Trung tâm điều khiển là phần mềm cài đặt trên máy tính PC. Để thực hiện thuật toán bám kết hợp thuật toán bám từng bước và thuật toán bám vòng hở, hệ thống sử dụng các nguồn tín hiệu từ GPS, tín hiệu thu từ vệ tinh, cảm biến góc nghiêng, cảm biến từ trường được đưa vào hệ vi xử lý để truyền về máy tính xử lý. Kết hợp với các thông số của vệ tinh, phần mềm sẽ tính toán đưa ra góc ngẩng và góc phương vị hiện tại của trạm thu, kết hợp với giá trị góc từ cảm biến đưa đến để xác định giá trị điều khiển mô tơ quay anten thu tìm kiếm và bám vệ tinh. Phần mềm điều khiển được viết bằng ngôn ngữ Visual C++ có giao diện như Hình 2.28.
Hình 2.28 Phần mềm điều khiển cài đặt trên máy tính
Phần mềm thực hiện kết nối trao đổi thông tin 2 chiều giữa máy tính trung tâm và hệ thống truyền động anten. Trung tâm và trạm anten trao đổi 2 chiều với nhau qua cổng COM 1 mặc định (có thể cài đặt để thay đổi).
Trong quá trình phân phối điều khiển giữa trung tâm và trạm, một cửa sổ giao diện kết nối 2 chiều được thể hiện ở phía dưới, bên phải dưới dạng toạ độ cực. Giao diện này mô tả trạng thái số liệu phát đi từ trung tâm và thu về từ trạm anten trạng thái đương thời của trạm. Song song với mô tả trạng thái của trạm bằng góc phương vị giữa giá trị trung tâm phát tới trạm và góc trạng thái của anten, ở giao diện phía dưới còn có 2 dòng dữ liệu phát và thu, thông báo số hiệu trạm đang theo dõi điều khiển và các thông số tương ứng. Nhìn 2 dòng dữ liệu này trung tâm cũng thấy ngay quá trình trao đổi thu phát và theo dõi quá trình điều khiển.
Hình 2.29 Thử nghiệm hệ thống điều khiển anten
Để đo kết quả thí nghiệm hệ thống được đặt ở tọa độ ban đầu là kinh độ 105,7520 và vĩ độ 21,0420 Hệ thống thực hiện bắt vệ tinh Vinasat-1 ở vị trí 1320 đông và làm việc ở băng tần C. Do vậy góc ngẩng của trạm mặt đất tính toán được là 51,50 và góc phương vị là 126,00. Anten thu được điều khiển quay theo 2 mặt phẳng là mặt phẳng góc ngẩng và mặt phẳng phương vị.
Kết quả đo mức tín hiệu thu được sau tách sóng của máy thu khi áp dụng thuật toán bám từng bước thể hiện trên Hình 2.30. Từ đồ thị cho thấy từ thời điểm 0 đến 21s là thời điểm thực hiện quá trình khởi động và quét, sau đó hệ thống thực hiện quá trình bám ổn định. Tại điểm 42,94s là thời điểm mà hệ thống anten thu bị dịch chuyển (góc phương vị hoặc góc ngẩng) do vậy anten bị mất phương hướng lúc này hệ thống phải thực hiện quá trình bám vệ tinh. Thời gian thực hiện quá trình bám mất khoảng từ vài ms đến vài s tùy theo góc dịch chuyển so với vị trí ban đầu.
Hình 2.31 Mức tín hiệu thu sử dụng thuật toán bám vòng hở.
Hình 2.31 thể hiện kết quả đo mức tín hiệu thu khi áp dụng thuật toán bám vòng hở. Từ kết quả cho thấy, khi hệ thống thu dịch chuyển thì hệ thống thực hiện tính toán lại vị trí để điều khiển anten bám theo vệ tinh. Thời gian thực hiện lại quá trình bám chỉ còn 0,5s tùy thuộc vào độ chính xác của thiết bị thu GPS, bộ chuyển đổi A/D cũng như độ chính xác của thiết bị cảm biến. Khi cho góc lệch anten so với vị trí ban đầu khoảng 100 thì thời gian bám vệ tinh là 0,7s. Đây là thuật toán bám vòng hở không kiểm tra tín hiệu thu được, do vậy hệ thống liên tục điều chỉnh anten theo một chu kỳ nhất định cho dù tín hiệu thu được đã ổn định.
Hình 2.32 Mức tín hiệu thu sử dụng thuật toán bám kết hợp.
Hình 2.32 thể hiện kết quả đo mức tín hiệu thu khi áp dụng thuật toán bám từng bước cải tiến. Từ đồ thị ta thấy khi sử dụng thuật toán bám kết hợp thời gian bám rút ngắn tương đương với hệ thống sử dụng thuật toán bám vòng hở. Thời gian đầu là quá trình tìm kiếm sử dụng thuật toán bám vòng hở, khi đã bắt được tín hiệu vệ tinh thì chuyển sang quá trình bám từng bước. Tại điểm 35,43s là thời điểm mà hệ thống anten thu bị dịch chuyển do vậy anten bị mất phương hướng lúc này hệ thống lại chuyển sang thuật toán bám vòng hở để chính lại anten về đúng hướng cần thu, thời gian bám đo được <0,5s. Ở thuật toán này hệ thống bám ổn định hơn do kết hợp thuật toán bám từng bước giúp tinh chỉnh vị trí anten chính xác hơn. Với các sai số do hệ thống cơ khí, hệ thống cảm biến như đã trình bày ở trên cho kết quả bám góc cả về phương vị và góc ngẩng nhỏ hơn 0,5°.
KẾT LUẬN CHƢƠNG 2
Tóm lại, dựa trên những ưu nhược điểm của thuật toán bám từng bước, luận án đã đề xuất sử dụng thuật toán bám vòng hở, và đề xuất kết hợp thuật toán bám từng bước và thuật toán bám vòng hở để tăng hiệu quả bám. Để minh chứng hiệu quả của thuật toán, nội dung chương 2 cũng đã trình bày phần nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển bám vệ tinh và xây dựng phần mềm điều khiển dựa trên thuật toán đã đề xuất. Kết quả kiểm nghiệm cho thấy hiệu quả của thuật toán có độ ổn định cao và thời gian bám nhanh <0,5s. Kết quả này đã được công bố ở công trình số [5].
Đồng thời trong phần thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển bám, luận án cũng đề xuất sử dụng thuật toán điều khiển mờ PID để giảm thời gian lên và thời gian ổn định của hệ thống, giúp cho hệ thống điều khiển đáp ứng được thời gian bám nhanh, và chính xác, kết quả này đã được công bố ở công trình số [4].
Kết quả đã đạt các chỉ tiêu đề ra về:
- Xây dựng thuật toán bám vệ tinh đảm bảo hệ thống bám ổn định và thời gian bám nhanh 0,5s với góc lệch ±50;
- Xây dựng hệ thống điều khiển anten có khả năng điều khiển góc ngẩng: 0-900; điều khiển góc phương vị: 3600;
- Có giao diện điều khiển để xuất/nhập thông số vệ tinh và các thông số hệ thống.
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG THU VỆ TINH BĂNG C VÀ BĂNG L
Để thực hiện điều khiển hệ thống anten bám vệ tinh, trong thuật toán điều khiểu vòng kín có sử dụng tín hiệu thu được từ vệ tinh để làm tham chiếu. Tuy nhiên các máy thu yêu cầu phải có độ nhạy cao. Do vậy nội dung chương 3 tập trung nghiên cứu, lựa chọn các giải pháp thiết kế mạch khuếch đại tạp âm thấp, mạch khuếch đại trung tần để giảm tạp âm, mở rộng băng tần, nâng cao hệ số khuếch đại, thiết kế mạch tạo dao động có độ ổn định cao, từ đó xây dựng máy thu với độ nhạy cao, dải động và dải tần rộng, hệ số khuếch đại lớn không chỉ ứng dụng cho hệ thống thu vệ tinh mà còn có thể ứng dụng cho các mục đích thu dữ liệu băng C và băng L.