LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ viễn thông đang ngày càng phát triển và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt với công nghệ thông tin vô tuyến điện. Với khả năng hoạt động trên nhiều địa hình, khu vực khác nhau hoặc trên toàn cầu, do đó hầu hết những hoạt động sản xuất, quân sự, hàng không hàng hải, dịch vụ truyền thông… đều có những ứng dụng tần số vô tuyến. Hơn bao giờ hết, công nghệ ứng dụng tần số vô tuyến đang bùng nổ mạnh mẽ và trở thành một lĩnh vực được đầu tư nghiên cứu cũng như quản lý chặt chẽ. Tần số vô tuyến không chỉ đơn thuần là phương tiện thông tin liên lạc của con người, mà tài nguyên này còn là đơn vị giúp con người quản lý hoạt động của các hệ thống trang thiết bị, phương tiện trên một giới hạn về không gian, địa lý. Ứng dụng của công nghệ thông tin vô tuyến đã đi sâu vào hầu hết mọi hoạt động của con người, từ hoạt động sản xuất, công nghiệp, dịch vụ: Hàng hải, hàng không, trong các dây truyền sản xuất của nhà máy công nghiệp, điều hành khai thác hầm mỏ, quản lý Taxi, hay các dịch vụ truyền thanh, truyền hình,...Cho đến những hoạt động quân sự, ứng dụng tần số vô tuyến càng trở nên thiết yếu, các hệ thống phòng không, các trang thiết bị chiến đấu, phương tiện liên lạc quân sự đều có những ứng dụng của vô tuyến điện. Nói một cách khác, ngày nay ứng dụng của tần số vô tuyến điện đã trở nên hết sức phổ biến, rộng rãi và vô cùng đa dạng, nó đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại. Chính vì vị trí, vai trò của những ứng dụng của tần số vô tuyến như vậy, mà tài nguyên có hạn này cần phải được quản lý và quy hoạch rõ ràng cho từng lĩnh vực cụ thể. Việc nghiên cứu, tìm hiểu đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật định vị phát xạ gây can nhiễu trong kiểm soát tần số vô tuyến” sẽ cho chúng ta những góc nhìn cụ thể về khái niệm, nhiệm vụ của đơn vị quản lý, kiểm soát tài nguyên tần số tại Việt Nam và hiểu rõ hơn về kỹ thuật xác định, định hướng phát xạ, giải quyết nhiễu vô tuyến điện của đơn vị trong thời gian qua. Trong thời gian nghiên cứu, mặc dù đã rất cố gắng đầu tư thời gian và học hỏi tìm tòi, tuy nhiên tài liệu nghiên cứu còn hạn hẹp, phạm vi nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu còn ít cũng như kinh nhiệm trong quá trình thực hiện đồ án còn hạn chế, do đó trong đồ án không tránh khỏi những khiếm khuyết hay sai sót. Kính mong thầy giáo hướng dẫn và các thầy cô giáo của trường đóng góp ý kiến chỉ bảo để nội dung của bản đồ án tốt nghiệp của tôi được hoàn thiện hơn nữa. Xin trân trọng cám ơn! 1.Lý do chọn đề tài. Từ sự phát triển mạnh mẽ của các ứng dụng tần số vô tuyến đó, nó đã làm cho phổ tần số vô tuyến điện vốn đã hữu hạn ngày càng trở lên hữu hạn và vô cùng chật chội. Mặt khác cũng là do sóng vô tuyến không có biên giới nên thực tế đã làm cho công tác quản lý tần số vô tuyến điện càng trở lên khó khăn hơn, đòi hỏi ngày càng một cao với yêu cầu đảm bảo việc sử dụng phổ tần trong môi trường dùng chung đạt hiệu quả cao không bị can nhiễu vô tuyến. Nhưng trong thực tế các hiện tượng can nhiễu giữa các hệ thống thông tin vô tuyến với nhau vẫn thường xuyên xảy ra. Thậm chí ngay giữa các hệ thống thiết bị không phải thông tin vô tuyến nhưng có sinh ra các phát xạ vô tuyến điện cũng gây can nhiễu với các hệ thống thông tin vô tuyến điện. Thực tế hiện nay, thông tin vô tuyến điện không chỉ có có ý nghĩa cấp thiết trong liên lạc, truyền thông mà còn giữ vai trò thiết yếu trong nhiều lĩnh vực khác trong cuộc sống và các hoạt động sản xuất như hàng không, sản xuất công nghiệp, du lịch,các dịch vụ truyền hình, hàng hải…, do đó khi can nhiễu xảy ra sẽ làm cản trở, gián đoạn các hoạt động này, làm giảm năng suất cũng như chất lượng lao động, đối với hoạt động điều hành hàng không, việc can nhiễu còn có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng cho chuyến bay. Trước những yêu cầu thực tế đó, tôi đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật định vị phát xạ gây can nhiễu trong kiểm soát tần số vô tuyến” với mong muốn nghiên cứu, tìm hiểu rõ hơn về công tác quản lý tần số vô tuyến điện, về can nhiễu vô tuyến và các phương pháp định hướng, định vị nhiễu, từ đó có phương pháp khắc phục hợp lý hiệu quả. Đồng thời, tôi cũng mong muốn rằng những cơ sở lý thuyết đã được nghiên cứu sẽ ứng dụng vào thực tế hiện nay một cách hiệu quả đảm bảo cho các hoạt động thông tin vô tuyến được thông suốt, ổn định. 2.Tính cấp thiết. Ứng dụng tần số vô tuyến đã được triển khai trên rất nhiều lĩnh vực khác nhau, mà trên một giới hạn địa lý những tần số lân cận nhau hoặc phát xạ không mong muốn từ những nguồn phát xạ tự nhiên hoặc nhân tạo có thể gây ra sự can nhiễu cho nhau. Do đó, việc quản lý nguồn tài nguyên tần số vô tuyến điện là hết sức cần thiết, mang lại nhiều lợi ích kinh tế, phục vụ an ninh, quốc phòng và trật tự, an toàn xã hội. Khi một hệ thống thông tin vô tuyến điện bị can nhiễu, nó sẽ ảnh hưởng đến chất lượng các hoạt động dịch vụ của hệ thống, đến khả năng liên lạc hay truyền nhận thông tin. Do vậy vấn đề đặt ra là phải xác định và loại bỏ được các nguyên nhân can nhiễu hay các nguồn đã gây ra can nhiễu. Từ yêu cầu thực tế đó, định hướng tín hiệu cung cấp dữ liệu cho định vị nguồn phát sóng, nhằm mục đích xác định vị trí nguồn gây nhiễu, phát sóng bất hợp pháp, giúp cho quản lý phổ tần số chặt chẽ và hiệu quả hơn, đồng thời có thể phát hiện và loại bỏ các nguồn can nhiễu cho các hệ thống thông tin mà nhiều nguyên lý, phương pháp, quy trình kỹ thuật xác định can nhiễu đã được nghiên cứu, xây dựng và áp dụng. Định hướng tín hiệu, cung cấp dữ liệu cho định vị nguồn phát sóng, nhằm mục đích xác định vị trí các nguồn gây nhiễu, phát sóng bất hợp pháp, giúp cho quản lý phổ tần số chặt chẽ và hiệu quả hơn. Do đặc điểm cấu hình thiết bị sử dụng kỹ thuật định hướng đơn kênh không quá phức tạp, tính năng cơ động, giá thành hợp lý và đáp ứng yêu cầu của định vị nguồn phát sóng, nên hiện nay các kỹ thuật định hướng đơn kênh được sử dụng rất nhiều trong kiểm soát tần số vô tuyến điện.
Trang 1ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ PHÁT XẠ GÂY CAN
NHIỄU TRONG KIỂM SOÁT TẦN SỐ VÔ TUYẾN”
BỘ CÔNG AN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – HẬU CẦN CAND
-
-Học viên : CHU VIỆT THÀNH Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS PHẠM TUẤN GIÁO Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG Niên khóa : 2011 - 2016
Trang 2NỘI DUNG TRÌNH BÀY
4
TRUNG TÂM TẦN SỐ KHU VỰC V
Trang 31 • ĐẶT VẤN ĐỀ
Tần số vô tuyến không chỉ đơn thuần là phương tiện thông tin liên lạc của con người,
mà tài nguyên này còn là đơn vị giúp con người quản lý hoạt động của các hệ thống trang thiết bị, phương tiện
Từ sự phát triển mạnh mẽ của các ứng dụng tần số vô tuyến, nó đã làm cho phổ tần số
vô tuyến điện vốn đã hữu hạn ngày càng trở lên hữu hạn và vô cùng chật chội Mặt khác cũng là do sóng vô tuyến không có biên giới nên thực tế đã làm cho công tác quản lý tần số vô tuyến điện càng trở lên khó khăn hơn, đòi hỏi ngày càng một cao với yêu cầu đảm bảo việc sử dụng phổ tần
Trang 42 • KHÁI QUÁT VỀ NHIỄU VÔ TUYẾN
Khái niệm và phân loại nhiễu:
Khái niệm:
Can nhiễu là những tác động có hại của một hoặc nhiều nguồn phát xạ, bức xạ trên đầu vào của máy thu ảnh hưởng đến tín hiệu có ích trong hệ thống thông tin vô tuyến điện, dẫn đến làm giảm chất lượng, hoặc bị mất hẳn thông tin
Phân loại:
NHIỄU
VÔ TUYẾN
Nhiễu cho phép Nhiễu chấp nhận được
Nhiễu có hại
Trang 5 Các nguy cơ can nhiễu
2 • KHÁI QUÁT VỀ NHIỄU VÔ TUYẾN
Nhiễu đồng kênh (Co-chanel interferences)
Nhiễu lân cận (Adjacent chanel interferences)
Nhiễu do một đài phát vô tuyến điện bất hợp pháp (phát xạ bất hợp pháp)
Nhiễu do các thiết bị không đảm bảo yêu cầu tương thích điện từ trường (EMC)
Nhiễu do các phát xạ không mong muốn (bao gồm phát xạ ngoài băng và phát xạ giả)
Nhiễu do điện thoại không dây (điện thoại máy mẹ máy con) có tần số không đúng quy hoạch tần số vô tuyến điện gây nhiễu cho các đài vô tuyến điện
Trang 63 • ĐỊNH VỊ PHÁT XẠ GÂY CAN NHIỄU TRONG KIỂM SOÁT TẦN SỐ
Giới thiệu chung về kỹ thuật định hướng nguồn phát sóng
Định hướng nguồn phát sóng là để xác định hướng đến của nguồn phát sóng vô tuyến điện so với một hướng tham chiếu
Cấu trúc chung của một thiết bị định hướng bao gồm: Anten định hướng, khối thu tín hiệu và khối xử lý định hướng
Khái niệm và mô hình chung
Tín hiệu định hướng
Anten định hướng
Khối tín hiệu thu
Khối xử lý định hướng
Khối đánh giá
và hiển thị góc định hướng
Trang 73 • ĐỊNH VỊ PHÁT XẠ GÂY CAN NHIỄU TRONG KIỂM SOÁT TẦN SỐ
Phân loại
Khi phân loại theo phương pháp xử lý tìm hướng dựa trên biên độ hoặc pha của tín hiệu đến thì gồm 3 loại:
Khi phân loại các hệ thống định hướng theo số lượng kênh thu sử dụng thì được chia làm 2 nhóm, gồm:
+ Hệ thống định hướng biên độ (amplitude – base) + Hệ thống định hướng pha (phase – base)
+ Hệ thống định hướng biên độ – pha kết hợp
+ Hệ thống định hướng đơn kênh (Single – channel DF system) + Hệ thống định hướng đa kênh (Multi – channel DF system)
Trang 83 • ĐỊNH VỊ PHÁT XẠ GÂY CAN NHIỄU TRONG KIỂM SOÁT TẦN SỐ
Các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác trong việc xác định hướng sóng tới
Số lượng phần tử anten trong dàn Khoảng cách giữa các phần tử anten – d
Số lượng mẫu tín hiệu
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm (SNR) Tính tương quan giữa các tín hiệu
Trang 93 • ĐỊNH VỊ PHÁT XẠ GÂY CAN NHIỄU TRONG KIỂM SOÁT TẦN SỐ
Kỹ thuật định hướng định vị nguồn phát xạ gây can nhiễu
Đến thời điểm hiện nay, có các phương pháp chính thường được sử dụng để định hướng nguồn phát xạ:
Phương pháp Watson Watt
Phương pháp giao thoa
Phương pháp Doppler
Phương pháp sử dụng anten định hướng cao
Phương pháp FDOA/TDOA sử dụng hai vệ tinh GSO.
Trang 103 • ĐỊNH VỊ PHÁT XẠ GÂY CAN NHIỄU TRONG KIỂM SOÁT TẦN SỐ
Phương pháp Watson Watt
Kỹ thuật Watson-Watt sử dụng 2 cặp anten Adcock được đặt ở cùng một vị trí và vuông góc với hướng Đông để tạo ra tín hiệu N-S (Bắc-Nam) và E-W (Đông-Tây) Các tín hiệu này sẽ được đưa qua một máy thu
φ = arctan ( )
φ
Đơn cực E
Đơn cực N
Sóng tới R
R
φ
d 2
1
d
Trang 113 • ĐỊNH VỊ PHÁT XẠ GÂY CAN NHIỄU TRONG KIỂM SOÁT TẦN SỐ
Phương pháp giao thoa
Góc phương vị của nguồn phát xạ:
Góc ngẩng:
α
Anten 2 Anten 1
Anten 3
Sóng tới
ϕ 12
ϕ 13
Calculation
DF converter
ˆ arctan
ˆ arccos
2 /
Trang 123 • ĐỊNH VỊ PHÁT XẠ GÂY CAN NHIỄU TRONG KIỂM SOÁT TẦN SỐ
Phương pháp áp dụng nguyên lý Doppler
Nếu một phần tử anten quay trong vòng tròn bán kính R, tín hiệu thu được chịu ảnh hưởng bởi tần số điều chế ωo, và tần số quay là ωr, do hiệu ứng dịch chuyển tần số Doppler
fscan 1
2
3
1 Df
Trang 133 • ĐỊNH VỊ PHÁT XẠ GÂY CAN NHIỄU TRONG KIỂM SOÁT TẦN SỐ
Phương pháp áp dụng nguyên lý Doppler
Từ giá trị biên độ tức thời: u(t)= acos [ωω o t +(2π/𝜆 o )cos(ω r t – α) + φ]) + φ]
Tần số tức thời là: ω(t)= dΦ(t)/dt= ωdt= ω o - (2π/𝜆 o ) ω r sin(ω r t – α) + φ])
Lọc lấy thành phần điều chế Doppler, ta có:
S r = - sin ω r t
Hệ số biến đổi Fourier của Sr đưa ra giá trị ước lượng của góc phương vị α
Trang 143 • ĐỊNH VỊ PHÁT XẠ GÂY CAN NHIỄU TRONG KIỂM SOÁT TẦN SỐ
Định hướng sử dụng anten có hướng tính cao
• Phương pháp này dựa trên cơ sở giản đồ hướng tính của anten, đánh giá mức điện áp tín hiệu của một anten có chuẩn hướng tính thu được khi quay, tại vị trí điện áp thu được lớn nhất tại anten hướng tính, chỉ thị góc định hướng của nguồn nhiễu
Loại bỏ AGC
0o
90 o
270o
Máy thu
Bộ xử lý tín hiệu
Bộ chị thị hướng tín hiệu
Trang 153 • ĐỊNH VỊ PHÁT XẠ GÂY CAN NHIỄU TRONG KIỂM SOÁT TẦN SỐ
Phương pháp FDOA/TDOA sử dụng hai vệ tinh GSO
Hai chuỗi thời gian của tín hiệu đường xuống truyền từ hai vệ tinh địa tĩnh sẽ được lưu và phân tích để biết được độ lệch thời gian và tần số giữa hai vệ tinh, điều này được thực hiện bằng phương pháp CAF (Cross Ambiguity Function) Từ đó định vị vị trí đài phát
Trang 16• ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TRONG CÔNG TÁC CHỐNG NHIỄU TẠI TRUNG TÂM TẦN SỐ KHU VỰC V
Đề xuất các giải pháp trong công tác chống nhiễu
Bổ sung thêm các trạm kiểm soát cố định
Sử dụng các trạm cố định hiện có kết hợp với các trạm kiểm soát cơ động và cầm tay
Sử dụng các trạm cố định hiện có kết hợp với các trạm kiểm soát cơ động và cầm tay
Giải pháp xác định vị trí phát xạ bằng một tia định hướng kết hợp với tính toán suy hao đường truyền và giả định mức công suất để xác định vị trí phát xạ gây can nhiễu
Giải pháp xác định vị trí phát xạ bằng một tia định hướng kết hợp với tính toán suy hao đường truyền và giả định mức công suất để xác định vị trí phát xạ gây can nhiễu
Trang 17• ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TRONG CÔNG TÁC CHỐNG NHIỄU TẠI
TRUNG TÂM TẦN SỐ KHU VỰC V
Tương tác với điều kiện sử dụng thực tế
Định vị vị trí máy phát của Trạm điều hành Taxi Thuận An – Ninh Giang – Hải Dương qua trạm thu Hải Phòng (Trung tâm tần số khu vực V) và trạm thu Hải Dương.
Xác định đối tượng phát xạ là máy bộ đàm tại Trung tâm điều hành Taxi Thuận An – tọa độ (Vĩ độ: 20°45'53.53"Bắc, Kinh độ: 106°22'19.97"Đông), địa chỉ QL 37 – Ninh Thành – Ninh Giang – Hải Dương
Trang 18CẢM ƠN HỘI ĐỒNG ĐÃ QUAN
TÂM THEO DÕI!