 35 2.4.3 Định dạng liệu thăm dò trả lời chế độ S 39 2.4.4 Mã kiểm tra lỗi 42 2.4.5 Các giao thức thăm dò – trả lời chung 43 2.4.6 Phân tích số định dạng đường lên đường xuống tương ứng chế độ mode-S 44 2.4.6.1 Định dạng luồng lên 11, Thăm dò chế độ mode-S all-call 44 2.4.6.2 Định dạng luồng xuống 11, trả lời all-call 45 2.4.6.3 Định dạng luồng lên 4, giám sát, yêu cầu độ cao 46 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM 50 3.1 Giới thiệu vi điều khiển pic 16f877A 50 3.2 Kết thực nghiệm 52 3.2.1 Phần mô proteus 52 3.2.2 Phần kết thực nghiệm .53 PHỤ LỤC 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO .61 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Văn Hà Khoa Điện tử - Viễn thơng Khố luận tốt nghiệp Nguyễn Văn Hà Khoa Điện tử - Viễn thông BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT Ký hiệu ADS-B ATM ATN ATS CNS DPSK ELM ICAO PPM PSR SLM SLS SSR Tiếng Anh Tiếng Việt Automatic Dependent Surveillance Broadcast Air Traffic Management Aeronautical Telecommunication Network Air Traffic Service Communication, Navigation, Surveillance Differential Phase Shift Keying Extend length message International Civil Aviation Organization Pulse position modulation Primary Surveillance Radar standard length message side-lode suppression Secondary Surveillance Radar Khoá luận tốt nghiệp Hệ thống giám sát phụ thuộc tự động-Quảng bá Quản lý không vận Mạng truyền thông hàng không Dịch vụ hàng khơng Thơng tin, dẫn đường, giám sát Khóa dịch pha vi sai Bản tin có độ dài mở rộng Tổng chức hàng không dân dụng quốc tế Điều chế vị trí xung Hệ thống giám sát sơ cấp Bản tin có độ dài chuẩn Xung triệt tiêu thùy bên Hệ thống giám sát thứ cấp Nguyễn Văn Hà Khoa Điện tử - Viễn thông LỜI MỞ ĐẦU Việc nghiên cứu quản lý không vận vấn đề cần thiết cấp bách hàng không Việt Nam Hiện hệ thống giám sát quản lý không vận nước cũ tương đối lạc hậu Việc quản lý không vận phức tạp, chúng phải tuân thủ theo yêu cầu kỹ thuật nội dung mà tổ chức hàng không dân dụng quốc tế ICAO qui định Hệ thống giám sát không vận với kỹ thuật cao ứng dụng phổ biến nước phát triển Với việc ứng dụng hệ thống giám sát vào hàng khơng góp phần đáng kể vào việc giảm thiểu tai nạn hàng không Chúng ta bước đầu xây dựng hệ thống giám sát kỹ thuật cao Mặc dù hệ thống giao thông hàng không nước ta chưa phức tạp, mật độ chưa cao Nhưng việc phát triển hệ thống giám sát có kỹ thuật cao khả cung cấp thơng tin có độ ổn định, xác cao nhiệm vụ cần thiết Có nhiều hệ thống giám sát hệ thống giám sát sơ cấp, hệ thống giám sát thứ cấp, hệ thống giám sát phụ thuộc tự động… song hệ thống giám sát thứ cấp phù hợp với tình hình kinh tế, trị nước ta Đề tài “Nghiên cứu thiết kế xây dựng mã nhận biết chủ quyền quốc gia dùng cho hàng không, hàng hải” mà thầy Bạch Gia Dương giao cho tìm hiểu vấn đề Đề tài phần nằm đề tài nghiên cứu trọng điểm cấp nhà nước thầy Khi đề tài hoàn thành đưa vào liên kết với phần khác đề tài lớn thầy giải vấn đề lớn nghành hàng khơng Việt Nam, qn đội phịng khơng Khố luận tốt nghiệp Nguyễn Văn Hà Khoa Điện tử - Viễn thơng CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THƠNG TIN, DẪN ĐƯỜNG, GIÁM SÁT DỊCH VỤ VÀ QUẢN LÝ KHƠNG VẬN 1.1 Hệ thống thơng tin, dẫn đường quản lý không vận Hệ thống quản lý không lưu (Air Traffic Management - ATM) hiểu quản lý lưu thông máy bay di chuyển không Sự lưu thông máy bay tuyến đường bay cần phải tuân theo điều hành phận kiểm sốt khơng lưu mặt đất để đảm bảo hoạt động bay an toàn hiệu Tuy nhiên, để xác định tuyến đường bay không, tàu bay cần dựa vào mốc tín hiệu phát lên thiết bị dẫn đường, dẫn hướng Việc giám sát hoạt động bay phận kiểm sốt khơng lưu thực mắt thường mà cần tới hỗ trợ thiết bị radar Liên lạc kiểm sốt viên khơng lưu đất với phi công trời cần nhờ tới trang thiết bị thơng tin đất đối khơng (ví dụ HF, VHF) Ngồi nhu cầu trao đổi thơng tin phận đất liên quan tới quản lý không lưu cần tới giúp đỡ hạ tầng thông tin mặt đất Tuy nhiên, hạ tầng kỹ thuật phục vụ quản lý không lưu bộc lộ nhiều mặt hạn chế Khi lưu lượng bay đạt tới ngưỡng đó, hạn chế rào cản khiến hệ thống không đủ an toàn hiệu để đáp ứng yêu cầu quản lý không lưu Vào năm 1983, tổ chức hàng không dân dụng quốc tế ICAO (International Civil Aviation Organization) tiến hành nghiên cứu tìm giải pháp cho vấn đề Đây quan tổ chức liên hợp quốc, có trách nhiệm lập nguyên tắc kỹ thuật dẫn đường hàng không quốc tế, tạo điều kiện kế hoạch phát triển không vận quốc tế để đảm bảo phát triển an toàn hợp lệ Sau thời gian nghiên cứu, ICAO nhận thấy thay tồn hạ tầng thơng tin, dẫn đường, giám sát (Communication, Navigation, Serveillance - CNS) hệ thống với phương thức quản lý khơng lưu có khả khắc phục hạn chế hệ thống phương diện toàn cầu ICAO đồng thời đưa mơ hình CNS/ATM ứng dụng cơng nghệ viễn thơng đại, bật liên kết liệu vệ tinh Năm 1991, đề xuất thức phê chuẩn Hiện ICAO xây dựng tiêu chuẩn cho số ứng dụng, bao gồm ứng dụng đất đối không Quản lý khung cảnh (Context Management - CM), Giám sát phụ thuộc tự động (Automatic Dependent Surveillance - ADS), Thông tin liên kết Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Văn Hà Khoa Điện tử - Viễn thơng liệu kiểm sốt viên không lưu phi công (Controller-Pilot Datalink Communications - CPDLC), ứng dụng mặt đất Hệ thống trao đổi điện văn dịch vụ không lưu (Air Traffic Service Message Handling System - AMHS), Thông tin liệu hệ thống dịch vụ không lưu (Air Traffic Service Inter-facility Data Communication - AIDC) Mọi hoạt động ATM diễn sở hạ tầng CNS Bản chất CNS tập hợp hệ thống thông tin, dẫn đường, giám sát Thơng tin (C-communication) có nhiệm vụ trao đổi, phân bố thông tin phận mặt đất, tầu bay, kết nối thành phần hệ thống với tới nhà cung cấp, người dùng liên quan khác Dẫn đường (N-Navigation) có chức xác định vị trí, tốc độ, hướng dịch chuyển tầu bay, giúp tầu bay di chuyển hướng Giám sát (S-Serveillance) cung cấp cho phận quản lý thơng lưu mặt đất vị trí, hoạt động máy bay khơng Hình mơ tả hệ thống CNS/ATM Hình 1.1: Mơ hình hệ thống CNS/ATM Ưu điểm lớn hệ thống CNS/ATM so với hệ thống hàng không cũ khả kết nối hệ thống Phần lớn hệ thống hàng không hoạt động hệ thống rời rạc Thông tin, dẫn đường, giám sát hệ thống hoạt động độc lập, không liên quan tới Xét riêng hệ thống thơng tin, thơng tin Khố luận tốt nghiệp Nguyễn Văn Hà Khoa Điện tử - Viễn thông đất đối không thông tin mặt đất hai mảng khác độc lập, dựa mạng thơng tin độc lập Chính khơng có kết nối hệ thống nên sở hạ tầng trang thiết bị lớn cồng kềnh, khả lại hạn chế khơng có hỗ trợ lẫn nhau, việc nâng cấp khó khăn tốn Hệ thống CNS/ATM yêu cầu thành phần hệ thống phải tuân thủ theo tiêu chuẩn chung thống Trên sở tất hệ thống có khả kết nối với nhau, mở rộng tầm hoạt động hệ thống diện rộng tồn cầu Bên cạnh đó, tương tác hệ thống cho phép phát triển khả tự động hoá nhiều mức, nâng cao hiệu quản lý không lưu giảm tải lượng công việc người sử dụng, đáp ứng yêu cầu lưu lượng bay tăng cao Trong nước hệ thống giám sát trở nên lạc hậu, cũ kĩ Việc xây dựng hệ thống CNS/ATN cần thiết Quá trình xây dựng hệ thống thực bước đầu Tình trạng phát triển hệ thống CNS/ATM nước Hiện tại, mạng ATN chưa triển khai Việt Nam, hệ thống ADS/CPDLC ATMS thực qua liên kết liệu ARINC cung cấp Hệ thống trình thử nghiệm Trong thời gian tới, Việt Nam tiếp tục đầu tư, cài đặt thêm trạm liên kết liệu VHF tỉnh Hà Nội, Đà Nẵng, Quy Nhơn, TP Hồ Chí Minh, Cà Mau; thiết lập kết nối AIDC ATMS với trung tâm kế cận kiểm soát không lưu Nội Bài; thiết lập kết nối ATN tới nước Lào, Singapore, Hồng Kông, Thái Lan theo khuyến cáo ICAO; triển khai hệ thống AMHS Đối với hàng không quân sự: Hệ thống CNS/ATM ngành hàng không quân hầu hết sử dụng thiết bị Liên xô cũ, thiết bị lạc hậu giao tiếp với máy bay dân loại Boeing Airbus Việc kiểm sốt khơng lưu kiểm sốt tầu bè biển khơng có hệ thống nhận dạng chung Trong điều kiện chiến tranh xảy ra, việc liên lạc máy bay quân ta với đài đa phải sử dụng kiểu mã hóa riêng để đảm bảo tính bí mật thơng tin liên lạc Phân biệt máy bay ta địch Khoá luận tốt nghiệp 10 Nguyễn Văn Hà