THÔNG TIN TÀI LIỆU
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ *************** NGÔ XUÂN MAI GIẢI PHÁP SỬA LỖI KHÔNG ĐỒNG NHẤT GIỮA CÁC KÊNH TRÊN ANTEN MẠNG PHA CHO MÁY THU ĐỊNH VỊ BẰNG VỆ TINH Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử Mã số : 9520203 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Huy Hoàng TS Hồng Thế Khanh Hà Nội – 2020 Cơng trình hồn thành tại: VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ QUÂN SỰ Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Huy Hoàng TS Hoàng Thế Khanh Phản biện 1: GS.TS Bạch Gia Dương Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Phản biện 2: PGS.TS Bùi Ngọc Mỹ Viện Khoa học Công nghệ quân Phản biện 3: TS Tạ Chí Hiếu Học viện Kỹ thuật quân Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án Viện Khoa học Công nghệ Quân sự, Hà Nội vào hồi ngày tháng năm 2020 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Viện Khoa học Công nghệ quân - Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài luận án Trong năm gần đây, hệ thống định vị dẫn đường toàn cầu vệ tinh (Global Navigation Satellite System – GNSS) có vai trò quan trọng, ứng dụng hầu hết lĩnh vực đời sống xã hội, dân dụng, công nghiệp an ninh quốc phòng Tuy nhiên, tín hiệu có ích phát từ vệ tinh quỹ đạo tầm trung (cách trái đất khoảng 20.000Km) [4] lan truyền qua môi trường không gian đến đầu vào máy thu bị suy giảm lớn (khoảng 1024 lần tương đương 26dB) [5] nhiều yếu tố khách quan (thời tiết khắc nghiệt, bị che chắn vật cản, nhiễu tần số vô tuyến) chủ quan (can nhiễu, nhiễu giả lập tín hiệu, nguồn gây nhiễu đối phương tạo tác chiến điện tử) [6] dẫn đến chất lượng tín hiệu máy thu GNSS không đảm bảo Do vậy, việc nghiên cứu nâng cao chất lượng tín hiệu máy thu GNSS để đảm bảo cho khả định vị dẫn đường xác nhu cầu cấp thiết đã, tiếp tục thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học ngồi nước Đã có nhiều cơng trình khoa học đề xuất thực phần cứng thuật toán xử lý tín hiệu [5] Tuy nhiên, dạng nhiễu ảnh hưởng máy thu định vị vệ tinh chủ yếu nhiễu dải rộng [28], giải pháp để chống dạng nhiễu dải rộng dùng anten mạng pha [29].Việc xử lý tín hiệu định vị dẫn đường vệ tinh anten mạng pha mang lại nhiều lợi ích làm phát sinh số vấn đề kỹ thuật cần phải giải Một vấn đề tính khơng đồng (về pha, biên độ pha biên độ, thăng giáng băng thông kênh) kênh anten mạng pha, bất đồng thường biểu diễn thơng qua độ trễ nhóm (Group Delay) [7] Đây vấn đề tránh khỏi thực tế chế tạo kênh thu lý tưởng hoàn toàn đồng với Xuất phát từ lý trên, NCS đề xuất sử dụng tiêu chuẩn MPE [32] theo phương pháp phân hoạch ma trận riêng- véc-tơ riêng (SVD) thay cho tiêu chuẩn MMSE sử dụng [45] để giải toán sửa lỗi bất đồng kênh anten mảng pha nhằm giảm độ phức tạp thuật toán tăng tốc độ hội tụ thuật toán Nhờ giảm độ phức tạp thực thuật toán nên nghiên cứu sinh đề xuất tăng số phần tử anten mạng pha lên phần tử nhằm tăng khả chống nhiễu dải rộng cho máy thu định vị vệ tinh mà yêu cầu hệ thống tính toán khoang giữ nguyên Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu đề xuất hai giải pháp sửa lỗi không đồng kênh anten mạng pha sở tự bù trừ hiệu chỉnh hai giai đoạn sử dụng tiêu chuẩn tối ưu MPE [32] thay cho tiêu chuẩn MMSE đề xuất [45] nhằm khắc phục tính khơng đồng kênh thu, cải thiện chất lượng tỷ số tín hiệu tạp âm (SINR), nâng cao độ tin cậy cho máy thu định vị vệ tinh Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Từ phân tích trên, nghiên cứu sinh xác định đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án là: Máy thu định vị vệ tinh GNSS; anten mạng pha 3, 4, phần tử Trong khuôn khổ luận án tập trung nghiên cứu giải pháp sửa lỗi không đồng kênh thu anten mạng pha phần tử Nội dung nghiên cứu luận án - Nghiên cứu mơ hình tín hiệu, nhiễu hệ thống GNSS mơ hình kênh thu anten mạng pha phần tử Biểu diễn tín hiệu, nhiễu vệ tinh máy thu định vị vệ tinh phần tử anten mạng pha phần tử tác động loại nhiễu dải rộng dải hẹp - Xây dựng mơ hình tốn học kênh thu đồng không đồng cho anten mạng pha phần tử - Mơ q trình xử lý tín hiệu anten mạng pha phần tử trường hợp kênh đồng không đồng nhằm đánh giá ảnh hưởng tính khơng đồng tới chất lượng chống nhiễu trình xử lý tín hiệu - Nghiên cứu vùng khơng làm việc phụ thuộc vùng không làm việc vào độ nhạy máy thu anten mạng pha phần tử phần tử với khoảng cách phần tử d=2/3.56 d=/2 kênh đồng không đồng - Đề xuất áp dụng tiêu chuẩn tối ưu MPE thay tiêu chuẩn MMSE cho giải pháp sửa lỗi không đồng kênh anten mạng pha dựa thuật toán sửa lỗi hai giai đoạn sở tự bù trừ thuật toán tự động hiệu chỉnh cho máy thu định vị vệ tinh - Thực kiểm nghiệm máy tính phương pháp mơ sử dụng phần mềm Matlab, đánh giá kết nghiên cứu đề xuất luận án so sánh với kết trước đó, từ đưa số khuyến nghị với mơ hình hệ thống GNSS Phương pháp nghiên cứu Để giải nội dung nêu trên, NCS tiến hành nghiên cứu lý thuyết xác suất thống kê tốn học kỹ thuật vơ tuyến, lý thuyết mã hóa kênh, đại số tuyến tính Dựa lý thuyết bản, xây dựng mô hình tốn học tốn, từ đề xuất giải pháp sửa lỗi kênh không đồng kênh thu anten mạng pha Để kiểm chứng đưa kết trực quan phương pháp đề xuất, NCS tiến hành tính tốn phần mềm Matlab hiển thị dạng biểu đồ với thông số hệ thống khác Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Các kết nghiên cứu luận án có tính mới, tính khoa học, đóng góp thêm sở cho việc tính tốn, xây dựng, thiết kế hệ thống định vị vệ tinh khoang Các giải pháp sửa lỗi không đồng kênh thu anten mạng pha đề xuất có tính khả thi, sở ban đầu cho việc nghiên cứu phát triển hệ thống định vị vệ tinh, đặc biệt hệ thống định vi vệ tinh khoang UAV, tên lửa hành trình, thiết bị bay Việt Nam - Ý nghĩa thực tiễn: Giải pháp sửa lỗi không đồng kênh anten mạng pha kết hợp với phương pháp xử lý không gian - thời gian tín hiệu nhằm mục đích chống nhiễu, đảm bảo độ xác độ tin cậy cho việc thu tín hiệu định vị vệ tinh trang thiết bị, khí tài cơng nghệ cao (CNC) có sử dụng hệ thống định vị dẫn đường vệ tinh như: UAV, tên lửa hành trình Vì vậy, luận án: “Giải pháp sửa lỗi không đồng kênh anten mạng pha cho máy thu định vị vệ tinh” có ý nghĩa thực tiễn cao Bố cục luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục cơng trình cơng bố tác giả, tài liệu tham khảo, nội dung luận án gồm ba chương: Chương 1: Tổng quan hệ thống GNSS giải pháp chống nhiễu cho máy thu định vị vệ tinh Chương 2: Nghiên cứu, đánh giá hiệu chống nhiễu tiêu chuẩn tối ưu MPE máy thu GNSS Chương 3: Giải pháp sửa lỗi bất đồng kênh anten mạng pha cho máy thu định vị vệ tinh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG GNSS VÀ CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG NHIỄU CHO MÁY THU ĐỊNH VỊ VỆ TINH 1.1 Hệ thống định vị dẫn đường vệ tinh GNSS, dạng nhiễu, tín hiệu hệ thống Cấu trúc hệ thống định vị dẫn đường toàn cầu vệ tinh Cấu trúc tín hiệu hệ thống GNSS Hiện nay, Hai hệ thống vệ tinh sử dụng rộng rãi là: hệ thống GLONASS Nga hệ thống GPS Mỹ Trong phạm vi luận án nghiên cứu sinh tập trung nghiên cứu giải pháp sửa lỗi không đồng kênh anten mạng pha cho máy thu định vị vệ tinh hai hệ thống 1.1.2.1 Cấu trúc tín hiệu GPS 1.1.2.2 Cấu trúc tín hiệu GLONASS 1.2 Các dạng nhiễu hệ thống GNSS Trong hệ thống GNSS, tín hiệu có ích truyền từ vệ tinh tới trái đất bị suy giảm mạnh (26dB), tín hiệu dễ bị can nhiễu nhiều yếu tố khác khách quan chủ quan Các dạng nhiễu ảnh hưởng lớn tới việc thu tín hiệu GNSS, phân làm hai loại là: nhiễu tự nhiên (hiệu ứng đa đường, nhiễu khí quyển) nhiễu nhân tạo (can nhiễu, nhiễu giả lập tín hiệu), nguyên nhân gây suy giảm chất lượng hệ thống 1.3 Các giải pháp chống nhiễu hiệu cho máy thu định vị vệ tinh Các tiêu chuẩn tối ưu thường sử dụng là: Cực đại hóa tỉ số SINR đầu anten mạng pha thích nghi (MSE) [19]; cực tiểu hóa trung bình bình phương sai số tín hiệu thu tín hiệu chuẩn (МMSE) [23] đầu anten mạng pha thích nghi; tiêu chuẩn hợp lẽ cực đại (ML) [23] tối thiểu hóa cơng suất eigencanceler MPE phương pháp ma trận riêng, véc-tơ riêng [32] 1.4 Các phương pháp có để giải vấn đề sửa lỗi không đồng Phương pháp hiệu chỉnh hai kênh x1(t) 1(t ) K 1(jw) x2(t) 2 (t ) K tq (jw) K 2(jw) Hình 1.6 Hệ thống xử lý không gian hai kênh Phương pháp tự bù trừ hai kênh L 1 Kênh ∑ Kênh phụ wL ∑ wk w2 w1 Hình 1.7 Cấu trúc tự bù trừ hai kênh Đầu Bộ bù trừ nhiễu với hiệu chỉnh tham số x0(t) x1(t) K 0(jw) K 1(jw) × X Ʃ w1 K 2(jw) × w2 Hình 1.9 Cấu trúc bù trừ nhiễu với hiệu chỉnh tham số 1.5 Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng chống nhiễu Bảng 1.1 Đặc trưng chất lượng chống nhiễu 1.6 Biểu diễn toán học phương pháp chống nhiễu dựa xử lý số STAP tín hiệu Các tiêu chuẩn thích nghi khơng gian – thời gian 1.6.1.1 Cực tiểu hóa sai số trung bình bình phương MMSE WMMSE R1RA (1.1) 1.6.1.2 Cực tiểu hóa sai số trung bình bình phương có giới hạn Wopt R1 R A CT R1R A C / CT R 1C (1.2) 1.6.1.3 Cực đại hóa tỉ số tín hiệu/(nhiễu+tạp âm) MSE WMSE R I R n 1 W0 , (1.3) 1.6.1.4 Cực tiểu cơng suất tín hiệu anten mạng pha thích nghi có giới hạn Wopt R I R n W0 1 (1.4) 1.6.1.5 Tiêu chuẩn tối ưu công suất Eigencanceler – MPE wMPE Qv v QvH C CH Qv QvH C 1 f (1.5) Các thuật toán chống nhiễu hiệu hệ thống GNSS 1.6.2.1 Thuật tốn khơng gian-thời gian theo cực tiểu cơng suất có giới hạn Cấu trúc lọc khơng gian - thời gian biểu diễn Hình 1.13 x1(n) w11 Z-1 Z-1 w13 w12 Z-1 Z-1 w1k-1 w1k Z-1 Z-1 w2k-1 w2k FIR ∑ x2(n) w21 Z-1 w22 Z-1 w23 ∑ y(n) ∑ xM(n) wM1 Z-1 wM2 Z-1 Z-1 wM3 wMk-1 Z-1 wMk ∑ Hình 1.13 Bộ lọc khơng gian - thời gian 1.6.2.2 Thuật tốn khơng-thời gian theo tiêu chuẩn sai số trung bình bình phương cực tiểu 1.7 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước vấn đề có liên quan 1.8 Kết luận chương Trên sở đó, NCS nghiên cứu, đánh giá hiệu chống nhiễu tiêu chuẩn tối ưu MPE máy thu GNSS anten mạng pha chương luận án tảng cho việc đề xuất giải pháp sửa lỗi không đồng kênh anten mạng pha Chương luận án CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CHỐNG NHIỄU CỦA TIÊU CHUẨN TỐI ƯU MPE ĐỐI VỚI MÁY THU GNSS 2.1 Sự hình thành tín hiệu nhiễu phần tử thu anten mạng pha thích nghi Sự hình thành tín hiệu có ích đầu vào x m I x m jQx m (2.1) Mơ hình nhiễu I (n ) Re exp j n t j I I I Q (n ) Im exp j n t j I I I (2.2) 2.2 Tính tốn độ trễ truyền mơi trường Hình 2.2 Cấu trúc hình học anten mạng ba phần tử x (m ) sin cos y(m ) sin sin (m ) c x (m ) cos sin (2.3) 2.3 Chuẩn hóa tín hiệu nhiễu x chuanhoa (m, n ) x (m, n ) (2.4) I2 Q2 2.4 Biểu diễn nhiễu tín hiệu vệ tinh GNSS anten mạng pha phần tử phần tử 1 A3 (, ) exp j 2 f0 2(R / c)sin cos / 3 exp j 2 f0 2(R / c)sin cos , (2.5) Để xác định vùng khơng làm việc máy thu, tỷ số đầu vào SINR hướng (,) đầu chống nhiễu phải nhỏ hệ số bảo vệ, tức là: 10 lg K Ps_ra P i 1 I_ra D2 (, ) 10 lg D (0 , 0 ) N (, ) S / (N I ) nguong Ps_ra S / N I K nguong PI_ra N (2.42) (2.45) i 1 Vế trái (2.45) bề mặt khơng gian Từ đó, cách qt khơng gian, tính diện tích phần bán cầu trên, thỏa điều kiện (2.45) Sau đó, theo điều kiện (2.31), xác định độ lớn vùng làm việc không làm việc máy thu 2.7 Đánh giá hiệu chống nhiễu máy thu định vị vệ tinh sử dụng tiêu chuẩn MPE kênh đồng với anten mạng pha phần tử Đánh giá tham số hệ số nén công suất nhiễu tỷ số SINR đầu máy thu định vị vệ tinh Đánh giá vùng không làm việc máy thu kênh đồng Vùng không làm việc máy thu với anten mạng pha phần tử + Cho trường hợp có nhiễu: góc ngẩng 85 , góc phương vị nguồn nhiễu phân bố Hình 2.16 Vùng làm việc hệ số bảo vệ máy thu -30dB -40dB – nhiễu + Cho trường hợp có hai nguồn nhiễu: góc ngẩng 85 , theo góc phương vị nguồn nhiễu phân bố 11 Hình 2.18 Vùng làm việc hệ số bảo vệ máy thu -30dB -40dB – nhiễu Vùng không làm việc máy thu với anten mạng pha phần tử Đối với trường hợp anten mạng pha thích nghi phần tử, NCS thực mô bề mặt tỷ số SINR đầu ăng-ten với số lượng nguồn nhiễu thay đổi 1, 2, 6, xây dựng vùng không làm việc máy thu GNSS với hệ số bảo vệ máy thu -30dB 40dB Với giả thiết trường hợp ăng-ten phần tử + Cho trường hợp có nguồn nhiễu: góc ngẩng 85 , theo góc phương vị nguồn nhiễu phân bố Hình 2.21 Vùng làm việc hệ số bảo vệ máy thu -30dB -40dB – nhiễu Hình 2.23 Vùng làm việc hệ số bảo vệ máy thu -30dB -40dB – nhiễu 12 Hình 2.25 Vùng làm việc hệ số bảo vệ máy thu -30dB -40dB – nhiễu Hình 2.27 Vùng làm việc hệ số bảo vệ máy thu -30dB -40dB – nhiễu So sánh vùng không làm việc máy thu định vị vệ tinh với anten mạng pha phần tử, khoảng cách d=2/3.56 (a) d=/32 (b) d=2/3.56 Hình 2.29 Vùng làm việc hệ số bảo vệ máy thu -30dB – nhiễu Su phu thuoc vung khong lam viec vao ty so bao ve - anten phan tu 100 nhieu - lamda/2 nhieu - lamda/2 90 100 80 80 70 70 60 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 -15 Su phu thuoc vung khong lam viec vao ty so bao ve nhieu - d=2lamda/3.56 nhieu - d=2lamda/3.56 90 10 -20 -25 -30 Ty so bao ve, dB -35 -40 -15 -20 -25 -30 -35 -40 Ty so bao ve, dB (a) d=/32 (b) d=2/3.56 Hình 2.30 Sự phụ thuộc vùng không làm việc vào hệ số bảo vệ 13 % % So sánh vùng không làm việc máy thu GNSS sử dụng anten mạng pha phần với tiêu chuẩn thích nghi MPE Hình 2.32 So sánh vùng không làm việc máy thu GNSS với số lượng phần tử anten thay đổi Hình 2.33 So sánh phụ thuộc vùng không làm việc vào hệ số bảo vệ máy thu với anten mạng phần tử Một số kết luận đặc trưng chống nhiễu máy thu định vị vệ tinh 2.8 Đánh giá hiệu chống nhiễu máy thu định vị vệ tinh sử dụng tiêu chuẩn MPE kênh BĐN với anten mạng pha phần tử Đánh giá chất lượng thu tín hiệu kênh BĐN pha Các kết mô với trường hợp kênh thu khơng có méo (đồng nhất) có bất đồng pha kênh thu biên độ pha thay đổi là: 50 100 He so nen cong suat nhieu 70 Ty so SINR dau 60 -10 50 25dB 15dB -20 40 30 -30 20 MMSE - Dong nhat MPE - Dong nhat MMSE - BĐN pha - DltPh0=5 MPE - BĐN pha - DltPh0=5 MMSE - BĐN Pha - DlePh0=10 MPE - BDN Pha - DltPh0=10 10 -10 So buoc tinh toan 10 -40 MMSE - Dong nhat MPE - Dong nhat MMSE - BĐN - DltPh0=5 MPE - BĐN - DltPh0=5 MMSE - BĐN Pha - Dltpha =10 MPE - BĐN Pha - Dltpha =10 -50 -60 12 10 4 So buoc tinh toan 10 12 10 Hình 2.34 So sánh hệ số nén Hình 2.35 So sánh tỷ số SINR nhiễu BĐN pha BĐN pha Đánh giá chất lượng thu tín hiệu kênh BĐN biên độ Thực mô đặc trưng chống nhiễu có BĐN kênh anten mạng pha với hai tiêu chuẩn tối ưu MMSE MPE so với trường hợp kênh thu ĐN sử dụng anten mạng pha thích nghi phần tử 14 Hình 2.36 So sánh hệ số nén BĐN biên độ 0.1 Hình 2.37 Tỷ số SINR đầu BĐN biên độ 0.1 Hình 2.38 So sánh hệ số nén Hình 2.39 Tỷ số SINR đầu BĐN biên độ 0.5 BĐN biên độ 0.5 So sánh vùng làm việc máy thu GNSS kênh BĐN với anten mạng pha phần tử 2.9 Đánh giá độ phức tạp tiêu chuẩn MPE 2.10 Kết luận chương Chương xây dựng mô hình tín hiệu GNSS, nhiễu kênh thu anten mạng phần tử Mô đặc trưng chống nhiễu như: Hệ số nén nhiễu; tỷ số SINR đầu anten xây dựng giản đồ hướng, vùng không làm việc máy thu GNSS anten mạng pha thích nghi phần tử So sánh đánh giá tham số với mơ hình anten phần tử nghiên cứu cơng trình [45] Từ rút kết luận rằng, anten mạng pha phần tử cho chất lượng chống nhiễu tốt Qua làm sở đánh giá đề xuất phương pháp sửa lỗi không đồng kênh thu cho máy thu định vị vệ tinh trình bày chương luận án 15 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP SỬA LỖI BẤT ĐỒNG NHẤT GIỮA CÁC KÊNH TRÊN ANTEN MẠNG PHA CHO MÁY THU ĐỊNH VỊ VỆ TINH Như đề cập, bất đồng kênh thu anten mạng pha gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng thu tín hiệu, giảm độ tin máy thu định vị vệ tinh Để khắc phục ảnh hưởng tính bất đồng này, cần phải thiết kế lọc chống nhiễu đa kênh với chức tự động sửa lỗi bất đồng Chương đề xuất sử dụng tiêu chuẩn tối ưu MPE (có độ phức tạp tính tốn thấp hơn, tốc độ hội tụ thuật toán nhanh hơn) thay cho tiêu chuẩn tối ưu MMSE sử dụng [45] sử dụng anten phần tử thay cho anten phần tử (có khả chống nhiều nhiễu vùng không làm việc tối ưu so với anten phần tử) 3.1 Giải pháp sửa lỗi kênh bất đồng hai giai đoạn MPE sở tự hiệu chỉnh Mơ hình, cấu trúc phương pháp SF x1(n) w11 Z-1 Z-1 w12 Z-1 w1N-1 w13 Z-1 w1N w21 Z-1 Z-1 w22 w23 Z-1 Z-1 w2N-1 w2N k2 ∑ xM(n) wM1 Z-1 wM2 Z-1 Z-1 wMN-1 wM3 TF k1 ∑ x2(n) FIR ∑ y(n) Z-1 wMN kM ∑ Tiêu chuẩn thích nghi MPE Hình 3.1 Cấu trúc lọc hai giai đoạn sở tự động hiệu chỉnh 16 Bắt đầu Nhập tham số đầu vào hệ thống xử lý Hình thành hiệu ứng đầu vào khoảng thời gian xử lý Thêm vào không đồng kênh thu Đặt số liệu thống kê jT=1 jT=jT+1 Sai jT ≥ NumTest Chu kỳ theo thử nghiệm thống kê thuật toán chống nhiễu hai giai đoạn Đúng Tính tốn đặc tính chống nhiễu đầu anten Hiển thị kết vẽ đồ thị Kết thúc Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán sửa lỗi kênh hai giai đoạn MPE sở tự hiệu chỉnh 17 Đầu lọc biểu diễn công thức: M N i 1 j 1 y n ki (n) vij x n j 1 Kết ta được: (3.1) W VK (3.7) W0 CST (CTST CST )1b1 (3.8) Giai đoạn xử lý khơng gian tín hiệu (giai đoạn tự động sửa lỗi) Bước thứ nhất: Tín hiệu đầu lọc: y(1) WT (1)X(1) (3.11) y(r ) WT (r )X(r ) (3.13) Ở bước r q Giai đoạn xử lý khơng gian tín hiệu (giai đoạn vận hành) Ở bước q : Đầu lọc không gian miêu tả hệ thức ma trận: y(q 1) ZT (q 1)K(q 1) (3.14) Ở bước r q q p Đầu lọc không gian miêu tả hệ thức ma trận: y(r ) ZT (r )K(r ) (3.19) Mô giải pháp sửa lỗi kênh BĐN hai giai đoạn MPE sở tự hiệu chỉnh Để đánh giá chất lượng thu tín hiệu máy thu định vị vệ tinh sử dụng phương pháp sửa lỗi hai giai đoạn MPE sở tự hiệu chỉnh để sửa lỗi không đồng kênh anten mạng pha NCS tiến hành mô đặc trưng chống nhiễu máy thu áp dụng thuật toán trường hợp kênh ĐN BĐN 18 He so nen cong suat nhieu thuat toan xu ly khong gian - thoi gian 90 -10 80 -15 Ty so SINR dau -20 70 15dB 7dB -25 60 10dB -30 50 30dB 50dB -35 40 -40 30 -45 MMSE - Dong nhat MPE - Dong nhat MMSE - BĐN - Co hieu chinh MPE - BĐN - Co hieu chinh MMSE - Khong hieu chinh 20 10 0 10 MMSE - Dong nhat MPE - Dong nhat MMSE - BĐN - Co hieu chinh MPE - BĐN - Co hieu chinh MMSE - BĐN - Khong hieu chinh -50 -55 -60 12 10 So buoc tinh toan 10 12 10 So buoc tinh toan Hình 3.3 Hệ số nén nhiễu tỷ số SINR tình thứ He so nen cong suat nhieu thuat toan xu ly khong gian - thoi gian 90 -10 80 -15 Ty so SINR dau -20 70 -25 60 9dB -30 50 -35 40 -40 30 10 MMSE - Dong nhat MPE - Dong nhat MMSE - BĐN - Co hieu chinh MPE - BĐN - Co hieu chinh MMSE - BĐN - Khong hieu chinh -45 MMSE - Dong nhat MPE - Dong nhat MMSE - BĐN - Co hieu chinh MPE - BĐN - Co hieu chinh MMSE - Khong hieu chinh 20 10 -50 -55 -60 12 10 So buoc tinh toan 10 12 10 So buoc tinh toan Hình 3.4 Hệ số nén nhiễu tỷ số SINR tình thứ He so nen cong suat nhieu thuat toan xu ly khong gian - thoi gian 70 60 -10 50 Ty so SINR dau -20 40 -30 30 -40 20 -10 10 MMSE - Dong nhat MPE - Dong nhat MMSE - BĐN - Co hieu chinh MPE - BĐN - Co hieu chinh MMSE - Khong hieu chinh -50 MMSE - Dong nhat MPE - Dong nhat MMSE - BĐN - Co hieu chinh MPE - BĐN - Co hieu chinh MMSE - Khong hieu chinh 10 -60 -70 12 10 So buoc tinh toan 10 12 10 So buoc tinh toan Hình 3.5 Hệ số nén nhiễu tỷ số SINR tình thứ He so nen cong suat nhieu thuat toan xu ly khong gian - thoi gian 40 -15 35 -20 Ty so SINR dau -25 30 -30 25 -35 20 -40 15 10 -45 MMSE - BĐN - TH1 MPE - BĐN - TH1 MMSE - BĐN - TH4 MPE - BĐN - TH4 So buoc tinh toan 10 MMSE - BĐN - TH1 MPE - BĐN - TH1 MMSE - BĐN - TH4 MPE - BĐN - TH4 -50 -55 -60 12 10 4 So buoc tinh toan 10 12 10 Hình 3.6 Hệ số nén nhiễu tỷ số SINR tình thứ 19 He so nen cong suat nhieu thuat toan xu ly khong gian - thoi gian 35 -15 30 -20 Ty so SINR dau -25 25 -30 20 -35 15 -40 10 -45 MMSE - TH3 MPE - TH3 MMSE - TH5 MPE - TH5 -5 MMSE - TH3 MPE - TH3 MMSE - TH5 MPE - TH5 -50 -55 10 -60 12 10 So buoc tinh toan So buoc tinh toan 10 12 10 Hình 3.7 Hệ số nén nhiễu tỷ số SINR tình thứ Thống kê kết mơ 3.2 Giải pháp sửa lỗi kênh không đồng MPE sở tự bù trừ Mơ hình cấu trúc phương pháp x1(n) w11=1 Z-1 Z-1 w12 =1 Z-1 w13=1 Z-1 w1N-1=1 w1N=1 ∑ x2(n) w21 Z-1 Z-1 w22 Z-1 Z-1 w23 w2N-1 w2N k2 ∑ xM(n) wM1 Z-1 wM2 Z-1 Z-1 wM3 FIR ∑ y(n) Z-1 wMN-1 wMN kM ∑ Tiêu chuẩn thích nghi MPE Hình 3.10 Cấu trúc sửa lỗi kênh không đồng MPE sở tự bù trừ Cấu trúc sửa lỗi kênh không đồng MPE sở tự bù trừ lưu đồ thuật toán chương trình tính đặc trưng chống nhiễu máy thu áp dụng thuật toán thể Hình 3.10 Hình 3.11 20 Bắt đầu Nhập tham số đầu vào hệ thống xử lý Hình thành hiệu ứng đầu vào khoảng thời gian xử lý Thêm vào không đồng kênh thu Đặt số liệu thống kê jT=1 jT=jT+1 Sai jT ≥ NumTest Chu kỳ theo thử nghiệm thống kê thuật toán chống nhiễu sở tự bù trừ Đúng Tính tốn đặc tính chống nhiễu đầu anten Hiển thị kết vẽ đồ thị Kết thúc Hình 3.11 Lưu đồ thuật toán sửa lỗi kênh sở tự bù trừ 21 Đầu lọc biểu diễn công thức: M N i 1 j 1 y n ki (n ) vij x n j 1 (3.22) Khi biểu thức (3.22) viết lại dạng véc-tơ y(n) XT W Trong đó: (3.23) W V K (3.24) Mô giải pháp sửa lỗi kênh BĐN MPE sở tự bù trừ He so nen nhieu 100 Ty so SINR dau – tu bu tru -10 90 -15 80 -20 70 -25 60 Dong nhat BĐN - Khong bu tru BĐN - Co bu tru - MMSE BĐN - Co bu tru - MPE 50 -30 -35 Dong nhat BĐN - Khong bu tru BĐN - Co bu tru - MMSE BĐN - Co bu tru - MPE -40 40 -45 30 10 -50 12 10 So buoc tinh toan 10 12 10 So buoc tinh toan Hình 3.12 Hệ số nén nhiễu tỷ số SINR tình He so nen nhieu 50 Ty so SINR dau – tu bu tru -10 nhieu nhieu nhieu 45 -15 40 -20 35 -25 30 -30 25 20 nhieu nhieu nhieu So buoc tinh toan 10 -35 -40 12 10 4 10 So buoc tinh toan dB dB Hình 3.13 Hệ số nén nhiễu tỷ số SINR tình Hình 3.14 Hệ số nén nhiễu tỷ số SINR tình 22 12 10 He so nen nhieu Ty so SINR dau – tu bu tru -10 nhieu - TH4 nhieu - 40dB -15 -20 -25 -30 -35 10 -40 nhieu - TH4 nhieu - 40dB So buoc tinh toan 10 -45 -50 12 10 4 So buoc tinh toan 10 12 10 (а) (b) Hình 3.15 Hệ số nén nhiễu tỷ số SINR tình 3.3 Đánh giá vùng khơng làm việc máy thu GNSS có sửa lỗi BĐN 3.4 Kết luận chương Trong chương đề xuất cải tiến phương pháp sửa lỗi không đồng kênh thu anten mạng pha thích nghi sử dụng tiêu chuẩn thích nghi MPE thay cho tiêu chuẩn MMSE đề xuất cơng trình [45] Qua kết mơ phân tích tình giả lập tín hiệu nhiễu khác cho thấy phương pháp đề xuất cải tiến có hiệu tốt hơn, tốc độ hội tụ thuật toán nhanh Khi áp dụng phương pháp sửa lỗi hai giai đoạn sở tự hiệu chỉnh phương pháp tự bù trừ với anten mạng pha thích nghi phần tử tiêu chuẩn MPE cho trường hợp kênh đồng khơng đồng nhất, tùy thuộc vào tình nhiễu khác tỷ lệ SINR tốt tiêu chuẩn MMSE từ 2dB đến 5dB KẾT LUẬN A) Các kết nghiên cứu luận án 1) Xây dựng mơ hình tốn học tín hiệu hệ thống GNSS tác động loại nhiễu dải rộng nhiễu dải hẹp 2) Xây phương pháp tính vùng không làm việc máy thu GNSS cách xây dựng biểu đồ bề mặt tỷ số SINR đầu anten mạng phần tử phần tử 3) Trên sở vấn đề nghiên cứu, NCS đề xuất giải pháp sửa lỗi bất đồng kênh anten mạng pha phần tử 23 với khoảng cách phần tử d= 2/3.56 sử dụng tiêu chuẩn MPE thay cho tiêu chuẩn MMSE đề xuất cơng trình [45] B) Một số đóng góp luận án: 1) Đã xây dựng phương pháp tính vùng khơng làm việc đặc tính chống nhiễu máy thu định vị vệ tinh sử dụng tiêu chuẩn tối ưu MPE anten mạng pha phần tử với khoảng cách phần tử anten d= 2/3.56 2) Đã đề xuất giải pháp sửa lỗi hai giai đoạn MPE sở tự hiệu chỉnh phương pháp sửa lỗi MPE sở tự bù trừ sử dụng phương pháp phân hoạch ma trận riêng, véc-tơ riêng nhằm sửa lỗi bất đồng kênh anten mạng pha cho máy thu định vị vệ tinh, nâng cao chất lượng thu tín hiệu GNSS, bảo đảo độ ổn định độ tin cậy cho máy thu C) Một số kiến nghị & đề xuất, hướng nghiên cứu tiếp: Qua kết nghiên cứu đóng góp luận án, NCS kiến nghị sử dụng anten mạng pha phần tử với khoảng cách phần tử d= 2/3.56 kết hợp với hai phương pháp sửa lỗi bất đồng kênh anten mạng pha đề xuất luận án cho máy thu định vị vệ tinh, đặc biệt cho thiết bị khoang loại vũ khí cơng nghệ cao có sử dụng hệ thống định vị dẫn đường vệ tinh Trong điều kiện hạn chế, NCS thực khảo sát thực nghiệm kỹ thuật mơ với giả thiết tình tín hiệu nhiễu cụ thể Hướng phát triển Luận án cần phải thực hóa kết nghiên cứu phần cứng khảo sát thực nghiệm thực tế Kết nghiên cứu Luận án phát triển ứng dụng cho máy thu hệ thống định vị dẫn đường vệ tinh khoang 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ Ngo Xuan Mai, Hoang The Khanh, Le Ky Bien (2017), “Нерабочие зоны СРНС при помехозащите”Антенны, pp.37-47, № 4.2017 Ngơ Xn Mai, Hồng Thế Khanh, Nguyễn Huy Hoàng (2018), “нерабочие зоны срнс приемника при помехозащите c 4элемелтной антенной решеткой”, Tạp chí Nghiên cứu khoa học công nghệ quân sự, Viện KH-CN QS, số 53-2/2018, tr 61-70 Ngơ Xn Mai, Hồng Thế Khanh, Nguyễn Huy Hoàng, Lê Thị Trang (2018), “Nghiên cứu ảnh hưởng tính khơng đồng kênh thu tới hiệu chống nhiễu thu tín hiệu vệ tinh GPS/GLONASS anten mạng pha”, Hội thảo quốc gia “Ứng dụng công nghệ cao vào thực tiễn”, Tạp chí Nghiên cứu khoa học cơng nghệ qn sự, Viện KHCN QS, Số đặc san FEE-2018, 8-2018, tr.164-171 Ngơ Xn Mai, Phùng Quang Thanh, Hồng Thế Khanh, Nguyễn Huy Hoàng (2019), “Proposed methods for heterogeneous error correction of receive channel for GNSS anti-interference devices”, Tạp chí Nghiên cứu khoa học công nghệ quân sự, Viện KH-CN QS, số 5/2019 Ngơ Xn Mai, Hồng Thế Khanh, Nguyễn Huy Hồng (2019), “Phương pháp sửa lỗi khơng đồng kênh thu cho máy thu GNSS với tiêu chuẩn MPE”, Tạp chí Nghiên cứu khoa học cơng nghệ quân sự, Viện KH-CN QS, số 8/2019 25 ... CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP SỬA LỖI BẤT ĐỒNG NHẤT GIỮA CÁC KÊNH TRÊN ANTEN MẠNG PHA CHO MÁY THU ĐỊNH VỊ VỆ TINH Như đề cập, bất đồng kênh thu anten mạng pha gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng thu tín hiệu,... MMSE cho giải pháp sửa lỗi không đồng kênh anten mạng pha dựa thu t toán sửa lỗi hai giai đoạn sở tự bù trừ thu t toán tự động hiệu chỉnh cho máy thu định vị vệ tinh - Thực kiểm nghiệm máy tính... giải pháp chống nhiễu cho máy thu định vị vệ tinh Chương 2: Nghiên cứu, đánh giá hiệu chống nhiễu tiêu chuẩn tối ưu MPE máy thu GNSS Chương 3: Giải pháp sửa lỗi bất đồng kênh anten mạng pha cho
Ngày đăng: 28/04/2020, 17:20
Xem thêm: