Chương 1: Tổng quan Có thể áp dụng kỹ thuật triệt nhiệt bằng wavelet cho các thiết bị điện tử vô tuyến khác, không chỉ phục vụ cho các hệ thống dẫn đường hàng không. Là công cụ hoặc tài liệu tham khảo cho các công trình khoa học khác. Lê Nhật Bình 7 Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương này trình bày tổng quan về đài dẫn đường đa hướng sóng cực ngắn, phân tích các loại nhiễu tác động vào hệ thống, giới thiệu về kỹ thuật biến đổi wavelet.1 Đài dẫn đường đa hướng sóng cực ngắn 2.1 Giới thiệu Đài dẫn đường đa hướng sóng cực ngắn trên mặt đất phát các tín hiệu chuẩn để thiết bị đồng bộ trên máy bay (máy thu VOR) xác định vị trí của mình so với điểm đặt đài.
1: Hệ thống đài Vor. Tham số vị trí được xác định là bán kính hay phương vị và hướng về đài, không phụ thuộc vào hướng chuyển động thực tế của máy bay. Ưu điểm của hệ thống dẫn đường VOR: • Độ chính xác của thông tin vị trí (phương vị hay hướng về đài) cao. • Cho phép thiết lập mạng đài VOR trên các đường bay cố định.
Nhược điểm của hệ thống dẫn đường VOR: Lê Nhật Bình 8 Chương 2: Cơ sở lý thuyết. • Chịu ảnh hưởng của hiệu ứng đa đường: sai số xác định vị trí tăng khi máy bay nhận được đồng thời tín hiệu trực tiếp từ đài VOR và tín hiệu của đài VOR phản xạ từ địa vật như nhà cửa, núi đồi … • Dễ bị tác động của tín hiệu nhiễu. • Cự ly hoạt động phụ thuộc vào tầm nhìn thấy trực tiếp và công suất phát xạ của đài. • Không thuận tiện cho phi công khi điều khiển máy bay theo đường bay tự do.
• Độ chính xác giảm khi khoảng cách từ máy bay tới điểm đặt đài tăng.2 Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động của trạm VOR dựa theo sự sai pha giữa hai tín hiệu 30Hz được điều chế với sóng mang, tín hiệu thứ nhất là tín hiệu pha chuẩn không thay đổi ở mọi phương vị trong vòng tròn 360 độ ký hiệu là REF và tín hiệu thứ hai có pha thay đổi ký hiệu là VAR, tại hướng bắc từ pha của tín hiệu 30Hz REF trùng với pha của tín hiệu 30Hz VAR. 2: Nguyên lý hoạt động của đài Vor. Lê Nhật Bình 9 Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Tín hiệu pha chuẩn có được nhờ điều biên sóng mang với tín hiệu hình sin 30Hz.
Tín hiệu điều biên này được bức xạ đẳng hướng trong mặt phẳng ngang nhờ anten sóng mang trung tâm. Đồ thị bức xạ là hình tròn và các thông số trong tín hiệu 30Hz REF này thu được trên máy bay có pha không phụ thuộc phương vị của máy bay. 3: Giãn đồ bức xạ tín hiệu pha chuẩn. Tín hiệu pha biến thiên được tạo ra từ sóng mang phụ điều tần 9660Hz đem điều chế biên độ vào sóng mang.
Sự điều biên sóng mang này thường gọi là điều chế không gian vì nó được hình thành bằng cách cộng trong không gian tín hiệu sóng mang bức xạ đẳng hướng và các tín hiệu biên trên và biên dưới được bức xạ riêng rẽ từ vòng tròn của các anten biên tần. Các tín hiệu biên trên và biên dưới chuyển đổi qua mức trung bình, 9660Hz trên và dưới sóng mang tương ứng và khi cộng thêm tín hiệu pha đúng vào sóng mang sẽ tạo ra tín hiệu kết quả được điều biên ở 9660Hz. Sóng mang phụ được điều tần với tín hiệu 30Hz. Các tín hiệu biên tần được phân bổ lần lượt tới và bức xạ từ 48 anten biên tần giống như cách mô phỏng 2 anten đối xứng nhau qua đường kính, quay ngược chiều kim đồng hồ theo đường tròn của vòng anten biên tần với tốc độ 30 vòng/s, với 1 anten bức xạ tín hiệu biên trên và một cái bức xạ tín hiệu biên dưới.
Vì chiều dài hiệu dụng đường quay giữa các nguồn phát biên tần quay và khoảng cách điểm thu biến đổi với tốc độ 30Hz nên tần số quan sát của các tín hiệu biên tần cũng biến đổi ở tốc độ 30Hz (chẳng hạn các biên tần) và vì thế tín hiệu sóng mang phụ được điều tần ở tốc độ 30Hz. Độ dịch dần tỷ lệ với đường kính vòng anten biên tần thể hiện qua bước sóng ở tần số hoạt động. Nếu đặt đường kính tới 44 feet (13,4m) sẽ tạo ra độ di tần đỉnh Lê Nhật Bình 10 Chương 2: Cơ sở lý thuyết. là 480Hz ở tần số 113,85MHz; 454Hz ở 108 MHz và 497Hz ở 118MHz.4 mô tả một phổ cao tần điển hình của trạm VOR ở tần số hoạt động fc.
Tỷ lệ dịch tần tương ứng biến đổi từ 15,13 ở 108 MHz tới 16,57 ở 118 Mhz. 4: Phổ cao tần của đài Vor. Độ dịch tần số được xác định bằng công thức: fd = ω.1) Với: fd tương ứng độ dịch tần (Hz). ω tương ứng vận tốc góc của tín hiệu (30Hz).
λ tương ứng đường kính của vòng tròn trong chiều dài sóng. (có thể hiểu tương đương là : Rd=đường kính/λ =13. π = 3,14 Do đó công thức (2.1) được viết dưới dạng sau fd = ω.2) Tỷ lệ lệch (chỉ số điều tần) được xác định bằng công thức: rd = fd/30 (2.3) Lê Nhật Bình 11 Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Ở máy thu trên máy bay, tín hiệu 30Hz được tách ra từ sóng mang phụ 9960Hz FM.
Pha của tín hiệu 30Hz thứ hai này biến thiên tuyến tính với sự biến đổi của góc phương vị tại điểm thu, cứ góc phương vị biến đổi 10, pha của tín hiệu pha biến thiên cũng thay đổi 10. Năng lượng bức xạ liên tiếp tiếp của các anten biên tần và điều chế biên độ 30Hz của sóng mang có mối quan hệ thời gian với nhau, vì thế các tín hiệu 30Hz pha chuẩn và pha biến thiên có trùng pha là 00 theo hướng từ trường từ trạm VOR. Khi điểm thu chuyển động theo chiều kim đồng hồ vòng quanh trạm, tín hiệu pha thay đổi bắt đầu sớm pha so với tín hiệu pha chuẩn (30Hz AM). Ví dụ quan sát viên ở hướng Tây trạm VOR sẽ thấy tín hiệu 30Hz FM sớm pha hơn tín hiệu 30Hz AM là 2700.
Máy thu trên máy bay xác định sự khác pha giữa hai tín hiệu 30Hz và vì thế nó có liên hệ về độ tới trạm, khí đó xác định được số độ nhờ tín hiệu 30Hz AM chậm pha hơn tín hiệu 30 Hz FM.3 Sơ đồ khối đơn giản hệ thống. Máy phát (chính và dự phòng) gồm một khối tạo tần số, khối khuếch đại công suất cao tần CSB , bộ lọc thông thấp, bộ ghép định hướng, vỉ mạch tạo tín hiệu âm tần, 2 khối tạo tín hiệu biên tần và 2 khối lấy mẫu tín hiệu cao tần. Khối tạo tần số tạo 3 tín hiệu cao tần liên hệ với nhau cung cấp cho trạm DVOR. Tín hiệu cao tần sóng mang trên kênh điều khiển khối khuếch đại công suất cao tần.
Tín hiệu cao tần biên trên và biên dưới điều khiển 2 khối tạo tín hiệu biên tần. Khối khuếch đại công suất cao tần khuếch đại và điều chế tín hiệu cao tần sóng mang tới mức đầu ra hoạt động. Khối này có 3 phiên bản: phiên bản 1 là 030363-001 gồm 5 khối nhỏ, phiên bản 2 là 030363-003 và 3 là 030363-003 gồm 4 khối nhỏ và chỉ khác nhau ở cực nguồn của transistor đầu ra cuối cùng. Khối lọc thông thấp gồm một mạch lọc 4 cực để: triệt hết các hài tạp từ tín hiệu sóng mang cao tần.
Bộ lọc cũng lấy mẫu phần năng lượng cao tần sử dụng như tín hiệu sửa sai sau đó hồi tiếp về khối tạo tần số. Lê Nhật Bình 12 Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Bộ ghép hai hướng gồm 1 mẫu sóng mang tới và phản xạ. Sóng tới và sóng phản xạ được lấy mẫu trực tiếp đưa tới khối giám sát cao tần sử dụng cho mạch tách sóng và mạch xử lý phân tích.
Khối giám sát cao tần có chức năng như một bộ khuếch đại/tách sóng cao tần RF và phân luồng tín hiệu cao tần tách sóng. Khối này cũng bao gồm tải giả cho tín hiệu sóng mang cao tần máy phát dự phòng. ở các thế hệ trước, khối này bao gồm tải giả cho 4 tín hiệu biên tần. Thế hệ hiện nay không có tải giả bên trong khối.
Các tải giả cho 4 tín hiệu biên tần được thay đổi gắn trực tiếp trên các rơle chuyển đổi. Vỉ mạch tạo tín hiệu âm tần tạo và xử lý tất cả các tín hiệu điều chế phát ra từ máy phát DVOR và tạo ra tín hiệu điều khiển mức công suất và các tín hiệu điều khiển pha cần thiết cho hoạt động máy phát và khối chuyển mạch. Nó cũng phụ trách việc giám sát hoạt động của máy phát. Hệ thống VOR sử dụng 2 khối tạo tín hiệu biên tần cho mỗi máy phát.
Mỗi bộ gồm 2 vỉ mạch khuếch đại biên tần và 2 vỉ mạch điều khiển biên tần. Bộ tạo tín hiệu biên tần khuếch đại tín hiệu cao tần biên tần từ bộ tạo tần số tới các mức công suất hoạt động được. Nó cũng đưa ra tín hiệu sai pha và biên độ điều khiển méo trong tín hiệu cao tần biên tần. Lê Nhật Bình 13 Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
CARRIER TRANSMITTER ANTENNA (MAIN/STANDBY) 108 TO SIDEBAND 118 MHz ANTENNAS 1-48 FREQUENCY CARRIER CSB POWER LOW PASS BI-DIRECTIONAL SYNTHESIZER AMPLIFIER FILTER COUPLPER A4/A20 A3/A19 A35/A36 DC1/DC2 30 Hz + REV 1020 Hz + VOICE + FWD DVOR COMMUTATOR DC LSB RF RF MONITOR USB RF A2 COMMUTATOR CCA USB SIN 360 Hz SIN 2A2/2A3 USB COS SIDEBAND AUDIO SIDEBAND SAMPLE GENERATOR GENERATOR LSB SIN ASSY A7/A23 360 Hz COS A5/A6/A21/A22 REV LSB COS A29/A30/A31/A32 ISO1 FWD REV ISO2 FWD REV ISO3 FWD REV FIELD ISO4 FWD MONITOR PIN DIODE DRIVER 2A1 DISPLAY MICROPHONE/VOICE INPUT SYSTEM CONTROL 1A1A1/1A1A2 AND IDENT SYNC INTERFACE TO DME PROCESSOR MONITOR FIELD DETECTOR VIDEO TERMINAL (SCIP) A8/A24 2A6A1/2A6A2 AUDIO OUT 1150-151 Hình 2. 5: Sơ đồ khối đơn giản hệ thống Vor. Lê Nhật Bình 14 Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Khối lấy mẫu biên tần trộn một phần của 2 tín hiệu cao tần USB hoặc 2 tín hiệu LSB để tạo ra tín hiệu hồi tiếp sửa sai hồi tiếp mà nó gửi về khối tạo tần số.
Phần xử lý điều khiển hệ thống RMS đảm nhiệm tất cả yêu cầu điều khiển, liên lạc và thông tin cho hệ thống DVOR. Hai bộ tách sóng trường tách tín hiệu cao tần bức xạ thu được từ anten giám sát trường. Các bộ tách sóng gửi tín hiệu của chúng tới các bộ giám sát VOR để xử lý và phân tích. Ở các thế hệ cũ, khối này đặt trong cabin điện tử.
Hiện nay, nó được đặt trong bộ chuyển mạch.