Trước khi truyền phỏt ảnh phõn giải cao S-VISSR, dữ liệu ảnh phõn giải cao S -VISSR điều chế bằng phương phỏp PCM/PSK. Tớn hiệu lối ra của sensor sau khi phối hợp mức được số hoỏ bằng cỏc xung mó. Việc xử lý này được gọi là điều chế xung mó PCM (Pulse Code Modulation). Trong PCM, tớn hiệu liờn tục được lấy mẫu với tần số lấy mẫu theo định lý SANNON và sau đú được lượng tự hoỏ thành cỏc mức và được mó hoỏ thành cỏc xung.
Một chuỗi xung trờn được mó hoỏ đường truyền bằng mó NRZ (Non Return to Zero). Mó NRZ là mó hoỏ tớn hiệu theo mức, cú nghĩa là nú giữ một mức trong cả khoảng bớt hay khụng chuyển về 0 trong suốt thời gian bit.
Để truyền được dữ liệu từ vệ tinh về trỏi đất, dữ liệu phải được điều chế vào súng mang. Ở đõy được dựng phương phỏp điều chế pha, với kiểu hai pha BPSK (Binary Phase Shifl Keying). Dựng pha 0o và 180o để đại diện cho bit "0" và "1".
Để thu được tớn hiệu ảnh chớnh xỏc giữa mỏy thu và mỏy phỏt cần cú sự đồng bộ về xung nhịp (clock). Dữ liệu ảnh được phỏt theo đơn vị từng khung ảnh (tương ứng với từng dũng quột). Tại đầu của mỗi khung ảnh là chuỗi tớn hiệu đồng bộ cú độ dài là 20.000 bớt, như đó được mụ tả trong bảng 5. Việc đưa khối đồng bộ này vào chuỗi dữ liệu để đồng bộ giữa mỏy thu và mỏy phỏt nhằm mục đớch nhận chớnh xỏc nội dung chuỗi dữ liệu của mỗi khung. Dữ liệu này cũn được cộng modul 2 với mó PN mó giả ngẫu nhiờn nhằm mục đớch trải phổ tớn hiệu. Từ tất cả cỏc thụng số ở trờn ta thiết kế sơ đồ khối như hỡnh đưới đõy. Hệ thu ảnh vệ tinh bao gồm cỏc khối như là Angten, khối tiền
khuếch đại, khối mỏy thu, khối đồng bộ, khối ghộp nối với mỏy tớnh như được mụ tả trờn hỡnh 17 dưới đõy.
Ti ền khu ếch đạ i Đ ổi t ần I Đ ổi t ần II v à khu ếch đạ i t rung tầ n T ỏch s ú ng p h a Đ ồn g b ộ b ớt Đ ồn g b ộ k h u n g G iao t iế p v ới m ỏy t ớn h P C GMS -5 1687,1 MHz MT -SA T 1687,1 MH z M ỏy t h u Kh ối đồ n g b ộ H ỡn h 1 7 : S ơ đ ồ kh ối h ệ thu ảnh ph õ n g iả i ca o H R S -2 0 0
Hệ thu ảnh vệ tinh GMS và MT- SAT cú sơ đồ khối như hỡnh trờn bao gồm: Anten Parabol 3,2 m và Tiền khuếch đại (LNA) thu tớn hiệu phỏt về từ vệ tinh với tần số 1687,1 MHz.
Sau tiền khuếch đại tớn hiệu được đưa vào mỏy thu. Mỏy thu bao gồm khối đổi tần I đưa tần số súng mang xuống 70 MHz, sau đổi tần I là đổi tần II và khuếch đại trung tần 10,7 MHz.
Lối ra của khối đổi tần II và khuếch đại trung tần thỡ tớn hiệu được đưa vào khối giải điều chế giải điều chế hai pha BPSK. Sau khối giải điều chế tin hiệu ra là chuỗi cỏc số liệu nối tiếp cú tần số số liệu là 660 kbps.
Tớn hiệu ra của khối tỏch súng pha được đưa đến khối đồng bộ bit. Khối đồng bộ bớt này cú nhiệm vụ khụi phục xung clock 660 kHz và đồng bộ với số liệu lối ra là 2 đường tớn hiệu một đường data và một đường clock đó được đồng bộ.
Khối đồng bộ khung cú 2 đường tớn hiệu được lấy từ khối đồng bộ bit và từ 2 đường tớn hiệu này khối này cú chức năng thực hiện việc đồng bộ khung dữ liệu cú nghĩa là nú phải tỡm được chuỗi 20000 bớt đồng bộ như được mụ tả ở trờn. Khối này cũn cú nhiệm vụ nữa là giải mó PN, chuyển dữ liệu nối tiếp thành song song để đưa sang khối ghộp nối với mỏy tớnh. Lối ra của khối này gồm 10 tớn hiệu 8 đường dữ liệu, 1 đường xung bỏo đầu khung, 1 đường xung clock nhịp Byte.
Khối ghộp nối với mỏy tớnh cú chức năng làm bộ đệm số liệu và đưa số liệu vào mỏy tớnh trong khối này cú 2 bộ đệm RAM 2 bộ chuyển mạch và 2 bộ đếm địa chỉ. Khối này giao tiếp với mỏy tớnh thụng qua cổng song song.
Chương 3
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MODULE ĐIỆN TỬ KHỐI ĐỒNG BỘ KHUNG ẢNH CỦA HỆ THU ẢNH VỆ TINH
3.1 Khối tạo mó giả ngẫu nhiờn PN
Mó PN là mó được tạo ra bằng phương phỏp giả ngẫu nhiờn (PseudoNoise). Bằng cỏch cộng modul 2 giữa mó PN với nguồn dữ liệu (tớn hiệu) gốc, phổ tần số của tớn hiệu được trải đều ra ở mỏy phỏt, cũn về phớa mỏy thu, tớn hiệu lại được đem cộng modul 2 với mó PN để nộn phổ lại và nhận lại được dữ liệu gốc. Nếu như mó ngẫu nhiờn PN được tạo ra một cỏch độc lập giữa mỏy phỏt và mỏy thu thỡ cần phải cú sự đồng bộ chớnh xỏc giữa mỏy phỏt và mỏy thu. Dưới đõy là sơ đồ khối thực hiện cỏc nhiệm vụ trờn.
Hỡnh 18: Sơ đồ mỏy phỏt điều chế mó PN. Hỡnh 19 Sơ đồ mỏy thu giải mó PN.
Để xây dựng mạch tạo mã PN ta phải dựa vào các tính chất của tín hiệu cần truyền nh-: mật độ phổ công suất, độ rộng băng của tín hiệu... Trên vệ tinh GMS của Nhật Bản, ng-ời ta đã sử dụng một dãy các trigơ mắc nối tiếp với nhau và một mạch hồi tiếp để tạo ra chuỗi mã PN phù hợp với tín hiệu cần truyền. D-ới đây là sơ đồ của mạch tạo mã giả ngẫu nhiên PN đã đ-ợc sử dụng.
Hỡnh 20: Sơ đồ khối tạo mó PN.
Gọi N là số trigơ D được nối tiếp với nhau, thỡ độ dài của chu kỳ mó giả ngẫu nhiờn PN do mạch trờn tạo ra là L=2N11 bit. Trong đú cú 2N-1-1 bit cú giỏ trị 0 và 2N-1-1 bit cú giỏ trị 1. Với N = 15 thỡ độ dài L=215-1 = 32.767 bit.
Ở phớa mỏy thu quỏ trỡnh giải mó giả ngẫu nhiờn được thực hiện theo quy trỡnh ngược lại như được mụ tả trong hỡnh 19.
Mạch tạo mó giả ngẫu nhiờn ở mỏy thu được thực hiện như hỡnh 19, gồm 2 vi mạch ghi dịch 8 bớt và cỏc cổng XOR hay cộng modul 2 và một số cổng NAND . Hai vi mạch ghi dịch được nối tiếp với nhau tạo thành bộ ghi dịch 16 bớt. Ở đõy lấy lối ra của bớt 13 và bớt 14 được cộng modul 2 với nhau và là lối ra của mạch tạo mó PN, lối ra này được đưa hồi tiếp về đầu vào tạo thành mạch tạo mó PN.
3.2 Khối nhận dạng đầu khung ảnh.
Dữ liệu được truyền từ vệ tinh cú cấu trỳc truyền theo khối hay cũn gọi là khung số liệu. mỗi một khung số liệu này bao gồm 396.000 bit trong đú cú 20.000 bớt đồng bộ khối dữ liệu đồng bộ này chớnh là chuỗi dữ liệu được tạo ra từ khối tạo mó PN và điểm bắt đầu là chuỗi dữ liệu gồm 15 bit cú giỏ trị là 2261h và kết thỳc là EFFFh. Để nhận dạng đầu khung ảnh ta phải nhận dạng khối đồng bộ này.Ở đõy ta sử dụng một mạch tạo mó PN đỳng như chuỗi đồng bộ của khối đồng bộ khung ảnh, sau đú ta so sỏnh với dữ liệu từ vệ tinh truyền xuống nếu đỳng 20.000 bit thỡ bỏo cho biết là điểm bắt đầu khung ảnh.
Để thực hiện những việc này ta làm như sau: Trước hết ta cho chuỗi số liệu nối tiếp vào khối ghi dịch và kiểm tra 15 bit đầu khi nào phỏt hiện thấy 15 bit đầu khung là 2.261h thỡ cho phộp bộ tạo mó PN bắt đầu phỏt từ giỏ trị đú và tiếp tục so sỏnh từng bớt data với bit của mỏy phỏt mó PN cứ so sỏnh như vậy cho đến hết 20.000 bit mà khụng thấy bit nào sai hoặc nhỏ hợn số bớt sai đặt trước thớ bỏo là bắt đầu khung số liệu thu. [8]
3.3 Khối giải mó PN
Trong chuỗi dữ liệu nhận được là dữ liệu đó được trải phổ bằng việc cộng mụdul 2 giữa dữ liệu với mó PN. Do đú để nhận được dữ liệu thực ở mỏy thu cần phải giải mó PN hay nộn phổ trở lại. Để thực hiện việc này chỉ việc cộng modul 2 giữa dữ liệu nhận với mó PN đẫ được đồng bộ với mỏy phỏt.
Khi nhận dạng được khối 20000 bit đồng bộ đầu khung thỡ ta bắt đầu giải mó PN. Việc giải này ta chỉ việc lấy dữ liệu và mó PN cổng modul 2 với nhau, chuỗi dữ liệu PN được lấy luụn từ bộ tạo mó PN ở trờn đó được đồng bộ với dữ liệu vào, lối ra của bộ giải mó PN này là chuỗi dữ liệu gốc cần thu và được đưa vào khối chuyển dữ liệu nối tiếp thành song song và để đưa sang khối ghộp nối với mỏy tớnh.
3.4 Khối chuyển đổi chuỗi bớt nối tiếp thành song song
Dữ liệu từ vệ tinh được truyền đi đó được lượng tử hoỏ điều chế PCM. Trong chuỗi dữ liệu này, cú loại ảnh được lượng tử hoỏ 6 bit một điểm ảnh là dữ liệu loại ảnh nhỡn thấy, và loại ảnh được lượng tử hoỏ 8 bit một điểm ảnh là ảnh hồng ngoại như được mụ tả ở trờn, sau đú chuyển cỏc byte này thành chuỗi nối tiếp cỏc bớt sau đú mới điều chế pha và truyền về cỏc trạm mặt đất. Do đú ở mỏy thu sau khi đó khụi phục thành chuỗi bit thi phải chuyển thành cỏc byte tương ứng
Trong một khung dữ liệu cú đoạn dữ liệu 8 bit chuyển thành 1 byte cú đoạn dữ liệu 6 bit chuyển thành 1 byte, vậy cần xỏc định mốc ranh giới này. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Để thực hiện được cỏc việc trờn ta phải tạo được xung nhịp byte và tạo chức năng chuyển đổi từ nhịp byte 8 bit sang byte 6 bit khi phỏt hiện được ranh giới giữa 2 đoạn dữ liệu này. Theo mụ khung số liệu ở trờn ta thấy cú 10205 byte dữ liệu 8 bit và 48244 byte dữ liệu 6 bit vỡ vậy ta cần xỏc định 2 mốc này. Để thực hiện việc này ta xõy dựng 1 bộ đếm 8 và đếm 6 cú cửa điều khiển hai chế độ này để tạo ra xung nhịp byte, và một bộ đếm 16 bit để xỏc định 2 ranh giới trờn và điều khiển lỳc nào đếm 8 lỳc nào đếm 6. Bộ chuyển đổi chuỗi bit nối tiếp thành dữ liệu song song, để thực hiện việc chuyển dữ liệu nối tiếp thành từng byte ta đưa dữ liệu vào một bộ ghi dịch 8 bit nụi ra đưa vào một bộ chốt, xung chốt được lấy từ xung nhịp byte.
Chƣơng 4
THỰC NGHIỆM VÀ CÁC KẾT QUẢ 4.1. Cỏc bƣớc thực hiện một project trờn FPGA
Trong thiết kế phần cứng bằng ngụn ngữ (HDL: Hardware Desciption Language) ngoài cỏch dựng cỏc ngụn ngữ mụ tả phần cứng như ABEL, VHDL hoặc Verilog,… cũn cú một phương phỏp khỏ tiện dụng, đú là sử dụng kỹ thuật đồ hoạ. Với phương phỏp này người dựng cú thể thiết kế cỏc hệ thống từ đơn giản đến phức tạp một cỏch nhanh chúng dựa trờn thư viện cú sẵn hay tự mỡnh tạo ra bằng cỏch sử dụng cỏc ngụn ngữ kể trờn. Dựa vào mỗi đặc tớnh của từng họ chip cụ thể, nhà sản xuất cung cấp cho người dựng một thư viện tương ứng, cỏc thành phần cú trong thư viện là những thành phần cơ bản, chủ yếu mà người dựng thường cú nhu cầu sử dụng đến. Trong quỏ trỡnh thiết kế, nếu người dựng tỡm khụng thấy thành phần cần thiết cho thiết kế của mỡnh thỡ cú thể tự tạo ra nú bằng cỏch dựng cỏc thành phần trong thư viện để xõy dựng nờn hoặc dựng cỏc ngụn ngữ đó núi trờn để mụ tả chỳng rồi lưu trữ lại. Ưu điểm của phương phỏp đồ hoạ là: tớnh trực quan, nhanh chúng trong thiết kế cỏc hệ thống vừa và nhỏ, khụng đũi hỏi người thiết kế phải biết nhiều về ngụn ngữ mụ tả phần cứng, tiết kiệm tài nguyờn trờn chip (dung lượng phần sử dụng đến). Thời gian cần cho thiết kế càng rỳt ngắn nếu người dựng đó thiết kế phần cứng ứng dụng một phần hoặc toàn bộ bằng cỏc limh kiện rời rạc. Nhược điểm của phương phỏp đồ hoạ là nú đũi hỏi người thiết kế phải nắm rừ cấu trỳc của hệ thống phần cứng cần thiết kế. Trong khi vấn đề này trở nờn đơn giản hơn nếu dựng ngụn ngữ để mụ tả, bởi vỡ nú khụng yờu cầu người thiết kế biết chi tiết hoặc tường tận về cấu trỳc phần cứng, mà chỉ yờu cầu người thiết kế nắm được nguyờn lý hoạt động của nú, thụng qua bảng chõn lý là đó cú thể mụ tả được nú rồi. Nhưng phương phỏp dựng ngụn ngữ mụ tả cũng cú nhược điểm là thường rất tốn tài nguyờn của chip, bởi cấu trỳc bờn trong hệ thống được người dựng mụ tả sẽ được phần mềm thiết kế tự động cấu trỳc (đặt
cấu hỡnh) thụng qua cõu lệnh mà người thiết kế đó viết ra, vỡ vậy khụng trỏnh khỏi sự trựng lặp trong việc sử dụng cỏc phần tử (yếu tố) logic (thành phần chớnh của chip), chớnh vỡ thế mà gần như hàng năm, cỏc nhà sản xuất chip lại đưa ra cỏc phiờn bản nõng cấp phần mềm thiết kế để nhằm tối ưu hoỏ trong thiết kế sao cho tiết kiệm khụng gian trờn chip được nhiều nhất.
Sau đõy xin trỡnh bày rừ hơn phương phỏp thiết kế phần cứng bằng đồ hoạ, trờn cơ sở sử dụng phần mềm thiết Maxplus2 của Altera (Mỹ).
Giao diện của của phần mềm Maxplus2 cú dạng như sau:
Hỡnh 21: Giao diện của của phần mềm Maxplus2.
4.1.1. Tạo một project [3]
Bước đầu tiờn ta phải xỏc định tờn của project thiết kế. Trong cửa sổ Manager, tra chọn File | Project | name để mở hộp thoại. Sau đú đỏnh tờn của project cua mỡnh vào ụ Project Name, chọn thư mục mà mỡnh cần làm việc và ấn OK.
Hỡnh 22: Chỉ rừ tờn và thƣ mục làm việc của project.
4.1.2. Sử dụng Graphic Editor
Hỡnh 23 : Màn hỡnh của Graphic Editor.
Bước kế tiếp là vẽ sơ đồ. Trong cửa sổ Manager ta chọn MAX + PLUS II | Graphic Editor. Cửa sổ Graphic Editor xuất hiện bờn trong cửa sổ Manager. Ta cú thể di chuyển hoặc định lại kớch thước cửa sổ Graphic Editor và tăng thờm kớch thước của cửa sổ Manager để cung cấp thờm khụng gian làm việc. Ở hỡnh 23, cửa sổ Graphic Editor được cực đại hoỏ sao cho choỏn hết chỗ toàn bộ cửa sổ Manager.
Thanh tiờu đề ở hỡnh 23 bao gồm một số tờn menu và biểu tượng, cỏc tờn này đó khụng xuất hiện ở hỡnh 21. Điều này là do cửa sổ Manager luụn luụn
chỉ ra cỏc mục cú sẵn trong bất kỳ ứng dụng nào hiện đang được sử dụng. Một số biểu tượng được sử dụng để gọi cỏc mục của Graphic Editor cũng xuất hiện dọc theo cạnh bờn trỏi của cửa sổ.
Để thấy mụ tả của một mục của Graphic Editor kết hợp với mỗi biểu tượng, định vị chuột lờn trờn biểu tượng; một thụng bỏo được hiển thị gần dưới đỏy của cửa sổ. Hai biểu tượng thụng dụng nhất là cỏc biểu tượng trụng giống như kớnh lỳp. Cỏc biểu tượng này được sử dụng để thấy hỡnh của sơ đồ lơn hơn hoặc nhỏ hơn.
4.1.2.1. Đặt tờn cho sơ đồ
Sơ đồ được tạo ra phải được đặt tờn. Ta chọn File | Save as để mở hộp pop-up được miờu tả ở hỡnh 24. Thư mục mà ta đó chọn cho project này đó được chọn trong hộp pop- up. Graphic Editor sẽ tạo ra một tập tin riờng cho sơ đồ và lưu tập tin trong thư mục của
project. Trong hộp cú nhón File Name, Hỡnh 24: Chỉ rừ tờn của sơ độ ta VD1.gdf. Ta phải sử dụng tờn này một cỏch chớnh xỏc. Tờn VD1 phải phự hợp với tờn của project và phần mở rộng là gdf, chữ viết tắt của graphic design file (tập tin thiết kế đồ hoạ), phải được sử dụng cho tất cả cỏc sơ đồ. Nhấp OK để trở về Graphic Editor .
4.1.2.2 Nhập vào cỏc ký hiệu cổng logic [3]
Graphic Editor cung cấp vài thư