nghiên cứu, cải thiện chất lượng thông tin và mô phỏng hệ thống đài dẫn đường đa hướng sóng cực ngắn

TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài này thực hiện việc nghiên cứu đài dẫn đường đa hướng sóng cực ngắn, mô phỏng lại nguyên lý các tín hiệu của hệ thống đài phát dẫn đường đa hướng sóng cực ngắn bằn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

LÊ NHẬT BÌNH

NGHIÊN CỨU, CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG THÔNG TIN

VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐÀI DẪN ĐƯỜNG

ĐA HƯỚNG SÓNG CỰC NGẮN

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203

S K C0 0 4 5 0 3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

LÝ LỊCH KHOA HỌC

(Dùng cho nghiên cứu sinh & học viên cao học)

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Họ và tên: Lê Nhật Bình Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 19/10/1990 Nơi sinh: Gia Lai

Quê quán: Gia Lai Dân tộc: Kinh

Chức vụ, đơn vị công tác trước khi học tập, nghiên cứu: Học viện Hàng không Việt Nam

Địa chỉ liên lạc: T07 Chung cư Hoàng Long – Thị xã Dĩ An – Tỉnh Bình Dương Điện thoại cơ quan: Di động: 0937834777

Fax: Email: binhln@vaa.edu.vn

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1 Đại học:

Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 2008 đến 2012

Nơi học: Học viện Hàng không Việt Nam

Ngành học: Công nghệ Kỹ thuật Điện tử Viễn thông Hàng không

Tên môn thi tốt nghiệp: Truyền thông đa phương tiện

Ngày và nơi thi tốt nghiệp: năm 2012 tại Học viện Hàng không Việt Nam

Người hướng dẫn:TS Nguyễn Thanh Dũng

3 Trình độ ngoại ngữ: Anh văn trình độ B, B1, C Toeic 735

Hình 3x4

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu ra trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng04 năm 2015

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Lê Nhật Bình

LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến TS Nguyễn Thanh Dũng đã tận tình

hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Xin chân thành gừi lời cảm ơn đến Cô PGS.TS Trần Thu Hà và Thầy TS Lê

Mỹ Hà đã chấm phản biện luận văn và đã hướng dẫn tôi hoàn thành báo cáo luận

văn để đạt được kết quả tốt nhất

Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến toàn thể Quí Thầy Cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh đã giảng dạy, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện, môi trường học tập tốt cho tôi

Cảm ơn quý thầy cô, các anh chị phòng Đào tạo Sau đại học trường Đại học

Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã giúp đỡ, giải đáp các vướng mắc về các thủ tục hành chính cho tôi trong thời gian học vừa qua

Chân thành cảm ơn Học viện Hàng không Việt Nam đã tạo điều kiện để tôi tham gia và hoàn thành học khóa học này

Xin cảm ơn các anh chị học viên lớp KĐT13A ngành Kỹ thuật điện tử đã chia

sẽ, hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập

Xin kính chúc sức khỏe Quí Thầy Cô, Anh Chị và chân thành cảm ơn

Học viên

Lê Nhật Bình

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Đề tài này thực hiện việc nghiên cứu đài dẫn đường đa hướng sóng cực ngắn,

mô phỏng lại nguyên lý các tín hiệu của hệ thống đài phát dẫn đường đa hướng sóng cực ngắn bằng phần mềm matlab, sau đó tạo nhiễu ở tín hiệu thu được để phù hợp với thực tế do can nhiễu của môi trường truyền tác động, do nhiễu tại máy phát… Từ đó dùng thuật toán biến đổi wavelet để triệt nhiễu tín hiệu thu được có can nhiễu để có thể xác định chính xác thông tin từ máy phát hệ thống dẫn đường đa hướng sóng cực ngắn

Công việc triệt nhiễu dùng thuật toán biến đổi wavelet bằng cách dùng các hàm wavelet và mức ngưỡng ở các mức phân tách khác nhau trong wavelet packet

để triệt nhiễu tín hiệu thu được bằng phần mềm matlab, sử dụng file m để viết và dạng Gui để thể hiện kết quả công việc thực hiện

MỤC LỤC

LÝ LỊCH KHOA HỌC ii

LỜI CAM ĐOAN iv

LỜI CẢM ƠN v

TÓM TẮT LUẬN VĂN vi

MỤC LỤC vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH ix

DANH MỤC CÁC BẢNG x

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xi

Chương 1 1

TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 1

1.1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 1

1.1.2 Một số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 3

1.1.3 Mục đích của đề tài nghiên cứu 5

1.1.4 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài 6

1.1.5 Phương pháp nghiên cứu 6

1.1.6 Khả năng ứng dụng 6

Chương 2 8

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

2.1 Đài dẫn đường đa hướng sóng cực ngắn 8

2.1.1 Giới thiệu 8

2.1.2 Nguyên lý hoạt động 9

2.1.3 Sơ đồ khối đơn giản hệ thống 12

2.2 Các loại nhiễu tác động vào tín hiệu thông tin 21

2.2.1 Mô hình nhiễu và một số khái niệm 21

2.2.2 Đặc tính tần số của nhiễu 22

2.2.3 Nhiễu Trắng 23

2.3 Biến đổi wavelet 25

2.3.1 Biểu diễn thời gian – tần số của tín hiệu 26

2.3.2 Nguyên lý bất định 26

2.3.3 Các Atom và tần số 27

2.3.4 Phép biến đổi Fourier cửa sổ 28

2.3.5 Mặt phẳng thời gian tần số và hộp Heisenberg 28

2.3.6 Biến đổi wavelet liên tục 29

2.3.7 Biến đổi wavelet rời rạc 30

2.3.8 Biến đổi wavelet Packet 31

2.3.9 Quan điểm nghiên cứu 33

Chương 3 35

TRIỆT NHIỄU BẰNG WAVELET 35

3.1 Lựa chọn Wavelet 35

3.2 Mô hình xử lý nhiễu 36

3.3 Khử nhiễu bằng phương pháp đặt ngưỡng cứng và mềm 38

Chương 4 40

MÔ PHỎNG 40

4.1 Hệ thống đài dẫn đường vô hướng VOR 40

4.1.1 Tín hiệu pha chuẩn trong đài VOR 40

4.1.2 Tín hiệu pha biến thiên trong đài VOR 40

4.1.3 Tín hiệu tổng hợp khi thu được 42

4.2 Quá trình xử lý nhiễu 43

Chương 5 52

KẾT LUẬN 52

5.1 Kết luận 52

5.2 Hướng phát triển đề tài 53

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2 1: Hệ thống đài Vor 8

Hình 2 2: Nguyên lý hoạt động của đài Vor 9

Hình 2 3: Giãn đồ bức xạ tín hiệu pha chuẩn 10

Hình 2 4: Phổ cao tần của đài Vor 11

Hình 2 5: Sơ đồ khối đơn giản hệ thống Vor 14

Hình 2 6: Mật đổ phổ công suất nhiễu trắng 23

Hình 2 7: Môi trường truyền dẫn với sự có mặt của nhiễu trắng 23

Hình 2 8: Hàm phân bố Gauss 24

Hình 2 9: Mật độ công suất nhiễu 24

Hình 2 10: Đặc tính thời gian tần số của WFT 29

Hình 2 11: Biến đổi wavelet mở rộng thành cây wavelet packet 31

Hình 2 12: Cây wavelet packet theo các không gian 32

Hình 3 1: Mô hình khử nhiễu bằng dãy lọc hai kênh 37

Hình 3 2: Ngưỡng cứng và ngưỡng mềm 37

Hình 4 1: Tín hiệu 30Hz Pha chuẩn 40

Hình 4 2: Dùng cánh tay đòn mang anten quay ngược chiều kim đồng hồ 40

Hình 4 3: Tín hiệu 30Hz Pha biến thiên ở góc pha 2060 41

Hình 4 4: Tín hiệu thu được từ đài VOR nếu không có can nhiễu 43

Hình 4 5: Tín hiệu thu được từ đài VOR nếu có nhiễu 43

Hình 4 6: Giao diện chương trình mô phỏng 45

Hình 4 7: Tách sóng pha chuẩn không sử dụng wavelet 46

Hình 4 8: Tách sóng Pha chuẩn dùng biến đổi Wavelet 46

Hình 4 9: Tách sóng Pha biến thiên không sử dụng wavelet 49

Hình 4 10: Tách sóng Pha biến thiên dùng biến đổi Wavelet 49

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4 1: Tỷ số tín hiệu trên nhiễu pha chuẩn sau khi triệt nhiễu ( Hàm Haar,

Coif5, Db10) Error! Bookmark not defined

Bảng 4 2: Tỷ số tín hiệu trên nhiễu pha chuẩn sau khi triệt nhiễu ( Hàm: Sym7

Bior3.1, Rmey) Error! Bookmark not defined

Bảng 4 3: Tỷ số tín hiệu trên nhiễu pha biến thiên sau khi triệt nhiễu ( Hàm Haar,

Coif5, Db10) Error! Bookmark not defined

Bảng 4 4: Tỷ số tín hiệu trên nhiễu pha biến thiên sau khi triệt nhiễu ( Hàm: Sym7

Bior3.1, Rmey) Error! Bookmark not defined

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Tên nước ngoài Tên Việt Nam

CNS Communication, Navigation, Dịch vụ thông tin,

Surveillance dẫn đường,giám sát AMS Aeronautical Mobile Services Thông tin lưu động

hàng không AFS Aeronautical Fix Services Thông tin cố

định hàng không VHF Very High Frequency Sóng cao tần

NDB Non-Directional Beacon Đài dẫn đường vô

hướng VOR VHF Omni-directional Range Đài dẫn đường đa

hướng sóng cực ngắn DME Distance Measuring Equipment Thiết bị đo khoảng

cách GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn

cầu PSWF Prolate Spheroidal Wave FunctionHàm nén wavelet

thống kê trong miền cảm quan FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier

nhanh WFT Windowed Fourier Transform Phép biến đổi Fourier

cửa sổ

Chương 1: Tổng quan

Chương 1

TỔNG QUAN

Chương này sẽ trình bày tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, mục đích, nhiệm

vụ và giới hạn của đề tài

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước

1.1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu

Việc đảm bảo an toàn cho ngành vận tải hàng không trên thế giới đang được quan tâm rất nhiều trong bối cảnh hiện nay khi mà ngành hàng không đóng một vai trò không thể thiếu trong sự phát triển đi lên về kinh tế, chính trị và xã hội của mỗi quốc gia Bên cạnh đó là sự bùng nổ về khoa học kỹ thuật trong những thập niên gần đây đã phát triển một cách nhanh chóng, thay đổi toàn bộ hệ thống, cơ sở vật chất cũ, mở ra một kỷ nguyên mới – kỷ nguyên khoa học kỹ thuật Để đảm bảo cho một chuyến bay được an toàn, có rất nhiều hệ thống máy móc với những vai trò cụ thể và chức năng cụ thể để có thể đảm bảo cho sự an toàn Cụ thể nhất, hệ thống thông tin – dẫn đường – giám sát là một trong các kỹ thuật mà từ đó các hệ thống này có thể cung cấp cho các chuyến bay đi hoặc đến các sân bay, hoặc các chuyến bay quá cảnh qua vùng thông báo bay của khu vực hoặc nước đó Hệ thống thông tin – dẫn đường – giám sát đóng vai trò quan trọng vì đây chính là phương tiện để liên lạc giữa người lái và kiểm soát viên không lưu Và cũng có thể nói rằng hệ thống quản lý không lưu không thể tồn tại nếu không có hệ thống trang thiết bị kỹ thuật thông tin – dẫn đường – giám sát

Hệ thống dẫn đường vô tuyến sóng cực ngắn là một hệ thống phát sóng điện

từ, giúp máy bay có thể bay đúng đường bay và đến đúng đích đã định, không vi phạm các quy tắc không lưu hay uy hiếp an toàn cho người và tài sản trên máy bay cũng như trên mặt đất Do đó, việc xử lý tín hiệu nói riêng thì tín hiệu của hệ thống dẫn đường vô tuyến sóng cực ngắn đang nhận được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu nhằm cải thiện tốt hơn nữa đặc tính của hệ thống dẫn đường vô tuyến sóng cực ngắn Trong đó, nhiều công cụ xử lý tín hiệu mới đã ra đời và cho thấy

Chương 1: Tổng quan

những tác dụng nhất định trong việc xử lý tín hiệu, mà nổi bật là phương pháp biến đổi wavelet được sự quan tâm nhiều nhà nghiên cứu Biến đổi wavelet có thể áp dụng được cho nhiều loại tín hiệu, đặc biệt là các tín hiệu liên tục, không tuần hoàn Nhiều ứng dụng biến đổi wavelet đã có kết quả tốt và hơn hẵn các biến đổi khác như: phân tích phổ, nén tín hiệu, khử nhiễu,…

Một số nghiên cứu dựa vào các đặc tính thông kê của các biến ngẫu nhiên, xét tín hiệu và nhiễu như các quá trình ngẫu nhiên qua các đặc tính thông kê Phương pháp khử nhiễu phi tuyến trên các cơ sở các wavelet cũng đã được nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều, nhất là khi xử lý các tín hiệu nhỏ trong các môi trường nhiễu phức tạp Nhiều nghiên cứu đã sử dụng và xây dựng nên các quy luật tín hiệu

và nhiễu mang tính tổng quát và đặc thù sau đó áp dụng giải thuật ngưỡng để hạn chế các thành phần nhiễu Ngoài ra còn có những hướng nghiên cứu khác nhau như khử nhiễu wavelet sử dụng cây Markov ẩn, mô hình hóa sự phụ thuộc các hệ số wavelet liền kề bằng cây Markov ẩn và sai đố trung bình bình phương cực tiểu cho ước lượng nén nhiễu Các phương pháp ngưỡng còn lại hội tụ về mô hình thống kê của các hệ số wavelet đối với một lớp tín hiệu nào đó để chọn giá trị ngưỡng [10]

Phần lớn các công trình nghiên cứu lý thuyết cũng như thực nghiệm và các ứng dụng thực tế đều tập trung khai thác và phát triển các phương pháp ngưỡng wavelet Donoho và Johnstone đã chứng minh một số lý thuyết quan trọng về phương pháp ngưỡng wavelet trong và chứng tỏ được rằng: phương pháp ngưỡng wavelet tối ưu trong việc giảm thiểu lỗi, tốc độ xử lý nhanh Do đó luận văn xét đến việc dùng ngưỡng ở các mức phân tách khác nhau để khử nhiễu tín hiệu

Nhìn chung các đề tài nghiên cứu khử nhiễu bằng phương pháp dùng ngưỡng

ở các mức phân tách khác nhau đã có những thay đổi xung quanh giá trị ngưỡng hoặc hàm ngưỡng theo các quan điểm khác nhau, bổ sung cho những lý thuyết khử nhiễu mới hoặc cho những ứng dụng thực tế cụ thể Trong một số trường hợp ứng dụng cụ thể, tham số phương sai được chọn theo giá trị thực nghiệm, chưa có được phương pháp tính tổng quát Giá trị ngưỡng đã mềm dẻo hơn bằng cách phân khối hoặc theo mức phân giải, nhưng vẫn chưa sát với các đặc tính của nhiễu

Chương 1: Tổng quan

Cùng trong khuynh hướng đó và nhằm đánh dấu sự hoàn thành một quá trình lao động học tập, nên đề tài “Nghiên cứu, cải thiện chất lượng thông tin và mô phỏng hệ thống đài dẫn đường đa hướng sóng cực ngắn” đã được lựa chọn

Đề tài được lựa chọn nhằm giải quyết một số vấn đề của hệ thống dẫn đường

đa hướng sóng cực ngắn, loại hệ thống được sử dụng nhiều và phổ biến nhất trong lĩnh vực hàng không

Để mô phỏng hệ thống và phương pháp triệt nhiễu, học viên sử dụng phần mềm Matlab của hãng Mathwork, Inc, phần mềm này có rất nhiều thuận lợi riêng biệt Matlab cho phép sử dụng ngôn ngữ cấp cao như là C, C++ Matlab có hàng trăm hàm xây dựng sẵn và có thể sửdụng trong nhiều lĩnh vực: toán học, xác suất thống kê, việc xử lý và thu nhận ảnh,việc xử lý tín hiệu, sự mô phỏng,…

1.1.2 Một số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước

D.L Donoho và I.M Johnstone đã sử dụng biến đổi wavelet rời rạc để biến đổi các tín hiệu có nhiễu, ước lượng tín hiệu có ích trên nền nhiễu trắng Gauss theo luật ngưỡng đều gọi là Visushink Ưu điểm của phương pháp này là không phụ thuộc vào việc chọn wavelet hoặc mức phân giải trong cây wavelet mà chỉ phụ thuộc vào kích thước mẫu dữ liệu đã cho Nhược điểm của phương pháp này là các

hệ số biến đổi không phải là các đượng lượng dịch vòng nên khi dịch vòng chuẩn thời gian bằng một lượng nào đó sẽ không dịch vòng các hệ số biến đổi wavelet rời rạc bằng đúng lượng đó Điều này làm giảm đáng kể chất lượng khử nhiễu Để khắc phục nhược điểm trên, Honoho và Coifman năm 1995 đã đề xuất kỹ thuật xoắn vòng [36] Ý tưởng triệt nhiễu qua dịch xoắn vòng là áp dụng khử nhiễu đều đối với tất cả các phiên bản dịch vòng có thể của tín hiệu và lấy kết quả trung bình Các kết quả của phương pháp này đã khôi phục được tín hiệu gốc trơn hơn, giảm được những dao động giả tạo sinh ra trong quá trình biến đổi Những vấn đề lý thuyết và ứng dụng theo hướng này vẫn đang được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm

và phát triển [32]

Phương pháp Visushink [30] dễ thực hiện, dễ thích ứng theo các giai đoạn tín hiệu với xác suất cao và có thể tái tạo tín hiệu gốc tương đối trơn Nhưng phương

Chương 1: Tổng quan

pháp chỉ thực hiện với một bậc cân bằng giữa những phân bố vi sai và thiên lệch, trong khi bình phương thiên lệch lại có bậc cao hơn biên độ vi sai Do ngưỡng đều loại bỏ các hệ số nhiễu đồng thời cũng làm mất đi một số hệ số tín hiệu gốc nên đã

vi phạm luật logarit trong đánh giá lỗi trung bình bình phương Kết quả ước lượng tín hiệu lại bị thiên lệch nhiều, hàm ước lượng có những biến đổi đáng kể

Phương pháp Minimax [32] theo tiêu chuẩn minimax, khử nhiễu bằng ngưỡng có độ lệch chuẩn phụ thuộc mức phân giải Phương pháp này đã khắc phục được một số nhược điểm của Visushink, nhưng do ngưỡng thiết kế không liên tục nên tính trơn của tín hiệu hồi phục còn hạn chế

Phương pháp Blockshrink [24] thực hiện ngưỡng theo các khối, có độ thích ứng cao về không gian, các ước lượng thực hiện tối ưu trong các giai đoạn biến đổi của nhiều các lớp hàm trơn không đều Bockshrink được Cai [28] năm 1996, Cai [29] năm 1999, Hall [56] năm 1999 và Cai [30] năm 2000 đề xuất và phát triển, đã liên tục thay đổi mức ngưỡng và phương pháp ngưỡng, thực hiện ngưỡng cục bộ và ngưỡng toàn cục thay cho một ngưỡng Mặc dù đã có cải thiện trong kết quả khử nhiễu, nhưng còn phụ thuộc nhiều vào việc phân khối các hệ số

Phương pháp SureShrink [5], [20] khử nhiễu sử dụng kết hợp luật ngưỡng đều và luật Sure Phương pháp này khắc phục được nhược điểm của ngưỡng đều nhưng lại bỏ qua các lỗi trong ước lượng độ lệch chuẩn của nhiễu

Phương pháp BayesShrink chọn ngưỡng có sai số trung bình bình phương Bayes cực tiểu theo luật Bayes để khử nhiễu [10] Ngưỡng phụ thuộc phương sai tín hiệu ở các mức phân giải khác nhau, phương sai nhiễu không đổi nên tác dụng khử nhiễu chỉ là trơn tín hiệu nhưng hiệu quả khử nhiễu vẫn thấp

Phương pháp khử nhiễu bằng ước lượng độ dài mô tả cực tiểu [24] thực hiện qua các họ cơ sở trực giao, cấu trúc bằng các gói wavelet hoặc các cơ sở cosin cục

bộ Chọn cơ sở tốt nhất dựa vào tiêu chuẩn lỗi tái tạo tín hiệu là cực tiểu Kết quả được đánh giá bằng trị sai số trung bình bình phương Một số nghiên cứu sử dụng phương pháp biến đổi wavelet, sau đó kết hợp đặc tính thông kê và giải thuật

Chương 1: Tổng quan

ngưỡng để thực hiện khử nhiễu bằng cách chọn cây biểu diễn các gói wavelet tối

ưu, có tính toán cao, tốc độ xử lý thấp

Sử dụng mô hình tuyến tính hóa từng phần, phương pháp hồi quy không tham số Trên cơ sở biến đổi wavelet rời rạc và giải thuật ngưỡng [31] có thể khắc phục được tính quá trơn của giải thuật ngưỡng thông thường, nhưng do sử dụng biến đổi wavelet rời rạc nên vẫn bị mất mát một số chi tiết tín hiệu gốc sau khi tái tạo Khử nhiễu qua biểu diễn cực đại wavelet [7] giữ được các giá trị biên rìa và các giá trị cực đại tín hiệu những vẫn trên cơ sở ngưỡng đều toàn cục, hiệu quả khử nhiễu chưa cao

Các nghiên cứu khác: ứng dụng phương pháp ngưỡng đều [8] ngưỡng phụ thuộc các mức phân giải [13] Phương pháp ước lượng độ dài mô tả cực tiểu [15] Phương pháp thống kê [7] Kết hợp phương pháp ngưỡng và thống kê khử nhiễu không Gauss [11], [12], [14] Khử nhiễu bằng lọc phi tuyến wavelet

Những ứng dụng thực tế áp dụng trong nhiều lĩnh vực như: khử nhiễu cho hệ thống đo lường nhiều kênh, ứng dụng khử nhiễu thích ứng nhanh cho các môi trường không dừng như khử nhiễu phổ âm thanh, ứng dụng khử nhiễu gói wavelet trong phân tích phổ thiên văn, ứng dụng khử nhiễu và tăng tương phản cho ảnh cộng hưởng từ, khử nhiễu tín hiệu điện tim, điện não, khử nhiễu thiết bị đo trọng lực bằng ngưỡng cứng, tách lỗi cơ khí, khử nhiễu tín hiệu siêu âm Doppler, sử dụng phép biến đổi wavlet rời rạc trực giao và ngưỡng mềm phi tuyến đối với các hệ số wavelet rời rạc trực giao và ngưỡng mềm phi tuyến đối với các hệ số wavelet chi tiết với mức ngưỡng

1.1.3 Mục đích của đề tài nghiên cứu

 Tìm hiểu, phân tích và mô phỏng lại tín hiệu phát và thu của hệ thống dẫn đường vô tuyến sóng cực ngắn

 Nghiên cứu và tìm hiểu sự tác động của các loại nhiễu lên hệ thống

 Nghiên cứu, tìm hiểu và ứng dụng kỹ thuật biến đổi wavelet để loại bỏ nhiễu khỏi tín hiệu thu được từ đài phát dẫn đường đa hướng sóng cực ngắn

Chương 1: Tổng quan

1.1.4 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài.

Đề tài “Nghiên cứu, cải thiện chất lượng thông tin và mô phỏng hệ thống đài dẫn đường đa hướng sóng cực ngắn”đưa ra kết quả mô phỏng, phân tích sự ảnh hưởng của nhiễu lên hệ thống và tác dụng của việc sử dụng biến đổi wavelet sau khi

xử lý tín hiệu bị nhiễu

Nhiệm vụ và giới hạn đề tài nghiên cứu:

 Tìm hiểu về hệ thống thông tin, dẫn đường và giám sát trong hoạt động hàng không

 Tìm hiểu, phân tích và đánh giá hệ thống dẫn đường vô hướng sóng cực ngắn VOR

 Nghiên cứu phần mềm mô phỏng matlab

 Nghiên cứu các loại nhiễu và sự ảnh hưởng của nó lên tín hiệu

 Tìm hiểu, phân tích, đánh giá và ứng dụng của phương pháp biến đổi wavelet

 Nghiên cứu, xây dựng phần mềm mô phỏng xử lý tín hiệu đài dẫn đường

vô hướng sóng cực ngắn

 Đánh giá chỉ số tín hiệu trên nhiễu trong các trường hợp có hoặc không

sử dụng biến đổi wavelet để triệt nhiễu

1.1.5 Phương pháp nghiên cứu

Để đáp ứng các mục tiêu đã đề ra, tiến hành nghiên cứu và giải quyết các vấn

đề sau:

 Thu thập, nghiên cứu các tài liệu liên quan về hệ thống đài dẫn đường vô hướng sóng cực ngắn

 Nghiên cứu và phân tích giải thuật đã chọn

 Chọn phương án tốt nhất và có khả năng thực hiện đề tài

 Lập trình mô phỏng bằng công cụ phần mềm matlab

 Nhận xét kết quả - Kết luận

1.1.6 Khả năng ứng dụng

Dùng trong việc dạy và học về thiết bị dẫn đường, mô phỏng trên phần mềm

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

2.1 Đài dẫn đường đa hướng sóng cực ngắn

2.1.1 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

Hình 2 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:

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

2.1.2 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

Hình 2 2: Nguyên lý hoạt động của đài Vor

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

Hình 2 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

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

 tương ứng vận tốc góc của tín hiệu (30Hz)

 tương ứng đường kính của vòng tròn trong chiều dài sóng (có thể hiểu tương đương là : Rd=đường kính/ =13.4/)

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

2.1.3 Sơ đồ khối đơn giản hệ thống

Xem hình 2.5 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

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 tầnRF 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

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Hình 2 5: Sơ đồ khối đơn giản hệ thống Vor

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

Vỉ mạch giám sát VOR làm việc độc lập với máy phát và với các khối khác; tuy nhiên đặc điểm điều khiển cảnh báo của hai bộ giám sát có thể tổ chức hoạt động theo chức năng logic AND hoặc OR

Bộ chuyển mạch gồm các khối cần thiết để điều khiển chuyển mạch điện tử của các anten biên tần Các trạm DVOR hiện nay có 2 bộ tách sóng trường, một bộ tách tín hiệu và mạch triệt tạm thời(chống sốc điện) đặt trong khối

2.1.3.1 Bộ tạo tần số

Chức năng của khối tạo tần số là tạo ra các tần số biên trên, biên dưới và sóng mang bức xạ ra ngoài không giang nhờ máy phát VOR Bộ tạo tần số còn có 3 vòng khoá pha sử dụng cho một số chức năng như: duy trì pha sóng mang trung bình chuẩn liên hệ với pha trung bình khuếch đại ở sóng mang đầu ra, mẫu tín hiệu phản hồi của bộ khuyếch đại biên tần được sử dụng để duy trì tần số và các đặc tính pha của tín hiệu Upper và Lower Sideband là tốt nhất Có hai vỉ mạch trong khối tạo tần số Vỉ mạch tạo tần số 012100, và vỉ mạch kết nối 012102 Mạch cơ bản nhất là vỉ mạch tạo tần số 012100 với đầu ra duy nhất mạch khuyếch đại đệm trên vỉ mạch kết nối 012102

2.1.3.2 Bộ tạo tín hiệu âm tần

Bộ này có nhiệm vụ tạo ra và điều khiển các tín hiệu âm tần, tạo các tín hiệu điều chế sóng mang và giám sát, điều khiển mức công suất cao tần và các tín hiệu điều khiển pha sử dụng trong DVOR.Ngoài ra các điện áp tương tự một chiều thay thế các mức công suất và điều chế khác của DVOR, các tín hiệu cao tần đưa vào và

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

được bộ tạo tín hiệu âm tần phân tích để xác định mức công suất sóng mang, phần trăm điều chế sóng mang, các mức công suất biên tần và VSWR

Một bộ vi mạch và mạch nhớ điều khiển tất cả các chức năng trong khi vỉ mạch thông tin cùng vi xử lý của DVOR được đưa qua vỉ mạch ghép nối nối tiếp

Bộ tạo tín hiệu âm tần tạo và điều khiển các tín hiệu âm tần sử dụng trong trạm DVOR Trênbộ điều khiển và mạch nhớ điều khiển tất cả các chức năng của khối.Các thông tin từ vỉ mạch này tới CPU hệ thống DVOR được thực hiện qua vỉ mạch ghép nối nối tiếp

Các tham số điều chỉnh từ màn hình hiển thị gửi từ RMS tớikhối tạo tín hiệu

âm tần khi được cấp nguồn hoặc khi thay đổi màn hiển thị.Số liệu giám sát máy phát được gửi từ bộ tạo tín hiệu âm tần đến RMS khi Người khai thác chuyển sang hiển thị dữ liệu máy phát

2.1.3.3 Bộ khuếch đại công suất cao tần

Khối khuếch đại công suất cao tần khuếch đại sóng mang cao tần khi điều biên nó với tín hiệu 30 Hz, tín hiệu nhận dạng 1020 Hz và thoại.Khối này gồm 4 vỉ mạch: vỉ mạch kích thích, vỉ mạch khuếch đại công suất, vỉ mạch khuếch đại công suất điều, vỉ mạch điều chỉnh thiên áp/kích thích điều chế Ở thế hệ cũ có thêm vỉ mạch thiên áp điều chế Vỉ mạch kích thích nhận sóng mang cao tần từ khối tạo tần

số đưa tới Ở đây nó được điều chế với sóng mang RF, khuếch đại và đưa tới vỉ mạch khuếch đại công suất Mạch khuếch đại công suất nhận tín hiệu RF từ vỉ mạch kích thích khuếch đại và cung cấp cho khối lọc thông thấp Vỉ mạch điều chỉnh thiên áp/kích thích điều chếtạo ra điện áp định thiên cho vỉ mạch kích thích và khuếch đại công suất Đồng thời nó cũng tạo ra tín hiệu điều khiển ngắt quá nhiệt sóng mang và tín hiệu điều khiển điều chế mức thấp cho vỉ mạch kích thích.Vỉ mạch khuếch đại công suất điều chế điều khiển điều chế RF và mức công suất với khối khuếch đại công suất Vỉ mạch khuếch đại công suất điều chế khuếch đại các tín hiệu âm tần xẽ được điều chế tín hiệu cao tần RF vàmức một chiều DC xẽ xác định mức công suất đầu ra cuối cùng Vỉ mạch khuếch đại công suất điều chế giám sát mức tín hiệu điều chế tới vỉ mạch khuếch đại công suất và điều chế tín hiệu cao

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

tần từ vỉ mạch khuếch đại công suất.Nó cũng sử dụng tín hiệu điều khiển ngắt quá nhiệt từ vỉ mạch điều chỉnh thiên áp/kích thích điều chế để điều khiển tín hiệu cao tần RF

2.1.3.4 Khối lấy mẫu biên tần

Khối lấy mẫu biên tần được sử dụng để trộn liên tục mẫu nhỏ tín hiệu cao tần

360 RF Sin và Cos sau khi chúng ra khỏi khối tạo biên tần Có bốn khối lấy mẫu biên tần, mỗi khối cho mỗi khối tạo biên tần Khối lấy mẫu biên tần được gắn trực tiếp trên tủ phía sau những khối tạo biên tần của nó.Khối lấy mẫu biên tần nhận tín hiệu RF từ khối tạo biên tần để sử lý các tín hiệu cao tần RF LSB sin và LSB cos và gửi hai tín hiệu này tới bộ tạo tần số

2.1.3.5 Khối giám sát cao tần

Khối giám sát cao tần có chức năng như là một bộ tách sóng/ khuyếch đại RF

và bộ phân phối tín hiệu tương tựRF được tách sóng Khối bao gồm một tải giả công suất cao có khả năng tiêu thụ công suất cao tần RF 100W từ máy phát dự phòng Bốn tải giả trước đây được gắn vào khung của khối giám sát để toả nhiệt Hiện nay chúng được gắn trên các rơle chuyển đổi Các tải giả này tiêu thụ công suất Sideband từ máy phát dự phòng Có ba giắc kiểm tra ở phía trước của khối Các giắc này cung cấp điểm kiểm tra cho các thiết bị kiểm tra mẫu sóng mang cao tần carrier RF của hệ thống chính và hệ thống phụ

2.1.3.6 Mạch điều khiển trung tâm

Vỉ mạch xử lý trung tâm đảm nhận việc giám sát và điều khiển hệ thống VOR và thông tin trực tiếp với các thiết bị ngoại vi Vỉ mạch CPU bao gồm một bộ

vi xử lý, RAM, EPROM, EFROM, Bus điều khiển, đồng hồ thời gian thực và mạch giám sát nguồn Nó Xử lý các trạng thái hệ thống, thông tin trực tiếp với các thiết bị khác, điều khiển giám sát hệ thống DME đặt cùng cũng và thông tin với bộ giám sát VOR và các vỉ mạch tạo Audio Tốc độ Baud cho các bộ giám sát, tạo Audio và đầu cuối tại chỗ là 4800 baud, cho từ xa RMM và DME là 1200 baud

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

2.1.3.7 Vỉ mạch trang thái

Vỉ mạch trạng thái tập hợp và tích hợp các thông tin về trạng thái của hệ thống và gửi tới vỉ mạch CPU để xử lý và lưu trữ Nó cung cấp các tín hiệu trạng thái tới và nhận lệnh từ vỉ mạch giao diện RSCU Hơn nữa, các tín hiệu điều khiển trạng thái BCPS, các tín hiệu điều khiển ON/OFF bộ nạp Acqui, các tín hiệu điều khiển hiển thị LED trên Panel, các điện áp nguồn cung cấp và điều khiển Anten tất

cả sẽ được xử lý bởi vỉ mạch này cho bộ vi sử lý của CPU

2.1.3.8 Vỉ mạch ghép nối nối tiếp

Vỉ mạch giao diện nối tiếp cung cấp giao diện thông tin cho vỉ mạch CPU để thông tin với các thiết bị khác Trước hết nó gồm có bốn bộ điều khiển thông tin nối tiếp kênh kép thực hiện thông tin theo hai cách với: Đầu cuối Video tại chỗ, Transponder DME #1 và hoặc #2 (nếu được lắp), các vỉ mạch tạo Audio cho máy phát #1 và máy phát #2, các bộ giám sát VOR #1 và #2

2.1.3.9 Vỉ mạch tạo tín hiệu kiểm tra

Vỉ mạch tạo tín hiệu kiểm tra là một mạch độc lập thực hiện ba chức năng Thứ nhất là cung cấp một tín hiệu chuẩn tiêu chuẩn tới các Monitor của VOR khi bật nguồn hay khi được yêu cầu bởi Vỉ mạch điều khiển trung tâm Để hoạt động như vậy, vỉ mạch kiểm tra được điều hành bằng phần mềm điều khiển để luôn tạo ra một tín hiệu kiểm tra VOR lý tưởng chúng có các đặc tính: tín hiệu 30% 30 Hz; tín hiệu 30% 9960Hz; chỉ số điều tần 16 của tín hiệu 9960Hz, và một góc phương vị bằng với giá trị điểm giữa của hai điểm cảnh báo cao và thấp của góc phương vị Vỉ mạch tạo tín hiệu kiểm tra sẽ đặt lại cấu hình để chuẩn hoá từng Monitor riêng biệt Khi bật nguồn, Monitor cảnh báo RMS rằng yêu cầu phải chuẩn hoá RMS tính toán

và lưu lại dạng sóng Tiếp theo RMS cảnh báo cho Monitor là dạng sóng đã sẵn sàng để hiệu chuẩn

Chức năng thứ hai là đặt cấu hình bản thân nó cho việc cấp chứng chỉ giám sát Trong chức năng này, mạch tạo tín hiệu kiểm tra sẽ định hình chính nó để tạo ra một tín hiệu kiểm tra VOR căn cứ theo các giá trị đã lập trình trong Monitor, Data, Cert Cho một chứng chỉ kiểm tra của một Monitor, mạch tạo tín hiệu kiểm trả sẽ

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

thiết lập đầu tiên tất cả các giá trị của giới hạn thấp và sau đó sẽ cấu hình cho tất cả các giá trị của giới hạn cao

Chức năng cuối cùng là duy trì điều kiện hoạt động Mạch tạo tín hiệu kiểm tra được cấu hình bằng các giá trị lập trình bên trong Monitor, Data, Test Data Điều kiện này cho phép mạch tạo tín hiệu kiểm tra sử dụng như là thiết bị kiểm tra sẵn có bởi kỹ thuật viên bảo trì để kiểm tra hoạt động của Monitor

mở LED CR1 ở trạng thái "NORM" CR1 là LED màu xanh Green dùng để cho biết tình trạngbình thường

2.1.3.11 Khối tách sóng trường

Khối tách sóng trường tách các tín hiệu bức xạ VOR được thu bởi anten giám sát trường Bộ tách sóng trường được thiết kế dùng cho hệ thống DVOR hoặc CVOR Nó được điều chỉnh để cung cấp cao tần đầy đủ điều khiển mạch tách sóng theo yêu cầu tách ra mức tín hiệu mà không tạo ra bất kỳ méo hoặc cắt nào của tín hiệu

2.1.3.12 Vỉ mạch giám sát

Vỉ mạch giám sát là đơn vị độc lập để giám sát và phân tích tín hiệu phát xạ

từ trạm DVOR và tạo tín hiệu trạng thái cảnh báo nếu DVORkhông hoạt động trong giới hạn cho phép.Các bộ giám sát VOR hoạt động kép với cả hai bộ giám sát cùng

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

kiểm tra tín hiệu từ bộ tách sóng trường.Bộ giám sát trường VOR bình thường nối với một anten cùng một bộ chia tín hiệu RF đầu ra Vỉ mạch giám sát có 2 đầu vào tách sóng trường cho hai bộ tách sóng.Bộ tách sóng dùng theo lựa chọn của màn hình cấu hình RMS để cho phép linh hoạt và có thể kiểm tra.Bộ giám sát có thể ở chế độ BYPASS để cho phép kiểm tra toàn bộ các đầu cuối tại trỗ hoặc từ xa cho đến bộ vi xử lý RMS.Chỉ có một trong hai bộ giám sát có thể là “bộ giám sát điều khiển” thực hiện chức năng điều khiển.Bộ giám sát điều khiển các rơle chuyển đổi

và cung cấp đầu ra âm tần ra giắc cắm headphone và đường đầu cuối điện thoại Điều khiển bộ giám sát được đặt tự động bởi RMS Giám sát kết hợp khi mở máy phát được chọn từ điều khiển giám sát.Một tín hiệu kiểm tra 30 Hz được đưa vào các bộ lọc thông dải 30 Hz.Góc pha của tín hiệu được đo và lưu lại như tín hiệu chuẩn.Cứ 2 phút một tín hiệu 30 Hz lại được đưa vào đo góc pha của tín hiệu.Nếu pha qua bộ lọc thông dải bị dịch thì một giá trị chuẩn sẽ được tính toán để hiệu chỉnh giá trị đo góc phương vị.Việc sử lý được gọi là kiểm tra bên trong

2.1.3.14 Vỉ mạch chuyển mạch

Trong giá chuyển mạch có hai Vỉ mạch chuyển mạch Một để chuyển mạch tín hiệu RF cho các Antenna lẻ, vỉ mạch kia cho các Antenna chẵn Vì hoạt động của hai Vỉ mạch là hoàn toàn giống nhau nên việc thảo luận chỉ giới hạn cho bản mạch chuyển mạch Antenna số lẻ.Các mạch chuyển mạch Antenna riêng biệt trên

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Vỉ mạch chuyển mạch có chức năng như nhau Các Pin Diode dùng cho thực hiện hoạt động chuyển mạch RF tới từng Antenna riêng rẽ và đổi chiều các tín hiệu USB

và LSB giữa mỗi nửa của khối chuyển mạch.Mỗi Vỉ mạch Commutator có thể coi là

có hai nửa, mỗi nửa nối tới 12 Antenna Một nửa được cấp năng lượng bởi LSB sin

RF và nửa kia do USB sin RF Trạng thái của đường Transfer và đường NOT transfer (Từ bo mạch điều khiển) sẽ xác định nửa nào của vỉ mạch Commutator được nối các tín hiệu LSB RF, USB RF

2.2 Các loại nhiễu tác động vào tín hiệu thông tin

Trong bất cứ hệ thống điện tử thông tin nào cũng xuất hiện các nguồn nhiễu xen vào làm sai lệch thông tin mà chúng ta mong muốn sử dụng Việc đảm bảo nhiễu ở một mức độ cho phép nào đó để chúng ta có thể đạt được nội dung thông tin chính xác nhất

Việc xác định nhiễu phải thông qua các thiết bị đo và các tiêu chuẩn của tín hiệu với nhiễu Từ đó xác định mô hình nhiễu, đặc trưng của nhiễu để đề xuất các phương pháp xử lý nhiễu phù hợp, hiệu quả cho hệ thống là quá trình quan trọng và cần thiết trong quá trình xử lý thông tin

2.2.1 Mô hình nhiễu và một số khái niệm

Mô hình toán học của nhiễu thường có 2 loại là nhiễu nhân và nhiễu cộng: Nhiễu nhân về cơ bản sau một vài biến đổi toán học ta có thể đưa về dưới dạng nhiễu cộng Như vậy, ta xem như hệ thống không có nhiễu nhân, mà được biến đổi thành nhiễu cộng để phân tích

Nhiễu cộng sinh ra một tín hiệu ngẫu nhiên không mong muốn và tác động cộng thêm vào tín hiệu ở đầu ra Nhiễu cộng luôn tồn tại trong môi trường lan truyền của tín hiệu, có dải phổ rất rộng Nguồn nhiễu này là cơ bản, cố hữu, có ảnh hưởng lâu dài đến tất cả các loại thiết bị điện tử, viễn thông Dó đó trong luận văn này, chỉ xem xét mô hình của nhiễu cộng và phương pháp để khử loại nhiễu này

Giải thuật khử nhiễu thường bắt đầu bằng mô hình tổng của tín hiệu rời rạc s gồm N điểm dữ liệu và nhiễu η như sau:

y = x + n (2.4)

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Vecto y là tín hiệu vào, nhiễu là vecto các biến ngẫu nhiên n và x là tín hiệu sạch N là độ dài của các vecto này

Giả thiết nhiễu có giá trị trung bình bằng 0 (En = 0), ma trận hợp biến của n

sẽ là:

Q = E[(n-En)(n - En)T] = En nT (2.5) Đường chéo của ma trận là phương sai của nhiễu:

Ϭ2

i = E n2i (2.6) Trường hợp ma trận là ma trận chéo có Eninj = 0 khi i≠j thì nhiễu được gọi là nhiễu trắng không tương quan Nếu tất cả các điểm dữ liệu có mật độ xác suất như nhau thì phân bố là phân bố đồng nhất, phương sai sẽ là hằng số Ϭ2i = Ϭ2 với mọi i=1,2,…, N Nhiễu trắng có ma trận hợp biến đơn giản là:

Phân loại sơ bộ các nguồn nhiễu thành các loại như sau:

- Nhiễu có tần số xác định như nhiễu nguồn cấp 50Hz cùng các thành phần hài, nhiễu vùng tần số cao,…

- Nhiễu dải rộng hoặc nhiễu trắng trải đều trên một dải tần số rộng, có thể tăng lê từ nhiều nguồn nhiễu pha trộn đều, kể cả các dao động nhiệt trong thiết bị

- Nhiễu chớp hoặc nhiễu 1/f là nhiễu dãi rộng nằm ở khu vực tần số thấp, tăng khi tần số giảm Nhiễu này có thể quan sát được tùy thuộc vào hệ thống