Bài viết trình bày một số kết quả trong việc xây dựng giải pháp tính toán và đánh giá tình trạng hoạt động các mô đun trong thiết bị đo cao vô tuyến РВЭ của tên lửa Kh-35E.
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử MỘT SỐ GIẢI PHÁP TÍNH TỐN ĐỘ SAI LỆCH TÍN HIỆU TRONG CÁC MÔ ĐUN THIẾT BỊ ĐO CAO VÔ TUYẾN РВЭ CỦA TÊN LỬA KH-35E Trần Quang Huy1*, Nguyễn Văn Hiếu1, Đặng Việt Hùng1, Trịnh Xuân Long2, Lê Thị Trang3 Tóm tắt: Bài báo trình bày số kết việc xây dựng giải pháp tính tốn đánh giá tình trạng hoạt động mô đun thiết bị đo cao vô tuyến РВЭ tên lửa Kh-35E Bằng cách tạo giả tập tín hiệu đầu bị lỗi, thực mô thông qua hai phương pháp: phương pháp trung bình bình phương phương pháp tương quan tín hiệu để tính tốn độ sai lệch tín hiệu đo với tín hiệu chuẩn Các kết tiền đề cho việc xây dựng chế tạo thiết bị có khả kiểm tra chẩn đốn lỗi mô đun thiết bị đo cao vơ tuyến РВЭ Từ khóa: Đo cao vơ tuyến; Tương quan tín hiệu; Trung bình bình phương; Chẩn đốn lỗi MỞ ĐẦU Thiết bị đo cao vô tuyến РВЭ lắp đặt tên lửa Kh-35E, thực chức xác định độ cao bay tên lửa so với bề mặt đất (mặt đất liền, mặt băng tuyết hay mặt biển) cung cấp số liệu cho hệ thống điều khiển qn tính ИСУ để tính tốn điều khiển bay [1, 3] Hiện nay, việc kiểm tra, đánh giá tình trạng hoạt động khối tên lửa Kh-35E nói chung khối đo cao vơ tuyến РВЭ nói riêng gặp nhiều khó khăn thiếu phương tiện kiểm tra ngoại trừ hệ thống AKΠA ACK6.3 Đây hai hệ thống có chức kiểm tra tồn diện đạn Kh-35E [2] Với 168 tham số cho toàn tên lửa, có tham số đánh giá tồn diện khối РВЭ khơng có phương tiện kiểm tra mô đun bên РВЭ [4, 5] Thông thường, để kiểm tra mô đun mạch điện tử việc kiểm tra xác định lỗi thực cách đo đạc kiểm tra thông số tín hiệu đầu Phương tiện dùng để đo tín hiệu thiết bị đo lường (máy phân tích tín hiệu, máy sóng, đồng hồ vạn năng,…), đánh giá kết thông qua thống kê so sánh độ sai lệch so với tín hiệu chuẩn Bài báo trình bày nội dung xây dựng phương pháp kiểm tra, đánh giá tín hiệu đầu cách mơ tín hiệu đầu có mức nhiễu khác nhau, sử dụng thuật toán so sánh độ sai lệch với tín hiệu chuẩn để xác định lỗi Từ đó, xác định phương pháp đánh giá tối ưu cho mô đun thiết bị đo cao РВЭ ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Mô đun đặc trưng tín hiệu thiết bị đo cao vơ tuyến РВЭ 2.1.1 Các mô đun thiết bị đo cao vô tuyến РВЭ a Mô đun nguồn РВЭ 90 b Mô đun thu-phát SCT РВЭ T Q Huy, …, L T Trang, “Một số giải pháp tính tốn … РВЭ tên lửa Kh-35E.” Nghiên cứu khoa học công nghệ c Mô đun БПС-Н 3506, 3507 d Mô đun БС2-Н Hình Các mơ đun thiết bị đo cao vô tuyến РВЭ Thiết bị đo cao vô tuyến РВЭ có mơ đun bên trong, cụ thể [3]: + Mô đun nguồn БП-Н; + Mô đun thu – phát cao tần; + Mô đun БПС-Н 3506 БПС-Н 3507; + Mơ đun БС2-Н 2.1.2 Đặc trưng tín hiệu mô đun thiết bị đo cao vơ tuyến РВЭ a Tín hiệu xung cưa b Tín hiệu cộng hưởng c Tín hiệu chuỗi bit d Tín hiệu truyền số liệu Hình Một số tín hiệu mơ đun thiết bị đo cao vơ tuyến РВЭ Các tín hiệu mơ đun РВЭ bao gồm: - Tín hiệu điện áp chiều: +27V, -15,5V, +15,5V, +4,6V, +40,2V - Tín hiệu tương tự: + Tín hiệu xung cưa; Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 66, - 2020 91 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử + Tín hiệu tần số phách; + Tín hiệu cộng hưởng 1; + Tín hiệu cộng hưởng - Tín hiệu số: + Chuỗi bit; + Tín hiệu báo truyền số liệu; + Tín hiệu tần số 200 khz; + Tín hiệu tần số MHz; + Tín hiệu mã ARINC429 2.2 Cơ sở lý thuyết xử lý tín hiệu 2.2.1 Phương pháp sai số trung bình bình phương Một đại lượng sử dụng rộng rãi thống kê sai số trung bình bình phương (MSE - Mean Squared Errors), trung bình bình phương sai số, tức bình phương khác biệt giá trị ước lượng giá trị thực tế MSE giá trị dự báo Xˆ giá trị thực tế X tính theo biểu thức [6-8]: M SE E [( Xˆ X ) ] (1) Nếu Xˆ vector n giá trị dự báo ( Xˆ , Xˆ , , Xˆ n ) X vector giá trị quan sát ( X , X , , X n ) MSE vector là: MSE n ˆ ( X i X i )2 n i 1 (2) Đối với ước lượng khơng có thiên vị, MSE phương sai ước lượng Cũng giống phương sai, đơn vị đo MSE bình phương đơn vị X Do đó, lấy bậc hai MSE cho sai số RMSE (Root Mean Square Errors) gọi độ lệch chuẩn Sử dụng giá trị MSE phép ước lượng để xác định mức độ sai lệch vector ˆ X với vector X MSE sử dụng phép bình phương để khuếch đại sai số, phương pháp sử dụng nhiều việc đánh giá tối ưu mơ hình hồi quy tuyến tính để xấp xỉ hàm có tham số chưa biết với giá trị thống kê với sai số tuân theo phân bố chuẩn Xét ma trận tín hiệu mẫu AM có kích thước (1 x n) ma trận có phần tử giá trị lấy mẫu tín hiệu chuẩn đầu mô đun MSE ma trận tín hiệu mẫu AM ma trận tín hiệu đo AD có kích thước (1 x n) tính theo biểu thức: MSE n AM (i ) AD (i ) n i 1 (3) Dựa giá trị MSE ta tính tốn đánh giá mức độ sai lệch ma trận tín hiệu mẫu AM ma trận tín hiệu đo AD đầu dạng tín hiệu Theo cơng thức (3), tín hiệu đo giống tín hiệu mẫu MSE tiến gần đến 2.2.2 Phương pháp tương quan tín hiệu Hệ số tương quan (Correlation Coefficient) hai biến ngẫu nhiên đại lượng đặc trưng cho mức độ giống hai biến đó, ký hiệu corr(X,Y), σX σY, rX,Y, tính theo cơng thức: 92 T Q Huy, …, L T Trang, “Một số giải pháp tính tốn … РВЭ tên lửa Kh-35E.” Nghiên cứu khoa học công nghệ rX ,Y corr ( X , Y ) E (( X EX ).(Y EY )) X Y X Y (4) Biểu thức (4) gọi hệ số tương quan Pearson, hệ số tương quan có tính chất sau: a) -1 rX,Y vớiX, Y; b) Nếu X, Y độc lập rX,Y = 0, ngược lại chưa đúng; c) Với số a, b, c, d: corr ( X , Y ) a.b corr (aX c, bY d ) corr ( X , Y ) a.b d) rX,Y= X = aY + b, a > 0; rX,Y=-1 X = aY + b, a < Hệ số tương quan dùng để đo mức độ phụ thuộc tuyến tính hai biến ngẫu nhiên X rX ,Y gần tính chất phụ thuộc tuyến tính chặt chẽ Khi rX ,Y Y Khi gần phụ thuộc tuyến tính lỏng lẻo Khi rX ,Y = 0, ta nói X Y khơng tương quan Việc xác định giá trị lớn (hoặc nhỏ nhất) giá trị rX,Y cho biết hai biến tương ứng có mức độ phụ thuộc tuyến tính (giống khác nhất) gọi phương pháp tương quan cực trị (ECF - Extreme Correlation Function) Với việc so ghép ma trận tín hiệu mẫu А ma trận tín hiệu đo АD có kích thước (1 x n) hàm tương quan có dạng: M n А (i) А А (i) А M CF D M D (5) i 1 n n А (i) А А (i) А M D M i 1 D i 1 А , АD tương ứng giá trị trung bình phần tử ma trận А АD M M Theo công thức (5), tín hiệu đo giống tín hiệu mẫu CF tiến gần đến 2.3 Xây dựng giải pháp kiểm tra tín hiệu mơ đun thiết bị đo cao РВЭ Hình Sơ đồ mơ phương pháp kiểm tra tín hiệu đo đầu Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 66, - 2020 93 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử Thông qua q trình khảo sát đo đạc tín hiệu mô đun thực tế, ta lập tín hiệu chuẩn đầu Tập tín hiệu đầu giả lập tạo từ tập tín hiệu mẫu cách cộng thêm nhiễu biên độ nhiễu ngẫu nhiên để thành tín hiệu đầu có mức độ sai lệch định (giả định tín hiệu đo) Sau đó, tín hiệu so sánh với tín hiệu chuẩn hai phương pháp trình bày mục 2.2 để xác định hiệu đánh giá phương pháp Quá trình kiểm tra tín hiệu đầu mơ đun hình Hình Lưu đồ thuật tốn kiểm tra, đánh giá mô đun thiết bị PBЭ Trên sở đó, thuật tốn đánh giá mơ đun thiết bị đo cao vô tuyến РВЭ xây dựng sử dụng phương pháp Monte-Carlo, thực Matlab với n lần thống kê (với n = 100 mẫu) cho tập tín hiệu đầu lỗi Tính tốn độ sai lệch tập tín hiệu với tập tín hiệu chuẩn hai phương pháp: phương pháp tương quan tín hiệu phương pháp trung bình bình phương để vẽ hai hàm CF MSE hình 94 T Q Huy, …, L T Trang, “Một số giải pháp tính tốn … РВЭ tên lửa Kh-35E.” Nghiên cứu khoa học công nghệ 1) Nhập giá trị ban đầu: ma trận tín hiệu mẫu sau số hóa (ADC) tín hiệu đầu mô đun cần kiểm tra 2) Tạo ma trận tín hiệu đo đầu mô đun mạch cần kiểm tra dựa phép biến đổi số ADC 3) Tính giá trị CF, MSE tập tín hiệu mẫu tập tín hiệu đo thực tế theo biểu thức (5) (3) tương ứng 4) Dựa giá trị CF, MSE xác định phương pháp thống kê, thực nhiều lần để vẽ biểu đồ đánh giá mức độ tương quan tín hiệu đo tín hiệu mẫu cho mơ đun hoạt động 5) Đánh giá sai lệch tín hiệu đo thực tế tín hiệu mẫu dựa biểu đồ thống kê sai số cho phép tín hiệu KẾT QUẢ MƠ PHỎNG Hai phương pháp tính tốn độ sai lệch thống kê giá trị hàm CF MSE với n lần thử mức sai lệch ngẫu nhiên tín hiệu đo tín hiệu mẫu Kết mơ sau: - Tín hiệu xung cưa a) Giá trị hàm CF b) Giá trị hàm MSE Hình Giá trị hàm CF MSE theo sai số ngẫu nhiên tín hiệu xung cưa Đối với tín hiệu xung cưa, ta nhận thấy hàm CF có độ dốc lớn biên độ nhiễu 400 mV - Tín hiệu chuỗi bit: a) Giá trị hàm CF b) Giá trị hàm MSE Hình Giá trị hàm CF MSE theo sai số ngẫu nhiên tín hiệu chuỗi bit Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 66, - 2020 95 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử Với tín hiệu chuỗi bit, từ biểu đồ thống kê hình 6, ta thấy hàm CF có độ dốc lớn nhiễu tác động với biên độ 300 mV - Tín hiệu xung báo truyền số liệu: a) Giá trị hàm CF b) Giá trị hàm MSE Hình Giá trị hàm CF MSE theo sai số ngẫu nhiên tín hiệu xung báo truyền số liệu - Tín hiệu xung 200 KHz: a) Giá trị hàm CF b) Giá trị hàm MSE Hình Giá trị hàm CF MSE theo sai số ngẫu nhiên tín hiệu xung 200 kHz Với tín hiệu xung nhịp 200 kHz, hàm CF có độ dốc lớn nhiễu ngẫu nhiên tác động với biên độ 300 mV Từ biểu đồ thống kê trên, ta nhận thấy hàm CF có độ dốc lớn nhiễu ngẫu nhiên tác động với biên độ tương đối nhỏ, hàm MSE có độ dốc lớn biên độ nhiễu mức 300 mV Các kết mô với đặc trưng dạng tín hiệu mơ đun ta có kết luận: tín hiệu có mức biên độ nhiễu nhỏ 300 mV phương pháp sai số tương quan đánh giá tốt hơn, tín hiệu có mức nhiễu biên độ lớn lớn 300 mV sử dụng phương pháp trung bình bình phương đánh giá hiệu KẾT LUẬN Bài báo trình bày số kết việc xây dựng phương pháp đánh giá tình trạng hoạt động mơ đun thiết bị đo cao vô tuyến РВЭ thông qua tính tốn độ sai lệch tín hiệu đầu so với tín hiệu chuẩn Bằng cách thực mơ hai phương pháp kiểm tra: phương pháp sai số trung bình bình phương phương pháp tương quan tín hiệu Hai phương pháp phân biệt xác tín hiệu mức nhiễu định Do đó, thực kiểm tra, đánh giá loại tín 96 T Q Huy, …, L T Trang, “Một số giải pháp tính tốn … РВЭ tên lửa Kh-35E.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ hiệu, linh hoạt sử dụng hai phương pháp để có hiệu đánh giá cao Bài báo thuộc đề tài KC-T.21: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo giá kiểm tra thiết bị đo cao vô tuyến РВЭ tên lửa Kh-35E” TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thế Hiếu, Bùi Ngọc Mỹ, “Cơ sở kỹ thuật đo cao vô tuyến điện”, Viện Khoa học công nghệ quân sự, 2015 [2] “Tài liệu kỹ thuật thiết bị tự động kiểm tra chẩn đoán tham số AKΠA”, Viện Kỹ thuật Quân chủng PK-KQ, 2001 [3] Vũ Văn Binh, “Khai thác tìm hiểu hệ thống thiết bị đo cao vơ tuyến đạn Kh35E”, Viện Điện tử/Viện KHCNQS, 2013 [4] “Tổ hợp tên lửa chống tàu URAN-E - Thuyết minh kỹ thuật”, Cục Kỹ thuật /Quân chủng Hải quân, 2013 [5] “Hướng dẫn sử dụng tên lửa 3М-24ЭП1”, Cục Kỹ thuật/Quân chủng Hải Quân, 2013 [6] Lê Bá Long, “Sách hướng dẫn học tập Xác suất thống kê”, Học viện Cơng nghệ Bưu viễn thơng, 2006 [7] Tống Đình Quỳ, “Giáo trình xác suất thống kê”, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2013 [8] S H Mok, H Bang, "Terrain Slope Estimation Methods Using the Least Squares Approach for Terrain Referenced Navigation," International Journal of Aeronautical and Space Sciences,2013 ABSTRACT A SOLUTION CALCULATING DIFFERENT ERROR OF SIGNAL IN MODULE OF ALTIMETER RADIO РВЭ ON KH-35E MISSILE The article presents some results in researching and building method for calculating and evaluating fault in a module of РВЭ By using the fake output signals and situating base on two methods: Mean Squared Error (MSE) and Extreme Correlation Function (ECF) between output with reference output signals to calculating different error signals This is as the premise for researching and manufacturing the systems detecting and error diagnostic for the modules of altimeter РВЭ Keywords: Radio altimeter; Sniper rifles; Extreme Correlation Function; Mean squared error; Error diagnostic Nhận ngày 29 tháng 10 năm 2019 Hoàn thiện ngày 04 tháng 12 năm 2019 Chấp nhận đăng ngày 10 tháng năm 2020 Địa chỉ: 1Viện Điện tử, Viện KH-CNQS; Học viện Kỹ thuật quân sự; Trường đại học Công nghiệp Hà Nội * Email: tranquanghuy.vdt@gmail.com Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 66, - 2020 97 ... c Mô đun БПС-Н 3506, 3507 d Mơ đun БС2-Н Hình Các mơ đun thiết bị đo cao vô tuyến РВЭ Thiết bị đo cao vơ tuyến РВЭ có mơ đun bên trong, cụ thể [3]: + Mô đun nguồn БП-Н; + Mô đun thu – phát cao. .. liệu Hình Một số tín hiệu mô đun thiết bị đo cao vô tuyến РВЭ Các tín hiệu mơ đun РВЭ bao gồm: - Tín hiệu điện áp chiều: +27V, -15,5V, +15,5V, +4,6V, +40,2V - Tín hiệu tương tự: + Tín hiệu xung... phương pháp đánh giá tình trạng hoạt động mô đun thiết bị đo cao vơ tuyến РВЭ thơng qua tính tốn độ sai lệch tín hiệu đầu so với tín hiệu chuẩn Bằng cách thực mô hai phương pháp kiểm tra: phương pháp