Thiết kế chế tạo phổ kế siêu cao tần băng X biểu Dicke và ứng dụng thử nghiệm trong điều tra nghiên cứu môi trường

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM NHIỆM VỤ HỢP TÁC KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGHỊ ĐỊNH THƯ VIỆT NAM – BUNGARRI BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ PHỔ KẾ SIÊU CAO TẦN BĂNG X KIỂU DICKE VÀ ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM TRONG ĐIỀU TRA NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG Cơ quan chủ trì đề tài : Viện Công nghệ Vũ trụ Chủ nhiệm đề tài : PGS. TS. Doãn Minh Chung 8488 Hà Nội - 2011 BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM NHIỆM VỤ HỢP TÁC KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGHỊ ĐỊNH THƯ VIỆT NAM – BUNGARRI BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ PHỔ KẾ SIÊU CAO TẦN BĂNG X KIỂU DICKE VÀ ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM TRONG ĐIỀU TRA NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG Chủ nhiệm đề tài: PGS. TS. Doãn Minh Chung Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Công nghệ Vũ trụ PGS. TS. Phạm Anh Tuấn Viện Khoa học và Công nghệ Việ t Nam Bộ Khoa học và Công nghệ Hà Nội - 2011 1 VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN CÔNG NGHỆ VŨ TRỤ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Hà nội, ngày tháng năm 2011 BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI I. THÔNG TIN CHUNG 1. Tên đề tài/dự án: Thiết kế chế tạo hệ phổ kế siêu cao tần băng X(f~10Ghz) kiểu Dicke và ứng dụng thử nghiệm trong điều tra và nghiên cứu môi trường. Thuộc: - Chương trình hợp tác Nghị định thư Việt Nam- Bungari 2. Chủ nhiệm đề tài/dự án: Họ và tên: Doãn Minh Chung Ngày, tháng, năm sinh: 9/5/1956 Nam/ Nữ: Nam. Học hàm, học vị: Phó Giáo sư. Tiến sĩ Chức danh khoa họ c: NCVC thuộc Viện Công nghệ Vũ trụ, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Chức vụ.: Viện trưởng Điện thoại: Tổ chức: 04.37562942 Nhà riêng: 0437625234 Mobile: 0912354972 Fax: 043 7914622 E-mail: dmchung@sti.vast.ac.vn. Tên tổ chức đang công tác: Viện Công nghệ vũ trụ Địa chỉ tổ chức: 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội. Địa chỉ nhà riêng: Số 19 ngõ 60, phố Linh Lang, Ba Đình, Hà Nội 3. Tổ chức chủ trì đề tài/dự án: Tên t ổ chức chủ trì đề tài: Viện Công nghệ Vũ trụ 2 Điện thoại: 043.7914746 Fax: 043 7914622 E-mail: infor@sti.vast.ac.vn Website: http://www.sti.vast.ac.vn Địa chỉ: 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội Họ và tên thủ trưởng tổ chức: PGS. TS. Doãn Minh Chung Số tài khoản: 301.01.082 Kho bạc nhà nước Cầu Giấy Hà nội Tên cơ quan chủ quản đề tài: Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam II. TÌNH HÌNH THỰC HIỆN 1. Thời gian thực hiện đề tài/dự án: - Theo Hợp đồng đã ký kết: từ tháng 3 năm 2008 đến tháng 3 năm 2010 - Thực tế thực hiệ n: từ tháng 3 năm 2008 đến tháng 3 năm 2010 2. Kinh phí và sử dụng kinh phí: a) Tổng số kinh phí thực hiện: 1200 tr.đ, trong đó: + Kính phí hỗ trợ từ SNKH: 1200 tr.đ. + Kinh phí từ các nguồn khác: 0 tr.đ. + Tỷ lệ và kinh phí thu hồi đối với dự án (nếu có): 0 b) Tình hình cấp và sử dụng kinh phí từ nguồn SNKH: Các đợt kinh phí được cấp Theo kế hoạch Thực tế đạt được Số TT Thời gian (Tháng, năm) Kinh phí (Tr.đ) Thời gian (Tháng, năm) Kinh phí (Tr.đ) Ghi chú (Số đề nghị quyết toán) 1 2008 500 2008 500 500 2 2009 700 2009 700 700 c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi: Đơn vị tính: Triệu đồng Theo kế hoạch Thực tế đạt được Số TT Nội dung các khoản chi Tổng SNKH Nguồn khác Tổng SNKH Nguồn khác 3 1 Trả công lao động (khoa học, phổ thông) 350 350 0 431,735 431,735 0 2 Nguyên, vật liệu, năng lượng 19 19 0 19 19 0 3 Thiết bị, máy móc 455 455 0 480,88 480,88 0 4 Đoàn ra 181 181 0 117,365 117,365 0 5 Đoàn vào 81.8 81.8 0 38,02 38,02 0 6 Chi khác 113,2 113,2 0 113 113 0 Tổng cộng 1200 1200 0 1200 1200 0 Lý do thay đổi: Thay đổi Chi phí cho nội dung trả công lao động và thiết bị máy móc tăng lên là do điều chỉnh kinh phí đoàn vào và đoàn ra năm 2009 (số lượng đoàn vào và đoàn ra giảm) và chuyển sang mục thuê khoán chuyên môn và thiết bị máy móc. 3. Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án: (Liệt kê các quyết định, văn bản của cơ quan quản lý từ công đoạn xác định nhiệm vụ, xét chọn, phê duyệt kinh phí, hợp đồ ng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực hiện nếu có); văn bản của tổ chức chủ trì đề tài, dự án (đơn, kiến nghị điều chỉnh nếu có) Số TT Số, thời gian ban hành văn bản Tên văn bản Ghi chú 1 Số 1943/QĐ- BKHCN ngày 17 tháng 9 năm 2007 Quyết định Về việc phê duyệt danh mục các nhiệm vụ hợp tác quốc tế về khoa học và công nghệ theo nghị định thư để đưa ra xem xét thực hiện từ năm 2008. Do Thứ trưởng Bộ KH&CN Nguyễn Quốc Thắng ký. 2 Số 3025/QĐ- BKHCN ngày 13 tháng 12 năm 2007 Quyết định về việc thành lập Hội đồng KHCN xét duyệt đề cương nghiên cứu Nhiệm vụ hợp tác quốc tế về KH&Cn theo Nghị định thư”Nghiên cưuus chế tạo hệ phổ kế siêu cao tần băng X và thử nghiệm ứng dụng hệ phổ kế trong điều tra và nghiên cứu môi trường” Do Thứ trưởng Bộ KH&CN Lê Đình Tiến ký. 4 3 Hợp đồng số 06- 37 ngày 09/6/2008 Hợp đồng chế tạo phổ kế siêu cao tần băng X Ký với đối tác Bungari. Công ty Elco Star Com 4 Số 1328/QD- KHCNVN Quyết định về việc giao chỉ tiêu kinh phí đợt 2 năm 2008 Do Phó Chủ tịch Viện KHCNVN Nguyễn Khoa Sơn ký. 5 Số 234/CNVT Công văn xin điều chỉnh kinh phí đề tài Có phê duyệt của Ban KHTC 6 Ngày 07/9/2009 Công văn xin điều chỉnh kinh phí đề tài Có phê duyệt của Ban KHTC 7 Ngày 14/12/2009 Công văn xin điều chỉnh kinh phí đề tài Có phê duyệt của Ban KHTC 4. Tổ chức phối hợp thực hiện đề tài, dự án: Số TT Tên tổ chức đăng ký theo Thuyết minh Tên tổ chức đã tham gia thực hiện Nội dung tham gia chủ yếu Sản phẩm chủ yếu đạt được Ghi chú* 1 Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường Phối hợp thực hiện các phép đo thực địa độ ẩm đất, sinh khối thực vật, Cung cấp các đặc tính mùa vụ của cây lúa, ngô. 2 Viện Địa lý Viện Địa lý Nghiên cứu thổ nhưỡng, phân tích thành phần đất Dung trọng đất, phân tích các thành phần trong đất. 5 3 Viện Địện tử, Viện HLKH Bungari Viện Địện tử, Viện HLKH Bungari -Phối hợp thiết kế, chế tạo 01 hệ phổ kế siêu cao tần băng X. - Chế tạo Anten băng X cho Phổ kế. - Phối hợp nghiên cứu ứng dụng hệ phổ kế tại Việt Nam Phổ kế Siêu cao tần băng X 5 Công ty thiết bị Điện tử Viễn thông Elco Star, Sofia, Bungari Công ty thiết bị Điện tử Viễn thông Elco Star, Sofia, Bungari Cung cấp các linh kiện, các module siêu cao tần Linh kiện điện tử 6 Trường Đại học Kỹ thuật Varna - Bungari Trường Đại học Kỹ thuật Varna - Bungari Thiết kế chế tạo Anten cho phổ kế Thiết kế chế tạo Anten cho phổ kế 5. Cá nhân tham gia thực hiện đề tài, dự án: (Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá 10 người kể cả chủ nhiệm) STT Tên cá nhân đã tham gia thực hiện Nội dung tham gia chính Số tháng làm việc Ghi chú* 1 TS. Doãn Minh Chung Chủ nhiệm đề tài 24 2 Ths. Võ Thị Lan Anh Nghiên cứu lý thuyết tính toán độ ẩm đất 24 3 CN. Vũ Trung Kiên Lập chương trình tính toán và điều khiển phổ kế 24 4 KS. Phùng Đức Thưởng Nghiên cứu lý thuyết tính toán độ mặn nước biển 15 6 5 KSC. Nguyễn Thành Long Thiết kế hệ thống giá đỡ, hệ thống cơ khí cho phổ kế 24 6 Phía Bungari PGS.TS. Boris Vichev 24 7 TS. Kosta G. Kostov 24 8 PGS.TS.M. A . Mikhalev 18 9 TS. Lubomir K. Urshev 12 10 GS. TS. R. G Kirov Phối hợp thiết kế, chế tạo 01 hệ phổ kế siêu cao tần băng X. - Chế tạo Anten băng X cho Phổ kế. - Phối hợp nghiên cứu ứng dụng hệ phổ kế tại Việt Nam. 12 Ban đầu trong danh sách tham gia đề tài còn có CN. Trần Anh Quang (Viện Công nghệ Vũ trụ), KS. Trần Thanh Long (Viện Công nghệ Vũ trụ), tuy nhiên các cộng sự trên đã đề nghị xin không tham gia. Bổ sung vào danh sách là KS. Phùng Đức Thưởng (Viện Công nghệ Vũ trụ). 6. Tình hình hợp tác quốc tế: Số TT Theo kế hoạch (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, số đoàn, số lượng người tham gia ) Thực tế đạt được (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, số đoàn, số lượng người tham gia ) Ghi chú* 1 Đoàn ra Gồm 2 đoàn CB VN sang Bun làm việc(mối đoàn 3 người) 01 Đoàn ra(3 nguời) Điều chỉnh 2 Đoàn vào Đón tiếp 2 đoàn Bungari sang 2 đợt trong 2 năm(mối đoàn 3 người) 01 Đoàn vào(3 người) Điều chỉnh Lý do thay đổi: Do xét thấy số lượng đoàn ra và đoàn vào thực tế như trên là đủ yêu cầu và hàm lượng khoa học của đề tài. 7 7. Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu: (Nêu tại mục 15 của thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát trong nước và nước ngoài) Thời gian (Bắt đầu, kết thúc - tháng … năm) Số TT Các nội dung, công việc chủ yếu (Các mốc đánh giá chủ yếu) Theo kế hoạch Thực tế đạt được Người, cơ quan thực hiện 1 Nội dung 1: Thiết kế chế tạo hệ phổ kế siêu cao tần băng X kiểu Dicke và xây dựng SCT di động (Mobile Lab) 1.1 - Công việc 1: Nghiên cứu tài liệu về các hệ phổ kế siêu cao tần băng X, các khối chức năng và điều khiển. Nghiên cứu các phương pháp ứng dụng viễn thám siêu cao tần thụ động trong nghiên cứu và giám sát môi trường 3-5/2008 3-5/2008 -Viện CNVT - Viện Điện tử, Viện HL KH Bungari 1.2 - Công việc 2: Lựa chọn sơ đồ mạch cho phổ kế băng X sử dụng các linh kiện siêu cao tần. 3-6/2008 3-6/2008 -Viện CNVT - Viện Điện tử, Viện HL KH Bungari 1.3 Công việc 3: -Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm các module thành phần của hệ phổ kế siêu cao tần. - Thiết kế chế tạo Anten băng X và thử nghiệm trong trạm đo - Thiết kế chế tạo nguồn nuôi, ổn nhiệt, đo đạc cho phổ kế. - Thiết kế và phát triển phần 4-12/2008 4-12/2008 -Viện CNVT - Viện Điện tử, Viện HL KH Bungari - Công ty Elco Star - Bungari -Trường ĐH THVarna, 8 mềm giao diện cho Bộ vi xử lý để có thể nhập, xử lý và truyền dữ liệu vào máy vi tính (thông qua cổng USB). - Hoàn chỉnh phần lắp ráp, điều chỉnh và kiểm tra phổ kế siêu cao tần băng X. Bungari -Viện CNVT 2 Nội dung 2: Thử nghiệm hệ phổ kế siêu cao tần băng X. Ứng dụng của hệ Phổ kế và Mobile Lab đo độ ẩm đất, sinh khối thực vật, độ mặn nước biển 2.1 Công việc 1 -Thử nghiệm phổ kế siêu cao tần băng X: hệ số truyền, độ nhạy của phổ kế, kiểm tra độ ổn định của phổ kế, kiểm tra ảnh hưởng của thời gian - Thử nghiệm các thiết bị đã được chế tạo đo độ phát xạ của các đối tượng tự nhiên khác nhau: bầu trời, đường nhựa, đất trống có độ gồ ghề khác nhau, các loại thảm thực vật .v.v… 1-4/2009 1-4/2009 -Viện CNVT 2.2 Công việc 2 - Phát triển các phương pháp và phần mềm dùng trong xử lý số liệu thu được từ phổ kế đối với các đối tượng tự nhiên. 1- 6/2009 1- 6/2009 -Viện CNVT 2.3 Công việc 3 - Tiến hành các cuộc khảo sát viễn thám, hợp tác giữa Việt Nam và Bungari về các đối 4-12/2009 4-12/2009 -Viện CNVT - Viện Điện tử, Viện HL KH Bungari [...]... ký và đóng dấu) 13 MỤC LỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 3 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 4 CHƯƠNG II THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ PHỔ KẾ SIÊU CAO TẦN BĂNG X 8 2.1 Phân loại các phổ kế siêu cao tần (RDM) 8 2.1.1 Phổ kế siêu cao tần kiểu công suất toàn phần 8 2.1.2 Phổ kế siêu cao tần kiểu Dicke 9 2.1.3 Phổ kế siêu cao tần kiểu bù tạp âm 10 2.2 Thiết kế chế tạo hệ phổ kế siêu. .. của loại phổ kế này cũng được tính như phổ kế kiểu Dicke Nhóm cán bộ tham gia đề tài đã hợp tác với các chuyên gia Bungari thiết kế chế tạo phổ kế SCT kiểu bù tạp âm (băng L, năm 2000), kiểu công suất toàn phần (băng C, năm 2006), và kiểu Dicke (băng X, năm 2008 trong đề tài này) 11 2.2 Thiết kế chế tạo hệ phổ kế siêu cao tần băng X kiểu Dicke Hệ phổ kế SCT băng X kiểu Dicke được thiết kế chế tạo bao... mềm giao tiếp và tự động điều khiển anten 42 CHƯƠNG IV ỨNG DỤNG PHỔ KẾ SIÊU CAO TẦN BĂNG X TRONG ĐIỀU TRA NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG 48 4.1 Ứng dụng hệ phổ kế siêu cao tần đo độ ẩm đất và sinh khối thực vật 48 4.1.1 Thí nghiệm đợt 1 tại Hoài Đức 51 4.1.2 Thí nghiệm đợt 2 hỗn hợp Việt Nam – Bungari .53 4.1.3 X lý số liệu đo 54 4.2 Ứng dụng hệ phổ kế siêu cao tần đo độ mặn... tiến hành các nghiên cứu chuyên sâu về thiết kế chế tạo các hệ phổ kế siêu cao tần và triển khai ứng dụng của viễn thám siêu cao tần thụ động trong điều tra và nghiên cứu môi trường Các nghiên cứu tương tự đã được thực hiện từ đầu thập kỷ 80 của thế kỷ trước tại nhiều nước trên thế giới (Nga, Mỹ, Nhật Bản, Ấn Độ, v.v.) và đang tiếp tục phát triển, mở ra các ứng dụng mới nhằm nghiên cứu môi trường, đặc... và thử nghiệm ứng dụng hệ phổ kế trong nghiên cứu viễn thám thảm thực vật và nhiệt độ mặt nước biển tại Việt Nam” Đề tài đã được nghiệm thu xuất sắc, phổ kế siêu cao tần băng C đã được đưa vào ứng dụng kết hợp với phổ kế băng L trong nghiên cứu độ ẩm đất, sinh khối thảm thực vật và nhiệt độ mặt nước biển [13], đặc biệt các tác giả đã ứng dụng thành công các phổ kế băng L & C trong thí nghiệm viễn thám... chính x c hơn Vì vậy, trong giai đoạn 2008-2009, Bộ Khoa học và Công nghệ đã giao cho Viện Công nghệ vũ trụ chủ trì thực hiện đề tài hợp tác Nghị định thư với Viện Điện tử, Viện HLKH Bungari Thiết kế chế tạo hệ phổ kế siêu cao tần băng X kiểu Dicke và ứng dụng thử nghiệm trong điều tra và nghiên cứu môi trường Để thực hiện đề tài, nhóm tác giả đã tiến hành nghiên cứu sơ đồ chức năng của Phổ kế siêu cao. .. vi x lý số (Microcontroller - µC) 2 Trạm đo siêu cao tần di động đa tần số (băng L, C, X) bao gồm: 01 - 3 hệ phổ kế băng L,C ,X - Màn hình tinh thể lỏng - Thiết bị vi điều khiển và vi x lý số (Micro-controller µC) Trạm đo siêu cao tần di động đa tần số (băng L, C, X) bao gồm: Trạm đo siêu cao tần di động đa tần số (băng L, C, X) bao gồm: - Hệ thống Anten - 3 hệ phổ kế băng - 3 hệ phổ kế băng L,C ,X. .. khối của phổ kế siêu cao tần băng X 14 Sơ đồ nguyên lý của phổ kế SCT băng X kiểu Dicke Trên cơ sở phân tích nguyên tắc hoạt động phổ kế siêu cao tần nói trên, cho thấy phổ kế có tần số làm việc f = 10.95 – 11.25 GHz, kiểu Dicke, có độ ổn định cao, phù hợp với ứng dụng đo độ ẩm đất, sinh khối thảm thực vật và độ mặn nước biển Bên cạnh đó, phổ kế siêu cao tần cũng rất thuận tiện trong ứng dụng thực... tử, Viện HLKH Bungari Nghiên cứu ứng dụng viễn thám siêu cao tần thụ động trong điều tra điều kiện tự nhiên và môi trường Việt Nam” Đề tài đã được hoàn thành với sự tham gia của các chuyên gia Việt Nam và Bungari, với việc thiết kế chế tạo và ứng dụng hệ phổ kế siêu cao tần băng L (f=1.4GHz) nghiên cứu độ ẩm đất và sinh khối thảm thực vật tại một số khu vực thuộc đồng bằng và trung du Bắc bộ, trên... thành và đạt được các kết quả như đăng ký, qua đó đã tiếp thu được nhiều sản phẩm công nghệ cao, quy trình đo và giám sát các tham số của môi trường, học hỏi được nhiều kiến thức quý báu của các chuyên gia Bungari, tiếp tục khai thác các thiết bị đã có trong nghiên cứu ứng dụng viễn thám siêu cao tần các đối tượng tự nhiên và môi trường 7 CHƯƠNG II THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ PHỔ KẾ SIÊU CAO TẦN BĂNG X 2.1 . -Phối hợp thiết kế, chế tạo 01 hệ phổ kế siêu cao tần băng X. - Chế tạo Anten băng X cho Phổ kế. - Phối hợp nghiên cứu ứng dụng hệ phổ kế tại Việt Nam Phổ kế Siêu cao tần băng X 5. 2.1.1. Phổ kế siêu cao tần kiểu công suất toàn phần 8 2.1.2. Phổ kế siêu cao tần kiểu Dicke 9 2.1.3. Phổ kế siêu cao tần kiểu bù tạp âm 10 2.2. Thiết kế chế tạo hệ phổ kế siêu cao tần băng X kiểu. Bungari Thiết kế chế tạo hệ phổ kế siêu cao tần băng X kiểu Dicke và ứng dụng thử nghiệm trong điều tra và nghiên cứu môi trường . Để thực hiện đề tài, nhóm tác giả đã tiến hành nghiên cứu sơ