Nghiên ứu đặc tính kênh truyền cho tuyến vệ tinh quan sát trái đất

Tuy nhiên gi thi t ra cho h th ng là qu o hình elip.

Trang

3

6

1

19

2.1.1 ng c a t ng khí quy n 19

5

-

56

5

59

61

T vi t t t Tên Ti ng Vi t

NASA National Aeronautics and Space

Administration

EIRP Equivalent Isotropic Radiated

AFC Automatic Frequency Controller

M t s v tinh thông tin liên l c (Internet)

v tinh qu o th p[1]

ng b m t tr i (www.spagyuga.com)

S suy gi m do các khí trong khí quy n [3] 2

T ng s suy gi m do mây theo hàm c a t n s i v i góc ng n 300) [3] 22

T ng suy gi a t n s và g i v 30GHz là hàm c a góc ng ng [3] 25

nh v i góc ng ng th p[3]

T s tr c AR [4] 29

Mô hình hình h c gi a v tinh và tr m m t

6 thông s qu o Kepler (Internet)

-

1.1

t  u tiên, m ra m t k nguyên m i trong l ch s chinh ph c a lo

i V tinh này n ng 83 kg, trông gi t qu bóng b ng kim lo i cóanten r i Sputnik ch c tín hi

t n t i trên qu o th p trong 92 ngày B l c hút c

tên TIROS (Television Infrared Observation Satellite) Trên v tinh này có 2 camera

nh c a khí quy n TIROS ch ho

tránh hi ng giao thoa trên m t ph , 2 v

n nay, vi c b trí v trí v tinh trên qu

m t kênh tivi T ch c Intelsat - m t t ch c qu c t l n cung c p d ch v thông tin

v tinh trên ph m vi toàn c u - c thành l p

Ngoài h th ng v tinh tài nguyên Landsat c a M , còn có seri v tinh SPOT

c a Pháp, seri v tinh IRS c a , RESURS c a Nga Trên các v tinh tài

Ngày 22/02/1978: Phóng v tinh NAVSTAR Block I, v u tiên trong chùm 24 v tinh nhân t o mang tên h nh v toàn c u (Global Positioning

Qu ng bay c a v tinh trong th cân b ng gi a hai l

nhau: l c ly tâm và l c h p d n do s c hút c t Qu o n m trong

m t ph ng và có d ng hình elip hay hình tròn N u qu o là tròn thì tâm c a qu

o trùng v i tâm c a t N u qu o là elip thì có m u elip n m x

mu n th i gian kh h i (RTT - Round Trip Time) ng n t c là th i gi m t tín

hi u t tr m m t lên v tinh và quay v hay th i gian m t tín hi u t v tin

xu ng Nam ngay trên ho c g n sát v i hai c t) , v i góc nghiêng i

o là gi ng nhau Góc chi u sáng gi a m t ph ng qu o v tinh v i tr c M t

ng b M t tr i v-

B ng 1.1 Phân lo i v tinh theo tr ng [2]

c a thu nh hóa công ngh nói chung và c n t (Micro-Elect

Surrey (Anh Qu t k và ch t o v tinh nh UoSAT- c

c ch t o trong th i gian k l c 6 tháng và c phóng vào tháng 3/1984, v

ch t o và cung c p v tinh nh u th gi i V tinh nh c qu

km

-15

-1.5

(Int

1.3.

Sóng truy n qua khí quy t s b suy gi m m c tín hi u do các th

ph n khí xu t hi ng truy n S suy gi m có th m nh y u khác nhau

ng tr c ti p thông qua vi c làm nhi u khí quy n t ng truy

Có r t nhi u thành ph n trong khí quy t có th

truy n tín hi u sóng T t c các thành ph c tr n l n v i nhau cao kho n

s luân chuy n các tr ng thái

2.1 S suy gi m do các khí trong khí quy n [3]

m chu n 7.5g/m3

m khô Hình 2.1 mô t s ph thu c c a t n s vào suy gi m do khí trong khí quy i

Ta nh n th y t n s th p, s suy gi m là không l n Tuy nhiên s suy gi m này còn ph thu c vào chi ng truy n Khi góc ng ng gi m, chi u d

L

:

ng

qua s b gi ng có th làm gi tin c y và hi u Các c u trúc không ph i hình c u c a các h

c c c a tín hi u truy n d n, k t qu là gây ra hi ng kh  c ( truy n

ng sang m t tr ng thái phân c c khác) ng c

kh c c v i bi n th i gian, th ng chu kì m t d n và kh c c, và suy gi m/kh

c c c th v i bi n t n s

nhi t Các ng này ph thu c theo mù

rõ ràng Ch  s khúc x  sóng trong khí quy n hay ch s c a s khúc x , n, t i t n ssóng vô tuy n là m t hàm c a nhi

T n

(2-2):

p là áp su t khí quy n tính theo milibars (mb)

2.4 i v u ki

30GHz là hàm c a góc ng ng [3]

T phân tích và các s li u tham kh o ta th y r ng s ng c a s nh

i v i t n s th

t n s

2.1.2

ng h anten là chung cho c vi c thu và phát tín hi u liên l c v

trong các tr m m t là nh ng anten có m t ph n x là parabon

Các yêu c i v i anten trong liên l c v tinh nh m thu c các sóng mang tín hi u y u t v tinh và phát các sóng vô tuy n có công su m nh lên v tinh

S ti p nh ng t c là s suy hao sai l

tr m m c khi mà máy phát và anten thu liên k t v i nhau 100% T

t thì s liên k t gi a tr m m t và v tinh hoàn h y là không th

c bi t v i CubeSats khi mà t di chuy n c a chúng có th n 8000 m/

Có 2 nguyên nhân d n s sai l ch này là do:

- Suy hao ngoài tr c (off-axis) v tinh

- Suy hao ngoài tr c tr m m t

i 1dB, nó là m t giá tr t n suy hao sai l ch ch ng Suy hao sai l ch c c tính toán b ng vi c s d ng các d li u th

: Suy hao ch ng anten

: Góc d ch chuy n (Offset angle)

 Chi u quay c a vector E và H (so v n lan) là quay ph i hquay trái

H s c a anten nói lên vi c t p trung công su t b c x c a máy phát cung c p cho anten vào búp sóng h p c a anten Công su t b c x ng

n s lan truy n c a tín hi u qua không gian

th c hi n tính toán giá tr này thì chúng ta ph giá tr công su t b c

có th hi u chính xác ngu n g ctính FSL

T th y r ng t n hao sóng truy n trong không gian t d

kho ng cách này ng r t l n nên y u t FSL là m t y u t r t quan tr ng

theo góc ng ng c a v tinh Vì th ta có th xây d c m th v s

ng gi a kho ng cách r và FSL hay nói cách khác là m i liên h gi a góc ng ng

và FSL

2.1.4

T p âm (noise) là m t d ng tín hi u không ch a n

l n vào tín hi u h u ích Nó làm gi chính xác c a vi c ph c h i n i dung thông tin t i máy thu Ngu n gây ra t p âm có th là:

 T c phát ra t nh ng ngu n b c x t nhiên trong vùng thu sóng

T

0

T

-15 )ta có th th y r ng nhi t p âm hi u d ng c a

nhi t p âm thi t b này

kho ng cách gi a tr m m t và v tinh Kho ng cách này s ng tr c

n ch ng tín hi u c a h th ng (t n hao sóng truy n trong không gian t do)

2 cos ( ) sin( )

e e

m tra ch ng h th ng thông tin liên l c gi a tr m mtinh Qu ng truy n ch ra nh ng suy hao trong quá trình thông tin liên l c, bao

g m suy hao trong không gian, suy hao do thi t b , do ng b i các y u t

chính xác giúp l a ch n các thi t b thu phát m t cách h p lý, ti t ki m, trong khi

v m b o vi c thông tin liên l c, k t n i gi a v tinh và tr m m t

n các h th ng thông tin liên l c s n có khác

Trạm điều khiển

mặt đất

Trạm thu ảnh mặt đất

LEO (680-700 KM)

c quan sát t m t h t không quán tính c a m t v t th thì ch quan tâm

quán tính này M t qu o s bao g m hai b thông s Kepler ph thu c vào v t

th c ch n làm m c V t th làm m c s c g i là chính, v t còn l i s

ph V t chính không nh t thi t ph i có kh ng l t ph , ngay c

ng h p hai v t th cùng kh ng, thông s qu o ch ph thu c vào

Hai thông s nh hình d l n c a bán tr c l n qu o v tinh

 Bán tr c l n ( semi major axis) : b ng m t n a ta- l n c a vi

và c i v i qu o tròn, bán tr c l n chính b ng kho ng cách gtâm c a hai v t th

 l ch tâm ( eccentricity) : quye- nh hình d ng qu o, càng le n thì

 Góc nghiêng ( inclination) : góc gi a tr c thi- ng c a elip v i m t

quy chi u v ng lên )

 c  - longitude of the ascending node) : góc gim lên ( m

m Xuân phân Hai thông s cu i :

 i c a c - argument of pem ( rigee): thông s ng c aelip trong m t ph ng qu o, là góc gi m lên so v i c m trên qu o mà t ng cách v t ph v i v t chính là g n nh t)

 V trí hi n t i c a v tinh ( M Mean(True) anomaly) : là góc tính t c n

n v trí c a v tinh Giá tr c a v trí hi n t

Ngoài qu o elip còn có qu o hypecbol ( v i e >1) và qu o parabol (e c dùng cho các nhi m v liên hành tinh, khám phá các hành tinh khác Tuy nhiên gi thi t ra cho h th ng là qu o hình elip

2.2.2

(№rth American AeCommand) s d ng m t t p tin Two-line Element Set (TLE) ha

trong t p tin hai dòng có th tìm th y trong [5]

NORAD duy trì t p các y u t gây nhi u qu o trong tính toán c a h i

v i m i v t th bay trong không gian T p các y u t

NORAD, trong các mô hình tính c n các t p s

m b o tính chính xác Mô hình tính SGP4 cho qu o v tinh g

Vi c tính toán v trí c a v tinh theo th c th c hi n d a trên

qu tính toán qu o v htin i v i các v tinh ho ng trên qu o này

trong nh ng n n t ng l p trình và th c thi ng d c s d ng r ng rãi trong

vi c phát tri n các ph n m m chuyên môn hóa trong các t n .NET liên t

c c p nh t và h tr b i Microsoft, v i nhi n và các thành ph n toán, c u trúc d li u, giao di c tích h p s n

C th , ph n m c l p trình và ch y trên NET Framework 4.0, vi t b ng ngôn ng l p trình C# b ng ph n m m Visual Studio 2015

Module ph n m c phân thành các thành ph

- Thành ph n Qu n lý D Li t trong l p DataHandler Thàn

ph n này ch u trách nhi , qu n lý và truy xu t các d li u

d ng C th g m có: D li u v V tinh và TLE

t c a thu t toán SGP4, ch u trách nhi m tính toán v trí t c th i và

2 coverage 2 e (1 cos max)

2

max 2

ng phiên làm vi c tính b ng cách tính th i gian gi a m i giá tr

 sat e

rel rel

d R V

V R f f

rel

V R f f

e c L

ds

R f f

2.3.

3.3

3.5

-

-:

3.8

[1]

[Online] Available: https://goo.gl/CtBfPN

2007

[3] Dr Louis J Ippolito, NASAHandbook propagation effects for Satellite System

design, Fifth Virginia: Jet Propulsion Laboratory, 1999

[4]

-Available: https://www.celestrak.com/NORAD/documentation/tle-fmt.asp

[6] G A T Patrick, DOPPLER COMPENSATION FOR LEO SATELLITE

COMMUNICATION SYSTEMS Mc Master University, 1998

[7] N A and M Mehdipour, ccurate Doppler Prediction Scheme for Satellite

Orbits Computer engineering group, Payam №or University, 2001

[8] A Valdoni, F., Ruggieri, M., Vatalaro, F., and Paraboni, A new millimetre

wave satellite system for land mobile communications European Transactions

on Telecommunications, 1990

[9] F Carassa, Application of millimeter waves to satellite systems Alta

Frequenza, 1989

Suy hao đường dây

"Loại cáp được giả thiết là Belden 9913"

Một số suy sao khác trên đường dây

Các giả thiết về thông số đầu vào đưa ra dưới đây dựa trên tham khảo của một số vệ tinh LEO đang hoạt động

Độ suy hao 0.4 dB/m "Loại cáp được giả thiết là RG-188/AU"

LNA

Bandpass Filter

Other In-Line Device

2nd Stage

L BPF

L other

Công thức tính nhiệt độ tạp âm hệ thống:

Trong đó : được gọi là hệ số đường dây vào Được tính là :

Chú ý: Dựa vào công thức nhiệt độ tạp âm hệ thống ta thấy

độ lớn của nó phụ thuộc chủ yếu vào tầng thứ 1 (LNA).

Chính vì thế ta tổng hợp các tầng sau gọi là tầng thứ 2 (2nd stage) cho tổng quát hóa

+ (1- )

Tính toán các tham số kênh truyền

Trạm mặt đất

"EIRP (dB)= Ptx + Gtx - suy hao đường dây "

Suy hao đường truyền uplink

Suy hao phân cực anten trạm mặt đất 0.2 dB Suy hao trong không gian tự do phụ thuộc vào Suy hao không gian tự do 161.30 dB khoảng cách thay đổi của vệ tinh và trạm mặt

" = EIRP - tổng suy hao đường truyền"

Tăng ích của anten: 2428.637902

Vệ tinh

Tỉ số công suất sóng man Pr/No 93.21

trên công suất tạp âm

Tốc độ dữ liệu hệ thống mong muốn 20000 bps

Màu xanh Giá trị giả thiết đầu vào

Sơ đồ khối

Antenna

Suy hao đường dây

"Loại cáp được giả thiết là RG-188/AU"

Một số suy sao khác trên đường dây

Các giả thiết về thông số đầu vào đưa ra dưới đây dựa trên tham khảo của một số v tinh LEO đang hoạt động

Ghi chú:

Device :

Line A

Độ suy hao 0.092 dB/m "Loại cáp được giả thiết là RG-188/AU"

LNA

Bandpass Filter

Other In-Line Device

2nd Stage

L BPF

L other

Trong đó : được gọi là h số đường dây vào Được tính là :

Chú ý: Dựa vào công thức nhi t độ tạp âm h thống ta thấy

độ lớn của nó phụ thuộc chủ yếu vào tầng thứ 1 (LNA).

Chính vì thế ta tổng hợp các tầng sau gọi là tầng thứ 2 (2nd stage) cho tổng quát hóa

+ (1- )

Tính toán các tham số kênh truyền

V tinh

"EIRP (dB)= Ptx + Gtx - suy hao đường dây "

Suy hao đường truyền downlink

Suy hao chỉ hướng anten trên v tinh 0.2 dB

Suy hao phân cực anten từ v tinh n m m t đất đế trạ 0.2 dB

" = EIRP - tổng suy hao đường truyền"

Thông số anten trạm m t đất Công thức tính tăng ích anten

Trạ m m t t đấ

Suy hao chỉ hướng anten trạ m m t t đấ 13.3 dB

Tỉ số công suất sóng mang Pr/No 60.41 dBHz

trên công suất tạp âm

Tốc độ dữ li u h thống mong muốn 384615 bps

Vệ Tinh Vậc tốc quỹ đạo

Thông số quỹ đạo

Bán kính trái đất Re: 6378.136 km