Nghiên cứu, thiết kế , chế tạo thiết bị phát mã nhận biết chủ quyền quốc gia theo tiêu chuẩn ICAO dùng cho hàng không dân dụng

0 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ************** H NG N NGHIÊN CỨU, THI T K , CH TẠO THI T BỊ PHÁT MÃ NHẬN BI T CHỦ QU ỀN QUỐC GIA THEO TIÊU CHUẨN ICAO DÙNG CHO HÀNG KHÔNG DÂN DỤNG UẬN H N Luận văn tốt nghiệp cao học N THẠC - 2011 Vũ Hồng Yến - K13Đ2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ************** H NG N NGHIÊN CỨU, THI T K , CH TẠO THI T BỊ PHÁT MÃ NHẬN BI T CHỦ QU ỀN QUỐC GIA THEO TIÊU CHUẨN ICAO DÙNG CHO HÀNG KHÔNG DÂN DỤNG Ngành: Công nghệ Điện tử Viễn thông Chuyên ngành: Kĩ thuật Điện tử Mã số: 60 52 70 V C NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PG T Bạch G a Dương H N Luận văn tốt nghiệp cao học - 2011 Vũ Hồng Yến - K13Đ2 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .1 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ MÃ NHẬN BIẾT CHỦ QUYỀN QUỐC GIA THEO TIÊU CHUẨN ICAO .6 1.1 Mở đầu .6 1.2 Hệ thống mạng viễn thông hàng không .8 1.3 Hệ thống dịch vụ không vận 1.3.1 Dịch vụ cảnh báo thông tin chuyến bay .9 1.3.2 Định dạng cấu trúc trường gói thông tin nội dung liệu .10 1.4 Hệ thống rada giám sát không vận 22 1.4.1 Hệ thống radar giám sát sơ cấp (Primary Surveillance Radar – PSR) 22 1.4.2 Hệ thống giám sát phụ thuộc tự động (ADS-B) .23 1.4.3 Hệ thống radar thăm dò thứ cấp (Secondary Surveillance Radar – SSR) 24 1.4.3.1 Tín hiệu thăm dò chế độ mode-A/C .25 1.4.3.2 Bộ phát đáp chế độ S 28 1.4.3.3 Định dạng liệu thăm dò trả lời chế độ S 31 1.4.3.4 Mã kiểm tra lỗi .34 1.4.3.5 Các giao thức thăm dò – trả lời chung .35 1.4.3.6 Phân tích số định dạng đường lên đường xuống tương ứng chế độ mode-S 35 CHƯƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG .40 2.1 Tổng quan siêu cao tần .40 2.1.1 Giới thiệu sóng siêu cao tần .40 2.1.2 Tính ưu việt dải tần sóng siêu cao tần 40 2.1.3 Lý thuyết đường truyền .41 2.1.3.1 Mơ hình tương đương tham số tập trung đường truyền .42 2.1.3.2 Biểu đồ Smith .45 Luận văn tốt nghiệp cao học Vũ Hồng Yến - K13Đ2 2.2 Mạch dải siêu cao tần .54 2.2.1 Giới thiệu 54 2.2.1.1 Các đường truyền 56 2.2.1.2 Các thành phần 56 2.2.1.3 Các hiệu ứng truyền đường dây 57 2.2.2 Tham số S .60 2.2.2.1 Công suất đưa tải .60 2.2.2.2 Các khái niệm 61 2.2.2.3 Xác định tham số S 61 2.3 Phối hợp trở kháng siêu cao tần 63 2.3.1 Ý nghĩa việc phối hợp trở kháng 63 2.3.2 Các kĩ thuật phối hợp trở kháng .63 2.3.2.1 Kỹ thuật phối hợp trở kháng dựa nhân tố tác động trở lại rời rạc 63 2.3.2.2 Phối hợp trở kháng với đoạn dây chêm 64 CHƯƠNG 3: THỰC NGIỆM .66 3.1 Thiết kế chế tạo VCO d ng SP -3043 tần số 1030MHz .66 3.1.1 Nguyên lý mạch VCO .66 3.1.2 Điều kiện dao động 66 3.1.3 Mạch VCO 67 3.1.4 Sơ đồ nguyên lý 69 3.1.5 Thiết kế 71 3.1.6 Kết nhận xét .72 3.2 Thiết kế thử nghiệm điều chế mã ICAO d ng AD8350 82 3.2.1 Nguyên lý hoạt động .82 3.2.2 Thiết kế 84 3.2.3 Kết .84 3.2.4 Nhận xét .85 KẾT LUẬN 86 TÀI LIỆU THAM KH O .87 Luận văn tốt nghiệp cao học Vũ Hồng Yến - K13Đ2 BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT Ký hiệu ADS-B Tiếng Anh Tiếng Việt Automatic Dependent Hệ thống giám sát phụ thuộc tự động- Surveillance Broadcast Quảng bá AMHS Air Traffic Service Message Hệ thống trao đổi điện văn dịch vụ Handling System không lưu AIDC Air Traffic Service Inter-facility Thông tin liệu hệ thống Data Communication dịch vụ không lưu ATM Air Traffic Management Quản lý không vận ATN Aeronautical Mạng truyền thông hàng không Telecommunication Network ATS Air Traffic Service Dịch vụ hàng không ATC Air Traffic Controller Điều khiển không vận CNS Communication, Navigation, Thông tin dẫn đường giám sát Surveillance BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân DPSK Differential Phase Shift Keying Khóa dịch pha vi sai ELM Extend Length Message Bản tin có độ dài mở rộng ICAO International Civil Aviation Tổng chức hàng không dân dụng Organization quốc tế LNA Low Noise Amplifier Bộ khuếch đại tạp âm thấp PPM Pulse Position Modulation Điều chế vị trí xung PSR Primary Surveillance Radar Hệ thống giám sát sơ cấp SLM Standard Length Message Bản tin có độ dài chuẩn SLS Side-Lode Suppression Xung triệt tiêu th y bên SSR Secondary Surveillance Radar Hệ thống giám sát thứ cấp VCO Voltage Controlled Oscillator Bộ dao động điều khiển điện Luận văn tốt nghiệp cao học Vũ Hồng Yến - K13Đ2 ANH MỤC C C H NH V Hình 1.1: Mơ hình hệ thống CNS/ATM Hình 1.2: Mạng ATN Hình 1.3: Dạng cấu trúc trường gói thơng tin Hình 1.4: Gói thơng tin lỗi truyền thơng Hình 1.5: Gói thơng tin kế hoạch bay Hình 1.6: Hệ thống định vị GPS Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống giám sát thứ cấp Hình 1.8: Anten có độ mở lớn (LVA) Hình 1.9: Tín hiệu SSR Hình 1.10: Định dạng tín hiệu trả lời mode-A/C Hình 1.11: Định dạng tín hiệu thăm dị chế độ 3/A C S Hình 1.12: Tín hiệu thăm dị chế độ S Hình 1.13: Định dạng trả lời chế độ S Hình 1.14: Định dạng luồng lên U Hình 1.15: Định dạng luồng xuống D Hình 2.1: Phổ tần số sóng điện từ Hình 2.2: Dây dẫn song song sơ đồ tương đương Hình 2.3: Họ vịng trịn đẳng điện trở Hình 2.4: Họ vịng trịn đẳng điện kháng Hình 2.5: Vịng trịn đẳng điện kháng phía trục hồnh Hình 2.6: Vịng trịn đẳng điện kháng phía trục hồnh Hình 2.7: Vòng tròn đẳng điện trở điện kháng c ng đồ thị Hình 2.8: Họ vịng trịn đẳng || Hình 2.9: Đồ thị Smith chuẩn Hình 2.10 Biểu diễn điểm bụng điểm nút sóng đứng biểu đồ Smith Hình 2.11: Các loại mạch vi dải Hình 2.12: Các dạng đường truyền sóng Luận văn tốt nghiệp cao học Vũ Hồng Yến - K13Đ2 Hình 2.13: Sơ đồ tương đương Hình 2.14: Đường truyền vi dải Hình 2.15: Sơ đồ đo Hình 2.16: Sơ đồ xác định S ij Hình 3.1: Mạch phản hồi Hình 3.2: VCO mạch dao động Clapp d ng diode biến dung Hình 3.3: VCO Colpitts điều chỉnh song song Hình 3.4: VCO Colpitts điều chỉnh nối tiếp Hình 3.5: Mạch VCO Colpitts dải rộng Hình 3.6: Độ lợi đạt thơng thường SP -3043 Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý mạch VCO sử dụng SPF-3043 Hình 3.8: Bố trí PCB thơng thường Hình 3.9: PCB VCO giao diện phần mềm Altium design Hình 3.10: nh chụp mạch thật VCO SP -3043 Hình 3.11: Đo đạc tín hiệu Hình 3.12: Nguồn Varicap 0V Hình 3.13: Nguồn Varicap 1V Hình 3.14: Nguồn Varicap 2V Hình 3.15: Nguồn Varicap 3V Hình 3.16: Nguồn Varicap 4V Hình 3.17: Nguồn Varicap 5V Hình 3.18: Nguồn Varicap 6V Hình 3.19: Nguồn Varicap 7V Hình 3.20: Nguồn Varicap 8V Hình 3.21: Nguồn Varicap 9V Hình 3.22: Nguồn Varicap 10V Hình 3.23: Nguồn Varicap 11V Hình 3.24: Nguồn Varicap 12V Hình 3.25: Nguồn Varicap 13V Luận văn tốt nghiệp cao học Vũ Hồng Yến - K13Đ2 Hình 3.26: Nguồn Varicap 14V Hình 3.27: Nguồn Varicap 15V Hình 3.28: Đồ thị tần số biến đổi theo điện áp điều khiển Hình 3.29: Dải làm việc tạo dao động Hình 3.30: Sơ đồ điều chế BPSK mã ICAO mô tín hiệu điều chế Hình 3.31: Sơ đồ ngun lý mạch điều chế xung Hình 3.32: Thiết kế layout mạch điều chế mã ICAO Hình 3.33: Mạch điều chế mã hồn chỉnh Hình 3.34: Bộ điều chế mã kết hợp với khuếch đại 45W Hình 3.35: Tín hiệu điều chế quan sát dao động ký Luận văn tốt nghiệp cao học Vũ Hồng Yến - K13Đ2 M U Hiện mặc d hệ thống giao thông hàng không nước ta chưa phức tạp mật độ chưa cao việc phát triển hệ thống giám sát có kỹ thuật cao khả cung cấp thơng tin có độ ổn định xác cao nhiệm vụ cần thiết Chúng ta bước đầu xây dựng hệ thống giám sát kỹ thuật cao Việc làm chủ chế tạo thiết bị quan trọng làm chủ công nghệ chế tạo máy phát công nghệ cho phép mềm dẻo tạo mã nhận dạng cho phương tiện hàng không dân dụng ph hợp với mã nhận dạng chuẩn hóa quốc tế đặt với yêu cầu cấp bách Đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị phát mã nhận biết chủ quyền Quốc gia theo tiêu chuẩn ICAO d ng cho hàng không dân dụng” tiếp cận giải nhiệm vụ Máy tạo dao động VCO c ng với tạo xung mã ICAO thành phần thiết bị phát mã ICAO Bằng lý thuyết thực nghiệm đề tài thực nội dung sau:  Tìm hiểu mã nhận biết chủ quyền Quốc gia theo tiêu chuẩn ICAO  Nghiên cứu kĩ thuật phối hợp trở kháng siêu cao tần  Nghiên cứu lý thuyết mạch tạo dao động mạch VCO  Thiết kế chế tạo tạo dao động VCO d ng SP 3043 tần số 1030MHz  Thiết kế thử nghiệm điều chế mã ICAO dùng AD8350 Do thời gian thực ngắn cộng với vốn kiến thức hạn chế nên luận văn chắn cịn nhiều thiếu sót em mong nhận bảo thầy để hồn thiện đề tài Luận văn tốt nghiệp cao học Vũ Hồng Yến - K13Đ2 CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ MÃ NHẬN BIẾT CHỦ QUYỀN QUỐC GIA THEO TIÊU CHUẨN ICAO 1.1 Mở đầu Để đảm bảo hoạt động bay cho chuyến bay an toàn hiệu lưu thơng máy bay tuyến đường bay cần phải tuân theo điều hành phận kiểm sốt khơng lưu mặt đất ATM (Air Traffic Management) - quản lý lưu thông máy bay di chuyển không Tuy nhiên để xác định tuyến đường bay không, máy bay cần dựa vào mốc tín hiệu phát lên thiết bị dẫn đường dẫn hướng Việc giám sát hoạt động bay phận kiểm sốt khơng lưu khơng thể thực mắt thường mà cần tới hỗ trợ thiết bị radar Liên lạc kiểm sốt viên khơng lưu đất với phi cơng trời cần nhờ tới trang thiết bị thông tin đất đối khơng (ví dụ H VH ) Ngồi nhu cầu trao đổi thơng tin phận đất liên quan tới quản lý không lưu cần tới giúp đỡ hạ tầng thông tin mặt đất Tuy nhiên hạ tầng kỹ thuật phục vụ quản lý không lưu bộc lộ nhiều mặt hạn chế Khi lưu lượng bay đạt tới ngưỡng hạn chế rào cản khiến hệ thống không đủ an toàn hiệu để đáp ứng yêu cầu quản lý không lưu Vào năm 1983 tổ chức hàng không dân dụng quốc tế ICAO (International Civil Aviation Organization) tiến hành nghiên cứu tìm giải pháp cho vấn đề Đây quan tổ chức liên hợp quốc có trách nhiệm lập nguyên tắc kỹ thuật dẫn đường hàng không quốc tế tạo điều kiện kế hoạch phát triển không vận quốc tế để đảm bảo phát triển an toàn hợp lệ Sau thời gian nghiên cứu ICAO nhận thấy thay tồn hạ tầng thơng tin dẫn đường giám sát (Communication Navigation Serveillance - CNS) hệ thống c ng với phương thức quản lý khơng lưu có khả khắc phục hạn chế hệ thống phương diện toàn cầu ICAO đồng thời đưa mơ hình CNS/ATM ứng dụng cơng nghệ viễn thơng đại bật liên kết liệu vệ tinh Năm 1991 đề xuất thức phê chuẩn Hiện ICAO xây dựng tiêu chuẩn cho số ứng dụng bao gồm ứng dụng đất đối không Quản lý khung cảnh (Context Management - CM), Giám sát phụ thuộc tự động (Automatic Dependent Surveillance - ADS) Thông tin liên kết liệu kiểm sốt viên khơng lưu phi công (Controller-Pilot Datalink Communications - CPDLC) ứng dụng mặt đất Hệ thống trao đổi điện văn dịch vụ không lưu (Air Traffic Service Message Handling System - AMHS), Thông tin Luận văn tốt nghiệp cao học Vũ Hồng Yến - K13Đ2 ... ? ?Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị phát mã nhận biết chủ quyền Quốc gia theo tiêu chuẩn ICAO d ng cho hàng không dân dụng? ?? tiếp cận giải nhiệm vụ Máy tạo dao động VCO c ng với tạo xung mã ICAO. .. HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ************** H NG N NGHIÊN CỨU, THI T K , CH TẠO THI T BỊ PHÁT MÃ NHẬN BI T CHỦ QU ỀN QUỐC GIA THEO TIÊU CHUẨN ICAO DÙNG CHO HÀNG KHƠNG DÂN DỤNG... Việc làm chủ chế tạo thiết bị quan trọng làm chủ công nghệ chế tạo máy phát công nghệ cho phép mềm dẻo tạo mã nhận dạng cho phương tiện hàng không dân dụng ph hợp với mã nhận dạng chuẩn hóa quốc