Công Nghệ Định Hướng, Định Vị và Ứng Dụng Trong Kiểm Soát Tần Số

Luận văn thạc sĩ VNU UET khám phá công nghệ định hướng định vị và ứng dụng trong kiểm soát tần số, mang lại giải pháp hiệu quả cho ngành.

• Tác giả: Nguyễn Khắc Huỳnh
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Minh Tuấn
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ điện tử - Viễn thông
• Đề tài: Các Công Nghệ Định Hướng, Định Vị Và Ứng Dụng Trong Kiểm Soát Tần Số
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: CÁC CÔNG NGHỆ ĐỊNH HƯỚNG NGUỒN PHÁT XẠ
• 1.1. Định hướng sử dụng anten có hướng tính cao
• 1.1.1. Định hướng theo nguyên lý cực đại
• 1.1.2. Định hướng theo nguyên lý cực tiểu
• 1.2. Ứng dụng hiệu ứng Doppler
• 1.3. Nguyên lý Watson-Watt
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỊNH VỊ NGUỒN PHÁT XẠ VÔ TUYẾN VÀ ỨNG DỤNG TRONG KIỂM SOÁT TẦN SỐ
• 2.1. Ứng dụng định hướng nguồn phát vô tuyến điện trong kiểm soát tần số
• 2.2. Kỹ thuật định vị thủ công
• 2.3. Kỹ thuật định vị triangulation
• 2.4. Định vị TDOA
• 3. CHƯƠNG 3: ĐỊNH HƯỚNG ĐỊNH VỊ NGUỒN GÂY NHIỄU TRONG THỰC TẾ
• 3.1. Đánh giá phạm vi ảnh hưởng của nguồn nhiễu công suất thấp
• 3.2. Định hướng, định vị nguồn nhiễu bằng thiết bị so pha tương quan
• 3.3. Định vị TDOA
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Công Nghệ Định Hướng và Định Vị Trong Kiểm Soát Tần Số

Công nghệ định hướng và định vị đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát tần số, đặc biệt trong lĩnh vực viễn thông. Các công nghệ này giúp xác định vị trí và hướng của nguồn phát sóng, từ đó giảm thiểu nhiễu và tối ưu hóa việc sử dụng tần số. Việc áp dụng các công nghệ này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả truyền dẫn mà còn đảm bảo an toàn cho các hệ thống thông tin.

1.1. Định nghĩa và vai trò của công nghệ định hướng

Công nghệ định hướng giúp xác định hướng sóng tới từ nguồn phát. Điều này rất quan trọng trong việc kiểm soát tần số, giúp phát hiện và xử lý các nguồn gây nhiễu.

1.2. Lịch sử phát triển công nghệ định vị

Công nghệ định vị đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ các phương pháp truyền thống đến các công nghệ hiện đại như GPS và IoT. Sự phát triển này đã tạo ra những bước tiến lớn trong việc kiểm soát tần số.

II. Thách thức trong việc kiểm soát tần số hiện nay

Với sự gia tăng của các nguồn phát sóng, việc kiểm soát tần số trở nên khó khăn hơn. Các nguồn gây nhiễu tiềm tàng xuất hiện ngày càng nhiều, từ các máy phát không đúng tần số đến các sản phẩm hài. Điều này đòi hỏi các công nghệ định hướng và định vị phải được cải tiến để đáp ứng nhu cầu thực tế.

2.1. Nguồn gây nhiễu và ảnh hưởng của chúng

Các nguồn gây nhiễu có thể làm giảm chất lượng tín hiệu và gây ra các vấn đề nghiêm trọng trong truyền dẫn thông tin. Việc xác định và xử lý các nguồn này là rất cần thiết.

2.2. Khó khăn trong việc áp dụng công nghệ hiện đại

Mặc dù công nghệ hiện đại như GPS và IoT mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc triển khai chúng trong kiểm soát tần số vẫn gặp nhiều khó khăn do chi phí và yêu cầu kỹ thuật cao.

III. Phương pháp định hướng hiệu quả trong kiểm soát tần số

Có nhiều phương pháp định hướng khác nhau được áp dụng trong kiểm soát tần số. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với từng tình huống cụ thể.

3.1. Phương pháp sử dụng anten có hướng tính cao

Phương pháp này dựa vào đặc tính hướng của anten để xác định hướng sóng tới. Mặc dù đơn giản, nhưng độ chính xác không cao.

3.2. Ứng dụng hiệu ứng Doppler trong định hướng

Hiệu ứng Doppler cho phép xác định hướng tới của nguồn phát xạ thông qua sự thay đổi tần số tín hiệu. Phương pháp này có độ nhạy và chính xác cao.

3.3. Nguyên lý Watson Watt trong định vị

Nguyên lý Watson-Watt sử dụng giá trị lệch pha của sóng tới để tính toán hướng sóng. Đây là phương pháp phổ biến trong các thiết bị thu định hướng.

IV. Ứng dụng thực tiễn của công nghệ định vị trong kiểm soát tần số

Công nghệ định vị không chỉ được áp dụng trong lĩnh vực viễn thông mà còn trong nhiều lĩnh vực khác như giao thông, hàng không và IoT. Việc ứng dụng này giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong kiểm soát tần số.

4.1. Ứng dụng trong giao thông

Công nghệ định vị GPS được sử dụng rộng rãi trong giao thông để theo dõi và quản lý các phương tiện, giúp tối ưu hóa lộ trình và giảm thiểu ùn tắc.

4.2. Ứng dụng trong hàng không

Trong ngành hàng không, công nghệ định vị giúp theo dõi vị trí của máy bay, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong việc điều phối các chuyến bay.

4.3. Ứng dụng trong IoT

Công nghệ định vị trong IoT cho phép kết nối và quản lý các thiết bị thông minh, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động và giảm thiểu chi phí.

V. Kết luận và tương lai của công nghệ định hướng và định vị

Công nghệ định hướng và định vị sẽ tiếp tục phát triển và đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát tần số. Sự cải tiến trong công nghệ sẽ giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong việc sử dụng tần số.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ

Các công nghệ mới như AI và machine learning sẽ được tích hợp vào các hệ thống định hướng, giúp nâng cao khả năng phân tích và xử lý dữ liệu.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu và phát triển

Nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này là rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về kiểm soát tần số và đảm bảo an toàn cho các hệ thống thông tin.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh bùng nổ truyền dẫn vô tuyến, tần số vô tuyến điện trở thành nguồn tài nguyên hữu hạn và ngày càng trở nên chật hẹp. Theo ước tính, với sự gia tăng nhanh chóng của các thiết bị phát sóng, việc xuất hiện các nguồn gây nhiễu tiềm tàng như phát sai tần số, phát xạ ngoài băng tần ngày càng phổ biến, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng các hệ thống thông tin vô tuyến. Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu, giới thiệu các công nghệ định hướng, định vị nguồn phát sóng và ứng dụng các công nghệ này trong kiểm soát tần số nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các công nghệ định hướng và định vị nguồn phát vô tuyến điện trong giai đoạn từ năm 2010 đến 2014, với các thử nghiệm thực tế tại các thành phố như Vinh, Cần Thơ, Kiên Giang và An Giang. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cải thiện độ chính xác định vị nguồn phát, giảm thiểu can nhiễu và nâng cao hiệu quả quản lý phổ tần, góp phần đảm bảo an toàn và chất lượng truyền dẫn vô tuyến trong môi trường ngày càng phức tạp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về công nghệ định hướng và định vị nguồn phát sóng vô tuyến, bao gồm:

• Nguyên lý định hướng sử dụng anten có hướng tính cao: Dựa trên đặc tính hướng của anten thu, xác định hướng sóng tới qua điện áp tín hiệu thu, gồm hai phương pháp cơ bản là định hướng theo nguyên lý cực đại và cực tiểu.

• Hiệu ứng Doppler: Sử dụng sự thay đổi tần số tín hiệu do chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu để xác định hướng sóng tới, trong đó phương pháp giả Doppler dùng mảng anten quay điện tử mô phỏng quá trình quay anten cơ khí.

• Nguyên lý Watson-Watt: Dựa trên giá trị lệch pha của sóng tới trên các anten khác nhau, tính toán góc phương vị của tín hiệu, thường sử dụng anten Adcock với cấu trúc 4 chấn tử.

• Nguyên lý so pha và so pha tương quan: Đo sự dịch pha giữa các tín hiệu thu tại các phần tử anten trong mảng anten để xác định góc phương vị và góc ngẩng, với phương pháp so pha tương quan bổ sung quá trình so sánh pha thực tế với pha lý thuyết.

Các khái niệm chính bao gồm: góc phương vị (Angle of Arrival - AOA), sai khác thời gian tín hiệu tới (Time Difference of Arrival - TDOA), anten định hướng, búp sóng anten, và các thuật toán xử lý tín hiệu số.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm dữ liệu thực nghiệm thu thập tại các địa điểm thực tế như thành phố Vinh, Cần Thơ, Kiên Giang và An Giang, cùng với dữ liệu mô phỏng sử dụng phần mềm chuyên dụng. Cỡ mẫu thử nghiệm gồm 7-8 điểm phát tín hiệu tại mỗi địa điểm, sử dụng các thiết bị bộ đàm công suất nhỏ (khoảng 5-7W) ở các băng tần VHF và UHF.

Phương pháp phân tích chủ yếu là phân tích định hướng và định vị dựa trên các công nghệ định hướng đã nêu, kết hợp xử lý tín hiệu số và thuật toán tương quan chéo trong định vị TDOA. Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2012 đến 2014, bao gồm giai đoạn khảo sát lý thuyết, thiết kế hệ thống, thử nghiệm thực tế và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Độ chính xác định hướng cao với phương pháp so pha tương quan: Thử nghiệm tại thành phố Vinh cho thấy sai số RMS định hướng chỉ khoảng 0.897°, tương tự tại Cần Thơ sai số cũng duy trì dưới 1°, chứng tỏ độ chính xác cao của hệ thống.

2. Phạm vi ảnh hưởng của nguồn gây nhiễu công suất thấp: Mô phỏng cho thấy với công suất phát 7W, vùng có cường độ trường trên 30 dBµV/m đạt khoảng 9-10 km, phù hợp với phạm vi hoạt động của các thiết bị định hướng.

3. Hiệu quả của kỹ thuật định vị TDOA: Phương pháp TDOA cho phép định vị nguồn phát với độ chính xác vài trăm mét, đặc biệt hiệu quả trong môi trường có nhiều tín hiệu phản xạ nhờ khả năng loại bỏ lỗi timing.

4. Ưu nhược điểm của các công nghệ định hướng: Phương pháp Watson-Watt có tốc độ định hướng nhanh, phù hợp với tín hiệu ngắn; Doppler có độ nhạy và chính xác cao nhưng thời gian định hướng lâu hơn; giao thoa và so pha tương quan giảm thiểu ảnh hưởng đa đường, cho độ chính xác cao nhưng cấu trúc phức tạp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của độ chính xác cao trong phương pháp so pha tương quan là do khả năng đo chính xác sự dịch pha giữa các phần tử anten, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng của tín hiệu phản xạ đa đường. So sánh với các nghiên cứu trong ngành, kết quả này phù hợp với các báo cáo về hiệu quả của mảng anten đa phần tử trong định hướng sóng vô tuyến. Việc mô phỏng phạm vi ảnh hưởng nguồn gây nhiễu giúp xác định vùng kiểm soát hiệu quả, từ đó tối ưu hóa vị trí đặt trạm định hướng. Kỹ thuật TDOA được đánh giá cao về khả năng xử lý tín hiệu đồng bộ nhờ sử dụng đồng hồ nguyên tử hoặc GPS, giúp nâng cao độ chính xác định vị trong thực tế. Các kết quả có thể được trình bày qua biểu đồ sai số định hướng theo từng điểm thử nghiệm và bản đồ phạm vi ảnh hưởng tín hiệu, giúp trực quan hóa hiệu quả của các công nghệ.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống định hướng đa công nghệ: Kết hợp các phương pháp Watson-Watt, Doppler và so pha tương quan để tận dụng ưu điểm từng công nghệ, nâng cao độ chính xác và tốc độ định hướng, áp dụng trong vòng 1-2 năm tại các trung tâm kiểm soát tần số.

2. Mở rộng mạng lưới trạm định vị TDOA: Tăng số lượng máy thu và cảm biến, đặc biệt tại các vùng có mật độ phát sóng cao, nhằm giảm sai số định vị và mở rộng phạm vi kiểm soát trong 3 năm tới, do các cơ quan quản lý tần số thực hiện.

3. Đào tạo kỹ thuật viên sử dụng thiết bị định vị thủ công: Nâng cao kỹ năng vận hành thiết bị định vị cầm tay cho lực lượng trinh sát kỹ thuật, giúp tăng hiệu quả tìm kiếm nguồn phát trong khu vực dân cư phức tạp, triển khai liên tục hàng năm.

4. Phát triển phần mềm xử lý tín hiệu và phân tích dữ liệu: Tối ưu thuật toán tương quan chéo và xử lý tín hiệu số, tích hợp trí tuệ nhân tạo để tự động nhận dạng và cảnh báo nguồn gây nhiễu, hoàn thiện trong vòng 2 năm, do các đơn vị nghiên cứu công nghệ thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cơ quan quản lý tần số vô tuyến điện: Hỗ trợ trong việc xây dựng và vận hành hệ thống kiểm soát tần số, nâng cao hiệu quả quản lý phổ tần, giảm thiểu can nhiễu.

2. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư viễn thông: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về công nghệ định hướng và định vị, phục vụ phát triển thiết bị và hệ thống mới.

3. Lực lượng trinh sát kỹ thuật và kiểm soát tần số: Áp dụng các kỹ thuật định vị thủ công và tự động để phát hiện và xử lý nguồn gây nhiễu trong thực tế.

4. Doanh nghiệp sản xuất thiết bị vô tuyến: Tham khảo để thiết kế, cải tiến các thiết bị định hướng, định vị phù hợp với yêu cầu thị trường và tiêu chuẩn kỹ thuật hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp định hướng nào phù hợp nhất cho tín hiệu có thời gian tồn tại ngắn?
   Phương pháp Watson-Watt được đánh giá cao nhờ tốc độ định hướng nhanh, phù hợp với tín hiệu nhảy tần hoặc tín hiệu xung ngắn, giúp phát hiện kịp thời nguồn phát.

2. Độ chính xác định vị của công nghệ TDOA là bao nhiêu?
   Trong thực tế, độ chính xác định vị TDOA đạt khoảng vài trăm mét, tùy thuộc vào số lượng và vị trí các máy thu trong mạng cảm biến.

3. Làm thế nào để giảm ảnh hưởng của tín hiệu phản xạ đa đường trong định hướng?
   Sử dụng các phương pháp giao thoa tương quan và so pha giúp giảm thiểu ảnh hưởng đa đường nhờ đo chính xác sự dịch pha giữa các phần tử anten, đồng thời áp dụng thuật toán xử lý tín hiệu số.

4. Có thể sử dụng thiết bị định vị thủ công trong khu vực đô thị phức tạp không?
   Có, thiết bị định vị thủ công với anten có hướng tính cao rất hữu ích trong khu vực dân cư đông đúc, giúp tiếp cận nguồn phát ở cự ly gần mà các thiết bị định hướng từ xa khó xác định chính xác.

5. Phạm vi kiểm soát của một trạm định hướng trung bình là bao nhiêu?
   Phạm vi bao phủ trung bình của một trạm định hướng khoảng 30 km, tuy nhiên độ chính xác và hiệu quả giảm khi địa hình phức tạp hoặc nguồn phát có công suất thấp.

Kết luận

• Luận văn đã nghiên cứu và đánh giá các công nghệ định hướng và định vị nguồn phát sóng vô tuyến, bao gồm các phương pháp anten có hướng, Doppler, Watson-Watt, so pha và TDOA.
• Thử nghiệm thực tế tại nhiều địa điểm cho thấy độ chính xác định hướng đạt dưới 1° RMS, phạm vi kiểm soát hiệu quả khoảng 9-10 km với nguồn phát công suất thấp.
• Kỹ thuật TDOA được ứng dụng thành công trong định vị nguồn phát với độ chính xác vài trăm mét, phù hợp với môi trường có nhiều tín hiệu phản xạ.
• Đề xuất triển khai hệ thống đa công nghệ, mở rộng mạng lưới trạm định vị và phát triển phần mềm xử lý tín hiệu nhằm nâng cao hiệu quả kiểm soát tần số.
• Các bước tiếp theo bao gồm hoàn thiện thiết bị, đào tạo nhân lực và thử nghiệm mở rộng, kêu gọi các cơ quan quản lý và doanh nghiệp phối hợp thực hiện để nâng cao chất lượng quản lý phổ tần.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự bùng nổ của truyền dẫn vô tuyến, tần số vô tuyến điện trở thành một nguồn tài nguyên hữu hạn vô cùng quý giá, và ngày càng trở nên chật hẹp, vì vậy cần được sử dụng một cách hiệu quả. Với việc ngày càng có nhiều nguồn phát vô tuyến dẫn tới việc xuất hiện ngày càng nhiều các nguồn gây nhiễu tiềm tàng (máy phát có thể phát không đúng tần số được cấp phép, phát ra các sản phẩm hài, phát xạ ngoài băng… gây can nhiễu tới các hệ thống thông tin vô tuyến khác). Bên cạnh đó, với sự phát triển của truyền dẫn thông tin số, việc giải điều chế các tín hiệu vô tuyến để từ nội dung đó, truy tìm ra nguồn nhiễu sẽ không khả thi, do vậy cần định hướng, định vị được nguồn phát. Từ những yêu cầu thực tế trên, luận văn “Các công nghệ định hướng, định vị và ứng dụng trong kiểm soát tần số” được thực hiện với mục đích nghiên cứu, giới thiệu các công nghệ, kỹ thuật định hướng, định vị hiện có và việc ứng dụng các công nghệ trên vào công tác kiểm soát tần số.

8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CHƢƠNG I: CÁC CÔNG NGHỆ ĐỊNH HƢỚNG NGUỒN PHÁT XẠ 1.1 Định hƣớng sử dụng anten có hƣớng tính cao Đây là một kỹ thuật định hướng đơn giản, dựa vào đặc tính hướng của anten thu. Hệ thống định hướng chỉ gồm anten có hướng tính cao và 1 máy thu. Việc xác định hướng sóng tới dựa trên nguyên lý: điện áp tín hiệu thu là một hàm của góc quay anten. Đặc điểm của phương pháp này là cấu trúc hệ thống đơn giản nhưng độ chính xác không cao, thời gian định hướng lớn.

Phương pháp này được sử dụng theo hai nguyên lý cơ bản sau: 1.1 Định hướng theo nguyên lý cực đại.1: Thiết bị định hướng theo nguyên lý cực đại Sử dụng loại anten có tính hướng tính cao (độ rộng búp sóng cỡ vài độ), khi quay anten, hướng có cường độ tín hiệu cực đại chính là hướng đài phát đang hoạt động. Sai số định hướng lúc này có giá trị bằng một nửa độ rộng búp sóng của anten. Trong giải tần sóng ngắn và sóng cực ngắn, việc chế tạo được anten có búp sóng cỡ vài độ là cực kỳ khó khăn, vì vậy phương pháp này chỉ dùng ở giải tần cỡ vài GHz trở lên.2 Định hướng theo nguyên lý cực tiểu. Ngược lại với máy thu định hướng theo nguyên lý cực đại, phương pháp này sử dụng các loại anten có giản đồ hướng vùng cực tiểu của chúng là khá hẹp, lúc này hướng 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] của đài phát đang làm việc chính là hướng mà tại đó cường độ tín hiệu thu được là nhỏ nhất.

Để tạo ra dạng giản đồ hướng cực tiểu hẹp thường sử dụng biện pháp bù trừ giản đồ hướng của hai hoặc vài loại anten khác nhau. Ví dụ, máy thu định hướng xách tay AN/PRC-10 của Mỹ sử dụng 2 anten. Một anten khung có giản đồ hướng hình số 8 và một anten cần có giản đồ hướng tròn, khi cộng hai giản đồ hướng này với nhau, ta sẽ nhận được một giản đồ hướng mong muốn dạng Cácđiôit Giản đồ hướng anten khung Giản đồ hướng Giản đồ hướng tổng cộng anten cần hình cácđiôit Hình 1.2: Tạo giản đồ hướng cực tiểu từ việc cộng giản đồ hướng của 2 anten Phương pháp định hướng theo nguyên lý cực tiểu có ưu điểm là chỉ cần một máy thu với anten có kết cấu gọn nhẹ, dễ triển khai, thuận tiện cho việc cơ động, trinh sát luồn lách vào gần khu vực đối phương. Tuy nhiên do đo tại vùng cực tiểu của giản đồ hướng anten nên độ nhạy chung của hệ thống giảm đáng kể và làm giảm cự ly làm việc của máy thu định hướng.

Do vậy, máy thu định hướng cực tiểu thường là máy thu định hướng cự ly gần, trang bị cho lực lượng trinh sát kỹ thuật luồn sâu đến sát khu vực của đối phương để thực hiện định hướng kiểm chứng số liệu về hướng do các đài trinh sát tầm xa hơn đã xác định.2 Ứng dụng hiệu ứng Doppler. Đây là một phương pháp được áp dụng khá phổ biến trong các máy thu định hướng dải sóng cực ngắn. Phương pháp này sử dụng hiệu ứng Doppler để xác định hướng đến của nguồn phát xạ. Hiệu ứng Doppler là hiệu ứng thay đổi tần số của tín hiệu thu khi có sự chuyển động tương đổi giữa máy phát và máy thu.

Khi chuyển động này là theo hướng tiến lại gần nhau thì tần số tín hiệu thu sẽ tăng lên một lượng F gọi là tần số Doppler. Ngược lại, tần số thu sẽ giảm xuống. Tần số Doppler sẽ đạt giá trị lớn nhất (về giá trị tuyệt đối ) nếu hướng chuyển động là trùng với hướng sóng tới. Khi này, ta có: v F max  (1.1) c Với : v là vận tốc chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu.10 8 m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không.

Khi sự chuyển động là không trùng với hướng sóng tới thì F giảm xuống. Khi này ta có: 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2) c Với:  là góc tạo bởi hướng chuyển động và hướng sóng tới. Máy phát Máy thu Máy phát Máy thu  Hướng chuyển động tương đối giữa máy thu Hướng chuyển động tương đối giữa máy thu và và máy phát trùng với hướng lan truyền sóng máy phát tạo với hướng lan truyền sóng một góc  Hình 1.3: Hiệu ứng Doppler. Như vậy việc đo giá trị F sẽ cho phép ta xác định giá trị góc  , tức là giá trị hướng c  tới của máy phát   arccos  F  v  Dựa theo hiệu ứng Doppler đã phân tích ở trên, do việc quay bằng biện pháp cơ khí một anten với một vận tốc lớn là rất khó khăn nên người ta xây dựng bằng phương pháp giả Doppler: sử dụng hệ anten gồm nhiều chấn tử (8-16 chấn tử, thậm chí lớn hơn) sắp xếp trên một vòng tròn có bán kính R.

Các chấn tử này sẽ được lần lượt nối vào máy thu thông qua một bộ chuyển mạch điện tử có tần số quét là . Điều này sẽ mô phỏng được quá trình quay một anten bằng cơ khí. Như vậy, ta sẽ có: c   c    arccos  F    F  (1.3) v   R  Rõ ràng rằng, phương pháp định hướng sử dụng nguyên lý Doppler càng chính xác nếu F càng lớn, tức là bán kính vòng tròn anten R và vận tốc quét anten càng lớn. Ta xem xét qua mô tả dưới hình vẽ cụ thể dưới đây: Hướng Bắc Bán kỳ có dịch Hướng tần Doppler âm sóng tới 1 A F 8 2 Tín hiệu sine Doppler Fmax 7 B A t q 3 1 2 3 4 5 6 7 8 1 -Fmax 6 4 q B 5 Bán kỳ có dịch tần Doppler dương Hình 1.4: Mô tả qua trình quét anten và dạng sóng sin Doppler thu được Tín hiệu sin Doppler sẽ cắt “0” tại hai điểm : điểm A (điểm anten gần nguồn phát nhất) và điểm B (điểm xa nhất).

Như vậy, ta chỉ việc xác định được vị trí điểm A so với điểm chuẩn (hướng Bắc) là xác định được góc phương vị q. 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Từ đây, ta có thể mô tả sơ đồ khối đơn giản của máy thu định hướng sử dụng nguyên lý giả Doppler như sau: RF in Audio out Hệ thống anten và Tách tín hiệu dịch tần Đo và chỉ thị góc Máy thu FM chuyển mạch điện tử Doppler phương vị q Tạo các tín hiệu điều khiển Hình 1.5: Sơ đồ khối đơn giản máy thu định hướng sử dụng nguyên lý Doppler Ta thấy rằng, cấu trúc của máy thu định hướng sử dụng nguyên lý Doppler là khá đơn giản. Máy thu FM được sử dụng trong hệ thống không cần là máy thu chuyên dụng, có thể lựa chọn loại máy bất kỳ, điều này cho phép thiết kế, chế tạo thiết bị thu định hướng trên cơ sở sử dụng các máy thu vô tuyến điện đã có sẵn. Khó khăn nhất đối với việc thiết kế, chế tạo máy thu định hướng sử dụng nguyên lý Doppler cơ bản hiện nay chỉ còn gặp phải ở hệ thống anten và chuyển mạch điện tử.

Đó là: Việc chế tạo đồng nhất các chấn tử anten về các tham số hình học và các tham số điện. Sự cảm ứng tương hỗ vào chấn tử anten đang hoạt động từ các chấn tử khác còn lại (đang ở trạng thái hở mạch) gây sai số định hướng. Việc chuyển mạch anten gây ra các đột biến về cảm ứng điện từ, làm giảm độ nhạy của máy thu. Hiện nay, các vấn đề này đã được giải quyết tương đối thoả đáng bằng nhiều biện pháp, đảm bảo đáp ứng được các yêu cầu về độ nhạy cũng như độ chính xác định hướng.

Tóm lại, ưu điểm của phương pháp định hướng sử dụng nguyên lý Doppler: Có độ nhạy, độ chính xác cao. Cấu trúc đơn giản, phù hợp với điều kiện công nghệ ở nước ta. Hạn chế được ảnh hưởng của tín hiệu phản xạ đa đường do hiệu ứng “capture”: tín hiệu lớn sẽ nén tín hiệu nhỏ ở trong máy thu FM sử dụng trong hệ thống. Nhược điểm: Do phải mất thời gian quét anten nên thời gian định hướng lớn, gặp khó khăn khi tín hiệu có thời gian tồn tại ngắn (như tín hiệu nhảy tần).

Không đo được góc ngẩng . Hệ thống anten có cấu trúc phức tạp.3 Nguyên lý Watson-Watt. Đây là phương pháp được sử dụng khá rộng rãi trong các thiết bị thu định hướng Vô tuyến điện ở dải sóng ngắn và sóng cực ngắn. Nguyên lý Watson-Watt sử dụng giá trị lệch pha của sóng tới từ nguồn phát xạ trên các anten khác nhau, trên cơ sở đó tính toán ra giá trị hướng sóng tới.

Về mặt nguyên lý, tín hiệu thu được từ đầu ra của anten có giản đồ hướng tính dạng sin/cosin (anten vòng chéo, anten feritte, anten adcock) sẽ được lọc, khuyếch đại và đưa tới 2 bản lệch X và Y của 1 ống cathode 1 tín hiệu blanking thu từ 1 anten vô hướng (như trên hình vẽ) có pha liên hệ biết trước cũng được đưa vào máy định 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Màn hình máy định hướng sẽ hiển thị một hình lissajuos có độ nghiêng tương ứng với góc tới của tín hiệu. Giá trị của góc phương vị được tính theo công thức: α = artan (Vx / Vy) Hình 1.6: Máy định hướng Watson-Watt với anten vòng chéo. Trong trường hợp lý tưởng hình lissajous sẽ là 1 đường th ng.