Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy phát tín hiệu hỏi dùng trong thiết bị nhận biết chủ quyền quốc gia

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI NGHIÊN CỨU, THIẾT KE, CHẾ TẠO MÁY PHÁT TÍN HIỆU HỞI DÙNG TRONG THIỂT BỊ NHẬN BIÉT CHỦ QUYỀN QUỐC GIA Mã số: QG.07.26 Chủ nhiệm đề tài: TS Bạch Gia Duong H À N Ộ I - 12/2008 MỤC LỤC BẢNG GIẢI THÍCH CÁC CHỮ VIÉT T Ắ T DANH SÁCH NHỬNG NGƯỜI THAM GIA THỤC HIỆN ĐÈ TÀ I DANH MỤC CÁC BẢNG SÓ LIỆU DANH MỤC CÁC HÌNH V Ẽ .6 TÓM TẮT CÁC KÉT QUẢ NGHIÊN c ứ u CHÍNH ĐẶT VÁN Đ È 11 TỎNG QUAN CÁC VÁN ĐÈ NGHIÊN c ứ u 12 MỤC TIÊU VÀ NỘI DƯNG NGHIÊN c ứ u CỦA ĐÈ T À I 13 ĐỊA ĐIỀM, THỜI GIAN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u 13 KÉT QUẢ NGHIÊN c ứ u 14 Phần - TỎNG QUAN VÈ HỆ THÓNG NHẬN BIÉT CHỦ QUYÊN QUÓC G IA 14 1.1 Hệ thống thơng tin, dẫn đưịng, giám sát quản lý không vận 14 1.1.1 Giói th iệ u 14 1.1.2 Hệ thống mạng viễn thông hàng không .17 1.1.3 Hệ thống dịch vụ không v ậ n 18 1.2 Hệ thống radar giám sát không vận 34 1.2.1 Tống quan liệ thống radar .34 1.2.2 Hệ thống radar giám sát SO' cấp (Primary Surveillance Radar - P SR ) 34 1.2.3 Hệ thống radar giám sát thứ cấp (Secondary Surveillancc Radar - SSR ) 35 1.2.4 Hệ thống giám sát phụ thuộc tự động (ADS-B) 43 Phần - LÝ THUYÉT VÀ KỶ THUẬT SIÊU CAO T À N .45 2.1 Giói thiệu chung 45 2.2 Lý thuyết đưòng truyền giản đồ Sm ith 45 2.2.1 Mô hình tưong đưong tham số tập trung đường truyền 46 2.2.2 Biểu đồ S m itli 50 2.3 Mạch dải siêu cao tần 59 2.3.1 Giói th iệ u 59 2.3.2 Tham số s 67 2.3.3 Các kỹ thuật phối họp trỏ' kháng 69 2.3.4 Khuếch đại 71 Phần - MẠCH VÒNG BÁM PHA VÀ BỌ TỎ HỢP TÀN SỐ 74 3.1 Mạcli vòng bám pha 74 3.1.1 Giói thiệu c h u n g 74 3.1.2 Tổng quan vòng bám pha (P L L ) 74 3.2 Bộ tổ liợp tần số dùng vòng bám pha .78 3.2.1 Bộ so pha 79 3.2.2 Các chia t ầ n 81 3.2.3 Bộ lọc tần số t h ấ p 81 3.2.4 Bộ dao động điều khiển điện áp (V C O ) 81 3.3 Giới thiệu học IC ADF411x 82 3.3.1 Họ I C A D F 1 x 82 3.3.2 Mô tả chức chân 84 3.3.3 Mô tả chức mạch đ iệ n 85 Phần - KÉT QUẢ T H ự C N G H IỆ M 90 4.1 Chế tạo khuếch đại siêu cao t ầ n 90 4.2 Chế tạo tổ hợp tần số băng L 107 4.2.1 Chế tạo v c o 107 4.2.2 Chế tạo tổ họp tần s ổ 109 4.3 Chế tạo phát mã ICA O 113 4.3.1 Phát mã ICAO sử dụng DSP56307EVM 113 4.3.2 Phát mã ICAO sử dụng vi điểu khiển PSOC 15 4.4 Phương án thiết kế tổng thể máy phát cơng suất l ó n 119 KÉT L U Ậ N 122 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BĨ 123 DANH MỤC CÁC SẢN PHẨM ĐÀO T Ạ O 124 TÀI LIỆU THAM K H Ả O 125 P H U LƯC B Ả N G G IẢ I T H ÍC H K ý hiệu C Á C C H Ữ V IẾ T T Ắ T T i ế n g V iệ t T iế n g A n h A utom atic D e pendent Surveillance Hệ thống giám sát p hụ thuộc tự B roadcast động -Q u ả n g bá ATC A ir Traffic Controller Hệ thống điều khiển không vận ATM A ir Traffic M an ag e m en t Q uản lý k h ô n g vận ATN A eronautical T elecom m unication M n g truyền th ô n g h àng không A D S -B Netvvork ATS A ir Trafíìc Service D ịch vụ h àng k h ô n g CNS C om m unication, Navigation, T h ô n g tin, dẫn đư ng, giám sát Surveillance DAC Digital to A n a lo g Converter Bộ biến dổi sổ san g tươ ng tự DDS Direct Digital Synthesis T hợp số trực tiếp DPSK DiíYerential Phase S h iữ K eying K hóa dịch pha vi sai ELM E xtend L ength M essage Bản tin có độ dài m rộng FS K F requency Shifì K eying K hoá dịch tần IC A O International Civil A viation Tổng chức h n g k h ô n g dân dụng O rganization quốc tế IFF Identification Friend or Foe N hận biết địch-ta LPF L o w Pass Filter Bộ lọc tần sổ thấp PLL Phase L o cked L oop V òng bám pha PPM Pulse Position M odulation Điều chế vị trí x u n g PSR Prim ary Surveillance R adar H ệ thông giám sát sơ cấp SL M Standard L ength M essage Bản tin có độ dài chuẩn SLS S ide-L ode S uppression X ung triệt tiêu thùy bên SSR S econdary Surveillance R adar Hệ thống giám sát th ứ cấp vco V oltage C ontrolled Ossillator Bộ dao động điều khiển b ằng điện áp DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THAM GIA THỤC HIỆN ĐỀ TÀI Học hàm , TT H ọ v tên Trung tâm nghiên cứu Đ iệ n tử-V iên Thông, B ạch G ia D n g (chủ nhiệm đề tài) C q u a n c ô n g tác học vị TS Trần Q u a n g V inh PG S TS Chừ Văn An ThS V ũ T uấn A nh ThS N g u y ễ n A n h Tuấn KS T rần A n h T uấn T hS T rư n g Đ H C ông N ghệ, Đ H Q G H N K hoa Đ iện tử -V iên T h ô n g T rư n g Đ H C ông N ghệ, Đ H Q G H N K hoa Điện tử -V iên T h ô n g T rư n g Đ H C ông N ghệ, Đ H Q G H N T rung tâm nghiên cứu Đ iện tử-V iên Thông, T rư n g Đ H C ông N ghệ, Đ H Q G H N Trung tâm nghiên cứu Đ iện tử-V iên Thông, T rư n g Đ H C ông N ghệ, Đ H Q G H N Trunc, tâm nghiên cứu Đ iện tử -V iên Thông, T rư n g Đ H C ông N ghệ, Đ H Q G H N DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU B ả n g 1.1 C ác dịch vụ cảnh báo thông tin chuyến bay c h u ẩ n 19 B ả n g 1.2 C ác trư ng chuẩn gói thơng tin dịch vụ cảnh báo k h ô n g v ậ n 20 B ả n g 1.3 C hức n ăng chế độ sử dụng tín hiệu thăm dò chế độ A / C 37 B ả n g 1.4 Vị trí xu n g tín hiệu trả lời chế độ A / C 38 B ả n g 1.5 T h ứ tự nhóm x u n g 39 B ả n g 3.1 Bít điều khiển lựa chọn chốt liệu 88 B ả n g 4.1 Sự phụ thuộc tần sổ vào điện áp v c o 0 M H z -l 0 M H z 107 B ả n g 4.2 Sự phụ thuộc tần số vào điện áp v c o 1,2 G H z -2 G H z 108 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ • H ì n h 1.1 M hình hệ thống C N S / A T M 16 H ì n h 1.2 M n g A T N 17 H ì n h 1.3 C ấu trúc trư ờng gói thơng tin A T S 20 H ì n h 1.4 Gói thơng tin lỗi truyền th ô n g 32 H ì n h 1.5 Gói thơng tin kế hoạch b a y .33 H ìn h 1.6 S đồ hệ thống giám sát thứ c ấ p 36 H ì n h 1.7 A n te n có độ m lớn ( L V A ) 36 H ìn h 1.8 Tín hiệu S S R 37 H ìn h 1.9 Đ ịnh dạng tín hiệu trả lời chế độ A / C 38 H ì n h 1.10 Đ ịnh d ạng tín hiệu thăm dị chế độ 3/A, c , s .41 H ì n h 1.11 T ín hiệu thăm dò chế độ s 42 H ìn h 1.12 Đ ịnh dạng trả lời chế độ s 43 H ìn h 1.13 H ệ thống định vị G P S 44 H ì n h 2.1 P hổ tần số sóng điện t 45 H ìn h 2.2 D ây dẫn song song sơ đồ tương đ n g 46 H ìn h 2.3 H ọ vò n g tròn đẳng điện trở .52 H ìn h 2.4 H ọ vịng trịn đẳng điện n g 52 H ìn h 2.5 V ị n g trịn đẳng điện kháng phía trục h o n h 53 H ìn h 2.6 V ị n g trịn đẳng điện kháng phía trục h o n h 53 H ì n h 2.7 V ò n g tròn đẳng điện trở điện kháng đồ th ị 54 H ì n h 2.8 H ọ vòng tròn đẳng |F| 55 H ìn h 2.9 G iản đồ Sm ith c h u ẩ n 57 H ìn h 2.10 B iểu diễn điểm bụng điểm nút sóng đứ ng giản đồ Sm ith 59 H ì n h 2.11 C ác loại m ạch vi d ả i 61 H ì n h 2.12: Các dạng đường truyền s ó n g 62 H ì n h 2.13 S đồ m ạch tương đ n g 63 H ì n h 2.14 D n g truyền vi d ả i 66 H ìn h 2.15 S đồ đ o 68 H ìn h 2.16 S đồ xác định S ịj 68 H ì n h 2.17 S đồ xác định S jj 68 H ìn h 3.1 S đồ chức m ạch vòng bám p h a 75 H ìn h 3.2 Đ ặc tn rn g chuyển tần sổ - điện áp P L L 77 H ìn h 3.3 Sự phụ thuộc tần sổ v c o vào điện p 78 H ì n h 3.4 S đồ c h ứ c tồ hợp tần số dùng m ạch vòng bám p h a 79 H ì n h 3.5 C ấu trúc so pha s ố .80 H ì n h 3.6 G iản đồ x u n g lối vào/ra (IN /O Ư T) chư a bắt c h ậ p 80 H ì n h 3.7 G iản đồ xung lối vào/ra (IN /O U T ) tần số lối vào n h a u 81 H ì n h 3.8 IC A D F 1 x 82 H ì n h 3.9 S đồ chức họ IC A D F 41 l x 83 H ìn h 3.10 C ác th ơng số k hoảng cách loại IC 20 chân gầm 16 ch â n r ế t 84 H ìn h 3.11 T ầ n g lối vào c h u ẩ n .85 H ì n h 3.12 T ầ n g lối vào R F 86 H ình 3.13 B ộ chia A B 86 H ì n h 3.14 Sơ đồ nguyên lý đơn giản hoá giản đồ xu n g tác h sóng pha/tần s ố 87 H ì n h 3.15 G iản đồ thời gian việc chốt liệu 88 H ì n h 3.16 M c h M Ư X O U T 88 H ì n h 4.1 Sơ đồ khối khuếch đại siêu cao tần công suất 0 w 90 H ì n h 4.2 Sơ đồ nguyên lý tầng khuếch đại W 91 H ì n h 4.3 K ết m ô p hỏng tham số s 11, s 22 , S 21 cùa tầng 92 H ì n h 4.4 K ết m phịng tỉ số sóng đứng vswr(si i) tầng 93 H ì n h 4.5 K ết m phòng tham số s 22 tầng 93 H ì n h 4.6 K ết m ô tỉ số sóng đứ ng v sw r(s22) tầng .94 H ì n h 4.7 S đồ nguyên lý tầng khuếch đại 0 W 95 H ì n h 4.8 K ết m phịng tham sổ s 11, s 22 , S tầng 96 H ì n h 4.9 K ết m ô tỉ sổ sóng đứ ng vsw r(s, i) tầng .96 H ì n h 4.10 K ết m phịng ti số sóng đứ ng v sw r(s22) tầng 97 H ì n h 4.11 H ìn h ảnh thực tế khuếch đại công suất 0 \ v 97 H ì n h 4.12 K ết đo tham số s m áy phân tích m n g 98 H ì n h 4.13 K ết m áy phân tích phổ - tần số 0 M H z 99 H ì n h 4.14 K ết m áy phân tích phổ - tần sổ 0 M H z 99 H ì n h 4.15 K ết m áy phân tích phổ - tần số 1 M H z 100 H ì n h 4.16 K ết m áy phân tích phổ - tần sổ 1 M H z 100 H ì n h 4.17 K ế t m áy phân tích phổ - tần số M H z 101 H ì n h 4.18 K ết m áy phân tích phổ - tần số M H z 101 H ì n h 4.19 K ết quà m áy phân tích phổ - tần số M H z 102 H ì n h 4.20 K ế t m áy phân tích phổ - tần số 10 M H z 102 H ì n h 4.21 K ế t m áy phân tích phổ - tần số M H z 103 H ì n h 4.22 K ế t m áy phân tích phổ - tần sổ M H z 103 H ì n h 4.23 Kết m áy phân tích phổ - tần số M H z 104 H ì n h 4.24 K ết m áy phân tích phổ - tần số 5 M H z 104 H ì n h 4.25 K ết m áy phân tích phổ - tần sổ M H z 105 H ì n h 4.26 K ết m áy phân tích phổ - tần số M H z 105 H ìn h 4.27 Kết m áy phân tích phổ - tần số M H z 106 H ìn h 4.28 Kết m áy phân tích phổ - tần số M H z 106 H ì n h 4.29 Đồ thị phụ thuộc tần số vào điện áp v c o 500M H z- 1 0 M H z 108 H ìn h 4.30 Đồ thị phụ thuộc tần số vào điện áp v c o 1.2GHz-2.3GHz 109 H ìn h 4.31 Sơ đồ khối tổ hợp tần số băng L 110 H ì n h 4.32 Sơ đồ nguyên lý tổ hợp tần sổ băng L 111 H ìn h 4.33 Sơ đồ chức hệ th ống A F C .112 H ìn h 4.34 Bộ tổ hợp tần số dải tần M H z -1 0 M H z 112 H ì n h 4.35 D S P E V M 113 H ì n h 4.36 Giao diện phần m ềm D e b u g - k ] H ìn h 4.37 M ột đoạn m ã IC A O chế độ s tạo kít D S P E V M 115 H ì n h 4.38 Các m vi điều khiển P S O C 116 H ì n h 4.39 Sơ đồ khối vi điều khiển P S O C 116 H ìn h 4.40 Bộ phát m ã IC A O sử dụng vi điều khiển P SO C C Y C 4 117 H ì n h 4.41 Kết mơ đun vi điều khiển P SO C C Y C 4 117 H ì n h 4.42 B àng thơng số cẩu hình cho vi điều khiển P SO C C Y C 4 118 H ìn h 4.43 N ạp ch n g trình cho vi điều khiển P SO C phân m ềm CY P qua cổng L P T 118 I l ì n h 4.44 M ột đoạn mã IC A O chế độ s tạo vi điều khiển P S O C C Y C 4 118 H ì n h 4.45 Sơ đồ khối M ô đun K W tổng hợp từ mô đun sở 0 w .120 H ì n h 4.46 Giải pháp cộng cơng suất 0 W 120 H ì n h 4.46 Giải pháp cộng công suất W 121 TÓM TẮT CÁC KÉT QUẢ NGHIÊN c ú lĩ CHÍNH CỦA ĐÈ TÀI K ê t q u ả vê k h o a học (những đóng góp đê tài, cơng trình khoa học cơng bố): Đ ề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế, chế tạo m áy phát cơnR suất lớn dải sóng dm, băng tân L, có điều chế m ã công nghệ mới, nằm hệ thống thiết bị nhận biết chủ quyền Q uốc Gia lắp đặt thiểt bị bay không tàu thuyền biển Sản phẩm đề tài mơ đun c ông suất 200W chế tạo dựa công nghệ m ạch dải dù n g làm khuếch đại tín hiệu phát m ã nhận biết chù quyền Quốc gia Đe tài chế tạo m áy phát triển khai đồng với đề tài chế tạo m áy thu giải mã, anten f id e n h ằ m tạo thiết bị nhận biết chủ quyền Quốc gia hồn chình, đáp ứng nhu cầu đảm bảo an tồn, anh ninh tình hình Trong q trình thực đề tài có 02 báo đăng kỷ yếu Hội nghị quốc tế công nghệ tiên tiến lĩnh vực truyền thông A T C 2008 T ạp chí khoa học Đại học Quốc Gia Hà Nội 01 báo cáo Hội thao khoa học Quốc Gia lần thứ tư nghiên cứu, phát triển ứng dụng công nghệ thơng tin truyền thơng IC T rda’08 • Đ ặng Thị T hanh Thuỷ, Đồ Trung Kiên V ũ T uấn A nh Bạch Gia Dương, “Study, design and /abrication o f a transmitter SỴSíem fo r the nationaỉ sovereignt}’ identì/ỉcation c o d e ” Hội nghị quốc tế c ô n s nghệ tiên tiến lĩnh vực truyền thông, A T C 2008 • Đ ặng Thị T n h Thuỷ, Phạm Văn Thành N g u v ễ n A nh Tuấn B ạch Gia D ương “R e se a rch , desigỉt a n d /a b r ic a tio n o f the W a n d the 200ÌV, L - B a n d p o w e r amplựìer Iising the modern microstrip technologY fo r application in the n ation al sovereignty identỉfìcation codin g system s", Tạp chí K hoa học Đại học Q uốc Gia H Nội Volum e 24, No 1S.2008 • V ũ Tuấn Anh Đ ặng Thị Thanh Thuỷ, Dỗ Trunu Kiên Bạch Gia Dương “Nghiên cửu, thiết kế, chế tạo tạo mã hỏi-đáp với cấu trúc mềm dẻo sử d ụ n g tro n g h ệ thống n/tận biết chủ Q u ốc gia" Hội thảo khoa học Quốc Gia lần th ứ tư nghiên cứu phát triển ứng dựng công nghệ thông tin truyền thông IC T rda'08 K ế t q u p h ụ c vụ th ự c tế (các sản phẩm công nghệ, khả áp dụ n g thực tế): Sản phẩm tham dự T echM art H Nội 2008 G iảng Võ, T e c h M art Lạng Sơn 2008, có n hiều địa áp dụng thông tin vô tuvến, tronc thiết bị quân sự, r a đ a ... đại tín hiệu phát m ã nhận biết chù quyền Quốc gia Đe tài chế tạo m áy phát triển khai đồng với đề tài chế tạo m áy thu giải mã, anten f id e n h ằ m tạo thiết bị nhận biết chủ quyền Quốc gia. .. thiết bị nhận biết chủ quyền Quốc Gia lắp đặt thiết bị bay không tàu thuyền biển Đề tài chế tạo máy phát triển khai đồng với đề tài chế tạo máy thu giải mã, anten fid e n h ằ m tạo thiết bị nhận. .. • Chế tạo máy phát tín hiệu hỏi, cơng suất 200W, điều chế m ã nhận biết chủ quyền Quốc Gia • K iểm tra, đánh giá, đo đạc tham sổ thiết bị tần số làm việc, dải thơng, cơng suất phát, điều chế tín