Nghiên cứu công nghệ sdr áp dụng cho bộ thu gps

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SDR ÁP DỤNG CHO BỘ THU GPS Sinh viên thực hiện: Lớp: Giảng viên hướng dẫn: PHẠM THỊ DUNG 54K2-KT ĐTTT ThS LƯƠNG NGỌC MINH Nghệ An, 05-2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SDR ÁP DỤNG CHO BỘ THU GPS Sinh viên thực hiện: Lớp: PHẠM THỊ DUNG 54K2-KT ĐTTT Giảng viên hướng dẫn: ThS LƯƠNG NGỌC MINH Cán phản biện: PGS.TS NGUYỄN THỊ QUỲNH HOA Nghệ An, 5-2018 ii NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Đánh giá đồ án tốt nghiệp Giảng viên đánh giá: ThS Lương Ngọc Minh Họ tên Sinh viên: Phạm Thị Dung MSSV: 135D5202070039 Tên đồ án: Nghiên cứu công nghệ SDR áp dụng cho thu GPS Chọn mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo tiêu chí đây: Rất (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5) Có kết hợp lý thuyết thực hành (20) Nêu rõ tính cấp thiết quan trọng đề tài, vấn đề giả thuyết (bao gồm mục đích tính phù hợp) phạm vi ứng dụng đồ án Cập nhật kết nghiên cứu gần (trong nước/quốc tế) Nêu rõ chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải vấn đề Có kết mơ phỏng/thưc nghiệm trình bày rõ ràng kết đạt 5 Có khả phân tích đánh giá kết (15) Mục tiêu phương pháp thực dựa kết nghiên cứu lý thuyết cách có hệ thống Kết trình bày cách logic dễ hiểu, tất kết phân tích đánh giá thỏa đáng 5 Trong phần kết luận, tác giả rõ khác biệt (nếu có) kết đạt mục tiêu ban đầu đề đồng thời cung cấp lập luận để đề xuất hướng giải thực tương lai Kỹ viết (10) Đồ án trình bày mẫu quy định với cấu trúc chương logic đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, đánh số thứ tự giải thích hay đề cập đến đồ án, có lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu iii chương kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo có trích dẫn quy định Kỹ viết (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận logic có sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) Kết nghiên cứu khoa học (5) (chọn trường hợp) Có báo khoa học đăng chấp nhận đăng/đạt giải 10a SVNC khoa học giải cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa học (quốc tế/trong nước) từ giải trở lên/ Có đăng ký phát minh sáng chế Được báo cáo hội đồng cấp Viện hội nghị sinh viên 10b nghiên cứu khoa học không đạt giải từ giải trở lên/Đạt giải khuyến khích kỳ thi quốc gia quốc tế khác chun ngành 10c Khơng có thành tích nghiên cứu khoa học Điểm tổng /50 Điểm tổng quy đổi thang 10 Nhận xét thêm Thầy/Cô (giảng viên hướng dẫn nhận xét thái độ tinh thần làm việc sinh viên) Nghệ An, ngày… tháng 05 năm 2018 Người nhận xét (Ký ghi rõ họ tên) iv NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Đánh giá đồ án tốt nghiệp Giảng viên đánh giá: PGS.TS Nguyễn Thị Quỳnh Hoa Họ tên Sinh viên: Phạm Thị Dung MSSV: 135D5202070039 Tên đồ án: Nghiên cứu công nghệ SDR áp dụng cho thu GPS Chọn mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo tiêu chí đây: Rất (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5) Có kết hợp lý thuyết thực hành (20) Nêu rõ tính cấp thiết quan trọng đề tài, vấn đề giả thuyết (bao gồm mục đích tính phù hợp) phạm vi ứng dụng đồ án Cập nhật kết nghiên cứu gần (trong nước/quốc tế) Nêu rõ chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải vấn đề Có kết mơ phỏng/thưc nghiệm trình bày rõ ràng kết đạt 5 Có khả phân tích đánh giá kết (15) Mục tiêu phương pháp thực dựa kết nghiên cứu lý thuyết cách có hệ thống Kết trình bày cách logic dễ hiểu, tất kết phân tích đánh giá thỏa đáng 5 Trong phần kết luận, tác giả rõ khác biệt (nếu có) kết đạt mục tiêu ban đầu đề đồng thời cung cấp lập luận để đề xuất hướng giải thực tương lai Kỹ viết (10) Đồ án trình bày mẫu quy định với cấu trúc chương logic đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, đánh số thứ tự giải thích hay đề cập đến đồ án, có lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu chương kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo có v trích dẫn quy định Kỹ viết (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận logic có sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) Kết nghiên cứu khoa học (5) (chọn trường hợp) Có báo khoa học đăng chấp nhận đăng/đạt giải 10a SVNC khoa học giải cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa học (quốc tế/trong nước) từ giải trở lên/ Có đăng ký phát minh sáng chế Được báo cáo hội đồng cấp Viện hội nghị sinh viên 10b nghiên cứu khoa học không đạt giải từ giải trở lên/Đạt giải khuyến khích kỳ thi quốc gia quốc tế khác chun ngành 10c Khơng có thành tích nghiên cứu khoa học Điểm tổng /50 Điểm tổng quy đổi thang 10 Nhận xét thêm Thầy/Cô Nghệ An, ngày…tháng 05 năm 2018 Người nhận xét (Ký ghi rõ họ tên) vi LỜI NÓI ĐẦU Ngày bước vào thời đại mới, thời đại khoa học công nghệ Cùng với phát triển người, hệ thống viễn thông ngày không ngừng phát triển theo xu hướng phục vụ người nhanh nhất, đầy đủ kịp thời thông tin cần thiết Để đáp ứng yêu cầu đó, hệ thống viễn thơng phải phát triển theo xu hướng tốc độ cao, đảm bảo đa dịch vụ, đa phương tiện hệ thống chung toàn cầu SDR cơng nghệ phát triển nhanh chóng nhận công nhận lớn tạo quan tâm rộng rãi ngành công nghiệp thu Công nghệ SDR nhằm vào thu kiến trúc mở linh hoạt, giúp xây dựng SDR cấu hình lại nơi lựa chọn thơng số động cho mô-đun riêng lẻ Người nhận sử dụng chuyển đổi analog-to-digital (A/D) băng rộng để chụp tất kênh nút radio phần mềm Cùng với thời gian công nghệ GPS ngày phát triển hồn thiện theo chiều hướng xác, hiệu thuận tiện Hiện đại hóa hệ thống định vị toàn cầu (GPS) làm tăng phát triển ứng dụng dân quân độ xác mức độ bao phủ người nhận liên tục cải thiện Gần đây, phương pháp phát phần mềm radio (SDR) cho máy thu GPS (GPS SDR) thu hút ý tính linh hoạt hoạt động đa cực môi trường khác Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Viện Kỹ Thuật Công nghệ dạy kiến thức chuyên môn đáng quý thời gian học trường Đặc biệt, xin cảm ơn thầy giáo Th.S Lương Ngọc Minh tận tình hướng dẫn giúp tơi hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp Nghệ An, ngày 18 tháng 05 năm 2018 Sinh viên thực Phạm Thị Dung vii TÓM TẮT Đồ án vào tìm hiểu cơng nghệ SDR, từ có nhìn tổng quan chi tiết đặc điểm, ưu điểm ứng dụng công nghệ SDR Trên sở xây dựng đề tài “Nghiên cứu công nghệ SDR áp dụng cho thu GPS” Đề tài tập trung nghiên cứu cách theo dõi máy bay cách xử lý tín hiệu từ thiết bị thu tín hiệu vơ tuyến RTL-SDR Matlab Communication System Toolbox, sử dụng tín hiệu thời gian thực cách sử dụng gói hỗ trợ hộp công cụ hệ thống truyền thông cho RTL-SDR Radio Sau trình tìm hiểu thực đồ án thu thành cơng tín hiệu SDR nhờ vào thiết bị thu tín hiệu vơ tuyến RTL-SDR xử lý thành công phàn mềm Matlab Kết đạt dị thành cơng chuyến bay hiển thị thơng tin, vị trí chuyến bay đồ ABSTRACT In this thesis, SDR technology and it’s characteristics, advantages and applications are studied Since that the topic’ name for this thesis is “reseaches of SDR technology applied for GPS receiver” In this reseach work, plane tracking methodologies using Matlab and communication System Toolbox for signal processing of RTL-SDR wireless device receiver Signals in real time are also analyzed using package support for traditional system box for RTL-SDR Radio Finally, SDR signals are successfully obtained and analyzed using Matlab for RTL-SDR wireless device receiver Flights’ information are also obtained showing in simulation results viii MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN iii NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN v LỜI NÓI ĐẦU vii TÓM TẮT viii MỤC LỤC ix DANH MỤC HÌNH ẢNH xi DANH MỤC BẢNG BIỂU xii DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT xiii CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Tổng quan công nghệ SDR 1.2.1Giới thiệu công nghệ SDR 1.2.2 Đặc điểm SDR 1.2.3 Ưu điểm công nghệ SDR Khả tái cấu hình SDR 1.3.1 Cấu hình lại phần mềm 1.3.2 Các chức hệ thống cho khả cấu hình lại mạng di động 14 1.4 Các mạng hỗ trợ thiết bị đầu cuối cấu hình lại 20 1.4.1 Kiến trúc chức mạng 20 1.4.2 Các chức logic hỗ trợ thiết bị đầu cuối định lại 25 1.4.3 Thiết kế phát triển cân nhắc cho tính tái cấu trúc 33 1.5 Kết luận 36 CHƯƠNG HỆ THỐNG GPS 37 2.1 Giới thiệu chương 37 2.2 Tổng quan GPS 37 2.2.1 Lịch sử phát triển 37 2.2.2 Cấu trúc hệ thống GPS 37 2.2.3 Các hệ vệ tinh mạng lưới vệ tinh GPS 40 2.3 Kiến trúc thu GPS áp dụng công nghệ SDR 42 ix 2.3.1 Tín hiệu liệu 42 2.3.2 Sơ đồ tín hiệu GPS 43 2.3.3 Mã C/A 45 2.3.4 Bộ thu GPS áp dụng công nghệ SDR 48 2.3.5 Thiết lập phát triển kiểm tra 52 2.4 Kết luận 54 CHƯƠNG XỬ LÝ TÍN HIỆU SDR VÀ MÔ PHỎNG 55 3.1 Giới thiệu chương 55 3.2 Xử lý tín hiệu SDR 55 3.3 Mô 58 3.4 Kết đạt 60 3.5 Kết luận 64 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 x thích ứng (STAP-Space Time Adaptive Processing) phương pháp xử lý thích nghi tần số không gian (SFAP-Space Frequency Adaptive Processing) - Hoạt động đa tần số, đa chế độ Bản chất radio phần mềm đơn giản hóa việc giới thiệu kênh tần số bổ sung theo dõi mã Các tần số thêm vào thông qua thay đổi đơn giản lọc giao diện cho đầu vàoRFto-kỹ thuật số lựa chọn LO Các mã thêm thông qua sửa đổi phần mềm phần mềm - Tính linh hoạt khả nâng cấp Bản chất lập trình lại đài phát phần mềm GPS cho phép nâng cấp thơng qua sửa đổi phần mềm phần mềm Điều cung cấp đường dẫn nâng cấp phía trước để tăng khả với tín hiệu vệ tinh GPS đại hóa - Chi phí thấp, thực phần cứng điện thấp Vì chức GPS truyền thông thực thiết bị nhất, chi phí thành phần giảm tiết kiệm điện đạt thông qua việc chia sẻ thành phần phổ biến - Cung cấp thông tin định vị định vị nhúng cho dịch vụ di động Nhiều thiết bị truyền thơng di động mong muốn có chức GPS nhúng để hỗ trợ dịch vụ dựa vị trí thêm giá trị thiết bị di động E-9-1-1 nội dung theo dõi theo dõi Thời gian xác hữu ích số giao thức truyền thông di động để tối ưu hóa tín hiệu điều khiển thu nhận chuyển giao API SGR nhúng cung cấp khả SDR 2.3.5 Thiết lập phát triển kiểm tra Kiến trúc hệ thống thử nghiệm phát triển Communication System Toolbox dựa GPS hiển thị hình 2.9, phiên nâng cao hệ thống Đầu vào RF máy phát bao gồm ăng-ten tạo tín hiệu vector RF PXIe-5673 (VSG), cấu hình để tạo tín hiệu GNSS khác Tín hiệu GPS tạo cách sử dụng công cụ mô NI GPS dựa Communication System Toolbox Thiết lập cấu hình để mơ biến dạng kênh khác Bộ công cụ mô với VSG cho phép đồng thời tạo đến mười hai tín hiệu vệ tinh Cơng suất tín hiệu điều chỉnh cho vệ tinh dựa thông số kỹ thuật thử nghiệm Bộ mơ 52 hỗ trợ tín hiệu hệ thống tăng cường diện tích rộng, kịch quỹ đạo, thông số bay, tệp lưu trữ để chép tín hiệu kiểm tra Trình mơ sử dụng liệu quỹ đạo, tức là, liệu đầu vào tệp liệu lịch liệu lịch Một mô-đun A-GPS chuyên dụng tích hợp với phát sử dụng tín hiệu giả lập để tạo trợ giúp theo hướng dẫn tiêu chuẩn vị trí máy bay an toàn (SUPL-Secure User Plane Location) phát triển liên minh di động mở cho mạng không dây Khi máy thu GPS tích hợp với thiết bị liên lạc không dây, mạng không dây cung cấp liệu hỗ trợ để hỗ trợ hoạt động thu GPS Cung cấp tham số quỹ đạo (ephemeris almanac) hỗ trợ khác, chẳng hạn vị trí thơ tham khảo thời gian, tăng cường hoạt động thu GPS điều kiện tín hiệu yếu khu vực nhà người nhận thuyên giảm từ nhiệm vụ giải điều chế liệu từ tín hiệu vệ tinh Do đó, thử nghiệm sử dụng hai kênh để giao tiếp với người nhận Các tín hiệu GPS phát tạo tín hiệu giả lập, liệu A-GPS SUPL sử dụng phổ biến kênh IP liên kết mạng khơng dây Trong q trình triển khai tại, máy chủ SUPL trình mơ GPS định vị Đầu thu máy thu bao gồm anten, biến khuếch đại thu (tăng lên tới 30 dB, phân tích tín hiệu vector NI PXIe-5663RF Nó kết nối với máy tính chạy nhận GPS-SDR triển khai Communication System Toolbox Tùy chọn phần cứng DSP/FPGA thiết bị ngoại vi truy cập thơng qua giao diện Communication System Toolbox Dữ liệu lấy mẫu từ đầu vào RF đệm để xử lý thêm chế độ chụp nhanh Môi trường Communication System Toolbox cung cấp thư viện tích hợp để phát triển, phân tích hiển thị liệu Nó thuận tiện cho việc tạo thử nghiệm thuật toán nhanh, so sánh nghiên cứu, đánh giá hiệu suất thời gian thực phổ biến Communication System Toolbox hỗ trợ đa luồng đa lõi chương trình ming, hữu ích cho ứng dụng thời gian thực Những ưu điểm sử dụng hệ thống truyền thông vô tuyến khác Các thuật tốn thực cách sử dụng mơ-đun thư viện LabVIEW, nút tốn học sử dụng kịch MATLAB để tạo mẫu nhanh 53 ngôn ngữ C/C ++ để xử lý nhanh Communication System Toolbox hỗ trợ thiết bị ngoại vi phần cứng bên để đẩy nhanh nghiên cứu mô phát triển SDR Như đề cập, tăng tốc phần cứng, chẳng hạn DSP FPGA, tích hợp với Communication System Toolbox Các cơng cụ gỡ lỗi tích hợp vào môi trường bao gồm báo cáo lỗi thời gian chỉnh sửa nhanh, khả xem thực thi mã khả kiểm soát việc thực thi (một bước) Một ưu điểm khác so với việc sử dụng ngôn ngữ mô tả phần cứng truyền thống (HDLs) khả phát triển thuật tốn nhanh chóng thực xác minh chức trực tiếp máy tính cá nhân (PC) chế độ mô 2.4 Kết luận Việc ứng dụng công nghệ SDR vào thu GPS bước tiến quan trọng cần thiết người Nhờ vào việc cơng việc định vị thực cách xác rộng rãi Chương trình bày tổng quan hệ thống GPS sơ đồ tạo tín hiệu GPS, công nghệ SDR áp dụng cho thu GPS, trình bày mục đích ưu điểm thu GPS áp dụng công nghệ SDR 54 CHƯƠNG XỬ LÝ TÍN HIỆU SDR VÀ MƠ PHỎNG 3.1 Giới thiệu chương Chương trình bày việc sử dụng cơng cụ RTL-SDR để thu sóng SDR sau sử dụng cơng cụ hỗ trợ Communication System Toolbox Matlab & Simulink để xử lý tín hiệu SDR thu mơ thơng tin, hình ảnh chuyến bay đồ 3.2 Xử lý tín hiệu SDR [5] Để thu tín hiệu SDR cần đến thiết bị thu tín hiệu vơ tuyến SDR Thiết bị thu tín hiệu vơ tuyến RTL-SDR có giá thành thấp dễ dàng sử dụng thơng qua kết nối USB tốc độ cao Thông thường, thiết bị biết đến công cụ thu tín hiệu DVB-T (Digital Video Broadcast-Terrestrial) sử dụng truyền hình kỹ thuật số Đặc điểm RTL-SDR nhận tín hiệu (receive only), người dùng tận dụng khả thu tín hiệu vơ tuyến băng tần khác mà khơng gây ảnh hưởng đến việc làm nhiễu sóng tín hiệu khu vực xung quanh Hình 3.1 Thiết bị thu tín hiệu vơ tuyến RTL-SDR RTL-SDR thu nhận loại sóng phổ biến ngày như: Sóng Radio FM, tín hiệu băng tần UHF, tín hiệu ISM, GSM, 3G sóng di động LTE, GPS tín hiệu vệ tinh loại tín hiệu vơ tuyến dãy tần số thu Tín hiệu sau 55 thu xử lý biểu diễn hình 3.2 RF Anten Phần cứng RTX - SDR Chuyển đổi KT số Đầu vào RF Giải điều chế Baseband MATLAB/ Simulink Lọc phân tích Sóng mang đồng hóa thời gian Baseband Output Điều chế Baseband Hình 3.2 Sơ đồ khối chuỗi thu RTL-SDR Cơ cấu nhận [6] Sơ đồ khối sau tóm tắt cấu trúc mã nhận Q trình xử lý có bốn phần chính: Nguồn tín hiệu, lớp vật lý, trình phân tích cú pháp thư trình xem liệu Hình 3.3 Sơ đồ khối cấu trúc mã nhận Nguồn tín hiệu Có thể sử dụng hai nguồn tín hiệu: '' Tín hiệu chụp '': Các tín hiệu khơng dây ghi vào tệp lấy từ đối tượng trình đọc tệp Baseband 2,4 Msps '' Đài phát RTL-SDR '': Đài phát RTL-SDR 2,4 Dps Trong đồ án chọn '' RTL-SDR Radio '' làm nguồn tín hiệu, ứng dụng tìm kiếm máy tính cho radio RTL-SDR yêu cầu bạn chọn số chúng làm nguồn tín hiệu Nguồn tín hiệu cấu hình để cung cấp đủ mẫu để chứa tối đa 180 thơng báo hồn thành mở rộng Vì thơng điệp bình thường kéo dài dài 288 mẫu, thiết lập Samples Per Frame thuộc tính đối tượng nguồn tín hiệu thành 51840 mẫu, 180 lần 288 Phần cịn lại thuật tốn tìm kiếm gói Mode-S khung liệu xuất tất gói xác định xác Loại xử lý định nghĩa xử lý hàng loạt Một cách tiếp cận khác xử lý thông điệp nhắn tin mở rộng thời điểm Phương pháp xử lý gói đơn phát sinh chi phí cao 88 lần so với 56 xử lý hàng loạt, có độ trễ 88 lần Vì thu ADS-B dung sai trễ, xử lý hàng loạt sử dụng Lớp vật lý Các mẫu baseband nhận từ nguồn tín hiệu xử lý lớp vật lý (PHY) để tạo gói chứa thơng tin tiêu đề lớp PHY bit tin thô Sơ đồ cho thấy cấu trúc lớp vật lý Start Interpolator Convert to Energy Packet Synchronizer Bit Parser Correlator Peak Finder Validator End Hình 3.4 Sơ đồ khối lớp vật lý Đài phát RTL-SDR có khả sử dụng tốc độ lấy mẫu từ 200 KHz đến 2,8 MHz Tốc độ lấy mẫu chọn cao tốc độ Nyquist, MHz, gần với tỷ lệ lấy mẫu thực tế tối đa thiết bị Tín hiệu baseband lần nội suy hệ số để đạt tốc độ lấy mẫu thực tế 12 MHz Với tốc độ liệu Mbit/s, điều tương ứng với 12 mẫu biểu tượng Phần lại thu hoạt động độ lớn giá trị phức tạp nội suy Bộ đồng hóa gói hoạt động khung hình liệu tương đương với hai gói phân phát mở rộng, tức 1440 mẫu 12 MHz 120 micro giây Chiều dài subframe đảm bảo tồn gói liệu mở rộng chứa khung phụ Bộ đồng hóa gói tương quan với tín hiệu nhận với phần mở đầu micro giây tìm giá trị đỉnh Sau đó, xác nhận điểm đồng cách kiểm tra xem có khớp với chuỗi mở đầu, [1 0 0 1 0 0 0], dấu '1' thể giá trị cao '0' đại diện cho giá trị thấp Chế độ điều chế PPM Mode-S định nghĩa hai ký hiệu Mỗi biểu tượng có hai chip, có giá trị cao có giá trị thấp Nếu chip cao, chip thấp, điều tương ứng với biểu tượng Ngoài ra, chip thấp, chip cao, ký hiệu Trình phân tích cú pháp bit giải điều chế chip nhận tạo tệp nhị phân thông điệp Thông báo nhị phân 57 xác thực trình kiểm tra CRC Đầu trình phân tích cú pháp bit vectơ gói tiêu đề lớp vật lý Mode-S có chứa trường sau:  RawBits: Các bit tin thô  CRCError: FALSE CRC kiểm tra, TRUE CRC không thành công  Thời gian: Thời gian tiếp nhận vài giây kể từ bắt đầu nhận  DF: Định dạng đường xuống (loại gói)  CA: Khả Trình phân tích cú pháp thư Trình phân tích cú pháp thơng điệp trích xuất liệu từ bit thơ dựa loại gói mơ tả Ví dụ phân tích cú pháp gói liệu nhỏ gói liệu mở rộng có chứa lưu lượng, nhận dạng liệu vị trí khơng khí Trình xem liệu Trình xem liệu hiển thị tin nhắn nhận giao diện người dùng đồ họa (GUI) Đối với loại gói, số lượng gói tin phát hiện, số lượng gói tin giải mã xác tỷ lệ lỗi gói (PER) hiển thị Khi liệu ghi lại, ứng dụng liệt kê thông tin giải mã từ thư theo dạng bảng Khởi chạy Bản đồ - Khởi chạy đồ nơi xem chuyến bay theo dõi 3.3 Mô Phần cứng phần mềm cần thiết Để chạy phần mềm cách sử dụng các tín hiệu chụp, cần phần mềm sau: - Hệ thống truyền thơng Toolbox Để nhận tín hiệu thời gian thực, cần có: - Phần cứng: Thiết bị thu tín hiệu vô tuyến RTL-SDR - Phần mềm: Hộp công cụ hệ thống truyền thơng hỗ trợ trọn gói cho RTL-SDR Radio Mơ tín hiệu vơ tuyến phần mềm Matlab Sau tải tập tin Software Defined Radio using MATLAB Simulink and the RTL SDR book and support_files.zip giải nén, sau tiến hành mởi tập tin 58 complex/qam_mod_demod.slx tiến hành chạy mơ điều chế tín hiệu QAM Hình 3.5 Sơ đồ Simulink điều chế tín hiệu QAM Sau tiến hành kết nối máy tính với phần cứng thiết bị RTL-SDR kiểm tra kết nối đến thiết bị, kết nối thành công hiển thị hình 3.5 Trong tín hiệu đầu vào Real Input tín hiệu thu từ thiết bị thu tín hiệu vơ tuyến tín hiệu đầu vào Imaginary Input tín hiệu tạo từ phần mềm Matlab Trong đồ án này, sử dụng phần mềm Matlab phần cứng RTL-SDR để thu nhận tín hiệu ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast) nhằm giám sát chuyến bay phạm vi khu vực giới hạn [6] Automatic Dependent Surveillance Broadcast (ADS-B) công nghệ sử dụng việc giám sát vị trí máy bay hoạt động không ADS-B cho phép máy bay gửi liệu định kỳ theo khoảng thời gian cố định nhằm thơng báo thơng tin vị trí, độ cao, tốc độ, mã chuyến bay, số hiệu máy bay thông tin khác Công nghệ ADS-B sử dụng Mode-S việc định danh truyền tải liệu thiết bị phát/ thu Mode-S biết với tên gọi Mode Select sử dụng rộng rãi tiêu chuẩn châu Âu Bắc Mỹ, máy bay nhận tín hiệu yêu cầu truy vấn thông tin, máy bay hồi đáp lại thông tin mã thông tin khác theo khoảng thời gian định kỳ Tín hiệu Mode-S áp dụng chế truyền chuỗi xung tín hiệu (squitter messages), sử dụng nhiều việc truyền tải tín hiệu hàng khơng Mode-S có số thuộc tính sau:  Tần số phát: 1090 MHz  Điều chế: Điều chế vị trí xung 59  Tốc độ liệu: Mbit/s  Chiều dài đoạn ngắn: 56 micro giây  Độ dài máy kéo dài: 112 micro giây Tin nhắn người nhắn tin ngắn chứa thông tin sau:  Định dạng đường xuống (DF)  Khả (CA)  ID máy bay (chuỗi 24 bit nhất)  CRC Checksum Các tin nhắn mở rộng (ADS-B) có chứa tất thông tin máy nhắn tin ngắn thông báo sau:  Độ cao  Chức vụ  Phần mở đầu  Vận tốc ngang dọc Định dạng tín hiệu Mode-S có xung đồng dài micro giây 56 112 micro giây Tín hiệu ADS-B xử lý thông qua công cụ Matlab Communications System Toolbox hiển thị vị trí thời gian thực đồ với công cụ Mapping Toolbox 3.4 Kết đạt Chạy chương trình cho thấy thông tin máy bay phát bảng hình sau: Hình 3.6 Thơng tin máy bay phát 60 Các thông tin mà bảng cung cấp bao gồm: tên chuyến bay, thời gian thời điểm dị, vị trí chuyến bay có vĩ độ, kinh độ độ cao, ngồi cịn có thông tin tốc độ hướng chuyến bay Các thông tin dược cung cấp đầy đủ xác Chúng ta quan sát máy bay đồ: Hình 3.7 Các máy bay đồ Chúng ta quan sát chuyến bay đồ, điều giúp cho thấy hình ảnh vị trí xác chuyến bay Từ giúp hình dung rõ thơng tin mà hình 3.7 cung cấp Các dạng tín hiệu thu được: Hình 3.8 Điều chế thực 61 Hình 3.9 Điều chế quang phổ Tín hiệu thu cần phải điều chế để thích hợp cho việc truyền thông tin Điều chế dời phổ tần tín hiệu thu cần truyền đến vùng phổ tần khác thích hợp với tính chất đường truyền mơi trường Matlab Dạng sóng tín hiệu điều chế biểu diễn hình 3.8 hình 3.9 Hình 3.10 Giải điều chế thực 62 Hình 3.11 Giải điều chế quang phổ Giải điều chế trình ngược lại với trình điều chế Trong q trình thu có tham số: biên độ, tần số, pha tín hiệu sóng mang biến đổi theo tín hiệu điều chế cần giải điều chế để lấy lại thông tin cần thiết Dạng tín hiệu giải điều chế thể hình 3.10 3.11 Hình 3.12 Phạm vi thời gian điều chế Hình 3.13 Phạm vi thời gian giải điều chế 63 Vịng lặp theo dõi thời gian vơ tuyến cách sử dụng thời lượng khung mẫu bị nguồn tín hiệu báo cáo Đầu độ trễ nguồn tín hiệu báo thời điểm mẫu thực nhận sử dụng để xác định khoảng cách gần với thời gian thực mà máy thu chạy Giá trị độ trễ lớn cho biết người nhận xử lý mẫu thời gian thực Độ trễ báo cáo theo số lượng khung hình Nó nằm khoảng từ đến 128 Nếu độ trễ lớn 128, mẫu bị 3.5 Kết luận Sau hoàn thành chương hồn thành việc mơ đề tài giúp ta có nhìn rõ việc ứng dụng công nghệ SDR thu GPS thông qua: - Tải cài đặt thành công công cụ Communication System Toolbox thư viện rtlsdr book library - Kết nối thành cơng máy tính với phần cứng phần cứng thiết bị RTL-SDR - Sử dụng Matlab & Simulink để mô hiển thị thời gian, vị trí chuyến bay đồ 64 KẾT LUẬN Sau nghiên cứu thực đề tài “ Nghiên cứu công nghệ SDR áp dụng cho thu GPS”, đạt kết quả: Tìm hiểu cơng nghệ SDR Tìm hiểu hệ thống GPS thu GPS Sử dụng thiết bị thu tín hiệu vơ tuyến RTL-SDR cơng cụ hỗ trợ trọn gói cho RTL-SDR Sử dụng phần mềm Matlab & Simulink mô thành công thông tin vị trí chuyến bay đồ Ngoài kết đạt trong đề tài này, sinh viên nghiên cứu hướng phát triển tương lai: Tiến hành giả mạo tín hiệu GPS Thực tạo liệu tọa độ theo lịch trình di chuyển Sử dụng RTL-SDR để ghi nhật kí GPS tên lửa nhỏ hỗ trợ cao Mặc dù cố gắng nhiều để hoàn thành đồ án cách tốt điều kiện thời gian nên tránh khỏi sai sót mong q thầy bạn thơng cảm đóng góp ý kiến để giúp tơi hồn thiện thân Một lần tơi xin chân thành cảm ơn giảng viên ThS Lương Ngọc Minh thầy, cô giáo Viện Kỹ thuật Công nghệ tạo điều kiện giúp đỡ em hồn thành đồ án hồn thành chương trình đào tạo Em xin chân thành cảm ơn! 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Joseph Mitola III, Software Radio Arrchitecture: Object - Oriented Approaches to Wireless Systems Engineering , John Wiley & Sons, INC - 2000 [2] Walter Tuttlebee, Software Defined Radio Enabling Technologies, John Wiley & Sons, LTD, 2002 [3]https://vi.wikipedia.org/wiki/H%E1%BB%87_th%E1%BB%91ng_%C4%90%E1% BB%8Bnh_v%E1%BB%8B_To%C3%A0n_c%E1%BA%A7u [4] K Borre, D.M Akos, N Bertelsen, P Rinder, and S.H Jensen: A SoftwareDefined GPS andGalileo Receiver (ISBN 0-8176-4390-7) [5] http://arduino.vn/bai-viet/1363-gioi-thieu-sdr-ung-dung-matlab-va-rtl-sdr-trong- nghien-cuu-song-vo-tuyen, truy cập cuối ngày 20/05/2018 [6] https://www.mathworks.com/help/comm/examples/airplane-tracking-using-ads-bsignals.html, truy cập cuối ngày 20/05/2018 66 ...TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THU? ??T VÀ CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SDR ÁP DỤNG CHO BỘ THU GPS Sinh viên thực hiện: Lớp: PHẠM THỊ DUNG 54K2-KT... sở xây dựng đề tài ? ?Nghiên cứu công nghệ SDR áp dụng cho thu GPS? ?? Đề tài tập trung nghiên cứu cách theo dõi máy bay cách xử lý tín hiệu từ thiết bị thu tín hiệu vơ tuyến RTL -SDR Matlab Communication... Tên đồ án: Nghiên cứu công nghệ SDR áp dụng cho thu GPS Chọn mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo tiêu chí đây: Rất (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5) Có kết hợp lý thuyết thực