219680

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ – VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG ĐỊNH VỊ & DẪN ĐƯỜNG HÀNG HẢI TÊN HỌC PHẦN : ĐỊNH VỊ & DẪN ĐƯỜNG HH MÃ HỌC PHẦN : 13230 TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO : ĐẠI HỌC CHÍNH QUY DÙNG CHO SV NGÀNH : ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG HẢI PHÒNG – 2010 suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van YÊU CẦU VÀ NỘI DUNG CHI TIẾT Tên học phần: Định vị và dẫn đường hàng hải Loại học phần : III Bộ môn phụ trách giảng dạy: Điện tử viễn thông Khoa phụ trách: Điện - ĐTTB Mã học phần: 13230 Tổng số TC: 4 TS tiết Lý thuyết Thực hành/ Xemina Tự học Bài tập lớn Đồ án môn học 90 90 có Điều kiện tiên quyết: SV phải có cơ sở kiến thức về: vật lý điện từ, lý thuyết truyền tin, cấu kiện điện tử, mạch điện tử, kỹ thuật siêu cao tần, anten và truyền sóng, . Mục tiêu của học phần: Cung cấp kiến thức cơ bản của các hệ thống và thiết bị định vị và dẫn đường hàng hải cho các SV Điện tử viễn thông. Nội dung chủ yếu: Khái niệm về nguyên lý hoạt động, cấu trúc hệ thống, cấu trúc thiết bị và những kiến thức lý thuyết và chuyên môn của các hệ thống. Nội dung chi tiết: PHÂN PHỐI SỐ TIẾT TÊN CHƯƠNG MỤC TS LT Xemina BT KT VÔ TUYẾN ĐỊNH VỊ Chương 1: Nguyên lý chung của vô tuyến định vị 1.1. Khái niệm chung 1.2. Hệ thống radar phát sóng liên tục 1.3. Radar phat xung 1.4. Phương pháp xác định góc phương vị. 1.5. Tầm quan sát không gian. 1.6. Những thông số khai thác và kỹ thuật. 50 8 8 có Chương 2: Tầm xa của radar hàng hải 2.1. Tầm xa của radar hàng hải trong không gian tự do. 2.2 Nén xung trong radar hàng hải 2.3 Ảnh hưởng của khí quyển. 2.4 Ảnh hưởng của bề mặt biển (mặt đất). 2.5 Ảnh hưởng của sóng biển. 5 5 Chương 3: Máy phát radar 3.1 Sơ đồ khối. 3.2 Manhetron. 3.3. Mạch điều chế xung. 3.4 Thyristor và một số mạch điều chế xung. 12 12 Chương 4: Anten và các đường truyền năng lượng 4.1 Các đường truyền năng lượng. 4.2 Phối hợp trở kháng trong đường truyền năng lượng 4.3. Chuyển mạch anten. 4.4. Anten và những đặc tính. 8 8 Chương 5: Máy thu radar 5.1. Đặc điểm chung. 5.2 Mạch đổi tần. 5.3. Mạch khuếch đại trung tần. 5.4. Tách sóng và khuếch đại thị tần 5.5. Nhiễu tạp và những phươngbpháp hạn chế. 5.6. Tự động điều chỉnh tần số. 5 5 suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van Chương 6: Cơ cấu chỉ báo radar. 6.1. Chức năng và phân loại. 6.2. Monitor. 6.3. Phương pháp tạo quét “bán kính quay”. 6.4. Phương pháp tạo quét mành. 6.5. Cơ cấu chỉ báo số. 6.6. Phương pháp chỉ báo khoảng cách. 6.7. Chỉ báo góc phương vị. 6.8. Radar chỉ báo chuyển động thực. 12 12 DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH Chương 7: Những khái niệm chung 7.1 Nguyên lý dẫn đường bằng vô tuyến điện. 7.2 Vệ tinh nhân tạo và những đặc tính. 7.3 Hệ tọa độ tham chiếu. 7.4 Cấu hình hệ thống dẫn đường vệ tinh. 25 5 5 Chương 8: Các phương pháp xác định vị trí. 8.1. Nguyên lý chung. 8.2. chuẩn thời gian và thang đo. 8 8 Chương 9: Hệ thống dẫn đường vệ tinh GPS. 9.1 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động. 9.2 Khâu vũ trụ. 9.3 Khâumặt đất. 9.4 Khâu thuê bao. 9.5 DGPS – dạng vi sai của GPS. 9.6 Các hệ thống dẫn đường vệ tinh khác. 12 12 Nhiệm vụ của sinh viên: Lên lớp đầy đủ và chấp hành mọi quy định của Nhà trường. Tài liệu học tập: 1. Vô tuyến định vị tầu biển .A.M. Bajrasevski NXB “Cydostrojenie” L.B.Nga 1993 2.Các hệ thống dẫn đường vệ tinh Hàng hải J. Janusevski, Gdynia 2002. 3.Các tổ hợp dẫn đường vệ tinh hàng hải. NXB “Cydostrojenie”. Moscova 1996. 4. Vô tuyến định vị hàng hải. Bài giảng chi tiết, Trần Đức Inh. ĐHHH Việt nam,199 tr. 2005. 5.Dẫn đường vệ tinh Hàng hải. Bài giảng chi tiết, Trần Đức Inh. ĐHHH Việt nam,189 tr. 2005. Hình thức và tiêu chuẩn đánh giá sinh viên: - Thi viết hoặc thi vấn đáp. - Sinh viên phải bảo đảm các điều kiện theo Quy chế của Nhà trường và của Bộ. Thang điểm : Thang điểm chữ A,B,C,D,F. Điểm đánh giá học phần: Z=0,3X+0,7Y. Bài tập lớn: I. Tên các bài. 1 - Khái quát chung về radar hàng hải đi sâu phân tích khối thu phát và bức xạ (Scanner Unit) của radar…………………. 2 - Khái quát chung về radar hàng hải đi sâu phân tích cơ cấu chỉ báo số của radar …………. . 3 - Các phương pháp chỉ báo khoảng cách và góc phương vị trong radar, đi sâu phân tích. 4 - Manhetron: cấu tạo, đặc điểm, phân loại và ứng dụng của nó trong các bộ tạo sóng siêu cao của radar hàng hải. 5 - Thyristor và đường dây dài. Nguyên lý cấu tạo, hoạt động và ứng dụng của chúng trong các mạch điều chế xung của radar. Minh họa bằng cách phân tích một mạch điều chế xung cụ thể. 6 – Các phương pháp chỉ báo trong radar hàng hải. Đi sâu phan tích cơ cấu chỉ báo quét tròn trong radar JMA 625. 7 – Những can nhiếu chủ yếu trong radar hàng hải. Phân tíc các phương pháp hạn chế trong các thiết bị cụ thể. 8 – Những đặc điểm của máy thu radar. Đi sâu phân tích mạch đổi tần và chỉ báo dòng diode của mạch trộn tần radar JMA 625. suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 9 – Hệ thống dẫn đường vệ tinh GPS. Đi sâu phân tích nguyên lý xác định điểm đo bằng phép đo khoảng cách giả định vệ tinh – thuê bao qua phép đo thời gian lan truyền của sóng. 10 – Hệ thống dẫn đường vệ tinh vi sai. Nguyên lý hoạt động và các phương pháp gửi trị hiệu chỉnh vi sai tromng các hệ thống hiện hành và tương lai. II. Mục tiêu và Yêu cầu: Các bài tập lớn là những tiểu luận về một vấn đề đặt ra, giúp SV làm quen dần với cách giải quyết những vấn đề đặt ra của đề tài, cách viết, cách phân tích, tổng hợp và cách đưa ra những nhận xét cần thiết. Nhằm củng cố kiến thức và kỹ năng làm đồ án sau này. III. Nội dung: Ở mỗi bài, SV phải đưa ra được hai nội dung: Phần phân tích lý thuyết và phần phân tích các mạch cụ thể. IV. Hình thức đánh giá: Sinh viên bảo vệ và giáo viên đánh giá đồng thời đọc bài viết của SV. V. Hình thức trình bày: Bài nộp có thể viết bằng tay hay chế bản vi tính, song phải đảm bảo các yêu cầuvè kích cỡ, dạng chư dễ đọc và các tiêu chuẩn ấn loát khác. Bìa ngoài cứng theo mẫu mã quy định suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM -o0o- TS. TRẦN ĐỨC INH ĐỊNH VỊ & DẪN ĐƯỜNG HÀNG HẢI Hải Phòng, tháng 6 năm 2010 suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 1 MỤC LỤC NỘI DUNG Trang PHẦN I: ĐỊNH VỊ HÀNG HẢI 4 Chương 1: NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA VÔ TUYẾN ĐỊNH VỊ 4 1.1. KHÁI NIỆM CHUNG 4 1.2 HỆ THỐNG RADAR PHÁT SÓNG LIÊN TỤC . 4 1.2.1. RADAR PHÁT SÓNG LIÊN TỤC KHÔNG ĐIỀU CHẾ . 4 1.3 RADAR PHÁT XUNG . 5 1.4. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ GÓC 6 1.4.1. PHƯƠNG PHÁP BIÊN ĐỘ CỰC ĐẠI . 6 1.4.2 PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG BIÊN ĐỘ . 6 1.4.3 PHƯƠNG PHÁP PHA 7 1.5 TẦM QUAN SÁT KHÔNG GIAN . 7 1.6. NHỮNG THÔNG SỐ KHAI THÁC VÀ KỸ THUẬT .7 1.6.1 CÁC THÔNG SỐ KHAI THÁC 7 1.6.2 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT . 8 Chương 2: TẦM XA CỦA RADAR HÀNG HẢI .9 2.1 TẦM XA HOẠT ĐỘNG CỦA RADAR HÀNG HẢI TRONG KHÔNG GIAN TỰ DO 9 2.2 NÉN XUNG TRONG RADAR 9 2.3 ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ QUYỂN 10 2.4 ẢNH HƯỞNG CỦA BỀ MẶT NƯỚC BIỂN (MẶT ĐẤT) . 10 2.5 ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG BIỂN . 11 Chương 3: MÁY PHÁT RADAR 12 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MÁY PHÁT RADAR 12 3.2 MANHETRON 12 3.2.1 CẤU TRÚC MANHETRON ĐỒNG BỘ 12 3.2.2. NGUYÊN LÝ TẠO VÀ DUY TRÌ DAO ĐỘNG 13 3.2.3. ĐẶC TÍNH CÔNG TÁC VÀ ĐẶC TÍNH TẢI 13 3.3. MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG . 14 3.3.1. KHÁI NIỆM CHUNG . 14 3.3.2 MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG DÙNG TỤ 14 3.3.3 MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG DÙNG ĐƯỜNG DÂY DÀI 15 3.4 THYRISTOR VÀ MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG DÙNG ĐƯỜNG DÂY DÀI . 15 3.4.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ THYRISTOR. . 15 3.4.2 THYRISTOR TRONG MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG RADAR 16 Chương 4: ANTEN VÀ ĐƯỜNG TRUYỀN NĂNG LƯỢNG 17 4.1 ĐƯỜNG TRUYỀN NĂNG LƯỢNG . 17 4.1.1 CÁP ĐỒNG TRỤC 17 4.1.2 ỐNG DẪN SÓNG 17 4.2 PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG TRONG ĐƯỜNG TRUYỀN SÓNG 18 4.3 CHUYỂN MẠCH ANTEN 19 4.3.1 CHUYỂN MẠCH CÔNG TẮC 19 4.3.2 CHUYỂN MẠCH CÂN BẰNG HAY CHUYỂN MẠCH CẦU 19 4.3.3. CHUYỂN MẠCH PHA . 20 4.4 ANTEN RADAR VÀ NHỮNG ĐẶC TÍNH . 20 4.4.1 ĐẶC TÍNH CHUNG CỦA ANTEN RADAR 20 4.4.2 ANTEN LOA 20 4.4.3 ANTEN KHE . 21 Chương 5: MÁY THU RADAR 22 5.1 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM 22 5.1.1 YÊU CẦU CHUNG 22 suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 2 5.1.2 ĐỘ NHẠY VÀ ĐẶC TÍNH 22 5.2 MẠCH ĐỔI TẦN 22 5.2.1 MẠCH DAO ĐỘNG NỘI DÙNG DIODE GANN 23 5.3 MẠCH KHUẾCH ĐẠI TRUNG TẦN . 23 5.4 TÁCH SÓNG VÀ KHUẾCH ĐẠI THỊ TẦN . 24 5.4.1 MẠCH TÁCH SÓNG . 24 5.4.2 MẠCH KHUẾCH ĐẠI THỊ TẦN 24 5.5 NHIỄU TẠP VÀ PHƯƠNG PHÁP HẠN CHẾ . 25 5.5.1 CÁC MẠCH TỰ ĐIỀU KHUYẾCH (AGC) . 25 5.5.2 MẠCH CHỐNG NHIỄU MƯA VÀ SƯƠNG MÙ . 26 5.6 TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ . 26 Chương 6: CƠ CẤU CHỈ BÁO RADAR 27 6.1 CHỨC NĂNG VÀ PHÂN LOẠI . 27 6.2 MONITOR 27 6.3 PHƯƠNG PHÁP TẠO QUÉT “BÁN KÍNH QUAY” 27 6.3.1 PHƯƠNG PHÁP “CUỘN QUÉT QUAY” . 28 6.4 PHƯƠNG PHÁP QUÉT MÀNH . 29 6.5 CƠ CẤU CHỈ BÁO SỐ . 30 6.6 PHƯƠNG PHÁP CHỈ BÁO KHOẢNG CÁCH 31 6.7 PHƯƠNG PHÁP CHỈ BÁO GÓC PHƯƠNG 32 6. 8 RADAR CHỈ BÁO CHUYỂN ĐỘNG THỰC 33 PHẦN II: DẪN ĐƯỜNG VỆTINH .35 Chương 7: KHÁI NIỆM CHUNG .35 7.1. NGUYÊN LÝ DẪN ĐƯỜNG VÔ TUYẾN ĐIỆN . 35 7.1.1 HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG MẶT ĐẤT . 35 7.1.2 HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH . 36 7.2 VỆ TINH VÀ NHỮNG ĐẶC TÍNH 36 7.2.1 VỆ TINH DẪN ĐƯỜNG .36 A. Vận tốc vũ trụ cấp I 36 B. Định luật Kepler 37 7.2.2 QŨY ĐẠO VÀ CÁC THÔNG SỐ QUỸ ĐẠO 37 7.2.3 TẦM NHÌN CỦA VỆ TINH 37 7.3 HỆ TỌA ĐỘ THAM CHIẾU . 38 7.3.1 PHÂN LOẠI 38 7.4 CẤU HÌNH HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH 39 7.4.1 KHÂU VŨ TRỤ . 40 7.4.2 KHÂU MẶT ĐẤT . 40 7.4.3 KHÂU THUÊ BAO . 40 Chương 8: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ .42 8.1 NGUYÊN LÝ CHUNG 42 8.1.1 PHƯƠNG PHÁP DOPPLER 42 B. Nguyên lý thu tích phân Doppler 42 8.1.2 PHÉP ĐO KHOẢNG THỜI GIAN . 43 8.1.3 ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC VỊ TRÍ . 43 8.2 CHUẨN THỜI GIAN VÀ THANG ĐO 45 8.2.1 MẪU CHUẨN THỜI GIAN VÀ TẦN SỐ . 45 8.2.2 ĐỊNH NGHĨA ĐƠN VỊ THỜI GIAN . 45 8.2.3 THANG ĐO THỜI GIAN 45 Chương 9: HỆ THỐNG GPS – NAVSTAR 47 9.1 CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG . 47 9.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG . 47 9.1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG . 47 9.2 KHÂU VŨ TRỤ 47 9.2.1 THÔNG SỐ QUỸ ĐẠO, SỐ LƯỢNG VÀ CÁCH BỐ TRÍ 47 suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 3 9.2.3 TẦN SỐ SÓNG MANG .48 9.2.4 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ . 48 Phổ tần của các tín hiệu phát đi từ vệ tinh trên các tần số L 1 , L 2 , trong hệ thống GPS được minh họa trên hình 9.4 49 9.2.5 MÃ ĐIỀU CHẾ 49 9.2.6 THÔNG BÁO VŨ TRỤ . 50 9.2.7 NHIỄU VÀ GÂY NHIỄU CỐ Ý 50 9.3 KHÂU MẶT ĐẤT . 50 9.3.1 TRẠM DÕI THEO . 51 9.3.2 TRẠM CHÍNH . 51 9.3.3 TRẠM HIỆU CHỈNH 51 9.4 KHÂU THUÊ BAO . 51 9.4.1 PHÉP ĐO KHOẢNG THỜI GIAN VÀ MỨC CHÍNH XÁC 52 9.4.2 MÁY THU DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH . 52 A. Nguyên lý hoạt động của máy thu hiện đại 52 B. Anten của máy thu . 52 9.5 DGPS - DẠNG VI SAI CỦA HỆ THỐNG GPS . 55 9.5.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG . 55 9.5.2 DẪN ĐƯỜNG VI SAI TRONG HÀNG HẢI . 55 9.5.4 MÁY THU DẪN ĐƯỜNG DGPS 56 9.5.5 PHIÊN BẢN MẠNG CỦA DGPS . 57 9.5.6. ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA DGPS 57 9.6. CÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH KHÁC 57 9.6.1. HỆ THỐNG GLONASS 57 9.6.2 HỆ THỐNG ĐƯỜNG TOÀN CẦU GNSS 57 9.6.3 HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH HỖ TRỢ 58 9.6.4 CÁC HỆ THỐNG VỆ TINH CHÂU ÂU 58 suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 4 PHẦN I: ĐỊNH VỊ HÀNG HẢI Chương 1: NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA VÔ TUYẾN ĐỊNH VỊ 1.1. KHÁI NIỆM CHUNG Các định nghĩa: -Vô tuyến định vị là gì? -Mục tiêu của định vì là gi?. - Trạm vô tuyến định vị (trạm radar) là gì? Phân loại theo nguyên lý hoạt động chúng ta có: - Vô tuyến định vị thụ động, -Vô tuyến định vị tích cực, - Tích cực với trả lời thụ động, - Tích cực với trả lời tích cực. Phụ thuộc vào dạng của các sóng thăm dò - Phát sóng liên tục: trong đó có điều chế hoặc không bị điều chế. - phát xung. Hình 1.1 mô tả sơ đồ khối của các hệ thống radar nói chung. 1.2 HỆ THỐNG RADAR PHÁT SÓNG LIÊN TỤC 1.2.1. RADAR PHÁT SÓNG LIÊN TỤC KHÔNG ĐIỀU CHẾ Nguyên lý hoạt động của hệ thống này dựa trên hiện tượng Doppler. Hệ thống radar này được mô tả trong hình 1.2. Hình 1.2 Hệ thống radar phát sóng liên tục không điều chế. f 1 f 1 ± Δf Máy phát Chỉ báo Máy thu Hình 1.1 Các hệ thống định vị: thụ động (a), tích cực (b) a) Chỉ báo Máy thu Máy phát Chỉ báo Máy thu b) Nếu vận tốc được tính bằng Km/h, tần số bằng Hz, bước sóng bằng cm. Chúng ta có: 1 55,6 r D v F   (1.1) Vận tốc hướng trạm của mục tiêu r v , được tính trên cơ sở Hình 1.3 Vận tốc hướng trạm  r v m v hình 1.3: 1 55,6 cos m D v F     1 55,6cos m D v F    (1.2) Để xác định khoảng cách tới mục tiêu, cần sử dụng hệ thống song song (Doppler) như hình 1.4. Khi đó: suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 5 / 4 D M D F c f F  (1.3) Thông thường dụng cụ đo tần số Doppler D F trong biểu thức (1.3) là bộ đếm xung, có chu kỳ đếm 1/ D D T F , N. 1.3 RADAR PHÁT XUNG Đây là hệ thống được sử dụng rất rộng rãi và duy nhất trong radar hàng hải. Radar phát xung, phát đi các chùm sóng siêu cao tần có tính chu kỳ, được gọi là các chùm xung “thăm dò”, có độ rộng rất nhỏ so với độ rỗng lớn. Trong khoảng thời gian giữa 2 chùm xung ấy, máy thu của trạm thu nhận các chùm xung phản xạ từ mục tiêu trở về. Mỗi một chùm xung đơn lẻ phản xạ từ mục tiêu trở về máy thu có độ trễ tỷ lệ thuận với khoảng cách của mục tiêu nơi sóng phản xạ trở về: 2 /D c   . Bằng phương pháp hiển thị điện tử, tạo quét tương ứng, chúng ta có thể tái tạo được hình ảnh không gian quan sát của trạm và các thông số (khoảng cách và góc mạn) của mục tiêu như được mô tả trên hình 1.6. Hình 1.5 Điều chế theo quy luật tuyến tính: Tần số phát (nét liền), phản xạ (nét đứt )-(a);Tần số Doppler (b). t b) D F T m t f 1 t f axM f D F Min f a) f Hình 1.4 Hệ thống radar Doppler. Máy thu 2 Máy phát 1 Máy thu 1 Máy phát 2   4 c D f            (1.3) 1.2.2. RADAR PHÁT SÓNG LIÊN TỤC CÓ ĐIỀU CHẾ Hệ thống phát sóng điều chế tần số, có thể theo quy luật hàm sin hay quy luật tuyến tính như trên hình 1.5. Khoảng cách đến mục tiêu trong hệ thống được xác định: suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van