4.1. Kết quả thực nghiệm với phần cứng của trạm
Nhóm đã lắp đặt hai trạm tại phòng E6.6 để so sánh khả năng nhận tín hiệu
với các thành phân như sau:
Bảng 4.1. Các thành phần sử dụng của hai trạm trong phần so sánh 1 Trạm Phần cứng Phần mềm hỗ trợ Antenna
1 Board Lilygo V3 Sử dung server tinyGS Antenna monopole
2 Phan cứng nhóm thiết kế | Sử dung server tinyGS Antenna monopole
Board Lilygo V3 là một trong những phan cứng có san trên thị trường và nền tang tinyGS có hỗ trợ dé dé dang cấu hình LoRa. Ở bài so sánh này, nhóm chưa sử dung
hệ cơ dé điều hướng antenna. Hai antenna được lắp cô định tại vị tri tương đương
nhau và nôi đên board mạch đê nhận tín hiệu.
Hình 4.1. Vị trí lắp đặt antenna tại phòng E6.6
55
Ở bài so sánh này sẽ có một hạn chế đó chính là chỉ thu tốt được tín hiệu ở vùng không gian chính diện cửa số phòng E6.6. Tuy nhiên, cả hai trạm đã nhận được tín hiệu từ vệ tinh. Nhóm đã khảo sát kết quả với bốn ngày hai trạm cùng hoạt
động:
Bang 4.2. Số lượng gói tin hai trạm nhận được từ các vệ tinh
. FossaSat | FossaSat
GaoFen- | Sapling | SATLLA- Norby FossaSat FEROX | FEROX
7 2 2B -2EII
16 14
um 83 4 3 8 | 2 1
tram 90 4 0 3 | | |
Bảng trên biểu thị chi tiết số lượng gói tin mà 2 trạm thu được từ các vệ tinh được tính cùng khoảng thời gian kế từ 2:23 AM 23/06/2023 đến 3:26 AM 26/6/2023. Trạm 2 với phần cứng của nhóm thiết kế nhận được 102 gói tin. Bên cạnh đó, trạm 1 với phần cứng có san là board Lilygo V3 nhận được 100 gói tin. Có thé thấy, phần cứng của nhóm thiết kế có khả năng nhận tín hiệu tương đương với board có sẵn Lilygo V3. Trong số liệu thống kê trên đã tính chung gói tin nhận được hoàn chỉnh và gói tin nhận được nhưng bị lỗi CRC. Cụ thé số lượng gói tin bị lỗi
CRC ở từng trạm như sau:
Bảng 4.3. Số lượng gói tin bị lỗi CRC tại hai trạm
. FossaSat | FossaSat GaoFen- | Sapling | SATLLA- Norby FossaSat- FEROX | FEROX
7 2 2B 2EII
16 14
trạm 0 4 3 6 0 2 |
Trạm 0 4 0 2 0 | 1
56
Bên cạnh số lượng gói tin nhận được từ hai trạm, bảng sau biểu thị cường độ tín hiệu nhận được gói tin và tỉ lệ nhiễu gói tin trong một lần vệ tinh GeoFen-7 bay
qua vào lúc 3:23 AM 26/6/2023:
Bảng 4.4. RSSI/SNR của gói tin nhận được từ vệ tinh GeoFen-7
Trạm 2 Trạm 1
Số lượng gói tin 12 9
RSSI (dBm) / SNR (dB)
nhỏ nhất -125.25 (dBm) /-11.25 (dB) | -123 (dBm) /-11.5 (dB)
RSSI (dBm) / SNR (dB)
trung bình -121.5 (dBm) / -8 (dB) -120.5 (dBm) / -9 (dB)
RSSI (dBm) / SNR (dB)
lớn nhất -118.25 (đBm)/-5.25 (dB) | -118.25 (dBm) / -7.25 (dB)
Từ bang trên cho thay phan cứng nhóm tự thiết kế có khả năng nhận tot tín hiệu ở mức RSSI -125.25 (đBm). Bên cạnh đó tỉ lệ nhiễu nhận được của phần cứng
nhóm thiết kế tốt hơn 2 (đB) so với phần cứng có sẵn.
Trong bài so sánh hiệu quả của phân cứng, nhóm cũng sử dụng nên tảng
tinyGS dé hiển thị các thông tin về hai trạm. Trạm sử dụng phần cứng Lilygo V3 đã
được hoạt động và bắt đầu khảo sát vào ngày 12 tháng 6. Bên cạnh dó, trạm sử dụng
phần cứng tự thiết kế được hoạt động và bắt đầu khảo sát vào ngày 15 tháng 6. Cả
hai trạm kết thúc khảo sát với bài so sánh hiệu quả phan cứng vào ngày | tháng 7.
57
S
tn
o
Status Lis: ng Version
® Offline FossaSat-2E8 2105260
Last seen Last Packet Position (Lat, Lang)
4 days ago 3 days ago 10.969, 106.802
Elevation Aute tuning Test mode
11.00 m ON OFF
Telemetry packets ype of antenna Band
382 -- null - null MHz
Packets In the leet 30 days
GR Tetemesy poche: Tot! packet
3 4 5 6 7 Bọ B8. 1! Ă2 13 i# 15 1E Tớ íR 1S 20 21 22 23 Z4 25
Days of he mor:
Creation date
6 months ago
OTH Locator
OK30ju
382
Record distance
3393.8 Km
Z6 27 28 23 WM 1 2
Hình 4.2. Tổng số lượng gói tin trạm sử dụng board Lilygo V3
58
Status Listening Version Creation date
@ Online FassaSat-FX15 2105282 20 days ago
Last seen Last Packet Position (Lat, Lang TH Locator
a minute ago 3 days ago 10.87, 106.802 OK30ju
Blevation Auto tuning Test mode
(28.00 m ON OFF
Telemetry packets Type of antenna Band Record distance
496 -- null - null MHz 9113.4 Km
Packets In the last 30 days
GER Tetemety pecke: RD Toto! pocket:
35
5
20
15
10
1 4 5 6 7 5 407 12 17°40 1 18°19 20 21 2 2 2925 26 27 28 Z8 31 1 2 3
Chews cổ the: month
Hinh 4.3. Tổng sỐ lượng gói tin trạm sử dụng phần cứng tự thiết kế nhận được
Theo thông tin từ hai hình trên, có thé thay rang mặc dù phần cứng nhóm thiết kế được lắp đặt và khảo sát sau gần 3 ngày ké từ khi trạm sử dụng phan cứng
có sẵn được hoạt động và khảo sát, nhưng trạm sử dụng phần cứng tự thiết kế đạt được tổng số lượng gói tin nhiều hơn hắn so với trạm còn lại. Cụ thể trạm sử dụng phần cứng của nhóm thiết kế nhận được 495 gói tin, và trạm còn lại nhận được 382 gói tin. Ngoài ra ở hai biểu đồ trong ảnh cũng biểu thị răng khả năng nhận gói tin của trạm nhóm dùng phần cứng tự thiết kế có thể nhận liên tục các gói tin so với
trạm còn lại.
59
Hình 4.5. VỊ trí các gói tin nhận được của trạm sử dung board Lilygo V3
Đối với nền tảng tinyGS sẽ tự động hiền thị các gói tin đã nhận trước đó bang vùng
màu vàng và những gói tin nhận được khoảng 2 — 3 ngày sẽ được hiển thi bang dau
tròn xanh lá đôi với gói tin nhận được toàn vẹn, dâu tròn đỏ đôi với gói tin bị lỗi
60
CRC. Từ hai ảnh trên ta có thé thấy trực quan sự chênh lệch độ rộng của vùng vàng
và sự liên tục của gói tin nhận được trong những lân bay qua của vệ tinh.
4.2. Kết quả thực nghiệm với phần cứng và nền tảng riêng của nhóm thiết kế
Bên cạnh việc sử dụng nền tảng tinyGS với các hỗ trợ như dự đoán quỹ đạo
vệ tinh, cầu hình cho module LoRa thông qua server và hiển thị thông tin lên trang chủ tinyGS, thì nhóm đã sử dụng một nền tảng riêng không phụ thuộc vào nền tang
tinyGS ở các dịch vụ đã nêu.
Trước hết, về việc lắp đặt trạm với phần cứng do nhóm thiết kế, nhóm vẫn sử dụng vi trí lắp đặt tại E6.6 giống như bài so sánh phần cứng đã nêu trên. Cách lắp đặt antenna được thê hiện ở hình sau, với khung màu đỏ là antenna được gan voi phan cứng của nhóm đã thiết kế va dùng nền tang lưu trữ hiển thị riêng, với khung màu xanh là hai antenna được dùng cho bài khảo sát chất lượng phần cứng đã nêu
trước đó.
Hình 4.6. Vị trí lắp đặt antenna khảo sát phan cứng sử dụng nén tang tự thiết kế
61
Bảng 4.5. Các thành phần sử dụng của hai trạm trong phần so sánh 2 Trạm Phần cứng Phần mềm hỗ trợ Antenna
1 Board Lilygo V3 server tinyGS Antenna monopole
2 Phan cứng nhóm thiết kế | Nền tang nhóm thiết kế Antenna monopole
Ở phần kiểm tra này, nhóm muốn kiểm trả khả năng dự đoán quỹ đạo bay của vệ tinh và cấu hình LoRa phù hợp dé nhận tín hiệu, ngoài ra trạm sẽ gửi các dữ liệu đến cơ sở dữ liệu của Firebase và hiền thị dữ liệu qua nên tảng Grafana.
Đầu tiên nhóm đã nhận thành công gói tin từ vệ tỉnh và gửi đến cơ sở đữ liệu Firebase với mục đích lưu trữ. Bên cạnh đó, khi giữ nguyên vi trí lắp đặt trạm cho hai phần kiểm tra khảo sát hệ thống, nhóm có thé dẫn chứng các gói tin đã nhận được từ hệ thống nhóm thiết kế tương tự với phan cứng sử dụng nền tảng tinyGS là gói tin từ vệ tinh. Boi vi cùng một cau hình LoRa và thời gian bật chế độ nhận LoRa, cả hai trạm sử dụng nên tảng khác nhau cùng nhận một loại vệ tinh tại một thời điểm (khoảng thời gian từ 2:56 PM đến 2:58 PM ngày 27/06/2023). Cụ thé 2 hình dưới đây cho thấy gói tin nhận được từ 2 trạm vào lúc 2:57 PM ngày
27/06/2023 cùng một loại vệ tinh là GaoFen-7.
À 6aoFen-7 €3 ce 6 = À8esten a : : :
‘Jan 27,2023 258 PM (amonhago) — L9R2@40045 3000mW 774Km 41-12 -118.5 dBm 7508 2914 96H -4857 00Hz 5 Stations
À GaoFen-7 3
Jun 27, 2023 2:57 PM (a month ago)
À 6aoFen-7 3 Me 6
Jun 27,2023 257 PM (month ago) L9RA@40045 3000mW -118.75 dBm < 5116.25H2 8 Stations
À GaoFen-7 s ơ i - es
Jun 27, 2023 2:57 PM (a month ago) LoRa@400.45 3000mW -121.75 dBm 3. 5942 06Hz -7994.34Hz 7 Stations
\ 6aoFen-7 0} 4 : a :
Jun 27, 2023 2:57 PM (a month ago) LoRa@400.45 3000mW -115.25 dBm k 9 Stations
GaoFen-7 Πa ` ` a
Jun 27, 2023 2:56 PM (a month ago) LoRa@400.45 3000mW. 1076Km 25.65 -117dBm -5dB 7137.75Hz -9252.64Hz 8 Stations
Hình 4.7. Gói tin nhận được từ vệ tinh GeoFen-7 sử dụng nên tang tinyGS
epoch latitude 7 longitude 7 packet 7 rssi 7 satellite 7 sor F
+ euscsesccesss.
27-6-2023 14:56 19.36923754 103.9782255 6/UAClEcPof4EGGSUMI.. | -122 GaoFen-7 IIIIIIIIN
27-6-2023 14:57 18.42973999 103.7770394 6/VACIEcTAf4EGGSUXI. I = GaoFen-7
27-6-2023 14:57 17.49003601 103.5773453 6/WACIEcWwf4EGGS5UX. II - GaoFen-7
2023 14:57 15.61005341 103.1820538 6/YAClEceGf4EGGSUXI. II -122 GaoFen-7
2023 14:58 14.66979685 102.9862747 6/zACIEciAtaEeesUxIH... i -113 GaoFen-7 II
Hình 4.8. Gói tin nhận được từ vệ tinh GeoFen-7 sử dung nên tảng riêng
62
@ hittps://tinygs1-default-rtdb.asia-southeast1 firebasedatabase.app
"27-6-2023 14:57
17.49003601 e: 103.5773453
<> <
cket: "6/WACIEcWwf4EGG5UXIHzs70026sjpYmliWWFApRHFUAAErSzuA6WREzQsLssUOdra5B/tn4Qw.JVvkrSzi06XID6QsLs
¡:-117 tellite: "GaoFen-7"
-4
Hình 4.9. Dữ liệu được lưu trữ tại Firebase
Nhóm đã thực hiện khảo sát và so sánh giữa hai nên tảng khác nhau trên
cùng một phân cứng. Điêm khác nhau ở hai nên tảng là:
Bảng 4.6. So sánh diém khác nhau giữa hai nền tảng sử dụng Nền tảng tinyGS Nền tảng được thiết kế riêng
Dự đoán quỹ đạo vệ tính qua server.
Mạch điều khiển sử dụng cơ chế
subcribe dé nhận thông tin từ server.
Dự đoán quỹ dao vệ tinh bằng mô hình SGP4 đã được nhúng xuống mạch điều
khiên.
Cấu hình LoRa thông qua server. Câu hình LoRa dựa trên thời gian dự
đoán của mô hình SGP4 và các thông số LoRa đã biết trước đó.
Có thê giải mã gói tin tại server (không
công khai cách thức giải mã gói tin)
Chỉ lưu gói tin mã hóa. Chưa thê giải mã
gói tin.
Lưu trữ và hiển thị bang website tinyGS. Lưu trữ bằng Firebase và hiền thị dữ liệu
thông qua công cụ Grafana.
Hiện tại các gói tin nhận được từ vệ tinh LoRa được nên tảng tinyGS hỗ trợ
chưa thê giải mã tại hệ thông. Việc giải mã cân sử dụng đên server của nên tảng
tinyGS và cách thức giải mã tai server cũng chưa được công khai. Do đó, nhóm
chưa thể trích xuất thông tin từ nội dung gói tin nhận được.
63
Tiếp nối phần kiểm tra hệ thống, nhóm đã sử dụng phần cứng và nền tảng phần mềm tự thiết kế để lấy dữ liệu từ ngày 16/06/2023 đến hết ngày 30/06/2023. Nhóm sử dụng công cụ Grafana để hiển thị dữ liệu vì giao diện được hỗ trợ thân thiện với người dùng và công cụ này cho phép tự thiết kế dashboard riêng theo mong muốn. Dashboard nhóm thiết kế bao gồm bốn nội dung mong muốn theo dõi.
e_ Tổng số gói tin nhận được
e Vi trí vệ tinh khi trạm nhận được gói tin (world map)
e Ti lệ trung bình chỉ số SNR của các gói tin
e Nội dung chi tiết các gói tin đã nhận bao gồm: thời gian nhận được, kinh độ,
vĩ độ của vệ tinh gửi gói tin, chỉ số RSSI, chỉ số SNR, tên vệ tinh đã gửi gói
tin và nội dung gói tin.
AVERAGE SNR
INFORMATION PAYLOAD
epoch packet satellite
CRE NE ESS g 5 6/UACIEcPQf4EGG5UXI. 122.5 GaoFen-7
CIECTAf4E: x - GaoFen-7
GaoFen-7
-7
GaoFen-7
GaoFen-7
Fen-7
GaoFen-7
Hình 4.11. Nội dung chỉ tiết gói tin hiển thị trên công cụ Grafana
64
Trong hai tuần lấy dữ liệu, hệ thống đã nhận được téng cộng 382 gói tin với tỉ lệ nhiễu trung bình của các gói tin là -8.34 (dB). Về phần world map thể hiện các vị trí
vệ tinh đã gửi gói tin mà hệ thống nhận được. Nhóm đã quy định các vị trí đó bằng các chấm tròn với màu sắc sẽ dựa trên chỉ số cường độ tín hiệu nhận được. Đối với các gói tin nhận được với RSSI lớn hơn -120 (dBm) vi trí vệ tinh sẽ được biểu diễn bang cham tròn màu đỏ. Đối với các gói tin nhận được có RSSI nam trong khoảng
từ -120 đến -125 (dBm) vi trí vệ tinh sẽ được biểu diễn bằng chấm tròn màu vàng. Tương tự, với màu xanh lá sẽ thuộc khoảng RSST từ -125 đến -140 (dBm) va mau xanh dương sé thuộc khoảng RSSI lớn hơn -140 (dBm). Có thé thay những vi trí gần khu vực thành phố Hồ Chí Minh có chỉ số RSSI tốt hơn và nhận được gói tin nhiều hơn. Càng ra xa, chỉ số RSSI càng thấp và có xu hướng ít gói tin được nhận
hơn. Tuy nhiên, khả năng nhận tín hiệu từ vệ tinh còn phụ thuộc vào vi trí, độ lợi
của antenna, công suất và chu kỳ phát gói tin của vệ tính. Dựa trên kết quả đạt được, phần cứng nhóm thiết kế và nền tảng phần mềm đã hoạt động tốt khi so sánh với phan cứng có san sử dụng nền tang tinyGS.
4.3. Kết quả thực nghiệm khả năng theo đõi thông tin quỹ đạo bằng SGP4
Mô hình SGP4 đóng vai trò quan trọng trong việc câu hình module LoRa và điều hướng antenna. Đối với việc cau hình module LoRa, hệ thống sử dụng mô hình SGP4 dé tính toán khoảng thời gian vệ tinh bay qua khu vực đặt hệ thong. Đối với việc điều hướng antenna, hệ thống sử dụng mô hình SGP4 dé tính toán góc phương
vi và góc cao độ của vệ tinh trong thời gian vệ tinh xuất hiện. Do vậy việc kiểm tra thực nghiệm khả năng theo dõi thông tin quỹ đạo vệ tinh bằng mô hình SGP4 là rất
quan trọng.
Ở phần thực nghiệm nay, nhóm đã lắp đặt hệ thong di kém voi hé co hoan chinh. Một monopole antenna được lắp nam ngang trên mặt phang dat antenna của hệ cơ khí và được nối đến mạch điều khiến để thu tín hiệu. Hai động cơ bước được điều khiển bởi hai mach driver TB6600. Mạch điều khiển trung tâm của hệ thống cũng
sẽ được két nôi với hai mạch driver này đê xuât tín hiệu xung PWM cũng như điêu
65
khiển chiều quay của động cơ. Bên cạnh đó, nhăm phục vụ cho việc dé dàng lay dữ
liệu, mạch điêu khiên trung tâm sẽ được kết nôi với một máy tính đê hiên thị dữ liệu
đo đạc. Ngoài ra, hai bộ driver điêu khiên động cơ bước được câp nguôn bởi bôn
pin 18650 (điện áp đầu vào cần lớn hơn 12 V).
Hình 4.12. Thiết lập đo đạc với hệ cơ khí điều hướng antenna Nhóm đã sử dụng giải thuật điều hướng antenna dựa trên kết quả tính toán của mô hình SGP4 dé xuất dữ liệu theo dõi góc phương vị và góc cao độ của vệ tinh trong thời gian bay qua khu vực đặt hệ thống.
66
© comis — Oo x
1690268055
Sat listen: GaoFen-7
1690268058 Az: 35.41, El:
targetAz: 35.41
1690268061 Az: 35.65, El:
1690268064 Az: 35.90, El:
1690268067 Az: 36.15, El:
1690268070 Az: 36.40, El:
1690268073 Az: 36.66, El:
1690268076 Az: 36.92, El:
1690268079 Az: 37.19, El:
1690268082 Az: 37.46, El:
targetAz: 2.05
1690268085 Az: 37.73, El: 1.73
1690268088 Az: 38.01, El: 1.91
= -17
-34 -51 -68 -85 -03 -20 -38
HP PB EP C C CC-55
ˆ
Hình 4.13. Theo dõi kết quả trên màn hình Serial Monitor Nhóm đã kiểm tra kết qua theo dõi góc phương vi (Azimuth — Az) và góc cao độ (Elevation — El) của vệ tinh GaoFen-7. Ngoài ra ứng với từng dòng kết quả, nhóm
sẽ kiểm tra thêm thời gian ở dang epoch (Vi dụ: 1690268058 - ngày 25 tháng 7
năm 2023 13:54:18, vệ tinh GaoFen-7 có giá trị góc phương vi là 35.41 và giá tri
góc cao độ là 0.17). Vì nhóm muốn sử dụng chính giải thuật của nhóm thiết kế dé tích hợp việc đo đạc, do vậy một số dòng có thông tin của biến targetAz được nhóm kiểm tra nhằm theo dõi giá trị đầu ra của giải thuật. Theo ý tưởng giải thuật mà nhóm đã trình bày trước đó, có thê thấy, ở thời điểm ban đầu, hệ thống sẽ sử dụng giá trị targetAz bang 35.41 dé điều khiến động cơ theo góc phương vị. Sau đó một
thời gian, độ chênh lệch của góc phương vi hiện tại và góc phương vi trước đó là
2.05 (đã đạt ngưỡng quyết định quay động co) và giá trị này sẽ làm giá trị đầu vào
dé hệ thông quay động cơ với góc sap xi 2.05 độ.
Sau khi có đủ các đữ liệu trong một lần vệ tinh bay qua, nhóm tiến hành so sánh dữ liệu với kết quả dự đoán của phần mềm Gpredict. Đây là phần mềm giúp người
dùng theo dõi quỹ đạo bay của các vệ tinh theo thời gian thực. Gpredict cũng là một
trong số các phần mềm uy tín về việc theo dõi và dự đoán quỹ đạo vệ tinh. Nhóm đã dùng phần mềm với tinh năng dự đoán quỹ đạo bay của vệ tinh GaoFen-7 khi vệ
tinh này bay qua khu vực trường Dai học Công nghệ Thông tin.
67
Hình 4.14. Quy đạo bay của vệ tinh dựa trên góc phương vi và góc cao độ
Phần mềm Gpredict hỗ trợ người dùng xem thông tin quỹ đạo bay của vệ tinh dựa trên góc phương vị và góc cao độ. Người dùng có thể xem kết quả thông qua biểu
đồ Polar hoặc dạng chữ. Ở biểu đồ Polar phía trên, có thé thấy thời gian bắt đầu bay qua của vệ tinh GaoFen-7 là 13:54 PM. Ngoài ra, biéu đồ này thể hiện thêm một vài
thông tin khác:
e Ký tu ‘N’ (viết tắt của North) biểu diễn góc 0 độ Bắc. Dựa theo góc này có
thể xác định các góc phương vi theo chiều kim đồng hồ (0 — 360 độ theo chiều từ trái sang phải).
e_ Độ lớn của góc cao độ được thể hiển bởi khoảng cách giữa điểm biểu diễn
trên đồ thị với tâm đường tròn. Càng gần tâm đường tròn, góc cao độ càng lớn. VỊ trí tại tâm có giá tri góc cao độ là 90 và vi trí tại các điểm thuộc đường tròn lớn ngoài cùng có giá trị góc cao độ là 0. Tương tự như vậy, đồ thị có thêm hai đường tròn nhỏ phía trong, các điểm thuộc hai đường tròn đó
có giá trị góc cao độ lần lượt từ ngoài vào là 30 và 60.
68