Khoảng 20 năm trở lại đõy, cựng với sự bựng nổ của ngành cụng nghệ thụng tin và kỹ thuật vi điện tử cỏc mỏy tớnh cũng như cỏc bộ xử lý tớn hiệu số cú tốc độ cao, kớch thước nhỏ, giỏ thàn
Nguyễn tuấn điệp giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học ngành : Kỹ thuật điện tử Kỹ thuật điện tử nghiên cứu phơng thức xử lý tín hiƯu sè øng dơng trun, xư lý d÷ liƯu định vị dẫn đờng máy bay b777 Nguyễn tuấn điệp 2006 - 2008 Hà Nội 2009 Hà Nội 2009 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205141031000000 giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học nghiên cứu phơng thức xử lý tín hiệu số ứng dụng truyền, xử lý liệu định vị dẫn đờng máy bay b777 ngành : kỹ tht ®iƯn tư m· sè:23.04.3898 Ngun tn ®iƯp Ngêi híng dÉn khoa häc : TS Ngun hưu trung Hµ Néi 2009 MỤC LỤC MỤC LỤC i MỞ ĐẦU v DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT vii DANH MỤC HÌNH VẼ xi Phần A: Cơ sở lý thut xư lý tÝn hiƯu Sè 13 Chương 1: Tín hiệu hệ thống rời rạc 13 Tín hiệu rời rạc 13 1.1 Khái niệm tín hiệu hệ xử lý tín hiệu 13 1.1.1 Khái niệm phân loại tín hiệu 13 1.1.1.1 Khái niệm tín hiệu 13 1.1.1.2 Phân loại tín hiệu 13 1.1.2 Khái niệm phân loại hệ xử lý tín hiệu 17 1.1.2.1 Khái niệm xử lý tín hiệu hệ xử lý tín hiệu 17 1.1.2.2 Phân loại hệ xử lý tín hiệu 17 1.1.3 Biểu diễn tín hiệu số 19 1.1.3.1 Phân loại tín hiệu số 19 1.1.3.2 Các tham số tín hiệu số 20 1.1.4 Phân loại dãy số 21 1.1.4.1 Dãy xác định dãy ngẫu nhiên 21 1.1.4.2 Dãy tuần hồn dãy khơng tuần hồn 21 1.1.4.3 Dãy hữu hạn dãy vô hạn 21 1.1.4.4 Dãy phía dãy hai phía 22 1.1.4.5 Dãy chẵn dãy lẻ 22 1.1.4.6 Dãy thực dãy phức 22 1.1.5 Các dãy 22 1.1.5.1 Dãy xung đơn vị δ(n) 22 1.1.5.2 Dãy bậc thang đơn vị u(n) 23 1.1.5.3 Dãy chữ nhật rectN(n) 23 1.1.5.4 Dãy hàm sin hàm cosin 23 1.1.6 Các phép toán dãy số 23 1.1.6.1 Phép dịch tuyến tính 24 1.1.6.2 Tổng đại số dãy 24 1.1.6.3 Phép nhân dãy 24 1.1.7 Khái niệm tích chập tuyến tính 24 1.2 Hệ xử lý số 25 1.2.1 Mô tả hệ xử lý số 25 1.2.1.1 Mô tả hệ xử lý số quan hệ vào 25 1.2.2 Phân loại hệ xử lý số theo quan hệ vào 28 1.2.2.1 Hệ xử lý số không nhớ có nhớ 28 1.2.2.2 Hệ xử lý số tuyến tính phi tuyến 28 1.2.2.3 Hệ xử lý số bất biến không bất biến 29 1.2.2.4 Hệ xử lý số nhân không nhân 29 1.2.3 Phân tích hệ xử lý số Tuyến Tính Bất Nhân Quả theo đặc tính xung h(n) 30 1.2.3.1 Phương pháp giải tích tính tích chập 30 1.2.3.2 Thuật tốn tính tích chập 31 ====================================================================== -i- 1.2.4 Điều kiện ổn định hệ xử lý số TTBBNQ 32 1.2.4.1 Định nghĩa tính ổn định hệ xử lý số TTBBNQ 32 1.2.4.2 Điều kiện ổn định hệ xử lý số TTBBNQ 32 1.2.5 Phân tích hệ xử lý số Tuyến Tính Bất Biến Nhân Quả phương trình sai phân 33 1.2.5.2 Sơ đồ cấu trúc hệ xử lý số có phương trình sai phân bậc N 33 Chương Ứng dụng biến đổi z phân tích hệ xử lý số 35 2.1 Biến đổi Z thuận 35 2.1.1 Biến đổi Z hai phía 36 2.1.2 Biến đổi Z phía 36 2.2 Biến đổi Z ngược 36 2.3 Các tính chất biến đổi Z 36 2.3.1 Tính chất tuyến tính 37 2.3.2 Tính chất trễ 37 2.3.3 Tính chất tỷ lệ 37 2.3.4 Tính chất biến đảo 37 2.3.5 Tính chất đạo hàm 37 2.3.6 Tính chất tích chập : 38 2.3.7 Hàm ảnh Z tích hai dãy 38 2.4 Sơ đồ cấu trúc hệ xử lý số miền Z 38 2.4.1 Phần tử cộng 38 Chương Biến đổi Fourier dãy số 41 3.1 Biến đổi Fourier thuận 41 3.1.1 Định nghĩa 41 3.1.2 Các dạng biểu diễn hàm X(e jω) 41 3.2 Biến đổi Fourier ngược 42 3.3 Các tính chất biến đổi Fourier 43 3.4 Sơ đồ khối, sơ đồ cấu trúc miền tần số hệ xử lý số 44 Chương 4: Ứng dụng Biến đổi Fourier rời rạc (DFT) phân tích tín hiệu số hệ lý số 46 4.1 Biến đổi Fourier rời rạc dãy tuần hoàn 46 4.2 Biến đổi Fourier rời rạc dãy không tuần hồn có độ dài hữu hạn (DFT) 47 4.3 Các tính chất DFT 49 Chương 5: Bộ lọc số có đáp ứng xung chiều dài hửu hạn (FIR) 51 5.1 Đặc tính xung h(n) lọc số FIR pha tuyến tính 51 5.2 Đặc tính tần số lọc số FIR pha tuyến tính 54 5.2.1 Đặc tính tần số lọc FIR pha tuyến tính loại 55 5.2.2 Đặc tính tần số lọc FIR pha tuyến tính loại 55 5.2.3 Đặc tính tần số lọc FIR pha tuyến tính loại 55 5.2.4 Đặc tính tần số lọc FIR pha tuyến tính loại 56 5.3 Lượng tử hóa mã hóa hệ số lọc 56 Chương 6: Lọc số nhiều nhịp 59 6.1 Thay đổi nhịp lấy mẩu 59 6.1.1 Định nghĩa phân chia nội suy 59 6.1.2 Phương pháp phân chia theo hệ số M 60 6.1.3 Phép nội suy với hệ số L 61 6.1.4 Thay đổi nhịp lấy mẫu với hệ số M/L 62 6.2 Bộ lọc biến đổi nhịp lấy mẩu 63 6.2.1 Bộ lọc phân chia 63 ====================================================================== - ii - 6.2.2 Bộ lọc nội suy 65 6.2.3 Bộ lọc biến đổi nhịp lấy mẫu 66 6.3 Mã hóa băng (Subband coding) 66 PhÇn B: Xư lý tÝn hiƯu sè ¸p dơng trªn B777 68 Chương Hệ thống ghi liệu B777 68 Số hố tín hiệu audio 68 1.1 Lấy mẫu 68 1.2 Lượng tử hoá 71 1.3 Mã hoá 73 1.4 Mã hoá kênh truyền 74 1.4.1 Dải thông kênh truyền 74 1.4.2 Mã NRZ BPM 75 1.4.2.1 NRZ (Không trở lại mức không) 75 1.4.2.2 BPM 76 1.5 Nén tín hiệu audio số 76 1.5.1 Kỹ thuật nén số liệu audio 77 1.5.2.Nén không tổn hao 77 1.5.3 Nén tín hiệu có tổn hao 79 Hệ thống ghi liệu âm B777 80 Hệ thống ghi liệu bay B777 ( FDRS ) 81 3.1 Một số cảm biến B777 81 3.1.1 Cảm biến đo áp suất tỉnh áp suất động ( static probe and pitot probe) 81 3.1.2 Cảm biến góc (AOA) 83 Chương Truyền liệu B777 85 Xử lý số liệu truyền 85 1.1 Mã hóa số liệu mức vật lý 86 1.1.1 Mã lưỡng cực 87 1.1.2 Mã BNZS (Mã lưỡng cực với thay N số ) 87 1.2 Phát lỗi sửa sai 88 1.2.1 Phương pháp kiểm tra chẵn lẻ theo ký tự ( parity bit ) 89 1.2.2 Phương pháp kiểm tra theo ma trận 89 1.2.3 Phương pháp mã dư thừa CRC 90 1.3 Mã hóa số liệu 92 1.3.1 Mật mã khóa cổ điển 92 1.3.2 Mật mã khóa cơng khai 93 1.4 Nén số liệu 93 1.4.1 Nén nhờ đơn giản mã cho chữ số (Packed decimal ) 93 1.4.2 Nén theo mã hóa quan hệ 93 1.4.3 Nén cách bỏ bớt ký tự giống 94 Nghi thức (protocol) 94 2.1 Định nghĩa: 94 2.2 Các thành phần nghi thức 95 Chuẩn truyền liệu ARINC 629 B777 95 3.1 Giới thiệu 95 3.2 Lớp MAC chuẩn ARINC 629 CP 96 3.2.1 Bus cycle (chu kỳ bus) 96 3.2.2 Định thời (timer) 97 3.2.3 Lựa chọn Leader Station 98 ====================================================================== - iii - 3.2.4 Quá trình khởi động truyền diệu station 98 3.2.5 Cấu trúc lớp vật lý lớp MAC 99 3.2.6 Ví dụ truyền liệu chu kỳ Bus với station 100 3.2.7 Các trạng thái định thời TG (TG model) 101 3.2.8 Level Level models: 102 3.2.9 Lớp vật lý 103 3.2.10 Một số trạng thái khác 104 Hệ thống quản lý liệu B777 (AIMS) 106 4.1 Giới thiệu 106 4.2 Các thành phần AIMS 107 4.3 Các hệ thống quản lý AIMS 109 4.4 Giao diện AIMS hệ thống khác 110 Chương Định vị dẫn đường vệ tinh B777 (GPS) 112 3.1 Giới thiệu 112 3.2 Tín hiệu dẫn đường từ vệ tinh hệ thống GPS 112 3.2.1 Cấu trúc tín hiệu 112 3.2.2 Tính chất thành phần tín hiệu GPS 115 3.3 Cấu trúc máy thu GPS 128 3.3.1 Lọc khuếch đại tín hiệu cao tần 128 3.3.2 Đổi tần khuếch đại trung tần 129 3.3.3 Số hố tín hiệu GPS 130 3.3.4 Xử lý tín hiệu băng sở 131 3.4 Độ xác hệ thống GPS lỗi đường truyền 133 3.4.1 Độ xác GPS 133 3.4.2 Sai số phần vệ tinh phần điều khiển 134 3.4.3 Sai số thời gian phát truyền ( Sai số độ trễ tầng điện ly) 134 3.5 Máy thu tín hiệu vệ tinh GPS máy bay Boeing 777 135 3.5.1 Sơ đồ khối máy thu GPS Boeing 777 135 3.5.2 Nguyên lý làm việc hệ thống GPS máy bay Boeing 777 137 3.5.2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 137 3.5.2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống GPS Boeing 777 138 3.5.3 Chức khối hệ thống GPS máy bay Boeing 777 140 3.5.3.1 Chức khối thu nhận đa phương thức MMR 140 3.5.4 Khối nguồn anten GPS 145 3.5.5 Hệ thống hiển thị 146 KẾT LUẬN 150 TÀI LIỆU THAM KHẢO 152 ====================================================================== - iv - MỞ ĐẦU Công đổi kinh tế - xã hội nước ta tạo biến đổi sâu sắc mặt Việc Việt Nam gia nhập tổ chức kinh tế giới WTO tạo nhiều thời cơ, thuận lợi để kinh tế nước ta hịa nhập trở thành phận kinh tế khu vực giới Nền kinh tế phát triển nhanh hay chậm phụ thuộc lớn vào khả ứng dụng phát triển cơng nghệ để theo kịp với giới Khoảng 20 năm trước, xử lý tín hiệu số chủ yếu nghiên cứu lý thuyết, ứng dụng cách hạn hẹp lĩnh vực quân nghiên cứu không gian Lý thời kỹ thuật vi điện tử máy tính chưa phát triển, hệ thống xử lý tín hiệu số hệ thống có kích thước lớn mà việc xử lý thời gian thực Khoảng 20 năm trở lại đây, với bùng nổ ngành công nghệ thông tin kỹ thuật vi điện tử máy tính xử lý tín hiệu số có tốc độ cao, kích thước nhỏ, giá thành hạ sãn xuất phát triển rộng rải thị trường Công nghệ xử lý tín hiệu số đạt đỉnh cao trở thành công nghệ phổ dụng chiếm ưu vượt trội Trong ngành hàng khơng nói riêng, máy bay trang bị hệ thống điện tử đại (fly by wrie) Ngoài việc đảm bảo chuyến bay an toàn, máy bay hệ thực trở thành nhà bay với đầy đủ tiện nghi, công ghệ giải trí, liên lạc làm thỏa mãn nhu cầu hành khách Là dòng máy bay đại xứng tầm với đỉnh cao cơng nghệ, B777 có nhiều nguồn kiểu liệu xử lý công nghệ xử lý tín hiệu số Bao gồm thơng số kỹ thuật chuyến bay thông số hoạt động động cơ, thông số độ cao, vận tốc, nhiệt độ, thông tin liên lạc định vị dẫn đường vv Ngoài hệ thống truyền liệu, mạng liệu B777 cho phép kết nối khối chức máy bay, quản lý hệ thống thơng tin điều giúp cho hệ thống hoạt động xác, đồng hiệu ====================================================================== -v- Mục đích luận văn nghiên cứu phương thức xử lý tín hiệu số ứng dụng xử lý liệu, truyền liệu định vị dẫn đường máy bay B777 Với mong muốn nghiên cứu cơng nghệ từ khai thác vận hành tốt dòng máy bay B777 mà hãng hàng không quốc gia Việt Nam khai thác Em thực nội dung đề tài với hai phần chính: Phần A: Nhằm nghiên cứu tổng hợp kiến thức xử lý tín hiệu số Với suy nghĩ tảng để diễn giải thiết kế hoạt động hệ thống xử lý tín hiệu số Từ hiểu sâu sắc hệ thống Phần B: Nghiên cứu tìm hiểu cụ thể phương thức xử lý tín hiệu số hệ thống xử lý tín hiệu số B777 bao gồm: Chương: Hệ thống ghi liệu B777 Chương: Truyền liệu B777 Chương: Định vị dẫn đường vệ tinh (GPS) B777 Được hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Hửu Trung, thầy cô giáo khoa Điện Tử Viễn Thông Đại học Bách Khoa hà nội Em hoàn thành luận văn thời hạn Mặc dù cố gắng phạm vi đề tài trương đối rộng nên luận văn chắn cịn nhiều thiếu sót, em mong bảo đóng góp ý kiến thầy cô bạn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 10 năm 2009 Học viên thực Nguyễn Tuấn Điệp ====================================================================== - vi - DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT AMU - audio management unit Khối quản lý âm A/D - analog to digital Chuyển đổi tơng tự số ACP - audio control panel Bảng điều khiển âm ADIRS - Air Data Inertial Reference System Hệ thống tham chiếu quán tính liƯu kh«ng khÝ ADIRU - Air Data Inertial Reference Unit Khối tham chiếu quán tính liệu không khí AFDS - Autopilot Flight Director System HƯ thèng ®iỊu khiĨn dÉn ®êng tù ®éng AIMS - Airplane Information Management System Hệ thống quản lý thông tin máy bay ARINC - Aeronautical Radio Inc Viện vô tuyến hàng không ASG - ARINC 629 signal gateway Cỉng chun ®ỉi chn tÝn hiƯu 629 ASG (Aperiodic Synchronization Gap) Khe đồng không theo chu kú AT (Aperiodic Access Time Out) Thêi gian kh«ng truy nhập BA (Bus Active) Trạng thái đờng truyền có liệu BC (Bus Clash) Trạng thái xảy va chạm BQ (Bus Quiet) Trạng thái đờng truyền không liƯu Bus cycle Chu kú trun d÷ liƯu Capt - captain C¬ trëng ====================================================================== - vii - CDU - Control Display Unit Khối hiển thị điều khiển CMCF - Central Maintenance Computing Function Hàm (chức năng) tính toán bảo dỡng trung t©m CPM - core processor module Khèi xư lý d÷ liƯu AIMS CPM/Basic - core processor module/basic Khèi xử lý liệu CPM/Comm - core processor module/communications Khối xử lý liệu thông tin liên lạc CPM/GG - core processor module/graphics generator Khèi xư lý d÷ liƯu ®å häa CSMA/CA - Carrier sense multiple access with collision avoidance Đa truy nhập tránh xung đột CVR - cockpit voice recorder Hệ thống ghi âm buồng lái D/A - digital to analog Chuyển đổi số tơng tự Elapsed Thời điểm kết thúc định thời F/O - first officer Cơ phó F/OBS - first observer Giám sát sè FCA - Fault Containment Area Vïng cã háng hãc FCM - Fault Containment Module Khèi bÞ háng hãc FIM - Faul Isolation Manual Híng dÉn xư lý háng hóc FMCF - Flight Management Computing Function Hàm (chức năng) tính toán quản lý chuyến bay GPS - Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu ====================================================================== - viii -