Nghiên cứu các phương thức xử lý tín hiệu số ứng dụng trong truyền xử lý dữ liệu và định vị dẫn đường trên máy báy B777

Nghiên cứu các phương thức xử lý tín hiệu số ứng dụng trong truyền xử lý dữ liệu và định vị dẫn đường trên máy báy B777 Nghiên cứu các phương thức xử lý tín hiệu số ứng dụng trong truyền xử lý dữ liệu và định vị dẫn đường trên máy báy B777 luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

Nguyễn tuấn điệp giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học ngành : Kỹ thuật điện tử Kỹ thuật điện tử nghiên cứu phương thức xử lý tín hiƯu sè øng dơng trun, xư lý d÷ liƯu định vị dẫn đường máy bay b777 Nguyễn tuấn điệp 2006 - 2008 Hà Nội 2009 Hà Nội 2009 giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học nghiên cứu phương thức xử lý tín hiệu số ứng dụng truyền, xử lý liệu định vị dẫn đường máy bay b777 ngành : kỹ tht ®iƯn tư m· sè:23.04.3898 Ngun tn ®iƯp Ng­êi h­íng dÉn khoa häc : TS Ngun hưu trung Hµ Néi 2009 MỤC LỤC MỤC LỤC i MỞ ĐẦU v DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT vii DANH MỤC HÌNH VẼ xi Phần A: Cơ sở lý thut xư lý tÝn hiƯu Sè 13 Chương 1: Tín hiệu hệ thống rời rạc 13 Tín hiệu rời rạc 13 1.1 Khái niệm tín hiệu hệ xử lý tín hiệu 13 1.1.1 Khái niệm phân loại tín hiệu 13 1.1.1.1 Khái niệm tín hiệu 13 1.1.1.2 Phân loại tín hiệu 13 1.1.2 Khái niệm phân loại hệ xử lý tín hiệu 17 1.1.2.1 Khái niệm xử lý tín hiệu hệ xử lý tín hiệu 17 1.1.2.2 Phân loại hệ xử lý tín hiệu 17 1.1.3 Biểu diễn tín hiệu số 19 1.1.3.1 Phân loại tín hiệu số 19 1.1.3.2 Các tham số tín hiệu số 20 1.1.4 Phân loại dãy số 21 1.1.4.1 Dãy xác định dãy ngẫu nhiên 21 1.1.4.2 Dãy tuần hồn dãy khơng tuần hồn 21 1.1.4.3 Dãy hữu hạn dãy vô hạn 21 1.1.4.4 Dãy phía dãy hai phía 22 1.1.4.5 Dãy chẵn dãy lẻ 22 1.1.4.6 Dãy thực dãy phức 22 1.1.5 Các dãy 22 1.1.5.1 Dãy xung đơn vị δ(n) 22 1.1.5.2 Dãy bậc thang đơn vị u(n) 23 1.1.5.3 Dãy chữ nhật rectN(n) 23 1.1.5.4 Dãy hàm sin hàm cosin 23 1.1.6 Các phép toán dãy số 23 1.1.6.1 Phép dịch tuyến tính 24 1.1.6.2 Tổng đại số dãy 24 1.1.6.3 Phép nhân dãy 24 1.1.7 Khái niệm tích chập tuyến tính 24 1.2 Hệ xử lý số 25 1.2.1 Mô tả hệ xử lý số 25 1.2.1.1 Mô tả hệ xử lý số quan hệ vào 25 1.2.2 Phân loại hệ xử lý số theo quan hệ vào 28 1.2.2.1 Hệ xử lý số không nhớ có nhớ 28 1.2.2.2 Hệ xử lý số tuyến tính phi tuyến 28 1.2.2.3 Hệ xử lý số bất biến không bất biến 29 1.2.2.4 Hệ xử lý số nhân không nhân 29 1.2.3 Phân tích hệ xử lý số Tuyến Tính Bất Nhân Quả theo đặc tính xung h(n) 30 1.2.3.1 Phương pháp giải tích tính tích chập 30 1.2.3.2 Thuật tốn tính tích chập 31 ====================================================================== -i- 1.2.4 Điều kiện ổn định hệ xử lý số TTBBNQ 32 1.2.4.1 Định nghĩa tính ổn định hệ xử lý số TTBBNQ 32 1.2.4.2 Điều kiện ổn định hệ xử lý số TTBBNQ 32 1.2.5 Phân tích hệ xử lý số Tuyến Tính Bất Biến Nhân Quả phương trình sai phân 33 1.2.5.2 Sơ đồ cấu trúc hệ xử lý số có phương trình sai phân bậc N 33 Chương Ứng dụng biến đổi z phân tích hệ xử lý số 35 2.1 Biến đổi Z thuận 35 2.1.1 Biến đổi Z hai phía 36 2.1.2 Biến đổi Z phía 36 2.2 Biến đổi Z ngược 36 2.3 Các tính chất biến đổi Z 36 2.3.1 Tính chất tuyến tính 37 2.3.2 Tính chất trễ 37 2.3.3 Tính chất tỷ lệ 37 2.3.4 Tính chất biến đảo 37 2.3.5 Tính chất đạo hàm 37 2.3.6 Tính chất tích chập : 38 2.3.7 Hàm ảnh Z tích hai dãy 38 2.4 Sơ đồ cấu trúc hệ xử lý số miền Z 38 2.4.1 Phần tử cộng 38 Chương Biến đổi Fourier dãy số 41 3.1 Biến đổi Fourier thuận 41 3.1.1 Định nghĩa 41 3.1.2 Các dạng biểu diễn hàm X(ejω) 41 3.2 Biến đổi Fourier ngược 42 3.3 Các tính chất biến đổi Fourier 43 3.4 Sơ đồ khối, sơ đồ cấu trúc miền tần số hệ xử lý số 44 Chương 4: Ứng dụng Biến đổi Fourier rời rạc (DFT) phân tích tín hiệu số hệ lý số 46 4.1 Biến đổi Fourier rời rạc dãy tuần hoàn 46 4.2 Biến đổi Fourier rời rạc dãy khơng tuần hồn có độ dài hữu hạn (DFT) 47 4.3 Các tính chất DFT 49 Chương 5: Bộ lọc số có đáp ứng xung chiều dài hửu hạn (FIR) 51 5.1 Đặc tính xung h(n) lọc số FIR pha tuyến tính 51 5.2 Đặc tính tần số lọc số FIR pha tuyến tính 54 5.2.1 Đặc tính tần số lọc FIR pha tuyến tính loại 55 5.2.2 Đặc tính tần số lọc FIR pha tuyến tính loại 55 5.2.3 Đặc tính tần số lọc FIR pha tuyến tính loại 55 5.2.4 Đặc tính tần số lọc FIR pha tuyến tính loại 56 5.3 Lượng tử hóa mã hóa hệ số lọc 56 Chương 6: Lọc số nhiều nhịp 59 6.1 Thay đổi nhịp lấy mẩu 59 6.1.1 Định nghĩa phân chia nội suy 59 6.1.2 Phương pháp phân chia theo hệ số M 60 6.1.3 Phép nội suy với hệ số L 61 6.1.4 Thay đổi nhịp lấy mẫu với hệ số M/L 62 6.2 Bộ lọc biến đổi nhịp lấy mẩu 63 6.2.1 Bộ lọc phân chia 63 ====================================================================== - ii - 6.2.2 Bộ lọc nội suy 65 6.2.3 Bộ lọc biến đổi nhịp lấy mẫu 66 6.3 Mã hóa băng (Subband coding) 66 Phần B: Xử lý tín hiệu số áp dơng trªn B777 68 Chương Hệ thống ghi liệu B777 68 Số hố tín hiệu audio 68 1.1 Lấy mẫu 68 1.2 Lượng tử hoá 71 1.3 Mã hoá 73 1.4 Mã hoá kênh truyền 74 1.4.1 Dải thông kênh truyền 74 1.4.2 Mã NRZ BPM 75 1.4.2.1 NRZ (Không trở lại mức không) 75 1.4.2.2 BPM 76 1.5 Nén tín hiệu audio số 76 1.5.1 Kỹ thuật nén số liệu audio 77 1.5.2.Nén không tổn hao 77 1.5.3 Nén tín hiệu có tổn hao 79 Hệ thống ghi liệu âm B777 80 Hệ thống ghi liệu bay B777 ( FDRS ) 81 3.1 Một số cảm biến B777 81 3.1.1 Cảm biến đo áp suất tỉnh áp suất động ( static probe and pitot probe) 81 3.1.2 Cảm biến góc (AOA) 83 Chương Truyền liệu B777 85 Xử lý số liệu truyền 85 1.1 Mã hóa số liệu mức vật lý 86 1.1.1 Mã lưỡng cực 87 1.1.2 Mã BNZS (Mã lưỡng cực với thay N số ) 87 1.2 Phát lỗi sửa sai 88 1.2.1 Phương pháp kiểm tra chẵn lẻ theo ký tự ( parity bit ) 89 1.2.2 Phương pháp kiểm tra theo ma trận 89 1.2.3 Phương pháp mã dư thừa CRC 90 1.3 Mã hóa số liệu 92 1.3.1 Mật mã khóa cổ điển 92 1.3.2 Mật mã khóa cơng khai 93 1.4 Nén số liệu 93 1.4.1 Nén nhờ đơn giản mã cho chữ số (Packed decimal ) 93 1.4.2 Nén theo mã hóa quan hệ 93 1.4.3 Nén cách bỏ bớt ký tự giống 94 Nghi thức (protocol) 94 2.1 Định nghĩa: 94 2.2 Các thành phần nghi thức 95 Chuẩn truyền liệu ARINC 629 B777 95 3.1 Giới thiệu 95 3.2 Lớp MAC chuẩn ARINC 629 CP 96 3.2.1 Bus cycle (chu kỳ bus) 96 3.2.2 Định thời (timer) 97 3.2.3 Lựa chọn Leader Station 98 ====================================================================== - iii - 3.2.4 Quá trình khởi động truyền diệu station 98 3.2.5 Cấu trúc lớp vật lý lớp MAC 99 3.2.6 Ví dụ truyền liệu chu kỳ Bus với station 100 3.2.7 Các trạng thái định thời TG (TG model) 101 3.2.8 Level Level models: 102 3.2.9 Lớp vật lý 103 3.2.10 Một số trạng thái khác 104 Hệ thống quản lý liệu B777 (AIMS) 106 4.1 Giới thiệu 106 4.2 Các thành phần AIMS 107 4.3 Các hệ thống quản lý AIMS 109 4.4 Giao diện AIMS hệ thống khác 110 Chương Định vị dẫn đường vệ tinh B777 (GPS) 112 3.1 Giới thiệu 112 3.2 Tín hiệu dẫn đường từ vệ tinh hệ thống GPS 112 3.2.1 Cấu trúc tín hiệu 112 3.2.2 Tính chất thành phần tín hiệu GPS 115 3.3 Cấu trúc máy thu GPS 128 3.3.1 Lọc khuếch đại tín hiệu cao tần 128 3.3.2 Đổi tần khuếch đại trung tần 129 3.3.3 Số hố tín hiệu GPS 130 3.3.4 Xử lý tín hiệu băng sở 131 3.4 Độ xác hệ thống GPS lỗi đường truyền 133 3.4.1 Độ xác GPS 133 3.4.2 Sai số phần vệ tinh phần điều khiển 134 3.4.3 Sai số thời gian phát truyền ( Sai số độ trễ tầng điện ly) 134 3.5 Máy thu tín hiệu vệ tinh GPS máy bay Boeing 777 135 3.5.1 Sơ đồ khối máy thu GPS Boeing 777 135 3.5.2 Nguyên lý làm việc hệ thống GPS máy bay Boeing 777 137 3.5.2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 137 3.5.2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống GPS Boeing 777 138 3.5.3 Chức khối hệ thống GPS máy bay Boeing 777 140 3.5.3.1 Chức khối thu nhận đa phương thức MMR 140 3.5.4 Khối nguồn anten GPS 145 3.5.5 Hệ thống hiển thị 146 KẾT LUẬN 150 TÀI LIỆU THAM KHẢO 152 ====================================================================== - iv - MỞ ĐẦU Công đổi kinh tế - xã hội nước ta tạo biến đổi sâu sắc mặt Việc Việt Nam gia nhập tổ chức kinh tế giới WTO tạo nhiều thời cơ, thuận lợi để kinh tế nước ta hịa nhập trở thành phận kinh tế khu vực giới Nền kinh tế phát triển nhanh hay chậm phụ thuộc lớn vào khả ứng dụng phát triển cơng nghệ để theo kịp với giới Khoảng 20 năm trước, xử lý tín hiệu số chủ yếu nghiên cứu lý thuyết, ứng dụng cách hạn hẹp lĩnh vực qn nghiên cứu khơng gian Lý thời kỹ thuật vi điện tử máy tính chưa phát triển, hệ thống xử lý tín hiệu số hệ thống có kích thước lớn mà việc xử lý thời gian thực Khoảng 20 năm trở lại đây, với bùng nổ ngành công nghệ thông tin kỹ thuật vi điện tử máy tính xử lý tín hiệu số có tốc độ cao, kích thước nhỏ, giá thành hạ sãn xuất phát triển rộng rải thị trường Công nghệ xử lý tín hiệu số đạt đỉnh cao trở thành công nghệ phổ dụng chiếm ưu vượt trội Trong ngành hàng khơng nói riêng, máy bay trang bị hệ thống điện tử đại (fly by wrie) Ngoài việc đảm bảo chuyến bay an toàn, máy bay hệ thực trở thành nhà bay với đầy đủ tiện nghi, cơng ghệ giải trí, liên lạc làm thỏa mãn nhu cầu hành khách Là dòng máy bay đại xứng tầm với đỉnh cao cơng nghệ, B777 có nhiều nguồn kiểu liệu xử lý công nghệ xử lý tín hiệu số Bao gồm thơng số kỹ thuật chuyến bay thông số hoạt động động cơ, thông số độ cao, vận tốc, nhiệt độ, thông tin liên lạc định vị dẫn đường vv Ngoài hệ thống truyền liệu, mạng liệu B777 cho phép kết nối khối chức máy bay, quản lý hệ thống thơng tin điều giúp cho hệ thống hoạt động xác, đồng hiệu ====================================================================== -v- Mục đích luận văn nghiên cứu phương thức xử lý tín hiệu số ứng dụng xử lý liệu, truyền liệu định vị dẫn đường máy bay B777 Với mong muốn nghiên cứu cơng nghệ từ khai thác vận hành tốt dòng máy bay B777 mà hãng hàng không quốc gia Việt Nam khai thác Em thực nội dung đề tài với hai phần chính: Phần A: Nhằm nghiên cứu tổng hợp kiến thức xử lý tín hiệu số Với suy nghĩ tảng để diễn giải thiết kế hoạt động hệ thống xử lý tín hiệu số Từ hiểu sâu sắc hệ thống Phần B: Nghiên cứu tìm hiểu cụ thể phương thức xử lý tín hiệu số hệ thống xử lý tín hiệu số B777 bao gồm: Chương: Hệ thống ghi liệu B777 Chương: Truyền liệu B777 Chương: Định vị dẫn đường vệ tinh (GPS) B777 Được hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Hửu Trung, thầy cô giáo khoa Điện Tử Viễn Thông Đại học Bách Khoa hà nội Em hoàn thành luận văn thời hạn Mặc dù cố gắng phạm vi đề tài trương đối rộng nên luận văn chắn cịn nhiều thiếu sót, em mong bảo đóng góp ý kiến thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 10 năm 2009 Học viên thực Nguyễn Tuấn Điệp ====================================================================== - vi - DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT AMU - audio management unit Khèi quản lý âm A/D - analog to digital Chuyển đổi tơng tự số ACP - audio control panel Bảng ®iỊu khiĨn ©m ADIRS - Air Data Inertial Reference System Hệ thống tham chiếu quán tính liệu kh«ng khÝ ADIRU - Air Data Inertial Reference Unit Khèi tham chiếu quán tính liệu không khí AFDS - Autopilot Flight Director System HƯ thèng ®iỊu khiĨn dÉn ®êng tù ®éng AIMS - Airplane Information Management System HÖ thống quản lý thông tin máy bay ARINC - Aeronautical Radio Inc Viện vô tuyến hàng không ASG - ARINC 629 signal gateway Cỉng chun ®ỉi chn tÝn hiƯu 629 ASG (Aperiodic Synchronization Gap) Khe đồng không theo chu kú AT (Aperiodic Access Time Out) Thêi gian kh«ng truy nhập BA (Bus Active) Trạng thái đờng truyền có liệu BC (Bus Clash) Trạng thái xảy va chạm BQ (Bus Quiet) Trạng thái đờng truyền không liệu Bus cycle Chu kú trun d÷ liƯu Capt - captain C¬ trëng ====================================================================== - vii - CDU - Control Display Unit Khối hiển thị điều khiển CMCF - Central Maintenance Computing Function Hàm (chức năng) tính toán bảo dỡng trung tâm CPM - core processor module Khối xử lý liƯu AIMS CPM/Basic - core processor module/basic Khèi xư lý liệu CPM/Comm - core processor module/communications Khối xử lý liệu thông tin liên lạc CPM/GG - core processor module/graphics generator Khèi xư lý d÷ liƯu ®å häa CSMA/CA - Carrier sense multiple access with collision avoidance Đa truy nhập tránh xung đột CVR - cockpit voice recorder Hệ thống ghi âm buồng lái D/A - digital to analog Chuyển đổi số tơng tự Elapsed Thời điểm kết thúc định thời F/O - first officer Cơ phó F/OBS - first observer Giám sát số FCA - Fault Containment Area Vïng cã háng hãc FCM - Fault Containment Module Khèi bÞ háng hãc FIM - Faul Isolation Manual Híng dÉn xư lý háng hãc FMCF - Flight Management Computing Function Hàm (chức năng) tính toán quản lý chuyến bay GPS - Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu ====================================================================== - viii - Luận văn cao học Xử lý tín hiệu số - ứng dụng B777 ================================================================== - Dữ liệu bảo dưỡng trung tâm: Các khối MMR trái phải nhận liệu từ hệ thống máy tính phục vụ bảo dưỡng trung tâm CMCS thông qua tủ hệ thống AIMS Dữ liệu từ CMCS cung cấp ID máy bay thông tin chuyến bay - Bus liệu đầu GPS: Khối MMR trái phải gởi liệu GPS đến hai tủ hệ thống AIMS Những liệu dùng để: - Báo cáo vị trí GPS - Báo cáo tổng quát liệu GPS - Báo cáo thông tin lỗi hệ thống Cả hai thu nhận đa phương thức trái phải gởi liệu vị trí đến máy tính cảnh báo gần mặt đất GPWC Máy tính GPWC sử dụng liệu để nhận biết địa hình chức quan sát bề mặt địa hình - Đánh dấu thời gian: Khối MMR trái phải cung cấp xung thời gian chuẩn đến tủ hệ thống AIMS Xung thời gian chuẩn xuất lần giây có biên độ khoảng 4V Các xung xác giống thời gian chuẩn UTC 3.5.2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống GPS Boeing 777 Các khối MMR sử dụng nguyên lý đo khoảng cách để xác định khoảng cách MMR máy bay vệ tinh Trong nhớ MMR có lưu thơng tin vị trí vệ tinh thời điểm ứng với quỹ đạo vệ tinh MMR biết vị trí vệ tinh chúng chuyển động theo quỹ đạo biết trước Khối MMR đo thời gian kể từ tín hiệu vơ tuyến phát từ vệ tinh đến máy bay Bởi MMR biết vị trí vệ tinh q trình truyền tín hiệu radio với tốc độ ánh sáng, nên tính khoảng cách Tuy nhiên, phép đo khoảng cách theo phương pháp thụ động, nên khối MMR cần phải biết xác thời điểm vệ tinh gởi tín hiệu MMR so sánh tín hiệu vệ tinh tín hiệu MMR tạo lúc với vệ tinh phát tín hiệu Sự khác biệt =================================================================== - 138 - Luận văn cao học Xử lý tín hiệu số - ứng dụng B777 ================================================================== tín hiệu (gọi thời gian trơi) thời gian cần thiết để tín hiệu từ vệ tinh đến MMR Hình 2.44 : Sơ đồ nguyên lý hoạt động GPS Mỗi vệ tinh có đồng hồ nguyên tử dùng để giữ cho thời gian xác Tất vệ tinh độ xác thời gian Bên khối MMR có đồng hồ, khơng phải đồng hồ ngun tử nên có độ xác khơng đồng hồ nguyên tử vệ tinh Do đó, khối MMR khơng thể có độ xác thời gian vệ tinh Khối MMR cho đồng hồ bị hỏng độ trơi đồng hồ Độ trôi đại lượng trước mà MMR phải xác định Độ trôi đồng hồ khác biệt thời gian MMR thời gian GPS Như để tính tốn vị trí máy bay (kinh độ, vĩ độ, độ cao) độ trơi đồng hồ MMR cần phải biết vị trí vệ tinh Khi MMR tính khoảng =================================================================== - 139 - Luận văn cao học Xử lý tín hiệu số - ứng dụng B777 ================================================================== cách đến tất vệ tinh thời điểm giải phương trình cự ly tương ứng để có nghiệm giá trị: Kinh độ; Vĩ độ; Độ cao; Độ trôi đồng hồ Tất vệ tinh đồng theo thời gian chuẩn UTC Các vệ tinh gửi thời gian chuẩn đến MMR Độ xác thời gian chuẩn UTC khoảng 100 ns MMR truyền tín hiệu UTC theo chuẩn ARINC 429 giây MMR lại truyền xung mốc có độ xác thời gian cao 3.5.3 Chức khối hệ thống GPS máy bay Boeing 777 3.5.3.1 Chức khối thu nhận đa phương thức MMR a) Vị trí MMR (Multi- Mode Receiver) Vị trí khối MMR trái kệ E1-2, khối MMR trung tâm kệ E1-3 khối MMR phải kệ E2-3 Hình 2.45 : Vị trí đặt MMR khoang thiết bị b) Sơ đồ chức khối MMR =================================================================== - 140 - Luận văn cao học Xử lý tín hiệu số - ứng dụng B777 ================================================================== Bộ cung cấp nguồn tạo điện áp chiều thay đổi từ đầu vào 28 VDC đưa đến khối MMR MMR đưa điện áp 12VDC đến dây cáp đồng trục anten để cấp nguồn cho khuếch đại anten GPS Bộ khuếch đại nhiễu thấp LNA (low noise amplifier) nhận khuếch đại tín hiệu vệ tinh thu từ anten GPS Máy thu tiếp tục tách sóng tín hiệu vệ tinh đưa đến chuyển đổi chuyển đổi tương tự - số A/D Qua chuyển đổi A/D tín hiệu số đưa đến vi xử lý Tại đây, vi xử lý tính tốn vị trí máy bay liệu GPS khác Dữ liệu GPS tới hàm tính tốn thơng số quản lý chuyến bay FMCF nằm tủ hệ thống AIMS bên trái bên phải Bộ cung cấp nguồn tạo điện áp chiều thay đổi từ đầu vào 28 VDC đưa đến khối MMR MMR đưa điện áp 12VDC đến dây cáp đồng trục anten để cấp nguồn cho khuếch đại anten GPS Bộ khuếch đại nhiễu thấp LNA (low noise amplifier) nhận khuếch đại tín hiệu vệ tinh thu từ anten GPS Máy thu tiếp tục tách sóng tín hiệu vệ tinh đưa đến chuyển đổi chuyển đổi tương tự - số A/D Qua chuyển đổi A/D tín hiệu số đưa đến vi xử lý Tại đây, vi xử lý tính tốn vị trí máy bay liệu GPS khác Dữ liệu GPS tới hàm tính tốn thơng số quản lý chuyến bay FMCF nằm tủ hệ thống AIMS bên trái bên phải Khối MMR tạo xung mốc giây đưa đến tủ AIMS Các tủ AIMS sử dụng liệu tham chiếu quán tính từ FMFC tủ AIMS bên trái bên phải để khởi động Khối MMR dùng liệu chế độ trợ giúp (aided mode) chế độ trợ giúp độ cao (altitude aided mode) Khối MMR trái thu nhận tín hiệu yêu cầu kiểm tra báo cáo lỗi hệ thống bus CMCS (hệ thống máy tính phục vụ bảo dưỡng trung tâm) từ khối AIMS bên trái tới Mạch tự kiểm tra gắn hệ thống kiểm tra gởi báo cáo lỗi =================================================================== - 141 - Luận văn cao học Xử lý tín hiệu số - ứng dụng B777 ================================================================== đến khối AIMS Đầu khối MMR bên trái bên phải gởi liệu vị trí tín hiệu thời gian chuẩn đến tủ khối AIMS trái phải Khối cảm biến GPSSU gửi liệu vị trí đến máy tính cảnh báo gần mặt đất GPWC Máy tính GPWC sử dụng liệu để nhận biết địa hình chức quan sát bề mặt địa hình Hình 2.46 : Sơ đồ chức khối MMR c) Các chế độ làm việc MMR Bộ thu nhận đa phương thức hoạt động chế độ sau: - Chế độ thu (Acquisition mode) - Chế độ dẫn đường (Navigation mode) - Chế độ trợ giúp độ cao (Altitude aided mode) - Chế độ trợ giúp (Aided mode) - Chế độ thu (Acquisition mode) =================================================================== - 142 - Luận văn cao học Xử lý tín hiệu số - ứng dụng B777 ================================================================== Bơ thu nhận đa phương thức MMR tìm kiếm chốt tín hiệu vệ tinh Bộ MMR phải tìm thấy tối thiểu vệ tinh trước bắt đầu cơng việc tính tốn liệu GPS Bộ MMR nhận liệu sau từ hàm FMCF bên hệ thống AIMS MMR chế độ thu: - Vị trí; - Vận tốc; - Thời gian; - Ngày tháng Bộ MMR sử dụng liệu từ FMCF để tính tốn vệ tinh sử dụng vị trí máy bay Điều giúp cho khối MMR nhận tín hiệu từ vệ tinh thích hợp Nếu khơng có liệu từ hệ thống AIMS, khối MMR dị tìm tín hiệu vệ tinh Tuy nhiên, việc dị tìm tín hiệu nhiều thời gian khối MMR phải tìm tất vệ tinh Khi MMR tìm thấy vệ tinh, tính tốn xem dùng vệ tinh Bộ thu nhận đa phương thức MMR khoảng 75s để thu tín hiệu vệ tinh có hỗ trợ từ liệu AIMS Bộ MMR phải khoảng phút (tối đa 10 phút) để tìm kiếm vệ tinh khơng có liệu từ AIMS - Chế độ dẫn đường (Navigation mode) Bộ thu nhận đa phương thức MMR chuyển sang chế độ dẫn đường sau tìm thấy chốt vệ tinh Trong chế độ này, MMR tính tốn liệu GPS Đầu MMR trở thành “dữ liệu thơ” (no computed data) độ xác vượt q 16 nm so với vị trí - Chế độ trợ giúp độ cao (Altitude aided mode) =================================================================== - 143 - Luận văn cao học Xử lý tín hiệu số - ứng dụng B777 ================================================================== Với vệ tinh sử dụng, MMR lưu lại khác biệt độ cao khối phân tích liệu khơng khí dẫn đường qn tính ADIRU độ cao theo GPS tính Mục đích việc lưu khác biệt giúp cho MMR ước tính độ cao GPS tín hiệu từ vệ tinh Trong chế độ này, MMR sử dụng độ cao máy bay từ khối ADIRU chiều dài bán kính trái đất thay cho “thơng tin cự ly” từ vệ tinh thứ Bộ MMR chuyển sang làm việc chế độ trợ giúp độ cao xảy đồng thời điều kiện sau đây: + Bộ thu nhận đa phương thức chế độ dẫn đường; + Hệ thống sử dụng vệ tinh có vị trí hình học tốt để xác định hiệu chỉnh vị trí; + Bộ nhớ MMR lưu khác biệt độ cao quán tính độ cao GPS + Bộ MMR bắt đầu trở lại chế độ làm việc bình thường vệ tinh thứ tư “xuất hiện” - Chế độ trợ giúp (Aided mode) Bộ thu nhận đa phương thức MMR chuyển sang chế độ trợ giúp suốt khoảng thời gian ngắn (< 30s) mà máy bay nằm vùng phủ sóng chất lượng Vệ tinh có vị trí hình học ví dụ vùng phủ sóng chất lượng, nghĩa dù MMR “thấy” vệ tinh, tín hiệu từ vệ tinh không xa đủ để MMR thực hiệu chỉnh vị trí Trong chế độ này, MMR nhận độ cao, hướng tốc độ từ hàm FMCF hệ thống AIMS Bộ MMR sử dụng liệu FMCF để nhanh chóng trở chế độ dẫn đường máy bay bay vào vùng phủ sóng tốt Đầu MMR chế độ dạng NCD =================================================================== - 144 - Luận văn cao học Xử lý tín hiệu số - ứng dụng B777 ================================================================== Bộ thu nhận đa phương thức MMR có hàm giám sát tồn tín hiệu thu RAIM Khối RAIM giám sát trạng thái vệ tinh MMR sử dụng để tính tốn Đầu hàm RAIM giá trị ước tính sai số vị trí GPS Giá trị đưa đến hàm FMCF hệ thống AIMS Hàm FMFC sử dụng giá trị ước tính để định xem sử dụng liệu GPS cho việc dẫn đường hay không Dưới giá trị mà khối MMR xác định -Vĩ độ - Kinh độ - Độ cao - Thời gian chuẩn UTC - Ngày - Vận tốc theo hướng Đông/Tây - Vận tốc thẳng đứng - Track angle - Sai số vị trí GPS ước tính (autonomous integity limit) - Vị trí vệ tinh - Trạng thái MMR 3.5.4 Khối nguồn anten GPS Điện áp 115VAC nguồn máy bay biến đổi cung cấp 28VDC cho MMR, vừa nguồn điện vừa làm dự phòng Nguồn 12VDC cung cấp cho khối anten GPS MMR cung cấp thông qua cáp đồng trục đưa đến Bộ khuếch đại anten GPS sử dụng nguồn để khuếch đại tín hiệu GPS thu từ vệ tinh trước đưa đến MMR =================================================================== - 145 - Luận văn cao học Xử lý tín hiệu số - ứng dụng B777 ================================================================== Hình 2.47 : Vị trí lắp đặt anten máy bay Boeing 777 Vị trí lắp đặt anten GPS nằm phần thân máy bay Nhiệm vụ anten GPS dùng để thu tín hiệu tần số băng tần L gởi chúng đến thu nhận đa phương thức MMR Trở kháng anten GPS 50 ohms 3.5.5 Hệ thống hiển thị a Hiển thị Hình 2.48 : Trang định vị trí GPS =================================================================== - 146 - Luận văn cao học Xử lý tín hiệu số - ứng dụng B777 ================================================================== Chức FMCF hệ thống AIMS hiển thị trang tham chiếu vị trí khởi động vị trí khối điều khiển hiển thị CDU (the control display unit) Các thu nhận đa phương thức MMR gởi liệu GPS đến AIMS Dữ liệu GPS hiển thị khối điều khiển hiển thị CDU Trang khởi động vị trí đưa vị trí GPS thời gian GPS Tổ bay sử dụng vị trí GPS để nhập giá trị khởi động cho khối ADIRU Thời gian chuẩn UTC hiển thị lên CDU thời gian GPS hợp lý b Hiển thị Hình 2.49 : Trang tham chiếu vị trí Trang tham chiếu vị trí thứ hiển thị vị trí máy bay theo hàm FMCF Hàm FMCF dùng liệu vị trí GPS để tính tốn vị trí máy bay Ngồi hàm dùng liệu từ hệ thống hỗ trợ khác sau để xác định vị trí máy bay: - Khối tham chiếu quán tính liệu khí (ADIRU) - Hệ thống đo cự ly (DME) =================================================================== - 147 - Luận văn cao học Xử lý tín hiệu số - ứng dụng B777 ================================================================== - Hệ thống dẫn đường gần VOR - Đài chuẩn hướng (LOC) Hàm FMFC tính tốn độ xác liệu dẫn đường ứng với hệ thống Giá trị tính tốn hiển thị hình chữ ACTUAL, phía trước chữ xác định loại hệ thống liệu (qn tính, vơ tuyến hay GPS) Trên trang POS REF 2/3 Độ xác biểu diễn nautical miles Sử dụng phím chọn dịng 2R- 4R để u cầu hàm FMCF tích cực sử dụng liệu lựa chọn để cập nhật vị trí cho FMCF FMCF bên trái sử dụng MMR bên trái FMCF bên phải sử dụng MMR bên phải Nếu MMR bên bị hỏng FMCF sử dụng MMR bên Sử dụng phím chọn dịng 6R để xem định dạng hướng/khoảng cách định dạng kinh độ/vĩ độ c Hiển thị Hình 2.50 : Trang tham chiếu vị trí Trang tham chiếu vị trí thứ hiển thị thông tin sau: =================================================================== - 148 - Luận văn cao học Xử lý tín hiệu số - ứng dụng B777 ================================================================== - Vị trí GPS; - Hướng khoảng cách từ vị trí GPS đến vị trí máy bay theo FMCF Ta khơng đưa liệu GPS vàochức FMCF: - Khi hình hiển thị ON, chọn phím 5R để loại liệu GPS khỏi hàm FMCF; - Khi hình hiển thị OFF, chọn phím 5R để đưa liệu GPS vào hàm FMCF; - Nhấn phím 6R để xem vị trí máy bay theo kết hàm FMCF dạng hướng/ khoảng cách kinh độ/vĩ độ =================================================================== - 149 - Luận văn cao học Xử lý tín hiệu số - ứng dụng B777 ================================================================== KẾT LUẬN Đối với ngành khoa học hàng không công nghệ số xử lý tín hiệu số ứng dụng triệt để việc sản xuất khai thác máy bay hệ Các dòng máy bay đại B777, A380 thực khách sạn bay làm thỏa mãn nhu cầu hành khách Sự hội nhập giới nâng lên tầm cao đồng nghĩa với yêu cầu bắt kịp công nghệ giới nước phát triển trở nên cấp thiết hết Với việc sử dụng công xử lý tín hiệu số truyền, xử lý liệu định vị dẫn đường B777 có tính vượt trội so với dòng máy bay khác Hệ thống xử lý liệu ghi liệu B777 đóng vai trị cảm nhận tín hiệu vận tốc, độ cao, nhiệt độ, thông số hoạt động động cơ, hệ thống cánh, hệ thống điều hoà…vv từ ADC Tín hiệu tương tự sau chuyển đổi thành tín hiệu số tiếp tục xử lý hệ thống xử lý tín hiệu số Bằng phương thức xử lý tín hiệu số tiên tiến liệu chuyển đổi xác, định dạng theo nhiều chuẩn khác cho hệ thống khác Hệ thống ghi liệu có nhiệm vụ lưu trử liệu phục vụ trình hoạt động máy bay phục vụ mục đính kiểm tra kiểm soát Hệ thống truyền liệu quản lý thông tin B777 thực chức liên kết hệ thống khác hoạt động đồng B777 Đảm bảo trình truyền liệu nhanh chóng xác Đồng thời cung cấp liệu thông tin cho tổ bay mặt đất giúp trình giám sát chuyến bay chặt chẽ an toàn Trên B777 sử dụng nhiều hệ thống có nhiệm vụ xác định vị trí, định vị dẫn đường hệ thống hỗ trợ trình cất hạ cánh Tuy nhiên điểm đột phá B777 định vị dẫn đường GPS Với ưu tầm phủ sóng, cơng nghệ xử lý tín hiệu xác GPS mang lại cho B777 ưu tuyệt đối Không giải toán định vị dẫn đường truyền liệu từ B777 xuống mặt đất =================================================================== - 150 - Luận văn cao học Xử lý tín hiệu số - ứng dụng B777 ================================================================== thông qua hệ thống GPS giúp cho việc quản lý, xử lý cố từ mặt đất thuận tiện, nhanh xác nhiều Tuy có nhiều cố gắng thời gian hạn hẹp nên đề tài nghiên cứu phương thức xử lý tín hiệu số áp dụng truyền, xử lý liệu định vị dẫn đường máy bay B777 thực số hệ thống tiêu biểu hệ thống quản lý thông tin, hệ thống ghi liệu bay, hệ thống định vị dẫn đường vệ tinh Còn nhiều hệ thống khác B777 sử dụng công nghệ xử lý tín hiệu số mà phạm vi hạn hẹp đề tài chưa đề cập đến Mặt khác việc sâu nghiên cứu thiết kế hệ thống cách chi tiết việc khó khăn tài liệu phổ biến chủ yếu phục vụ cho mục đích khai thác Một lần em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn nhiệt tình thầy Nguyễn Hửu Trung, thầy cô khoa điện tử - viễn thông đại học Bách Khoa hà nội giúp đỡ em hoàn thành luận văn Do phạm vi đề tài tương đối rộng chắn luận văn cịn nhiều thiếu sót, em mong bảo đóng góp ý kiến thầy cô bạn =================================================================== - 151 - Luận văn cao học Xử lý tín hiệu số - ứng dụng B777 ================================================================== TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Xử lý tín hiệu lọc số Tập 1, – TS Nguyễn Quốc Trung-2001 [2] Kỹ thuật truyền số liệu – Phạm Ngọc Đĩnh-2007 [3] Nghiên cứu triển khai ứng dụng hệ thống thông tin dẫn đường giám sát vệ tinh ngành hàng không Việt Nam – Cục Hàng không dân dụng Việt Nam-2006 [4] Digital Communication – Proakis, J.G-1989 [5] Telecommunication Transmission System – Robert G.Wich-1993 [6] Aircraft Maintenance Manual – Boeing company-update 2009 [7] ARINC 629 MAC Layer – Gallon, L-1991 [8] Component Mainternance Maual – Boeing company-update 2009 [9] BoeingFleet.com – Boeing company [10] Công nghệ thông tin vệ tinh – Tổng cục Bưu điện-1993 [11] Global Positioning System – Mohinder S Grewal-2001 [12] Digital Signal Processing – Thomas J.Cavichi-1987 [13] Mạng máy tính – TS Vũ Minh Tiến-2002 [14] Signal Processing for Communication – Jacobi S.Greva-1990 [15] www.Aero.org/publications/gpsprimer/index.Html =================================================================== - 152 - ... luận văn nghiên cứu phương thức xử lý tín hiệu số ứng dụng xử lý liệu, truyền liệu định vị dẫn đường máy bay B777 Với mong muốn nghiên cứu cơng nghệ từ khai thác vận hành tốt dòng máy bay B777 mà... phần mềm xử lý dãy số liệu, tức xử lý số Vì thế, coi chương trình chạy máy tính hệ xử lý số liệu Trong lĩnh vực xử lý tín hiệu số, người ta thường sử dụng thuật ngữ “ hệ xử lý tín hiệu số “ (Digital... phương thức xử lý tín hiệu số hệ thống xử lý tín hiệu số B777 bao gồm: Chương: Hệ thống ghi liệu B777 Chương: Truyền liệu B777 Chương: Định vị dẫn đường vệ tinh (GPS) B777 Được hướng dẫn tận