nghiên cứu kỹ thuật điều khiển, vận hành, duy trì vị trí và tư thế của vệ tinh trên quĩ đạo địa tĩnh

Bộ giáo dục và đào tạo viện đại học mở hà nội luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nghiờn cu k thut ủiu khin, vn hnh, duy trỡ v trớ v t th ca v tinh trờn qu ủo ủa tnh Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 102 Ngi thc hin: ng Quc Chớnh ngời hớng dẫn khoa học ts. Đặng hảI đăng Hà Nội - Năm 2011 Bộ giáo dục và đào tạo viện đại học mở hà nội luận văn thạc sĩ kỹ thuật Tên đề tài: Nghiờn cu k thut ủiu khin, vn hnh, duy trỡ v trớ v t th ca v tinh trờn qu ủo ủa tnh Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 102 Ngày giao đề tài luận văn: Ngày hoàn thành luận văn: Ngời thực hiện: Họ và tên: Đặng Quốc Chính Lớp: Kỹ thuật điện tử Khoá: 02 Hệ đào tạo: Cán bộ hớng dẫn: Họ và tên: TS. Đặng Hải Đăng Đơn vị công tác: Khoa KTĐT Hà Nội - Năm 2011 MỤC LỤC Trang Mục lục Danh mục các từ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ MỞ ðẦU 1 Chương 1 THÔNG TIN VỆ TINH 1.1. Tổng quan về thông tin vệ tinh 2 1.1.1. Nguyên lý thông tin vệ tinh 2 1.1.2. Phân loại hệ thống TTVT 4 1.1.3. ðặc ñiểm của TTVT 4 1.2. Tạp âm và truyền sóng trong TTVT 6 1.2.1. Tạp âm trong hệ thống TTVT 6 1.2.2. Truyền sóng trong TTVT 10 1.3. Trạm mặt ñất 14 1.3.1.Cấu trúc của trạm mặt ñất 14 1.3.2. Anten trạm mặt ñất 16 1.3.3. Bộ khuếch ñại tạp âm nhỏ LNA 21 1.3.4. Bộ khuếch ñại công suất lớn HPA 22 1.4. ða truy nhập trong TTVT 23 1.4.1. ða truy nhập theo tần số FDMA 24 1.4.2. ða truy nhập theo thời gian (TDMA) 25 1.4.3. ða truy nhập phân chia theo mã CDMA 27 1.4.4. ða truy nhập theo yêu cầu DAMA 28 1.5. Vệ tinh thông tin 29 1.5.1. Cấu trúc vệ tinh thông tin 29 1.5.2. Hệ thống ñiều khiển tư thế và vị trí của vệ tinh 33 1.5.3. Hệ thống giám sát, ño xa và ñiều khiển-TT&C 35 1.5.4. Hệ thống cung cấp nguồn (EPS) 35 1.5.5. Hệ thống ñiều khiển nhiệt (TCS) 38 1.5.6. Phân hệ ñẩy 38 1.5.7. Hệ thống cấu trúc khung 39 1.6. Hệ thống ño xa, bám, ñiều khiển 39 Chương 2 CẤU HÌNH HỆ THỐNG VÀ CHỨC NĂNG CỦA CÁC THIẾT BỊ TRẠM ðIỀU KHIỂN VỆ TINH 2.1 Sơ ñồ kết nối giữa các trạm ñiều khiển 40 2.2. Cấu hình hệ thống các thiết bị tại trạm ñiều khiển 41 2.2.1. Hệ thống thiết bị RF 43 2.2.2. Hệ thống thiết bị ñiều khiển Anten (ACU) 55 2.2.3 Hệ thống M&C 57 2.2.4. Hệ thống Intercom 59 2.2.5. Hệ thống tần số và thời gian chuẩn 60 2.2.6. Hệ thống thiết bị phân tích quĩ ñạo 60 2.2.7. Hệ thống thiết bị mô phỏng 61 2.2.8. Hệ thống cấp nguồn 62 2.2.9. Hệ thống làm lạnh HVAC 62 2.2.10. Hệ thống các thiết bị cảnh báo cháy 63 Chương 3 HOẠT ðỘNG XÁC ðỊNH, DUY TRÌ ỔN ðỊNH VỊ TRÍ VÀ TƯ THẾ 3.1. Quĩ ñạo vệ tinh và vị trí của vệ tinh trên quĩ ñạo ñịa tĩnh 64 3.2. Các hệ trục tọa ñộ 66 3.2.1. Hệ tọa ñộ quán tính ñịa tâm (ECI) 66 3.2.2. Hệ tọa ñộ vệ tinh 67 3.2.3. Hệ tọa ñộ quĩ ñạo 67 3.2.4. Hệ tọa ñộ “ñích” 68 3.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới vị trí và tư thế của vệ tinh trên quĩ ñạo ñịa tĩnh 68 3.3.1. Các nguồn gây ra các tác ñộng làm biến ñổi tư thế 69 3.3.2. Các nguồn gây ra các tác ñộng làm biến ñổi vị trí 69 3.4. Các biện pháp duy trì vị trí và ổn ñịnh tư thế của vệ tinh 72 3.4.1. Tổng quan về hoạt ñộng ổn ñịnh tư thế, và duy trì vị trí quĩ ñạo 72 3.4.2. Thành phần phần cứng xác ñịnh, duy trì vị trí và tư thế của vệ tinh 75 3.4.3. Các phương pháp ổn ñịnh tư thế 93 3.4.4. ðiều chỉnh vị trí của vệ tinh 96 Chương 4 CÁC THÔNG SỐ TELEMETRY CỦA VỆ TINH 4.1. Giới thiệu chung 108 4.2. Các ñiểm telemetry của phân hệ GN&C 108 4.3. Tham số phân hệ ñẩy 112 4.4. Các tham số telemetry phân hệ Payload 114 4.5. Tham số hoạt ñộng của EPS 115 4.6. Các tham số phân hệ CT&R 116 4.7.Các tham số phân hệ nhiệt 117 4.8. Các tham số phân hệ phần mềm 117 KẾT LUẬN 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ACS Attitude control system Hệ thống ñiều khiển tư thế ACU Antena Control Unit Khối ñiều khiển anten BB Base Band Băng tần cơ sở BCF Back Up Facility Trạm dự phòng CDMA Code Division Mutiple Access ða truy nhập phân chia theo mã CT&R Command Telemetryy and Ranging Phân hệ ño xa và gửi lệnh DAMA Demand Assigment Multiple Access ða truy nhập gán theo yêu cầu D/C Frequency Down Converter Bộ biến ñổi tần xuống DEM Demodulator Bộ giải ñiều chế DSS Dynamic Simulator System Hệ thống mô phỏng DTR Digital Tracking Reciever Bộ nhận tín hiệu bám dạng số E/W East – West Giữ trạm theo hướng ñông tây ECI Earth Center Inertial Giữ trạm theo hướng nam bắc EMI Electronic-Managtic Interference Nhiễu ñiện từ trường EIRP Equivalent Isotropically Rdiated Power Công suất bức xạ ñẳng hướng tương ñương ESA Earth Sensor Assembly Bộ cảm biến trái ñất FDMA Frequency Division Mutiple Access ða truy nhập phân chia theo tần số FSK Frequency Shift Key ðiều chế khoá dịch pha GN&C Guidance nivigation and control Phân hệ ñiều khiển và dẫn hướng GUI Graphical User Interface Giao diện ñồ hoạ HPA High Power Amplifier Bộ khuếch ñại công suát cao IBO Input Back Off ðẩy lùi công suất ñầu vào IF Intermediate Frequency Tần số trung tần IMU Inertial Measurement Unit Khối ño quán tính KPA Klystron Power Aplifier Bộ khuếch ñại Klystron LAE Liquid Aperige Engine ðộng cơ viễn ñiểm LNA Low Noise Amplifier Bộ khuếch ñại tạp âm thấp LO Local Oscilator Bộ giao ñộng nội MCS Monitor and Control System Hệ thống ñiều khiển và giám sát M&C Monitor and control Màn hình giám sát và ñiều khiển MOD Modulator Bộ ñiều chế N/S North- South Giữ trạm theo hướng nam bắc OBC On-board Computer Máy tính trên vệ tinh PC Personal Computer Máy tính cá nhân PCF Primary Facility Trạm ñiều khiển chính PSK Phase Shift Key ðiều chế khoá dịch pha REM Remote ðiều khiển và truy nhập từ xa RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RIU Remote Interface Unit Khối giao tiếp từ xa RWA Reaction Wheel Assembly Tổ hợp con quay ổn ñịnh tư thế RX Reciever Bộ nhận SCPC Single Chanel Per Carrier ðơn kênh trên một sóng mang SCU Servo Control Unit Khối ñiều khiển ñộng cơ SES Satellite Earth Station Trạm mặt ñất SLACS Space Inertial Reference Unit Less Attitude Control System Hệ thống ñiều khiển tư thế không cần tham chiếu quán tính SSA Sun Sensor Assembly Bộ cảm biến mặt trời TDC Tracking Down Converter Bộ ñổi tần xuống cho tín hiệu Tracking TLT Test Loop Translator Vòng lặp kiểm tra TDMA Time Division Mutiple Access ða truy nhập phân chia theo thời gian TT&C Tracking Telemetry and Control Phân hệ ñiều khiển và ño xa TX Transmitter Bộ phát U/C Freqency Up Converter Bộ biến ñổi tần lên UPS Uninterrupted Power Supply Nguồn ñiện liên tục UTC Coordinated Universal Time Thời gian chuẩn quốc tế W/S Work Station Trạm ñiều khiển VSAT Very Small Aperture Teminal Thiết bị ñầu cuối góc mở nhỏ X Yaw Trục toạ ñộ X Y Roll Trục toạ ñộ Y Z Pitch Trục toạ ñộ Z DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Các loại LNA. 21 Bảng 1.2. So sánh các bộ khuếch ñại công suất lớn 22 Bảng 3.1. Các bộ cảm biến ñược sử dụng cho việc xác ñịnh vị trí và tư thế 79 Bảng 3.2. Các actuator ñược sử dụng ñể xác ñịnh quĩ ñạo và tư thế vệ tinh. 88 Bảng 3.3. Hướng ∆V và sự lựa chọn các ñộng cơ ñẩy 97 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1. Nguyên lý hệ thống TTVT 2 Hình 1.2. Sơ ñồ nhiệt tạp âm hệ thống 6 Hình 1.3. Sự phụ thuộc T a = f(θ) 9 Hình 1.4. Cửa sổ vô tuyến. 11 Hình 1.5. Sự tăng tạp âm do mưa 13 Hình 1.6. Cấu trúc trạm mặt ñất 14 Hình 1.7. Anten cassegrain 19 Hình 1.8. Nguyên lý ghép kênh FDMA 24 Hình 1.9. Nguyên lý TDMA 25 Hình 1.10. Hệ thống CDMA trong TTVT 27 Hình 1.11. Cấu trúc vệ tinh thông tin 30 Hình 1.12. Sơ ñồ bộ phát ñáp. 31 Hình 1.13. mô tả hệ thống tọa ñộ trên vệ tinh 34 Hình 1.14. Hệ thống ñiều khiển tư thế của vệ tinh 35 Hình 1.1.15. Hệ thống cung cấp nguồn ñiện 35 Hình 2.1. Liên kết giữa trạm ñiều khiển chính và trạm ñiều khiển dự phòng 40 Hình 2.2. Sơ ñồ khối hệ thống thiết bị trạm ñiều khiển 41 Hình 2.3. Hệ thống thu phát trạm ñiều khiển 44 Hình 2.4. Hệ thống phát 44 Hình 2.5. Sơ ñồ khối CT&R 45 Hình 2.6. Khối biến ñổi tần lên 46 Hình 2.7. Bộ khuếch ñại công suất cao 47 Hình 2.8. Hệ thống chuyển mạch RF 48 Hình 2.9. Panel ñiều khiển các chuyển mạch 48 Hình 2.10. Hệ thống các thiết bị thu 49 [...]... Nam ñã phóng v tinh Vinasat-1 lên quĩ ñ o vào ngày 18-04-2009 Tuy nhiên, vi c ñi u khi n v tinh là m t công vi c còn khá m i m v i ñ i ngũ cán b khoa h c k thu t ho t ñ ng trong lĩnh v c k thu t ñi n t truy n thông nư c ta Do v y, lu n văn Nghiên c u k thu t ñi u khi n, v n hành, duy trì v trí và tư th c a v tinh trên quĩ ñ o ñ a tĩnh ñư c ch n ñ ti n hành nghiên c u m t s công ngh và phương pháp... khi n v tinh trên quĩ ñ o ñ a tĩnh có th áp d ng trong ñi u ki n th c ti n c a Vi t Nam Lu n văn ñư c chia làm 4 chương như sau: Chương 1: Thông tin v tinh Chương 2: C u hình h th ng và ch c năng c a các thi t b tr m ñi u khi n m t ñ t Chương 3: Ho t ñ ng xác ñ nh, duy trì, n ñ nh v trí và tư th Chương 4: Các thông s Telemetry c a v tinh 1 Chương 1 THÔNG TIN V TINH 1.1 T ng quan v thông tin v tinh 1.1.1... TTVT ñư c chia làm 2 lo i: N u s d ng v tinh ñ a tĩnh thì có h th ng TTVT ñ a tĩnh và n u s d ng v tinh quĩ ñ o th p thì có h th ng TTVT không ñ ng b H th ng TTVT ñ a tĩnh Trong h th ng này, v tinh ñư c phóng lên ñ cao 36.768 Km Nó chuy n ñ ng v i t c ñ góc b ng và cùng chi u quay v i trái ñ t, do v y khi quan sát t m t ñ t thì v tinh ñ a tĩnh ñư c coi như có v trí n ñ nh Chính vì th vi c truy n tin... do v tinh r t xa trái ñ t nên vùng ph sóng c a nó r t r ng, v i ba v tinh ñ a tĩnh có th ph sóng toàn c u, tr các vùng c c Do v y, c ly thông tin c a h th ng TTVT ñ a tĩnh r t xa Do ñó, như c ñi m c a h th ng TTVT ñ a tĩnh là tr tín hi u l n do c ly tuy n truy n d n l n Trong khuôn kh c a lu n văn chúng ta ch y u ñi phân tích vi c ñi u khi n và v n hành v tinh ho t ñ ng trên quĩ ñ o ñ a tĩnh Vì v tinh. .. tr i nên v trí và ñ nghiêng c a nó trên quĩ ñ o b thay ñ i ð ñ m b o ch t lư ng TTVT, anten tr m m t ñ t ph i hư ng ñúng vào v tinh Hi n nay có 4 phương pháp bám v tinh ñư c dùng như sau: - Phương pháp bám theo ki u xung ñơn: Phương pháp này d a trên cơ s thu và quan sát các ki u sóng ñ ng làm vi c trong các feedhorn ph ñ t xung quanh feedhorn chính Tách các ki u sóng ñang làm vi c d a vào thi t b... ñ ng trên quĩ ñ o ñ a tĩnh Vì v tinh VINASAT-1 là v tinh thông tin ñ a tĩnh nên lu n văn ch y u ñi sâu vào phân tích vi c ñi u khi n và v n hành v tinh ho t ñ ng trên quĩ ñ o ñ a tĩnh H th ng không ñ ng b : Trong h th ng này, v tinh ñư c phóng lên ñ cao t 500 t i 10.000 Km Nó chuy n ñ ng v i v n t c góc khác v n t c t quay c a trái ñ t, t c là v trí c a nó luôn chuy n ñ ng so v i trái ñ t khi quan... 62 Hình 3.1 Quĩ ñ o ñ a tĩnh 64 Hình 3.2 Các tham s xác ñ nh quĩ ñ o c a v tinh 65 Hình 3.3 H t a ñ ñ a tâm 67 Hình 3.4 H t a ñ tâm v tinh 67 Hình 3.5 H t a ñ quĩ ñ o………………………………………………… 68 Hình 3.6 M i liên h gi a h t a ñ quĩ ñ o và h t a ñ quán tính ñ a tâm 68 Hình 3.7 nh hư ng c a l c hút m t trăng và m t tr i 70 Hình 3.8 M t ph ng quĩ ñ o và m t ph ng hoàng ñ o... thương m i - Phương pháp bám v tinh theo chương trình: Phương pháp này d a trên s li u thiên văn c a các v trí quĩ ñ o v tinh ñư c ñoán trư c do Intelsat cung c p cho các tr m m t ñ t Các s li u này thư ng ñư c thông báo trư c 2 tu n Nó ñư c ph n m m x lý và ñưa ra các tín hi u ñi u khi n anten bám v tinh Phương pháp này thích h p và không c n có các thi t b x lý tín hi u beacon và không c n có các thi t... pha tư ng ñương là O2 và n i ñ n Duplexer Tham s ch y u c a anten ñư c xác ñ nh như sau: F 1 θ  = cot g   D 4 2 Ưu ñi m c a anten cassegrain là: suy hao sóng ch x y ra (1-13) m t gương ph n x ph theo phương truy n sóng nên hi u su t anten cao và biên ñ búp sóng ph nh , nhi t t p âm nh Thi t b bám v tinh M c dù v tinh ñư c ñ t trên quĩ ñ o ñ a tĩnh, coi như ñ ng yên so v i trái ñ t nhưng trên. .. M t t h p các tr m m t ñ t và v tinh thông tin cùng làm vi c ñ ñ m b o thông tin g i là h th ng TTVT: Sơ ñ c u trúc c a h th ng TTVT như hình 1.1 và g m 2 ph n chính: Ph n không gian và ph n m t ñ t - Ph n không gian: G m có v tinh thông tin, h th ng ñ m b o các ch c năng ño xa, bám, ñi u khi n (TT&C) nh m duy trì ho t ñ ng bình thư ng cho v tinh Trong h th ng TTVT thì v tinh th c ch t là m t tr m . Do vậy, luận văn Nghiên cứu kỹ thuật ñiều khiển, vận hành, duy trì vị trí và tư thế của vệ tinh trên quĩ ñạo ñịa tĩnh ñược chọn ñể tiến hành nghiên cứu một số công nghệ và phương pháp giám. và duy trì vị trí quĩ ñạo 72 3.4.2. Thành phần phần cứng xác ñịnh, duy trì vị trí và tư thế của vệ tinh 75 3.4.3. Các phương pháp ổn ñịnh tư thế 93 3.4.4. ðiều chỉnh vị trí của vệ tinh 96. cảnh báo cháy 63 Chương 3 HOẠT ðỘNG XÁC ðỊNH, DUY TRÌ ỔN ðỊNH VỊ TRÍ VÀ TƯ THẾ 3.1. Quĩ ñạo vệ tinh và vị trí của vệ tinh trên quĩ ñạo ñịa tĩnh 64 3.2. Các hệ trục tọa ñộ 66 3.2.1.