Nghiên ứu ứng dụng biến đổi wavelet vào khối bám tín hiệu trong máy thu gnss để giảm ảnh hưởng ủa hiện tượng đa đường

BăGIÁOăDCăVÀăĐÀOăTO TRNGăĐIăHCăBÁCHăKHOAăHÀăNI    - TRNGăVITăPHÚC NGHIÊN CU NG DỤNG BIN ĐỔI WAVELET VÀO KHỐI BÁM TÍN HIU TRONG MÁY THU GNSS ĐỂ GIẢM ẢNH HNG CA HIN TỢNG ĐA ĐNG LUẬN VĂN THẠC SĨ K THUẬT NGÀNH KĨ THUẬT TRUYN THÔNG HƠăNiăậ 2017 1708329994941f0951b36-30d0-4271-86e1-e3a51877cc47 17083299949417877d2e5-4af0-4b99-8767-0fb738395d6d 1708329994941724b7416-9d04-41f1-bcd2-85cf03dff6b2 BăGIÁOăDCăVÀăĐÀOăTO TRNGăĐIăHCăBÁCHăKHOAăHÀăNI    - TRNGăVITăPHÚC NGHIÊN CU NG DỤNG BIN ĐỔI WAVELET VÀO KHỐI BÁM TÍN HIU TRONG MÁY THU GNSS ĐỂ GIẢM ẢNH HNG CA HIN TỢNG ĐA ĐNG Chuyên ngành: KĨ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ K THUẬT NGÀNH KĨ THUẬT TRUYN THÔNG NGI HNG DẪN KHOA HC: PGS.TS NGUYỄN VĂN KHANG HƠăNiă- 2017 MCăLC LIăNịIăĐU TịMăTT ABSTRACT DANHăMCăCÁCăKụăHIU,ăCÁCăCHăVITăTT DANHăMCăCÁCăBNG DANHăMCăCÁCăHỊNHăVăVÀ ĐăTH Chngă1.ăăHăTHNGăGNSSăVÀăCUăTRÚCăTệNăHIUăGPS 11 1.1.ăPhơnăhăkhôngăgian 12 1.1.1 Chùm v tinh 12 1.1.2 V tinh GPS 12 1.2.ăPhơnăhăđiềuăkhiển 13 1.3.ăPhơnăhăsădng 14 1.4.ăCácătínăhiuăGPSăvƠădăliu 14 1.5.ăLcăđătínăhiuăGPS 15 1.6 Mã C/A 17 1.6.1 Chuỗi Gold 17 1.6.2 To chuỗi Gold 19 1.6.3.ăCácăđặcătínhătngăquan 23 1.7.ăDchătnăDoppler 24 1.8.ăBnătinăđnhăv 25 1.8.1.ăĐnh dng bn tin 25 1.8.2.ăCácătrng TLM HOW 27 1.8.3 D liu bnătinăđnh v 28 Chngă2.ăLụăTHUYTăBINăĐIăWAVELET 29 2.1.ăGiiăthiuăchungăvềăWavelet 29 2.2.ăBinăđiăFourierăvƠăbinăđiăWavelet 32 2.2.1 Binăđi Fourier 32 2.2.2 Khái nim binăđi Wavelet 35 2.2.3 Sự ging gia binăđi Wavelet binăđi Fourier 36 2.2.4 Sự khác bit gia binăđi Wavelet binăđi Fourier 36 2.3.ăBinăđiăWaveletăliênătc 38 2.3.1.ăĐnhănghĩa 38 2.3.2.ăĐặcăđiểm ca CWT 39 2.4.ăBinăđiăWaveletăriărcă(Discrete wavelet transform) 42 2.4.1.ăĐnhănghĩaăDWT 42 2.4.2 Tính cht binăđi DWT 43 2.5.ăBiênăđiăWaveletăriărcăvƠăbĕngălọcă(filter bank) 45 2.5.1.ăăPhơnătíchăđaăphơnăgii (Multiresolution Analysis) 45 2.5.2ăPhơnătíchăđaăphơnăgii s dngăbĕngălọc 47 2.5.3 Biểu din ma trn DWT 51 2.5.4 Phân loi Wavelet 55 2.6 Phân tích gói Wavelet 55 2.6.1 Nguyên t gói (Wavelet Packets Atoms) 57 2.6.2.Phơnătíchăđaăphơnăgii gói Wavelet 58 2.6.3 Lựa chọn phân tích tiău 59 2.7.ăCácăhọăWavelet 60 2.8.ăngădngăcaăWavelet 61 CHNGă3.ăCUăTRÚCăĐAăTNGăQUANăVÀăGIIăPHÁPăNÂNGăCAOă HIUăNĔNGăBÁMăMà 63 3.1.ăGiiăthiuăchng 63 3.2.ăCácăgiiăphápăgimănhiuăđaăđngăvƠătiêuăchíăđánhăgiá 63 3.2.1 Các gii pháp gim nhiuăđaăđng 63 3.2.2.ăCácătiêuăchíăđánhăgiáătácăđng ca hinătngăđaăđng 68 3.3.ăCuătrúcăbătngăquanăképă(DDC) 73 3.4.ăĐiềuăchnhăđápăngăbăsoăphaăcaăcuătrúcăDDC 78 3.4.1 Tín hiuăđaăđngăđng pha 78 3.4.2 Tín hiuăđaăđngăngc pha 81 3.4.3.ăCăch xácăđnh pha ca tín hiuăđaăđng 84 3.4.4 Kt qu mơ phngăvƠăđánhăgiáăhiuănĕngăgim nhiuăđaăđng 85 3.5.ăCuătrúcăcóănhiềuăbătngăquană(MGD) 87 3.5.1 Cu trúc MGD nhng vnăđề tn ti 87 3.5.2 Cu trúc MGD vi b tngăquan 88 3.6.ăKtălunăchng 103 Chngă4.ăăKTăQUăVÀăCÁCăHNGăNGHIÊNăCUăTIP 104 4.1.ăPhépăbinăđiăwaveletăriărcăvƠăphơnătíchăđaăphơnăgii 104 4.1 Phépăbinăđiăwaveletăriărcăhaiăchiều 106 4.2.ăTáchătrngăvƠălọcănhiu 107 4.3.ăMơăhìnhăkhănhiu 108 4.3.1 Nguyên tc kh nhiu 108 4.3.2.ăLuăđ thut toán 108 4.4.ăKtăqu 111 4.5 Nhn xét kt qu: 112 KTăLUNăVÀăKINăNGH 114 TÀIăLIUăTHAMăKHO 116 LIăNịIăĐU Khoaăhọcăcôngănghăluônăluônăphátătriểnăkhôngăngừng Nhngăcôngănghămiă đưăvƠăđangăđcăphátăminh,ăngădngăngƠyăcƠngănhiều Ngày nay, conăngiăđưăt raăđcăcácăvătinhănhơnătoădnăđng Cácăvătinhă cóăthểăchoăbnăbităđ bnă đangă ă đơu, gnă đơuă nhtă vƠă btă că điềuă gìă vềă thiă tit Viă sựă raă điă c thngăđnhăvătoƠnăcuăGNSS(Global Navigation Satellite Syste - tên dùng chung cho hă thngă đnhă vă toƠnă cu să dng vă tinh nh GPS (Hoaă Kỳ), Hă th đnhăvăGalileo (Liên minh châu Âu) GLONASS (Liên bang Nga), conăngiăcóă thểădădƠngăxácăđnhăvătrí,ăhngăđi,ăxơyădựngăbnăđăphcăvăchoănhiềuăm khác Doăvy,ăuăcuămiăđcăđặtăraălƠălƠmăsaoăđểăciăthinăđcăkhă thuătínăhiuăGPSăvƠătĕngăđăchínhăxácăcaăhăthng.ă HinănayăwaveletăđangălƠămtăchăđềănóngăvềăcăhaiălĩnhăvựcălýăthuytăvƠă dng.ă WaveletălƠă mtă cơyăcuă niăliềnă cácălĩnhăvựcă riêngăbităcaătốnă học,ăth kê,ăxălýătínăhiuăvƠăcácăkhoaăhọcă vtălýăkhác.ă CƠngăngƠyă ngiătaăcƠngăquană nghiênă cuă vềă waveletă nhiềuă hn.ă Trongă lună vĕnă nƠy,ă emă đềă cpă tiă vnă đềă n dngăbinăđiăWaveletăvƠoăkhiăbámătínăhiuăđểăgimăhinătngăđaăđng v tài “Nghiên cu ng dụng biến đổi Wavelet vào khối bám tín hiệu máy thu GNSS để gim nh hưởng ca tượng đa đường” Trong trình làm lună vĕn,ă emă đưă nhnă đcă sựă giúpă đỡă tnă tình từă thyă giáo PGS.ăTS.ăNguynăVĕnăKhang.ăEmăxinăđcăgiăliăcmănăsơuăscăđnăthy! HƠăNiăthángă03 nĕmă2017 TĨM TT Cùngăviăsựăphátătriểnăcaăkhoaăhọc,ăngƠyăcƠngăxutăhinăthêmănhiềuăcơngăc trongăxălýătínăhiu.ăăMtătrongănhngăcơngăcămiănhtălƠăwaveletămƠăđiăsongăs viănóălƠăcácădưyălọcăvƠămưăhốăbĕngăcon.ăTrongălunăvĕnănƠyăemătpătrungătìmăh vềăphépă biểnăđiă waveletă vƠăngădngă trongă nơngăcaoă hiuănĕngă bámă mưăđểăgim hinătng đaăđngătiăchtălngătínăhiuămáyăthuăGNSS.ăCuătrúcăcaălun nhăsau: CHNG 1.ă Hă THNGă GNSSă VÀă CUă TRÚCă TệNă HIUă GPS giiă thiuănhngănétăkháiăqtănhtăvềăhăthngăđnhăvătoƠnăcuăGPS,ătrìnhăbƠyăvề dng,ăđặcăđiểm,ăvƠăcáchătoătínăhiuăGPS CHNGă 2.ă Lụă THUYTă BINă ĐIă WAVELET giiă thiuă bină điă wavelet,ă soă sánhă bină điă Waveletă viă bină điă Fourier,ă cácă tínhă chtă vƠă cácă khí cnhă kỹă thută caă bină điă Wavelet,ă vƠă ă giiă thiuă mtă să ngă dngă caă bi Wavelet CHNGă 3.ă SAIă Să DOă TệNă HIUă ĐAă ĐNGă VÀă GIIă PHÁPă NÂNGă CAOă HIUă NĔNGă BÁMă Mà trìnhă bƠyă cácă saiă să doă hină tngă đaă đng,ăgiiăphápăgimănhăhngăcaătínăhiuăđaăđngăvƠăcácătiêuăchíăđánhăgiá CHNGă 4.ă KTă QUă VÀăHNGă NGHIÊNă CUă TIPă trìnhă bƠyă vềă cácăktăquănghiênăcuăthuăđc ABSTRACT Radio frequency interference detection and mitigation are becoming of paramount importance due to the increasing number of services and applications based on the position obtained by means of Global Navigation Satellite Systems A way to cope with such threats is the implementation in the receiver of advanced signal processing algorithm able to raise proper warning or improve the receiver performance In this thesis, I propose a method based on the Wavelet Transform able to split the useful signal from the interfering component in a transformed domain The wavelet packet decomposition and proper statistical thresholds allow the algorithm to show very good performance in case of multiple pulse interference as well as in the case of narrowband interference, two scenarios in which traditional countermeasures might not be effective There’ră4ăchaptersă: CHAPTER OVERVIEW OF GPS SYSTEM AND GPS SIGNAL STRUCTURE This chapter introduces the most general definition of a global positioning system GPS, presents the format and characteristics, and how to create a GPS signal CHAPTER WAVELT THEORY This chapter introduces the wavelet transform and compare with Fourier transform Features and aplications of wavelet transform CHAPTER ERROR BY MULTIPATH SIGNAL AND SOLUTIONS IMPROVE PERFORMANCE hash errors presented by multipath phenomena, solutions reduce the effects of multipath signals and the evaluation criteria CHAPTER APPLICATE WAVELET TRANSFORM TO IMPROVE PERFORMANCE RESULT Using Matlab wavelet packet to simulate result when using wavelet to reduce noise GNSS signal DANH MC CÁC KÝ HIU, CÁC CH VIT TT ACF Autocorrelation Function HƠmătựătngăquan BOC Binary offset carrier Sóngămangădchănhăphơn BPSK Binary Phase-Shift Keying Điềuăchăphaănhăphơn CBOC Composite BOC Sóngămangădchănhăphơnătngă DDC Double Delta Correlator Bătngăquanăkép DLL Delay Lock Loop EMLP Early Minus Late Power FLL Frequency Lock Loop Vịngăkhóaătn GPS Global Positioning System HăthngăđnhăvătoƠnăcu GPST GPS Time ThiăgianăGPS HRC High Resolution Correlator Bătngăquanăphơnăgiiăcao ID Identification number Sănhnădngăcáănhơn INS Inertial navigation system Hăthngădnăđngăqnătính LSB LeastăSigniẻcantăBit Bităcóătrọngăsăthpănht MCS Master Control Station Trmăđiềuăkhiểnătrungătơm LOS Line Of Sight Tínăhiuătruyềnăthẳng MEDLL Multipath Estimating Delay Vịngăkhóaătrăcălngăđaăđ Vịngăkhóaătr Băsoăphaădngăhiuăbìnhăph tngăquan Lock Loop MEE Multipath Error Envelope Đngăbaoălỗiăđaăđng MGD Multi-Gate Delay Trăđaătngă(Đaătngăquan) MSB Most singnificant bit Bítăcóătrọngăsăcaoănht NASA National aeronautics and space aministration CcăqunălýăhƠngăkhơngăvƠăkhơ gianăqucăgia Navigation satellite time and Hăthngădnăđngăvătinh NAVSTAR NC ranging Narrow Correlator Bătngăquanăhẹp PLL Phase Lock Loop Vịng khóa pha PPS Precise positioning service Dchăvăđnhăvăchínhăxác PRN Pseudo Random Noise RAE Running Average Error SBME Slope-Based Multipath Nhiuăgiănguănhiên Lỗiătrungăbìnhăchy Băcălngăđaăđngădựaătr dc Estimator Vơătuynăđiềuăkhiểnăbằngăphnă SDR Software Defined Radio SPS Standard Positioning Service Dchăvăđnhăvăchuẩn SVN Space Vehicle Number Săhiuăvătinh mềm TrngăTLM.ăMƠoăđuă8ăbit,ăđ TLM Telemetry word sădngăđểăđngăbăcácăbnătin đnhăv TMBOC Time-multiplexed binary offset Sóngămangădchănhăphơnăđaăth carrier gian Thiăgianăcaătun.ăTunăGPSăb TOW Time of Week đuătiănaăđêmăgiaăthăbẩyăv chănht UHF Ultra High Frequency UTC Universal Time Coordinated Tnăsăsiêuăcao GiăQucătăphiăhp