Kết quả thu được từ hê ̣ thống giám sự nhiễu loa ̣n tầng điê ̣n ly sẽ được đưa ra so sánh với kết quả của các bô ̣ thu thương ma ̣i. Lược đồ sau sẽ mô tả quá trình và cách thức hê ̣ thống xử lý dữ liê ̣u và so sánh kết quả với các bô ̣ thu thương ma ̣i:
Collected Raw Database with Scintillation Events Correcsponding ISMR from Septentrio Receiver 1 KHz I/Q samples S4/Phi60 MATLAB Offline S4/Phi60 Calculation Module MATLAB Offline Acquisition and Tracking Module Compare and Visualization
Hình 5.7. Đánh giá giải thuâ ̣t tính toán chỉ số nhiễu loa ̣n (S4)
Thuâ ̣t toán được thực hiê ̣n trong bô ̣ thu mềm thời gian thực, dữ liê ̣u ra của bô ̣ thu này sẽ đươ ̣c đánh giá với các giá tri ̣ tiền xử lý. Các hình dưới đây miêu tả kết quả đánh giá của bô ̣ dữ liê ̣u được thu thâ ̣p ta ̣i trung tâm NAVIS Hà Nô ̣i vào ngày 18 tháng 3 năm 2010.
55
Hình 5.8. Tỉ số C/N0 của các vê ̣ tinh được cho ̣n để đánh giá các giá tri ̣ S4.
Như có thể nhìn thấy trong hình 5.8, trong ba vê ̣ tinh được cho ̣n thì vê ̣ tinh số 7 không bi ̣ ảnh hưởng bởi nhiễu, vê ̣ tinh số 11 bi ̣ ảnh hưởng gần như mo ̣i lúc và vê ̣ tinh số 19 bi ̣ ảnh hưởng trong mô ̣t nửa thời gian đầu.
56
Hình 5.10. Các giá tri ̣ S4 của PRN 11
Hình 5.11. Các giá tri ̣ S4 của PRN 19
Hình 5.9, 5.10 và 5.11, thể hiê ̣n các giá tri ̣ S4 đươ ̣c tính toán bởi thuâ ̣t toán tiền xử lý, bô ̣ thu mềm và bô ̣ thu thương ma ̣i, mă ̣c dù các giá tri ̣ không giống nhau mô ̣t cách tuyê ̣t
57
đối nhưng nó cũng phản ánh được những xu hướng tương tự nhau. Thuâ ̣t toán trên Matlab cho kết quả cao hơn kết quả có được từ thuâ ̣t toán mean-valued-detrending, bởi vì thuâ ̣t toán này không thể bắt được các sự thay đổi nhanh của cường đô ̣ tín hiê ̣u khi mà có nhiễu xảy ra. Để vượt qua ha ̣n chế này, trong bô ̣ thu mềm cài đă ̣t mô ̣t bô ̣ lo ̣c thông thấp với đô ̣ di ̣ch pha bằng 0 ta ̣i tần số cắt 0.1 Hz. Đó là lý do vì sao các giá tri ̣ từ bô ̣ thu mềm và bô ̣ thu chuyên du ̣ng gần giống nhau.
Sử du ̣ng mô ̣t công cu ̣ trực quan được phát triển bởi TS. Lã Thế Vinh để phân tính các đă ̣c tính nhiễu loa ̣n từ bô ̣ dữ liê ̣u đã thu. Các hình dưới đây miêu tả các đă ̣c tính của nhiễu từ bô ̣ dữ liê ̣u được thu thâ ̣p ở Hà Nô ̣i vào tháng 3 năm 2013.
58
Trong hình 5.12, tru ̣c Z chỉ ra số lần bi ̣ nhiễu (với S4 > 0.3), tru ̣c X là số hiê ̣u của các vê ̣ tinh, và tru ̣c Y là các giá tri ̣ S4 đươ ̣c nhân với 10. Nhìn vào đồ thi ̣ có thể nhâ ̣n biết được những vê ̣ tinh nào bi ̣ ảnh hưởng bởi nhiễu và trong những thời điểm cu ̣ thể nào. Cu ̣ thể trong trường hợp này, PRN 1, 3, 4, 7, 8, 11, 13, 17, 19, 20, 23 và 31 là các vê ̣ tinh bi ̣ ảnh hưởng bởi nhiễu tầng điê ̣n ly.
Hình 5.13. Vết của vê ̣ tinh bi ̣ nhiễu, với giá tri ̣ S4 đươ ̣c thể hiê ̣n bằng màu.
Từ hình 5.12 chúng ta có thể biết được những vê ̣ tinh nào bi ̣ tác đô ̣ng bởi nhiễu tầng điê ̣n ly, sau đó chúng ta có thể cho ̣n mô ̣t vê ̣ tinh bất kỳ để thấy được chi tiết hơn về vết mà vê ̣
59
tinh đó di chuyển trên bầu trời như trong hình 5.13. Thêm vào đó, từ đồ thi ̣ này chúng ta cũng có thể nhâ ̣n biết được vùng nào thường xuyên xảy ra nhiễu.
Hình 5.14. Tổng số lần xảy ra nhiễu được thu thâ ̣p trên tất cả các vê ̣ tinh. Tương tự như hình 5.12, hình 5.14 thể hiê ̣n số lần xảy ra nhiễu tầng điê ̣n ly được thu thâ ̣p trên tất cả các vê ̣ tinh. Từ đồ thi ̣ chúng ta có thể thấy rằng vào mô ̣t vài ngày xác đi ̣nh thì có xảy ra nhiễu tầng điê ̣n ly. Trong trường hợp này thì ngày 26 tháng 3 là ngày mà xảy ra hiê ̣n tượng nhiễu tầng điê ̣n ly mô ̣t cách nghiêm tro ̣ng nhất.
60
Hình 5.15. Skyplot thể hiê ̣n các vùng bi ̣ ảnh hưởng bởi nhiễu.
Từ hình 5.15, có thể dễ dàng nhìn thấy được những vùng trên bầu trời mà thường xuyên xảy ra tình tra ̣ng nhiễu ở tầng điê ̣n ly.
61
Kết luâ ̣n
Nô ̣i dung chính của luâ ̣n văn này là tâ ̣p trung nghiên cứu và sử du ̣ng kỹ thuâ ̣t đi ̣nh vi ̣ mềm để phát triển thành hê ̣ thống tự đô ̣ng phát hiê ̣n nhiễu loa ̣n tầng điê ̣n ly. Hê ̣ thống sẽ tính toán các thông số cần thiết để đưa ra đánh giá sự nhiễu loa ̣n của tầng điê ̣n ly, khi có xảy ra hiê ̣n tượng nhiễu tầng điê ̣n ly hê ̣ thống sẽ tự đô ̣ng kích hoa ̣t bô ̣ ghi dữ liê ̣u. Để có thể phát triển được hê ̣ thống này thì các lý thuyết và miêu tả về mă ̣t toán ho ̣c liên quan đến tín hiê ̣u và xử lý tín hiê ̣u GPS là hết sức quan tro ̣ng, sau đây là sự tóm lược những nô ̣i dung và kết quả đã được trình bày trong luâ ̣n văn này:
Tín hiê ̣u GPS. Tín hiê ̣u GPS đươ ̣c hình thành nên từ ba thành phần: sóng mang, dữ liê ̣u đi ̣nh vi ̣ và chuỗi truyền lan. Để thu nhâ ̣n được tín hiê ̣u GPS từ vê ̣ tinh đi ̣nh vi ̣ cần phải hiểu đươ ̣c bản chất và đă ̣c tính của các thành phần này. Đây chính là nô ̣i dung được đề câ ̣p trong chương này.
GNSS Antennas and Font Ends. Khi đã hiểu được tính chất của tín hiê ̣u GPS thì sẽ có thể xây dựng được mô ̣t thiết bi ̣ có khả năng thu nhâ ̣n và xử lý tín hiê ̣u GPS. Cu ̣ thể ở đây là GNSS Antenna và bô ̣ Front-end. GNSS Antenna là thành phần thu nhâ ̣n tín hiê ̣u GPS từ vê ̣ tinh đi ̣nh vi ̣ và đưa vào bô ̣ front-end. Từ đây tín hiê ̣u hiê ̣u sẽ được xử lý bởi các thành phần cấu ta ̣o nên bô ̣ front-end như amplifier, filter, mixer và bô ̣ ADC để chuyển đổi thành da ̣ng tín hiê ̣u số. Chương này miêu tả các tính chất của antenna, các ha ̣n chế và cách khắc phu ̣c của nó; cũng như mô tả cấu trúc của mô ̣t bô ̣ front-end và ảnh hưởng của cách thành phần trong đó với tín hiê ̣u GPS.
Tổng quan cách thức hoa ̣t đô ̣ng của bô ̣ thu GNSS. Tín hiê ̣u GPS sau khi được rời
62 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
như tính toán được pseudorange phu ̣c vu ̣ cho viê ̣c đi ̣nh vi ̣ vi ̣ trí bô ̣ thu thì phải trải qua hai quá trình xử lý là acquisition và tracking. Phần này giới thiê ̣u mô ̣t cách tổng quan về cách hoa ̣t đô ̣ng của bô ̣ thu GNSS.
Thiết bi ̣ số hóa tín hiê ̣u vê ̣ tinh (Front-end). Sau khi đã nắm và hiểu rõ cách thức hoa ̣t
đô ̣ng của bô ̣ front-end thì công viê ̣c tiếp theo là sử du ̣ng và xem xét, đánh giá tín hiê ̣u GPS thu đươ ̣c trên mô ̣t bô ̣ front-end cu ̣ thể. Chương này tâ ̣p trung mô tả qui trình hoa ̣t đô ̣ng của bô ̣ front-end và quan sát tín hiê ̣u GPS trong quá trình xử lý.
Phát triển và thử nghiê ̣m hê ̣ thống phát hiê ̣n nhiễu loa ̣n tầng điê ̣n ly. Viê ̣c đánh giá
sự nhiễu loa ̣n tầng điê ̣n ly dựa trên sự dao đô ̣ng biên đô ̣ của tín hiê ̣u vê ̣ tinh đi ̣nh vi ̣ sau khi bi ̣ ảnh hưởng từ tầng điê ̣n ly, điều này được đánh giá thông qua chỉ số S4 – amplitute scintillation index. Chỉ số này đươ ̣c theo dõi liên tu ̣c, nếu nó vươ ̣t ngưỡng 0.3 thì ta ̣i thời điểm đó có xảy ra hiê ̣n tượng nhiễu loa ̣n tầng điê ̣n ly. Dựa vào các chỉ số S4 được tính toán có thể tích hợp vào bô ̣ đi ̣nh vi ̣ mềm để tự đô ̣ng ghi dữ liê ̣u mỗi khi xảy ra nhiễu tầng điê ̣n ly, từ đó phát triển lên thành mô ̣t hê ̣ thống tự đô ̣ng phát hiê ̣n nhiễu loa ̣n tầng điê ̣n ly. Cuối cùng so sánh hê ̣ thống với các bô ̣ thu thương ma ̣i khác để thấy được tính đúng đắn và tin câ ̣y của hê ̣ thống.
63
Tài liê ̣u tham khảo
[1] A.J. Van Dierendonck, John Klobuchar, Quyen Hua (1993) Ionospheric Scintillation Monitoring Using Commercial Single Frequency C/A Code Receivers,
Proceedings of the 6th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation (ION GPS 1993).
[2] Kai Borre, Dennis M. Akos, Nicolaj Bertelsen, Peter Rinder, Søren Holdt Jensen (2006), A Software-Defined GPS and Galileo Receiver: A Single-Frequency Approach, Birkh¨auser, Boston-Basel-Berlin.
[3] Lei Zhang; Morton, Yu.; Van Graas, F.; Beach, T., "Characterization of GNSS signal parameters under ionosphere scintillation conditions using software-based tracking algorithms," Position Location and Navigation Symposium (PLANS), 2010 IEEE/ION , vol., no., pp.264,275, 4-6 May 2010.
[4] Marco Pini (2007), Constraints Analysis of Radio Frequency Front end Components: Impact on the GNSS Signal Processing, PhD Dissertation, Poli
tecnico Di Torino.
[5] Marko Vuckovic and Samo Stanic (2014), Computation of Dcintillation Indices for
the Galileo E1 Signals Using a Software Receiveer, Center for Atmospheric
Research, Uniersity of Nova Gorica, Slovenia.
[6] Mikko Valkama, Complex-Valued Signal and Systems, Dept. of Communications Engineering, Tampere University of Technology.