Sự suy hao đường truyền trong hệ thống thông tin vệ tinh đia tĩnh. Phương pháp tính góc anten với vệ tinh Vinasat

Sự suy hao đường truyền trong hệ thống thông tin vệ tinh đia tĩnh. Phương pháp tính góc anten với vệ tinh Vinasat .Sự suy hao đường truyền trong hệ thống thông tin vệ tinh đia tĩnh. Phương pháp tính góc anten với vệ tinh Vinasat

1 LỜI CẢM ƠN Nhờ hướng dẫn góp ý nhiệt tình thầy cô bạn lớp ĐTV52-DH2 giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Th.S Trương Thanh Bình người dành nhiều thời gian tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Hàng Hải thầy cô Khoa Điện – Điện tử tàu biển tạo nhiều điều kiện để em học tập hoàn thành tốt khóa học Em xin cảm ơn tới toàn thể bạn tập thể lớp ĐTV52 – DH2 thời gian qua giúp đỡ e nhiều Dù cố gắng song kiến thức em nhiều hạn chế nên đồ án em nhiều thiếu sót Em mong nhận nhận xét góp ý thầy cô bạn để em hoàn thiện kiến thức vấn đề em nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày …tháng….năm 2015 Sinh viên thực Nguyễn Thị Đông LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án hoàn toàn em thực Các số liệu, kết luận trình bày đồ án trung thực Em xin chịu trách nhiệm việc nghiên cứu Sinh viên thực hiên Nguyễn Thị Đông MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 2.1 2.2 2.3 2.4 3.1 Tên hình Cấu trúc hệ thống thông tin địa tĩnh Sơ đồ cấu tạo phát đáp Sơ đồ thu băng rộng Sơ đồ khối phân đoạn mặt đất Các loại anten sử dụng truyền hình vệ tinh Các thành phần chuỗi truyền dẫn số qua vệ tinh Suy hao anten thu phát lệnh Suy hao thiết bị thu phát Sơ đồ hiệu ứng đa đường Nhiễu nhiệt mặt đất trời mưa Mô hình dịch vụ đào tạo từ xa Trang 6 10 12 14 19 20 22 25 34 3.2 3.3 3.4 3.5 Tính toán góc ngẩng Hình học không gian mô tả vệ tinh trạm mặt đất Tính toán góc phương vị Xác định góc Az cho trường hợp 35 36 37 40 DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 3.1 Góc phương vị anten trạm mặt đất cho trường hợp 41 3.2 Bảng tra góc nhìn anten với trường hợp anten trạm mặt đất nằm phía Đông Bắc so với vị trí hình chiếu vệ tinh lên trái đất 43 3.3 Bảng góc ngẩng góc phương vị anten cho tỉnh xắp xếp từ Bắc vào Nam cho vệ tinh vinasat-1 46 5 LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần đây,lĩnh vực thông tin viễn thông có bước phát triển vượt bậc ngày chiếm vị quan trọng Sự xuất thông tin vệ tinh trở thành phương thức thông tin quan trọng thiếu tất lĩnh vực đời sống xã hội, an ninh quốc phòng Thông tin vệ tinh sợi dây kết nối toàn cầu, có khả kết nối với nơi giới mà không giới hạn không gian thời gian giúp người gần gũi Nó giúp người cảm nhận sống giới xung quanh Nhờ có vệ tinh mà trình truyền thông tin diễn châu lục trở nên tiện lợi nhanh chóng thông qua nhiều loại hình dịch vụ khác Thông tin vệ tinh ứng dụng vào nước ta năm 80 mở phát triển viễn thông Việt Nam Thông tin vệ tinh có nhiều ưu điểm bật vùng phủ sóng rộng, triển khai lắp đặt nhanh khả cung cấp dịch vụ đa dạng cho người dụng Nó phương tiện hữu hiệu để kết nối thông tin liên lạc với vùng xa xôi, biên giới, hải đảo nơi mà mạng cố định với tới Để theo kịp thời kì công nghiệp hoá đại hoá nói chung ngành thông tin nói riêng phải tìm hiểu nắm bắt kiến thức để có hiểu biết thông tin Đề tài tốt nghiệp em “ Sự suy hao đường truyền hệ thống thông tin vệ tinh đia tĩnh Phương pháp tính góc anten với vệ tinh Vinasat” Nội dung đề tài gồm chương sau: Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh Chương 2: Suy hao nhiễu hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh Chương 3: Phương pháp tính góc ngẩng góc phương vị với vệ tinh Vinasat CHƯƠNG I: HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH ĐỊA TĨNH 1.1: Giới thiệu chung 1.1.1: Giới thiệu thông tin vệ tinh Ngày thông tin vệ tinh trở thành phương tiện thông tin phổ biến đa dạng Nó thể từ chảo anten truyền hình gia đình đến hệ thống thông tin toàn cầu truyền khối lượng số liệu lưu lượng lớn chương trình truyền hình Với phát triển vượt bậc, việc sử dụng kỹ thuật làm cho dịch vụ thông tin vệ tinh trở thành dịch vụ phổ thông khắp giới Hàng ngày hai hệ thống thông tin vệ tinh toàn cầu lớn Intelsat Intersputnyk bay xung quanh trái đất cung cấp hàng ngàn kênh thoại cố định nối hàng trăm quốc gia với Ngoài có vệ tinh khu vực Aussat, Eusat, Arbsat… cung cấp dịch vụ thoại cố định, phát truyền hình, truyền số liệu, đảm bảo thông tin dẫn đường cho hàng không, cứu hộ hàng hải, thăm dò tài nguyên hệ thống vệ tinh tầm thấp, chương trình đào tạo giáo dục từ xa… Tóm lại, ngày thông tin vệ tinh có mặt hầu hết lĩnh vực viễn thông 1.1.2: Quá trình phát triển hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh Thông tin vệ tinh bắt đầu đề cập đến từ chiến tranh giới thứ cho việc chế tạo vũ khí đại Hệ thống thông tin sử dụng vệ tinh địa tĩnh hình thành từ ý tưởng Arthur Clarke năm 1945, đến năm 1963 ý tưởng trở thành thực kiện vệ tinh địa tĩnh SYNCOM phóng lên quỹ đạo Trong năm 1965, vệ tinh địa tĩnh thương mại INTELSAT-1 đưa lên quỹ đạo, đánh dấu mở đầu cho hàng loạt vệ tinh INTELSAT Các hệ thống vệ tinh ban đầu đáp ứng dung lượng với giá thuê bao tương đối cao (vệ tinh INTELSAT-1 nặng 68kg phóng có 480 kênh thoại với giá thuê bao 32.500USD kênh năm) ,sau nhờ khả phát triển kỹ thuật siêu cao tần phần làm tăng dung lượng vệ tinh dẫn đến giảm giá thành kênh thoại(80000 kênh INTELSAT-6 có giá thuê bao kênh 380 USD năm) Hệ thống thông tin vệ tinh đời giảm chi phí truyền thông, cung cấp đa dạng dịch vụ Lúc đầu, hệ thống thiết kế để thực truyền thông từ điểm đến điểm khác, mạng cáp diện bao phủ rộng vệ tinh lợi dụng để thiết lập tuyến thông tin vô tuyến cự ly xa Nhờ nghiên cứu cải tiến nên hệ thống phát từ máy phát tới nhiều máy thu vùng rộng lớn, ngược lại, phát từ nhiều trạm tới trạm trung tâm gọi HUB Nhờ mà mạng truyền số liệu đa điểm, mạng phát quảng bá qua vệ tinh mạng thu thập liệu khai thác Có thể phát quảng bá tới máy phát chuyển tiếp (hoặc trạm đầu cáp) trực tiếp tới khách hàng cá nhân Các mạng hoạt động với trạm mặt đất nhỏ có đường kính anten từ 0.6m đến 3.5m 1.1.3: Các đặc điểm thông tin vệ tinh địa tĩnh Vệ tinh địa tĩnh vệ tinh phóng lên quỹ đạo tròn độ cao khoảng 36000km so với đường kính quỹ đạo, thông tin sử dụng vệ tinh địa tĩnh có nhiều ưu điểm bật sau: Chu kì quay vệ tinh địa tĩnh đồng với chu kỳ quay Trái Đất, nên nhìn từ Trái Đất coi vệ tinh địa tĩnh nằm cố định điểm trời Điều cho phép vệ tinh phủ sóng cố định vùng mà cung cấp Hiệu ứng Doppler nhỏ, vệ tinh gần cố định chỗ, anten trạm mặt đất nhỏ không cần bám sát Tầm nhìn vệ tinh bao phủ rộng Vệ tinh cho phép trạm mặt đất xa liên lạc trực tiếp Tuy nhiên vệ tinh địa tĩnh nhiều nhược điểm : Không phủ sóng vùng có vĩ độ lớn 81,3o Chất lượng đường truyền phụ thuộc vào thời tiết Khoảng cách truyền dẫn xa nên suy hao công suất cho đường truyền lớn chiu ảnh hưởng tạp âm Giá thành lắp đặt hệ thống cao, phí phóng vệ tinh tốn mà tồn xác suất rủi ro Thời gian sử dụng hạn chế, việc nâng cấp, sửa chữa khó.Tính bảo mật không cao Do đường tín hiệu vô tuyến truyền qua vệ tinh địa tĩnh dài (hơn 70.000 km) nên từ điểm phát đến điểm nhận có thời gian trễ đáng kể Vệ tinh địa tĩnh vệ tinh thông tin lí tưởng đứng yên quan sát từ vị trí cố định trái đất.Giúp thông tin bảo đảm liên tục, ổn định 24 với trạm nằm vùng phủ sóng vệ tinh mà không cần chuyển đổi sang vệ tinh khác Do đa số hệ thống thông tin vệ tinh cố định sử dụng vệ tinh địa tĩnh 1.2: Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh PHẦN KHÔNG GIAN TRẠM ĐIỀU KHIỂN (TT&C) MOD U/C HPA PHẦNMẶT ĐẤT LNA Hình 1.1: Cấu trúc hệ thống vệ tinh địa tĩnh D/C DEMO 10 Tại đầu phát trạm mặt đất, tín hiệu băng tần BB (BaseBand) điều chế thành tín hiệu trung tần IF (Intermediate Frequency) sau đổi lên thành cao tần RF (Radio Frequency) nhờ đổi tần tuyến lên U/C (Up Coverter), sau khuếch đại công suất HPA (High Power Amplifier) khuếch đại lên mức công suất cao đưa anten phát lên vệ tinh Tín hiệu cao tần từ trạm mặt đất phát truyền dẫn qua không gian tự tới anten thu vệ tinh vào khuếch đại, sau đổi tần, khuếch đại công suất phát xuống trạm mặt đất thu qua anten phát Tại trạm thu mặt đất, sóng phát từ vệ tinh truyền dẫn qua không gian tự tới anten thu đưa qua khuếch đại tạp âm thấp LNA (Low Noise Amplifier), tần số siêu cao RF biến đổi thành trung tần IF nhờ đổi tần xuống D/C (Down Converter), sau đưa sang giải điều chế DEM (Demodulator) để phục hồi lại tín hiệu lối vào trạm mặt đất 1.2.1: Phân đoạn không gian Phân đoạn không gian: gồm vệ tinh tất thiết bị trợ giúp cho hoạt động trạm điều khiển trung tâm giám sát vệ tinh Cấu trúc phân đoạn gồm hai phần tải hữu ích phần thân 1.2.1.1 Tải hữu ích (payload) Tải hữu ích làm nhiệm vụ phát lặp vệ tinh thông tin Nó thực chức sau: Thu tín hiệu từ trạm mặt đất phát lên dải tần phân cực định Khuếch đại tín hiệu thu từ trạm mặt đất phát giảm mức nhiễu tín hiệu tối đa Đổi dải tần tuyến lên thành dải tần tuyến xuống Cấp tín hiệu với mức công suất yêu cầu dải tần định anten phát Truyền tín hiệu cao tần dải tần phân cực định đến anten trạm mặt đất thu 10 48 Bảng 3.2 : Bảng tra góc nhìn anten với trường hợp anten trạm mặt đất nằm phía Đông Bắc so với vị trí hình chiếu vệ tinh lên trái đất 48 49 49 50 3.5: Tính toán cụ thể cho tỉnh Việt Nam 3.5.1: Tính toán vinasat-1 Việt Nam quốc gia bán đảo Đông Dương ,có phần đất liền trải dài từ kinh tuyến 102°8′ Đông đến 109°27′ Đông từ vĩ tuyến 8°27′ Bắc đến 23°23′ Bắc Với kinh độ vinasat-1 là: 132°E Áp dụng công thức tính góc phương vị: Với Công thức tính góc ngẩng: Với : Vì Việt Nam nằm phía Tây Bắc so với vinasat-1, B = - < c = 90° - > nên ta có góc Az tỉnh thuộc trường hợp C, Az =180°- A Ta tính góc phương vị góc ngẩng cho Hà Nội có tọa độ: Vĩ độ: 21° 2'0.01"N, Kinh độ: 105°51'0.04"E Vinasat-1: 132° E Suy 105°51'0.04"E - 132°E= 26.49°, cos = 0.834 => = 50 51 33.44° => A = 53.8° => Az = 126.2° => = 51.5 Ta tính góc ngẩng góc phương vị cho anten trạm mặt đất Huế có tọa độ: Vĩ độ: 16°30'32.35"N Kinh độ: 107°37'14.25"E Vinasat-1: 132° E Suy 24.63°, cos = 0.872 => = 29.31° => A = 58.03° => Az = 122° = 1.472 => = 55.9° Ta tính góc ngẩng góc phương vị cho anten trạm mặt đất TP Hồ Chí Minh có tọa độ: Vĩ độ: 10°49'24.39"N Kinh độ: 106°37'45.64"E Vinasat-1: 132° E Suy 25.63°, cos = 0.886 => = 27.55° => A = 68.4° => Az = 111.6° 51 52 => = 57.9 Tương tự ta nhập kinh độ vĩ độ tỉnh ta bảng góc ngẩng góc phương vị cho anten trạm mặt đất tỉnh xắp xếp từ bắc vào nam với vệ tinh vinasat-1 Bảng 3.3:Bảng góc ngẩng góc phương vị anten cho tỉnh xắp xếp từ Bắc vào Nam cho vệ tinh vinasat-1 Tên tỉnh Vĩ độ Kinh độ Góc Góc ngẩng 49.6 50.7 49.2 phương vị 127.1 128.6 125.7 48 125.5 Hà Giang Cao Bằng Lào cai 22°45'58.34"N 104°56'19.99"E 22°38'8.48"N 106°15''7.97"E 22°20'17.14"N 104° 8'55.52"E 103°18'42.87" Lai châu 22°22'7.18"N E 22° Bắc Cạn Lạng Sơn 8'45.82"N 105°49'42.60"E 21°51'13.36"N 106°45'41.42"E 22°10'20.45" 50.7 51.7 127.5 128.3 Tuyên Quang Yên Bái Điện Biên Sơn La N 21°41'1.65"N 21°48'15.09"N 21° 6'8.22"N 105°18'47.66"E 104°27'18.49"E 103° 6'29.10"E 103°43'43.93"E 50.3 49.9 48.6 49.6 126.9 125.3 123.9 123.8 Phú Thọ 21°16'6.39"N 105°12'16.41"E 50.8 125.7 Vĩnh Phúc Thái Nguyên Bắc Giang Bắc Ninh Hà Nội 21°21'39.17"N 21°34'1.70"N 21°18'6.23"N 21° 7'17.13"N 21° 2'0.01"N 20°41'10.05" 105°32'50.77"E 105°49'30.73"E 106°37'42.85"E 106° 6'39.59"E 105°51'0.04"E 51.0 51.1 52.0 51.7 51.5 126.2 126.8 127.4 126.6 126.2 Hòa Bình N 105°18'47.22"E 51.3 125.1 52 53 Hưng Yên 20°51'9.25"N Hải Dương 106° 1'1.15"E 51.8 126.1 20°56'18.95"N 106°19'14.47"E 21° 52.0 126.6 Quảng Ninh 0'22.80"N 20°51'40.90" 107°17'30.47"E 52.7 127.9 Hải Phòng Hà Nam Thái Bình N 106°40'47.29"E 20°35'0.67"N 105°55'22.76"E 20°32'19.37"N 106°23'35.79"E 20°25'12.04" 52.3 51.9 52.3 127.0 125.7 126.2 Nam Định Ninh Bình Thanh Hóa Nghệ An N 20°12'46.79"N 19°48'33.86"N 19°14'3.30"N 18°17'40.14" 106°10'6.08"E 105°55'22.76"E 105°46'36.15"E 104°55'12.13"E 52.2 52.1 52.2 51.8 125.8 125.2 124.5 122.8 Hà Tĩnh Quảng Bình Quảng Trị Huế Đà Nẵng Quảng Nam N 17°49'13.03"N 16°47'39.65"N 16°30'32.35"N 16° 3'5.67"N 15°32'21.67"N 105°40'27.98"E 106° 8'32.74"E 106°57'48.27"E 107°37'14.25"E 108°12'53.62"E 108° 1'8.77"E 108°42'43.05" 53.1 53.8 55.2 56.0 56.8 56.9 122.4 122.3 121.7 122.0 122.1 121.1 Quảng Ngãi Kontum Bình Định Gia Lai Phú Yên 15° 4'35.04"N 14°39'40.20"N 14°10'3.12"N 13°48'36.46"N 13° 5'17.47"N E 107°50'19.86"E 108°54'1.91"E 108° 6'51.53"E 109° 5'34.35"E 108°14'18.57" 57.7 57.3 58.6 58.0 59.4 121.2 119.4 119.8 118.3 118.2 Đắc Lắc Khánh Hòa Đắc Nông Ninh Thuận Lâm Đồng Bình Thuận 12°42'37.22"N 12°15'31.10"N 12°15'52.73"N 11°40'25.96"N 11°34'32.71"N 11° 5'25.33"N E 109° 3'8.54"E 107°36'35.30"E 108°51'46.65"E 108° 8'46.81"E 108° 4'19.48"E 58.7 59.8 58.3 59.9 59.2 59.3 116.5 116.6 115.1 115.3 114.4 113.4 53 54 Bình Phước Đồng Nai 11°45'0.81"N 11° 4'7.07"N 10°32'30.26" 106°43'31.56"E 107°10'3.35"E 57.6 58.1 113.3 113.8 Bà Rịa Vũng Tàu Bình Dương Tây Ninh TP Hồ Chí Minh N 11°19'31.37"N 11°22'3.14"N 10°49'24.39"N 10°41'44.07" 107°14'34.79"E 106°28'37.33"E 106° 7'9.51"E 106°37'45.64"E 58.7 57.6 57.2 57.9 111.6 112.4 112.1 111.6 Long An Tiền Giang Bến Tre Đồng Tháp Vĩnh Long Trà Vinh N 10°26'57.72"N 10° 6'29.61"N 10°29'37.41"N 10° 5'13.52"N 9°48'45.95"N 10°31'16.02" 106°14'35.28"E 106°20'31.33"E 106°26'26.04"E 105°41'17.97"E 106° 0'58.40"E 106°17'57.36"E 57.6 57.8 58.0 57.1 57.6 58.0 111.0 110.7 110.1 110.2 109.8 109.5 An Giang Cần Thơ N 105° 7'36.02"E 10° 1'54.67"N 105°47'1.72"E 105°38'28.51" 56.5 57.3 109.8 109.5 E 105°57'35.51"E 105° 8'1.09"E 105°30'48.95"E 57.3 57.7 56.7 57.4 108.9 108.8 108.6 107.9 105° 8'60.00"E 57.0 107.5 Hậu Giang Sóc Trăng Kiên Giang Bạc Liêu Cà Mau Qua bảng ta thấy: 9°45'28.43"N 9°36'1.49"N 9°49'22.35"N 9°15'5.87"N 9°10'60.00" N Từ Bắc vào Nam vĩ độ giảm dần góc ngẩng tăng dần góc phương vị giảm dần Từ Đông xang Tây kinh độ giảm dần góc ngẩng góc phương vị giảm Các tỉnh gần chênh lệch góc ngẩng góc phương vị không đáng kể Nên thực tế khu vực mà vị trí địa lí chênh lệch không đáng kể ta lấy góc ngẩng góc phương vị làm chuẩn hiệu chỉnh cho thu tín hiệu rõ nét 54 55 3.5.2: Tính toán vinasat-2 Thay đổi kinh độ vệ tinh vinasat-2 là: 131,8°E ta tính toán góc ngẩng góc phương vị anten trạm mặt đất tỉnh với vệ tinh vinasat-2: Ta tính góc ngẩng góc phương vị cho anten trạm mặt đất Hà nội có tọa độ: Vĩ độ: 21° 2'0.01"N, Kinh độ: 105°51'0.04"E Vinasat-2: 131.8° E 26.29o, cos= 0.836 =>=33.29o Suy =0.806 => A = 53.7° => Az = 126.3° => = 51.2° Ta tính góc ngẩng góc phương vị cho anten trạm mặt đất Huế có tọa độ: Vĩ độ: 16°30'32.35"N Kinh độ: 107°37'14.25"E Vinasat-2: 131.8° E Suy 24.43°, cos = 0.874 => = 29.1° => A = 57.8° => Az = 122.2° = 1.486 => = 56 07° 55 56 Qua ta thấy góc nhìn anten trạm mặt đất tỉnh vệ tinh vinasat-2 sai lệch nhỏ so với vệ tinh vinasat-1 nên ta dùng bảng vệ tinh vinasat-1 cho vệ tinh vinasat-2 3.5.3 Mô tính toán góc ngẩng góc phương vị matlap Ta sử dụng công cụ matlap để tính toán góc phương vị góc ngẩng dễ dàng hiệu Dưới cốt lệnh : Close all clc lamdaE=input('nhap lamdaE =') phiES=input('nhap phiES =') phiSS=input('nhap phiSS =') r=input('ban kinh quy dao ve tinh dia tinh(Km)=') lamdaE=lamdaE*pi/180; phiES=phiES*pi/180; phiSS=phiSS*pi/180; %Tim goc phuong vi B=phiES-phiSS; b=acos(cos(B)*cos(lamdaE)); A=asin(sin(abs(B))/sin(b)); if (B