Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thu mặt đất với cơ chế tự động phát hiện và bám vệ tinh dùng cho hệ thống thông tin vệ tinh Vinasat.

7.

8.

9.

Tran Van Hoi, Nguyen Xuan Truong, Bach Gia Duong (2015),
“Improvement of step-tracking algorithm used for mobile
re eiver system vi s tellite”, International Journal of Electrical
and Computer Engineering, Scopus, Vol. 5 (2), pp. 280 – 288.
Tran Van Hoi, Nguyen Xuan Truong, Ngo Thi Lanh, Bach Gia
Duong (2016), “Design of C-Band Low-Noise Block Frontend for S tellite Re eivers”, International Journal of Applied
Engineering Research, Scopus, Vol. 11 (8), pp. 5646-5652.
Tran Van Hoi, Ngo Thi Lanh, Nguyen Xuan Truong, Nguyen
Huu Du , B h Gi Duong (2016), “Design of Front-end for
S tellite Re eiver”, International Journal of Electrical and
Computer Engineering, Scopus, Vol. 6 (5), Accepted.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Trần Văn Hội

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THU
MẶT ĐẤT VỚI CƠ CHẾ TỰ ĐỘNG PHÁT HIỆN VÀ
BÁM VỆ TINH DÙNG CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN
VỆ TINH VINASAT

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số: 62 52 02 03

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ KỸ
THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG

Hà Nội – 2016
2


C ng tr nh
hoàn thành t i: Tr
Đ i họ Quố gi Hà N i
Ng

ng Đ i họ C ng nghệ,

i h ớng dẫn kho họ : PGS. TS B h Gi D ơng

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN
QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
1.

Phản biện: .....................................................................................
......................................................................................

2.

Phản biện: .....................................................................................
......................................................................................
Phản biện: .....................................................................................

3.

......................................................................................
Luận án sẽ
bảo vệ tr ớ H i ồng ấp Đ i họ Quố gi
hấm luận án tiến sĩ họp t i ...................................................................
vào hồi

gi

ngày

tháng

năm 2016

4.

Có thể t m hiểu luận án t i:
- Th viện Quố gi Việt N m
- Trung tâm Th ng tin - Th viện, Đ i họ Quố gi Hà N i

5.

6.

2

Tran Van Hoi, B h Gi Duong (2012), “Study, design and
fabrication of Low Noise Amplifier at C band used for satellite
receiver system Vinasat I”, Kỷ yếu Hội thảo toàn quốc về Điện

tử - Truyền Thông – An toàn thông (ATC/REV), pp. 150-153.
Tran Van Hoi, Bach Gia Duong (2013), ’’Study and design of
wide b nd low noise mplifier oper ting t C b nd’’, Journal of
Mathematics – Physics, Vietnam National University, Hanoi,
Vol.29 (2), pp.16-24.
Tran Van Hoi, Hoang Duc Long, Bach Gia Duong (2013),
’’Low noise block downconverter design for satellite receiver
system Vinasat 1 operating at C-b nd’’, Proceedings of the
2013 IEICE International Conference on Intergrated Circuits,
Design, and Verification, pp.110-115.
Tran Van Hoi, Hoang Duc Long, Bach Gia Duong (2013),
’’High g in low noise mplifier design used for RF front end
application’’, Proceedings of the 2013 IEICE International
Conference on Intergrated Circuits, Design, and Verification,
pp. 243-247.
Tran Van Hoi, Bach Gia Duong (2013), ’’Designing Wideb nd
Mi rostrip B ndp ss Filter for S tellite Re eiver Systems’’,
Proceedings of the National Conference on Electronics and
Communications (REV2013-KC01), pp.140-143.
Tran Van Hoi, Nguyen Xuan Truong, Bach Gia Duong (2015),
“S tellite Tr king Control System Using Fuzzy PID
Controller”, Journal of Mathematics – Physics, Vietnam
National University, Hanoi, Vol. 31 (1), pp. 36-46.


ng nghệ m h dải, linh kiện tí h h p và kỹ thuật vòng khó ph ể
hế t o b t o d o ng n i với
ổn ịnh o, b lọ th ng dải áp
ứng yêu ầu ủ tuyến thu vệ tinh. Kết quả ã thiết kế, hế t o m h
ổi tần nhiễu thấp băng C với hệ số khuế h i lớn hơn 40 dB, và

thiết kế, hế t o máy thu băng L với
nh y t -110 dBm với tỉ số
S/N=1.5 và t -115 dBm với tỉ số S/N = 1.1, dải th ng ủ m h
1GHz, dải ng 45 dB. Những kết quả này ã
ng bố trong
á
ng tr nh [2]-[5], [8], [9].
Những kết quả ủ luận án ã
tr nh bày trong 9 ng
tr nh ã ng bố ủ nghiên ứu sinh là ồng tá giả ã góp phần vào
việ khẳng ịnh khả năng làm hủ ng nghệ mới, tiên tiến trong
lĩnh vự siêu o tần ể giải quyết m t số khâu qu n trọng trong hệ
thống thu vệ tinh và hệ thống iều khiển nten bám vệ tinh ứng dụng
ho tr m thu di ng. Tuy nhiên do ph m vi ủ vấn ề nghiên ứu
r ng, gồm nhiều vấn ề kỹ thuật ng nghệ phứ t p, ể tiếp tụ
nghiên ứu hoàn thiện hệ thống và áp dụng hiệu quả trong thự tế tá
giả luận án kiến nghị tiếp tụ nghiên ứu ề xuất á giải pháp thiết
kế tuyến thu siêu o tần băng Ku ể ó thể áp dụng hệ thống iều
khiển bám ho vệ tinh VINASAT 2 và á vệ tinh phát trên băng tần
Ku.
Bên nh những kết quả t
, hắ hắn luận án kh ng
tránh khỏi những thiếu sót. Nghiên ứu sinh rất mong nhận
nhiều ý kiến óng góp hữu í h ủ á thầy, và ồng nghiệp.

24

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cá nghiên ứu về thiết kế hệ thống iều khiển bám vệ tinh

nhiều nhà kho họ trên thế giới qu n tâm và ã ó nhiều ng
tr nh
ng bố trên á h i nghị kho họ và t p hí huyên
ngành. Ở Việt N m, ũng ó nhiều nghiên ứu, thiết kế, hế t o thử
nghiệm hệ thống thu phát siêu o tần ứng dụng trong thống r d , hệ
thống vệ tinh. Tuy nhiên á kết quả nghiên ứu òn m t số h n hế
ó là máy thu ó
nh y thấp và dải th ng hẹp h
áp ứng
yêu ầu ủ hệ thống thu iều khiển bám vệ tinh. Còn về hệ thống
iều khiển bám òn h n hế về th i gi n bám và khả năng t m kiếm
vệ tinh,
Để nâng o hiệu quả thu ủ á tr m thu vệ tinh, tí h h p
tính năng tự ng phát hiện và iều khiển bám theo vệ tinh, ề tài
luận án ủ nghiên ứu sinh là rất ấp thiết ể ó thể nắm bắt và làm
hủ ng nghệ hế t o hệ thống thu vệ tinh ó khả năng thu di ng
ứng dụng vào iều kiện thự tế ủ n ớ t hiện n y. Đây là nhiệm
vụ rất qu n trọng ể ó thể thu hẹp khoảng á h ng nghệ ủ Việt
N m so với khu vự và trên thế giới, và góp phần vào ng u
ng nghiệp hoá, hiện i hoá ất n ớ , phát triển kinh tế xã h i và
kh i thá hiệu quả vệ tinh VINASAT.
2. Mục tiêu của luận án
- Nghiên ứu ề xuất thuật toán iều khiển bám vệ tinh ể
nâng o khả năng tự ng phát hiện và bám vệ tinh, giảm th i gi n
bám vệ tinh và nâng o
ổn ịnh hệ thống. Luận án ũng nghiên
ứu giải pháp thiết kế, hế t o hệ thống iều khiển nten bám vệ tinh
ể minh hứng hiệu quả ủ thuật toán bám ề xuất.
- Đề xuất á giải pháp thiết kế, hế t o hệ thống thu vệ tinh
băng C với

nh y o, dải ng và băng tần r ng, hệ số khuế h i
1


lớn sử dụng ho hệ thống thu iều khiển bám vệ tinh VINASAT-1 và
ho á mụ í h thu dữ liệu.
3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên ứu thuật toán iều khiển bám vệ tinh hiện ng sử
dụng ể ề xuất thuật toán tự ng t m kiếm và bám vệ tinh ảm bảo
giảm th i gi n bám nhanh, hính xá . Ứng dụng á kỹ thuật iều
khiển mới ể thiết kế, hế t o hệ thống iều khiển anten.
- Nghiên ứu, ề xuất á giải pháp thiết kế m h khuế h i
t p âm thấp, khuế h i trung tần ể giảm t p âm, mở r ng dải th ng
và hệ số khuế h i. Giải pháp ổn ịnh m h d o ng và b tổng
h p tần số trong hệ thống thu vệ tinh băng C. Từ ó thiết kế, hế t o
máy thu với
nh y cao, dải ng và băng th ng r ng.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu:
Sử dụng ph ơng pháp nghiên ứu lý thuyết kết h p với
ph ơng pháp m phỏng bằng phần mềm huyên dụng nh Matlab,
ADS và ph ơng pháp thự nghiệm.
5. Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Đây là m t h ớng i sáng t o và góp phần khẳng ịnh Việt
n m ó thể làm hủ
ng nghệ hế t o thiết bị iện tử siêu o
tần, ặ biệt là hế t o thiết bị thu vệ tinh. Bên nh ó nhu ầu thự
tế trong n ớ về hệ thống thu di ng qu vệ tinh là rất lớn ối với.
6. Bố cục của luận án
Mở ầu
Ch ơng 1: Tổng qu n về hệ thống thu và iều khiển bám vệ tinh

Ch ơng 2: Nghiên ứu, thiết kế hệ thống iều khiển và thuật toán
bám Ch ơng 3: Nghiên ứu, thiết kế, hế t o hệ thống thu vệ tinh
băng C
Kết luận hung
D nh mụ á
ng tr nh kho họ ủ tá giả liên qu n ến luận án.
Tài liệu th m khảo

Qu sự phân tí h về thuật toán bám vệ tinh, á hệ thống thu
và hệ thống iều khiển bám vệ tinh ở h ơng 1, ó thể thấy rằng:
th i gi n ũng nh khả năng bám vệ tinh phụ thu vào thuật toán
bám, khả năng xây dựng hệ thống iều khiển bám ũng nh kỹ thuật
yêu ầu ủ máy thu về
nh y, băng th ng, dải ng. Trên ơ sở
nghiên ứu á kỹ thuật siêu o tần, á m h tí h h p o VLSI, vi
iều khiển, kỹ thuật iều khiển… kết h p với á ph ơng pháp m
phỏng, hế t o thự nghiệm, á kết quả ủ luận án ã
tr nh
bày trong h ơng 2 và h ơng 3 bám sát mụ tiêu ề r . Cá óng
góp hính ủ luận án b o gồm:
1. Đề xuất thuật toán t m kiếm và bám vòng hở, ho phép xá
ịnh hính xá th ng số gó ngẩng và gó ph ơng vị ủ nten thu
th ng qu vị trí ủ tr m thu và vị trí ủ vệ tinh. Đồng th i ề xuất
kết h p thuật toán bám vòng hở và thuật toán bám từng b ớ ể nâng
o hiệu quả bám vệ tinh. Trên ơ sở ó luận án ũng i nghiên ứu,
thiết kế, hế t o hệ thống iều khiển bám vệ tinh ể ứng dụng thuật
toán trên. Việ thử nghiệm hệ thống ho thấy kết quả iều khiển
nten theo bám theo vệ tinh với th i gi n bám và ổn ịnh hệ thống
nhanh < 0.5s. Kết quả này ã
ng bố trong á

ng tr nh [6],
[7].
2. Đề xuất á giải pháp thiết kế m h khuế h i hồi tiếp âm
và giải pháp sử dụng th m số tối u ủ tr nsistor trong thiết kế
m h phối h p trở kháng ể giảm hệ số t p âm ủ m h. Đồng th i
thiết kế ũng ề xuất giải pháp thiết kế m h khuế h i 2 tầng với
tần số khuế h i lệ h ỉnh và giải pháp sử dụng m h khuế h i
mắ kiểu s ode ể ể tăng dải th ng,
l i ủ m h khuế h. Để
tăng tính ổn ịnh ủ tín hiệu thu, trong thiết kế ũng ã ứng dụng

2

23

KẾT LUẬN CHUNG


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THU VÀ ĐIỀU
KHIỂN BÁM VỆ TINH

H nh 3.55 Độ nhạy máy thu tại tần số 1915 MHz với S/N=1.1

H nh 3.56 Tín hiệu giải điều chế tại tần số 1431 MHz

Ch ơng này tr nh bày ơ sở lý thuyết về hệ thống thu vệ tinh,
hệ thống iều khiển anten bám vệ tinh, á hỉ tiêu kỹ thuật ủ máy
thu vệ tinh, tổng qu n t nh h nh nghiên ứu, thiết kế, hế t o hệ
thống thu vệ tinh và hệ thống iều khiển bám vệ tinh. Từ ó ặt r
á n i dung ần nghiên ứu ủ luận án.

1.1 Tổng quan về thông tin vệ tinh
Hệ thống th ng tin vệ tinh b o gồm 2 phần là phần kh ng gi n
(Sp e Segment) và phần mặt ất (Ground Segment). Phần kh ng
gi n b o gồm b phân hệ: phân hệ nten, phân hệ th ng tin và phân
hệ o, bám và iều khiển TT&C. Phần mặt ất b o gồm á tr m
iều khiển và giám sát vệ tinh, tr m mặt ất thu phát th ng tin.
1.2 Hệ thống thu và điều khiển anten bám vệ tinh
1.2.1 Giới thiệu chung
Sơ ồ khối hệ thống thu vệ tinh ó iều khiển bám vệ tinh
thể hiện trên H nh 1.2. Hệ thống b o gồm á thành phần: nten thu
parabol, b ổi tần nhiễu thấp LNB, b thu giải mã, hệ thống iều
khiển nten ACU, hệ thống truyền ng iều khiển gó ngẩng, gó
ph ơng vị nten.
TB Đầu uối
EL
AZ

B

ổi tần nhiễu
thấp LNB

B thu giải mã

Hệ thống truyền
ng

Hệ thống iều
khiển ACU

H nh 3.58 Độ nhạy máy thu tại tần số 1644 MHz với S/N=1.5

H nh 1.2 Sơ đồ khối hệ thống thu vệ tinh di động

22

3


1.3 Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống thu
1.3.1 Tạp âm (noise):
T p âm là những thành phần kh ng mong muốn, nh ng ũng
kh ng tránh khỏi ủ á linh kiện và á thành phần trong m h. Để
ánh giá t p âm ủ máy thu ng i t sử dụng hệ số t p F, nó
ịnh nghĩ là tỷ số ủ
ng suất tín hiệu và ng suất t p âm.
1.3.2 Độ nhạy máy thu:
Đ nh y
ịnh nghĩ là mứ tín hiệu ầu vào nhỏ nhất ó
thể hấp nhận
mà m t máy thu ó thể phân biệt
tín hiệu
thu. T ịnh nghĩ tiêu huẩn hấp nhận
là tỉ số tín/t p vừ ủ,
phụ thu vào d ng iều hế và
biến d ng xung ó thể hấp nhận
.
1.3.3 Hệ số khuếch đại (độ lợi):
Hệ số khuế h i ủ m h khuế h i là tỷ số giữ
ng suất

ầu r và ng suất
vào iều khiển, và th ng th ng
tính
trên th ng o de ibel (dB).
1.3.4 Băng thông (bandwidth):
Băng th ng ủ m t m h khuế h i th ng
xá ịnh từ
tần số thấp nhất ến tần số o nhất ở iểm mà hệ số khuế h i
giảm òn 1/2. Th ng số này òn gọi là băng th ng −3 dB.
1.3.5 Dải động (Dynamic range):
Dải ng máy thu là khả năng thu và khuế h i tín hiệu từ
mứ thấp nhất ( nh y) ho ến mứ
o nhất mà kh ng gây méo
tín hiệu. Nhiệm vụ ủ máy thu là khuế h i tín hiệu vào mà kh ng
làm méo d ng tín hiệu.
1.4 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc
Cá nhà kho họ ở Việt N m ũng ã ó những nghiên ứu
qu n trong trong lĩnh vự siêu o tần và hệ thống iều khiển nten
thu vệ tinh. Tuy nhiên á
ng tr nh này hủ yếu làm việ ở băng

3.6 Kết quả chế tạo, thực nghiệm hệ thống thu băng L
3.6.1 Nghiên cứu, chế tạo khối nguồn nuôi
Nguồn nu i là m t b phận qu n trọng trong máy thu nhằm
ung ấp iện áp m t hiều với ng suất phù h p và ó tính ổn ịnh
o ản bảo khả năng ho t ng ủ máy.
3.6.2 Xây dựng và thực nghiệm hệ thống
Sơ ồ hệ thống máy thu băng L thể hiện trên H nh 2.52.

4

21

H nh 3.52 Sơ đồ đấu nối hệ thống thu vệ tinh băng L
Kết quả
nh y ủ máy thu t -110 dBm với tỉ số S/N = 1.5
và -115 dBm với S/N=1.1.

H nh 3.34 Độ nhạy máy thu tại tần số 1915 MHz với S/N=1.5


H nh 3.45 Sơ đồ nguyên lý mạch dao động sử dụng PLL
Kết quả o nhiễu ph thể hiện trong H nh 3.46.

H nh 3.48 Kết quả đo nhiễu pha
Kết quả ủ b tổng h p tần số với b ớ nhảy 40MHz

Tần số 1044 MHz

tần L và S ứng dụng ho hệ thống R d . Cá nghiên ứu về hệ thống
iều khiển bám vẫn òn h n hế về th i gi n bám và ổn ịnh.
1.5 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Cá nghiên ứu trên thế giới về thiết kế, hế t o hệ thống thu
vệ tinh, hệ thống iều khiển bám vệ tinh xuất hiện nhiều trên á t p
hí kho họ và kỹ thuật và á h i nghị huyên ngành. Tuy nhiên
th i gi n bám vệ tinh òn lớn 0.6s và h ổn ịnh. Cá máy thu
băng C ó
nh y thấp, dải tần và dải ng hẹp h
áp ứng
ho hệ thống thu iều khiển bám vệ tinh.

1.6 Xác định nội dung nghiên cứu của luận án
1.6.1 Nội dung nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển bám
Nghiên ứu ải tiến thuật toán t m kiếm và bám vệ tinh ể t
th i gi n bám nhanh, tính ổn ịnh cao, với th i gi n bám <
0.6s. Trên ơ sở ó nghiên ứu, thiết kế, hế t o hệ thống iều khiển
ể áp dụng thuật toán ề xuất từ ó ó kết quả o
thử nghiệm
thự tế.
1.6.2 Nội dung nghiên cứu, thiết kế hệ thống thu vệ tinh
N i dung nghiên ứu, thiết kế, hế t o hệ thống thu vệ tinh
băng C với yêu ầu
nh y cao, dải ng và băng th ng r ng áp
ứng
yêu ầu thu và iều khiển bám vệ tinh m t á h ổn ịnh.
Trong thiết kế ó ề xuất á giải pháp thiết kế ể làm giảm hệ số t p
âm, tăng hệ số khuế h i và băng th ng ủ m h khuế h i, ũng
nh giải pháp giảm nhiễu ph ủ b d o ng nâng o hất l ng
ủ máy thu. Với những mụ tiêu và ịnh h ớng trên, luận án sẽ
óng góp m t phần qu n trọng vào việ ải tiến á hệ thống thu di
ng qu vệ tinh.

Tần số 1084 MHz

H nh 3.49 Một số tần số phát trong dải 1000MHz - 2000MHz

20

5

CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN VÀ THUẬT TOÁN BÁM VỆ TINH
N i dung h ơng này i nghiên ứu ải tiến và thuật toán bám
vệ tinh. Để minh hứng hiệu quả ủ thuật toán bám ề xuất, h ơng
này ũng thự hiện nghiên ứu, thiết kế, hế t o hệ thống iều khiển
nten bám vệ tinh, từ ó ó kết quả
thử nghiệm.
2.1 Phƣơng pháp tìm kiếm vệ tinh
Để thự hiện quá tr nh t m kiếm vệ tinh, t dự vào vị trí ủ
tr m mặt ất
xá ịnh bởi kinh
(KE) và vĩ
(VE) và vị trí
ủ vệ tinh
xá ịnh bởi kinh
(KS),
o h ủ vệ tinh so
với mặt ất. Từ ó ó thể tính toán
gó ngẩng (EL) và gó
ph ơng vị (Az) ủ anten tr m mặt ất.
2.2 Đề xuất thuật toán bám vệ tinh
2.2.1 Đề xuất thuật toán bám vòng hở
Sơ ồ thuật toán bám vòng hở ề xuất thể hiện trên H nh 2.6.
Th ng tin về kinh
và vĩ
ủ tr m thu lấy từ máy thu ịnh vị
GPS kết h p với th ng tin vị trí ủ vệ tinh ể tính toán r gó ngẩng
và gó ph ơng vị ủ tr m thu di ng. Hệ thống ảm biến gó
nghiêng và ảm biến l bàn số sẽ xá ịnh gó ngẩng và gó ph ơng
vị hiện t i ủ tr m thu. H i th ng số này sẽ

so sánh với nhau
ể iều khiển m tơ gó ngẩng EL dị h lên, xuống và m tơ gó
ph ơng vị Az qu y tới vị trí gó t ơng ứng. Nh ng nh
iểm ủ
thuật toán này là
hính xá phụ thu vào
hính xá ủ hệ
thống ịnh vị toàn ầu GPS ũng nh á b ảm biến gó nghiêng,
l bàn số.

6

Kết quả o hệ số t p âm ủ m h nhỏ hơn 1.5dB trong dải
khuế h i 950MHz ến 2100MHz.
3.4 Giải pháp thiết kế mạch lọc thông dải
Có nhiều ph ơng pháp thiết kế m h lọ th ng dải sử dụng
m h dải, tuy nhiên trong luân án ề xuất sử dụng m h lọ th ng
dải kiểu ng h ởng ghép song song v m h ó ấu t o gọn nhẹ. Kết
quả hế t o, o
th m số trên máy phân tí h m ng Ve tor network
n lyzer 37369D thể hiện trên h nh d ới ây:

H nh 3.41 và 3.42 Hệ số truyền đạt S21 và hệ số phản xạ S11
3.5 Giải pháp thiết kế mạch dao động nội và bộ tổng hợp tần số
3.5.1 Kỹ thuật vòng khóa pha PLL.
M h vòng bám ph PLL
sử dụng rất r ng rãi ể ổn ịnh
tần số d o ng và hế t o á b tổng h p tần số, bởi v ó thể t o
r tần số bất kỳ ó
ổn ịnh o ng ng với th h nh và ó thể th y

ổi tần số rất mềm dẻo
iều khiển m t á h dễ dàng bằng á
b vi xử lý.
3.5.2 Thiết kế mạch dao động nội, bộ tổng hợp tần số.
H nh 3.45 tr nh bày sơ ồ thiết kế m h t o d o ng sử dụng
PLL. B tổng h p tần số dùng m h vòng bám ph PLL là vi m h
ADF4113 ủ hãng An log Devi es với tần số d o ng 2.45GHz.

19


2 tầng, trong ó tầng ầu thiết kế m h mắ kiểu s ode ể mở r ng
dải th ng, và tầng 2 giúp tăng hệ số khuế h i. Kết quả m phỏng
th m số S thể hiện ở d ới.

Khởi

ng

Kinh , vĩ
từ máy
thu GPS -> Az1, EL1
ủ máy thu

Gó nghiêng (EL2);
Gó l bàn số (Az2).

Az1-Az2>0

Điều khiển

gó Az phải

Điều khiển
gó Az trái

EL1-EL2>0

H nh 3.33 Hệ số khuếch đại của mạch và hệ số khuếch đại ngược

Az1-Az2<1

EL1-EL2<2

Chế

H nh 3.34 Hệ số phản xạ đầu vào và đầu ra
Hệ số phản x ầu vào và ầu r
phù h p với kết quả m phỏng.

o

rất tốt và ó d ng

Điều khiển
gó EL lên

ổn ịnh

H nh 2.6 Sơ đồ thuật toán bám vòng hở
2.2.2 Đề xuất thuật toán bám kết hợp

Đề xuất thuật toán bám kết h p thuật toán bám vòng hở và
thuật toán bám từng b ớ thể hiện trên H nh 2.7. Khi bắt ầu hệ
thống sẽ thự hiện hế
bám vòng hở s u ó thự hiện hế
bám
từng b ớ và hế
ổn ịnh. Khi hệ thống máy thu ó sự dị h
huyển, lú ó mứ tín hiệu thu sẽ bị suy giảm, tùy mứ tín hiệu thu
sẽ so sánh với mứ ng ỡng NG1, NG2 ể quyết ịnh huyển
sang s ng hế bám vòng hở h y từng b ớ .

H nh 3.35 Kết quả đo tạp âm của mạch.

18

Điều khiển gó
EL xuống

7


Bắt ầu

Chế
Chế

Chế

bám vòng hở

AGC>NG1

bám từng b ớ

AGC>NG2

H nh 3.26 Hệ số khuếch đại của mạch LNA hệ số khuếch đại ngược

ổn ịnh

H nh 2.7 Sơ đồ thuật toán bám kết hợp
2.3

Thiết kế hệ thống điều khiển anten
Chuyển ổi
A/D

PC

Vi xử lý

Thu

IF

Điều khiển
ng ơ

LNB

Truyền ng
EL, Az
3.3

Máy thu
GPS

Khuế h
i

Chuyển ổi
A/D

H nh 3.27 Hệ số phản xạ đầu vào và đầu ra
Giải pháp thiết kế mạch khuếch đại trung tần.

Cảm biến gó
Az, EL

H nh 2.9 Sơ đồ hệ thống điều khiển anten
Cấu trú hệ thống iều khiển nten bám vệ tinh thể hiện trên
H nh 2.9. Tín hiệu thu
từ vệ tinh kết h p với tín hiệu từ á
ảm biến, máy thu GPS
vào vi xử lý ể truyền về máy tính
xử lý. Th ng tin iều khiển sẽ
trở l i ể iều khiển nten bám vệ
tinh.

H nh 3.30 Kết quả mô phỏng tham số S

Để mở r ng dải tần làm việ và tăng hệ số khuế h i, giải
pháp thiết kế m h khuế h i trung tần là sử dụng m h khuế h i

8

17


H nh 3.20 Kết quả đo tạp âm của mạch.
3.2.3 Giải pháp thiết kế mạch LNA sử dụng hồi tiếp âm.
Để tăng
r ng băng tần khuế h i và giảm t p âm th tầng 1
ề xuất thiết kế m h khuế h i sử dụng hồi tiếp âm, tầng 2 thiết kế
ể tăng hệ số khuế h i. Kết quả m phỏng á th m số ủ m h
khuế h i thể hiện ở á h nh s u:

2.4 Thiết kế giải thuật điều khiển động cơ.
2.4.1 Mạch điều khiển động cơ
Để iều khiển ng ơ m t hiều quay thuận nghị h t sử
dụng m h ầu H, giải pháp ở ây sử dụng tr nsistor ng suất BJT
lo i NPN 2SC2581 và lo i PNP 2SA1106 kết h p á IC ghép qu ng
4N35 á h ly phần iều khiển với m tơ iều khiển 2 kênh.
2.4.2 Nâng cao chất lƣợng sử dụng luật điều khiển mờ PID.
Để hệ thống iều khiển t
á th m số tối u về th i
gi n áp ứng nh nh,
quá iều hỉnh là nhỏ nhất, triệt tiêu s i lệ h
tĩnh, nâng o tính ổn ịnh, phần này ề xuất sử dụng b iều khiển
PID m . B iều khiển PID m sẽ tối u á th m số KP, KI, KD ủ
b iều khiển PID. Sơ ồ b iều khiển PID m thể hiện trên H nh

2.12.
Fuzzy

de/dt
K’P K’I
ysp



e

B

K’D

iều khiển PID u

Đối t

ng

y

-1

H nh 3.23 Kết quả mô phỏng tham số S

H nh 2.12 Sơ đồ khối bộ điều khiển mờ PID.
Kết quả m phỏng trên phần mềm M tl b khi sử dụng b iều
khiển PID và b iều khiển m PID hiển thị trên H nh 2.17 và 2.18.

Kết quả o kiểm tr trên máy phân tí h m ng Ve tor network
n lyzer 37369D với á tham số ủ m h thể hiện trên h nh vẽ
d ới:

16

9


H nh 2.17 Đáp ứng của bộ điều khiển PID

H nh 2.18 Đáp ứng của bộ điều khiển mờ PID
2.5 Thiết kế, chế tạo khối xử lý trung tâm
2.5.1 Thiết kế mạch xử lý trung tâm
Trên ơ sở sơ ồ hệ thống ã thiết kế, tiến hành tổng h p sơ ồ
thiết kế khối xử lý trung tâm.
2.5.2 Thiết kế hệ thống truyền động

H nh 3.14 Hệ số tạp âm của mạch khuếch đại và tỉ số sóng đứng
Kết quả o á th m số ủ m h thể hiện trên h nh vẽ d ới:

H nh 3.17 Hệ số khuếch đại của mạch LNA và hệ số S12

Hình 2.24 Sơ đồ bố trí hệ thống truyền động
Hệ thống truyền ng b o gồm ơ ấu bánh răng, ng ơ DC,
ơ ấu en oder
bố trí ể iều khiển nten theo 2 h ớng. Hệ
thống truyền ng thự hiện iều khiển nten qu y gó 3600 theo gó
ph ơng vị và 900 theo gó ngẩng.

10

H nh 3.18 Hệ số phản xạ đầu vào và đầu ra

15


3.2.2 Giải pháp thiết kế mạch khuếch đại tạp âm thấp.
Giải pháp thiết kế m h khuế h i t p âm thấp ề xuất ó là
sử dụng th m số tối u ủ tr nsistor về t p âm ể giảm hệ số t p âm
ở mứ nhỏ nhất. Để tăng
r ng dải tần và tăng hệ số khuế h i,
luận án ề xuất sử dụng m h khuế h i 2 tầng ghép nối tiếp với tần
số khuế h i trung tâm lệ h nh u. Tầng 1 là 3,7GHz và tầng 2 là
3,9GHz. M h thiết kế thể hiện trên H nh 3.12.

H nh 3.12 Sơ đồ mạch khuếch đại tạp âm thấp 2 tầng
Kết quả m phỏng á th m số ủ m h khuế h
ở á h nh s u:

i thể hiện

Kết quả đo đạc thử nghiệm
Trung tâm iều khiển là phần mềm ài ặt trên máy tính PC.
Phần mềm iều khiển
viết bằng ng n ngữ Visu l C++ ó gi o
diện nh H nh 2.27. Phần mềm thự hiện kết nối tr o ổi th ng tin 2
hiều giữ máy tính và hệ thống truyền ng nten qu ổng COM.

2.6

Hình 2.26 Phần mềm điều khiển cài đặt trên máy tính
Kết quả o mứ tín hiệu thu
s u tá h sóng ủ máy thu
khi áp dụng thuật toán bám từng b ớ thể hiện trên H nh 2.28.

H nh 3.13 Kết quả mô phỏng tham số S
Hình 2.28 Mức tín hiệu thu sử dụng thuật toán bám từng bước
Th i gi n thự hiện quá tr nh t m kiếm mất khoảng vài ms ến
vài s tùy theo gó dị h huyển so với vị trí b n ầu.

14

11


CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ
THỐNG THU VỆ TINH BĂNG C

Hình 2.29 Mức tín hiệu thu sử dụng thuật toán bám vòng hở.

N i dung h ơng 3 i nghiên ứu á giải pháp ể thiết kế,
hế t o hệ thống thu vệ tinh tần băng C ó
nh y o, băng tần và
dải ng r ng ứng dụng ho hệ thống thu iều khiển bám vệ tinh.
3.1 Thiết kế sơ đồ hệ thống thu
Sơ ồ hệ thống thu vệ tinh b o gồm 2 thành phần hính ó là:
B thu ổi tần nhiễu thấp LNB băng C và b thu băng L. Sơ ồ thiết
kế thể hiện trên H nh 3.1 và H nh 3.2.

LNA

H nh 2.29 thể hiện kết quả o mứ tín hiệu thu khi sử dụng

Lọ dải
BPF-1

Tr n

Lọ dải
BPF-2

KĐ IF

R băng L

thuật toán bám vòng hở. Th i gi n bám hỉ òn khoảng 0.5s tùy
thu

vào

hính xá

ủ thiết bị thu GPS, và thiết bị ảm biến.

Vào băng C

Dao
ng
n i

H nh 3.1 Bộ thu đổi tần nhiễu thấp băng C
Băng
L

LNA

Tr n

KĐ IF

AM/PM
Giải ĐC

Giải ĐC IQ

Tổng h p
tần số

Giải mã

H nh 2.30 Mức tín hiệu thu sử dụng thuật toán bám kết hợp.
H nh 2.30 thể hiện kết quả o mứ tín hiệu thu khi sử dụng
thuật toán bám kết h p. Th i gi n bám rút ngắn t ơng
thống sử dụng thuật toán bám vòng hở với hất l
ịnh.

12

ơng với hệ

ng tín hiệu ổn

KĐ

Đầu r I/Q
TB ầu uối

H nh 3.2 Hệ thống thu vệ tinh băng L
3.2 Nghiên cứu các giải pháp thiết kế mạch tạp âm thấp
3.2.1 Mạch khuếch đại siêu cao tần.
Khi thự hiện phối h p trở kháng tốt th
ng suất truyền từ
nguồn ho ến tải sẽ t giá trị ự
i òn tổn thất trên
ng
truyền là ự tiểu. Phối h p trở kháng sẽ giúp ải thiện tỷ số tín
hiệu/t p nhiễu ủ hệ thống khá trong hệ thống sử dụng á phần tử
nh y ảm nh nten, b khuế h i t p âm thấp v.v
13