(Luận án tiến sĩ) nghiên cứu xây dựng bộ tạo mã ICAO và hệ phát băng tần l công suất lớn cho hệ thống phát tín hiệu nhận dạng luận án TS vật lý62 44 03 01

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------o0o---------

ĐẶNG THỊ THANH THỦY

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BỘ TẠO MÃ ICAO VÀ
HỆ PHÁT BĂNG TẦN L CÔNG SUẤT LỚN CHO HỆ
THỐNG PHÁ T TÍ N HIỆU NHẬN DẠNG

Chuyên ngành:

Vật lý Vơ tuyến và điện tử

Mã số:

62 44 03 01
TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ VẬT LÝ

HÀ NỘI - 2011


Cơng trình được hồn thành tại: Bộ mơn Vơ tuyến, Khoa Vật lý,
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên và Trung tâm nghiên cứu Điện
tử Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Bạch Gia Dƣơng
PGS. TS. Vũ Anh Phi
Phản biện 1:…………………………………….
Phản biện 2: ……………………………………
Phản biện 3: ……………………………………

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp nhà nước chấm luận
án tiến sỹ họp tại trường Đại học Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc
gia Hà Nội vào hồi ……. giờ …… ngày ……..tháng …… năm…..

Có thể tìm hiểu luận án tại:
-

Thư viện Quốc gia Việt Nam

-

Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN…………………………………………………………………..1
MỤC LỤC…………………………………………………………………………..2
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT……………………………………..4
DANH MỤC CÁC BẢNG………………………………………………….………7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ……………………………….…………....8
MỞ ĐẦU………………………………………………………………….………..11
Chƣơng 1. Giới thiệu về hệ thống thông tin hỏi đáp và những yêu cầu đặc thù ở dải
sóng siêu cao tần….…………………………………………………………….….17
1.1. Những nét chung về hệ thống thông tin hỏi đáp .…...…………………..…….17
1.1.1 Tình hình nghiên cứu chế tạo hệ thống hỏi đáp vô tuyến trên thế giới và trong
nƣớc……………………………………………………………..………………….17
1.1.2 Lý thuyết về kỹ thuật siêu cao tần……………………………………………24
1.1.3 Mạch dải siêu cao tần……………………………………………...…………35
1.1.4 Kỹ thuật phối hợp trở kháng…………………………………………………37

1.2. Yêu cầu về tín hiệu hỏi đáp………….……………...........................................39
Kết luận chƣơng 1……………………………………………………………….…40
Chƣơng 2. Nghiên cứu xây dựng bộ tạo mã hỏi đáp linh hoạt nhận dạng mục
tiêu...……………………………………………………………...……………...…42
2.1 Mã theo chuẩn ICAO……………………………………………….…….……42
2.1.1. Định dạng cấu trúc trƣờng của gói thơng tin và nội dung dữ liệu…………..43
2.1.2. Bộ phát đáp chế độ S…………………………………………………….. ...44
2.2. Nghiên cứu lựa chọn phƣơng tiện tạo mã ……..……………………………...49
2.2.1. Thử nghiệm tạo mã bằng vi điều khiển PIC16F877A………………………50
2.2.2. Thử nghiệm tạo mã bằng vi điều khiển PSOC………………………………51
2.2.3 Thử nghiệm tạo mã bằng DSP……………………………………………….54
2.2.4. Thử nghiệm tạo mã bằng công nghệ FPGA…………………………………55
Kết luận chƣơng 2.....................................................................................................61

2


Chƣơng 3. Nghiên cứu, lựa chọn, ứng dụng những công nghệ mới trong thiết kế chế
tạo máy phát siêu cao tần .........................................................................................62
3.1 Nghiên cứu công nghệ tổ hợp tần số...................................................................63
3.1.1. Kỹ thuật tổ hợp tần số PLL.............................................................................63
3.1.2. Ứng dụng công nghệ PLL chế tạo bộ tạo dao động sóng mang…………….71
3.1.3. Khảo sát mạch tạo dao động sóng mang.........................................................77
3.2. Nghiên cứu các công nghệ chế tạo bộ khuếch đại công suất siêu cao tần…….79
3.2.1. Lý thuyết khuếch đại công suất……………………………………………...79
3.2.2. Ứng dụng chế tạo mạch khuếch đại công suất cơ sở 200W…........................84
3.2.3. Chế tạo khối nguồn nuôi cho các bộ khuếch đại công suất……………........97
3.3. Nghiên cứu giải pháp công nghệ nâng cao công suất phát siêu cao tần………98
3.3.1.Phƣơng pháp cầu Hybrid và Wilkinson……………………………………..99
3.3.2. Thiết kế, mô phỏng và chế tạo cầu Wilkinson………………………….….102

3.3.3. Ứng dụng công nghệ xây dựng bộ tổ hợp cơng suất…………………….....109
3.4 Xây dựng đầu thu siêu cao tần, hồn thiện hệ thống hỏi-đáp nhận dạng thông
tin. …………………………………………………………………………..……113
Kết luận chƣơng 3………………………………………………………………...116
KẾT LUẬN CHUNG……………………………………………………………..119
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA NGHIÊN CỨU SINH ĐÃ CÔNG BỐ
LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN…………………………………………………...121
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………...123
PHỤ LỤC…………………………………………………………………………131

3


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
AD

Analog Devices

Thiết bị tƣơng tự

ADS

Advanced Design System

Hệ thống thiết kế tiên tiến

ADS-B

Automatic Dependent

Hệ thống quảng bá giám sát phụ

Surveillance - Broadcast

thuộc tự động

Asymmetric Digital Subscriber

Đƣờng dây thuê bao số phi đối

Line

xứng

AGC

Automatic Gain Control

Điều khiển khuếch đại tự động

AIDC

Air Traffic Service Inter-facility

Thông tin dữ liệu giữa các phƣơng

Data Communication

tiện dịch vụ không lƣu

AM

Amplitude Modulation

Điều biên

AMHS

Air traffic service Message

Hệ thống trao đổi bản tin dịch vụ

Handling System

không lƣu

Air Traffic Controller

Điều khiển không lƣu

ADSL

ATC

ATCRBS Air traffic control radar beacon Kiểm soát hệ thống đèn hiệu radar
system

không lƣu

ATM

Air Traffic Management

Quản lý không lƣu

ATN

Aeronautical Telecommunication Mạng viễn thơng hàng khơng
Network

ATS

Air Traffic Service

Dịch vụ khơng lƣu

ASK

Amplitude Shift Keying

Khóa dịch biên độ

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Khóa dịch pha nhị phân

CDMA

Code Division Multiple Access

Truy nhập phân chia theo mã

CM

Context Management

Quản lý nội dung

CNS

Communication, Navigation,

Truyền thông, dẫn đƣờng, giám sát

Surveillance
CPDLC

Controller-Pilot Datalink

Thông tin dữ liệu nhờ bộ điều khiển

Communications

hoa tiêu

4

CPLD

Complex Programmable Logic

Thiết bị logic lập trình phức tạp

Device
DAC

Digital to Analog Converter

Bộ chuyển đổi số sang tƣơng tự

DC

Direct current

Dòng một chiều

DDS

Direct Digital Synthesis

Tổng hợp kỹ thuật số trực tiếp

DME

Distance measuring equipment

Thiết bị đo lƣờng khoảng cách

DPLL

Digital Phase Lock Loop

Vịng khóa pha số

DPSK

Differential Phase Shift Keying

Khóa dịch pha vi phân

DSP

Digital Signal Processing

Xử lý tín hiệu kỹ thuật số

DSSS

Direct sequence spread spectrum

Chuỗi trải phổ trực tiếp

ID

Identify

Nhận dạng

JTIDS/

Joint Tactical Information

Hệ thống phân phối thông tin chiến

MID

Distribution System/

thuật liên hợp /Hệ thống phân phối

Multi - functional Information

thông tin đa chức năng

Distribution system
FM

Frequency Modulation

Điều tần

FPGA

Field-Programmable Gate Array

Mảng cổng lập trình đƣợc

FSK

Frequency Shift Keying

Khóa dịch tần

FHS

Frequency Hopping Spectrum

Phổ nhảy tần

HF

High Frequency

Sóng ngắn

GSM

Global System for Mobil

Hệ thơng tin di động toàn cầu

communication
GPS

Global Positioning System

Hệ thống định vị tồn cầu

ICAO

International Civil Aviation

Tổ chức hàng khơng dân dụng quốc

Organization

tế

Institude of Electrical and

Viện kỹ thuật điện và điện tử

IEEE

Electronic Engineers
IF

Intermediate Frequency

Trung tần

IFF

Identification friend or foe

Hệ thống phân biệt địch ta

5


LNA

Low Noise Aplifier

Bộ khuếch đại tạp âm thấp

LO

Local Oscillator

Bộ dao động tại chỗ

LPF

Low Pass Filter

Bộ lọc thơng thấp

PLL

Phase Lock Loop

Vịng bám pha

PPM

Pulse Position Modulation

Điều chế vị trí xung

PSK

Phase shift keying

Khóa dịch pha

SLS

Side-Lobe Suppression

Triệt thùy bên

SPI

Special Purpose Indentification

Nhận dạng mục đích đặc biệt

SSR

Secondary Surveillance Radar

Radar giám sát thứ cấp

RF

Radio Frequency

Tần số radio

RISC

Reduced Instructions Set

Kiểu máy tính với tập các lệnh rút

Computer

gọn

TACAN

Tactical Air Navigation

Dẫn đƣờng hàng không chiến thuật

TCAS

Traffic Collision Avoidance

Hệ thống tránh va chạm lƣu không

System
UAT

Universal Access Transceiver

Bộ thu phát truy nhập phổ thơng

UHF

Ultra high Frequency

Sóng siêu cao tần (viba)

VCO

Voltage Controlled Oscillator

Bộ dao động điều khiển bằng điện
áp

VĐK

Vi điều khiển

VHF

Very High Frequency

Sóng cực ngắn

VHDL

Very High-speed Hardware

Ngơn ngữ mơ tả phần cứng tốc độ

Description Langguage

cao

6


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Nội dung các trường trong gói thơng tin
Bảng 2.2 Ví dụ mã địa chỉ của một số nước
Bảng 2.3 Bảng các thơng số cấu hình cho vi điều khiển
Bảng 3.1 Sự phụ thuộc tần số vào điện áp của VCO 500MHz-1100MHz.
Bảng 3.2 Đặc trưng tần số của mạch khuếch đại công suất cơ sở
Bảng 3.3 Khảo sát hệ số khuếch đại trên máy phân tích phổ tại tần số 1030Mhz
Bảng 3.4 Độ suy giảm lối ra của cầu Wilkinson
Bảng 3.5 Kết quả tổ hợp công suất

7


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Mơ hình q trình trao đổi thơng tin
Hình 1.2. Mơ hình hệ thống CNS/ATM
Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thu phát vơ tuyến
Hình 1.4 Dây dẫn song song và sơ đồ tương đương.
Hình 1.5 Các đường truyền với một trở kháng tải.
Hình 1.6 Biểu đồ Smith chuẩn
Hình 1.7 Biểu diễn điểm bụng và điểm nút của sóng đứng trên biểu đồ Smith
Hình 1.8 Đường truyền vi dải

Hình 1.9 Sơ đồ phối hợp trở kháng cơ bản.
Hình 1.10 Phối hợp trở kháng bằng các đoạn dây nhánh
Hình 1.11 Sơ đồ phối hợp trở kháng bằng phương pháp λ/4
Hình 2.1 Cấu trúc các trường trong gói thơng tin
Hình 2.2 Định dạng tín hiệu thăm dị mode 3/A, C, S.
Hình 2.3 Định dạng tín hiệu thăm dị mode S.
Hình 2.4 Định dạng trả lời mode S
Hình 2.5 PIC đóng gói kiểu PDIP
Hinh 2.6 Tạo chuỗi mã ICAO bằng vi điều khiển pic16F877A;
Hình 2.7 Vi điều khiển PSOC.
Hình 2.8 Bộ phát mã ICAO sử dụng vi điều khiển PSOC
Hình 2.9 Kết nối các mơ đun trong và nạp chương trình cho VĐK PSOC.
Hình 2.10 Một đoạn mã ICAO mode-S được tạo bởi vi điều khiển PSOC .
Hình 2.11 DSP56307EVM
Hình 2.12 Mã ICAO mode-S được tạo bởi kít DSP56307EVM
Hình 2.13 Kit Spartan-3E FPGA Starter của hãng Xilinx và định nghĩa khối tạo mã.
Hình 2.14 Một đoạn mã ICAO mode-S được tạo bởi kít Spartan-3E FPGA Starter
Hình 2.15 Sơ đồ thiết kế mạch phát mã ICAO bằng công nghệ FPGA
Hình 2.16 Bộ phát mã ICAO bằng cơng nghệ FPGA (a); Đoạn mã ICAO (b)
Hình 2.17 Độ trễ sườn trước (a) và sườn sau (b) của xung trong đoạn mã ICAO
8


Hình 3.1 Sơ đồ chức năng của mạch vịng bám pha.
Hình 3.2.Đặc trưng chuyển tần số - điện áp của PLL.
Hình 3.3. Sự phụ thuộc của tần số VCO vào điện áp.
Hình 3.4. Sơ đồ chức năng bộ tổ hợp tần số dùng mạch vịng bám pha.
Hình 3.5. Cấu trúc của bộ so pha số.
Hình 3.6. Giản đồ xung lối vào/ra (IN/OUT) khi chưa bắt chập.
Hình 3.7. Giản đồ xung lối vào/ra (IN/OUT) khi tần số 2 lối vào bằng nhau.

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý và mạch chế tạo khối VCO
Hình 3.9 Đồ thị sự phụ thuộc của tần số vào điện áp của VCO 500MHz-1100MHz.
Hình 3.10 Sơ đồ chức năng của họ IC ADF 411x.
Hình 3.11 Sơ đồ bộ tổ hợp tần số băng L.
Hình 3.12. a)Bộ tổ hợp tần số ;b) Tín hiệu phát ở tần số 1030MHz
Hình 3.13 Một số tần số phát trong dải 1020MHz-1100MHz
Hình 3.14 Sơ đồ cơ bản của mạch khuếch đại.
Hình 3.15 Mô phỏng phối hợp trở kháng đầu vào bộ khuếch đại (nghiệm thứ 1)
Hình 3.16 Mơ phỏng phối hợp trở kháng đầu vào bộ khuếch đại (nghiệm thứ 2)
Hình 3.17 Mô phỏng phối hợp trở kháng đầu ra bộ khuếch đại (nghiệm thứ 1)
Hình 3.18 Mơ phỏng phối hợp trở kháng đầu ra bộ khuếch đại (nghiệm thứ 2)
Hình 3.19. Mạch thực nghiệm bộ khuếch đại cơng suất 1W
Hình 3.20 Sơ đồ khối bộ khuếch đại siêu cao tần công suất 200W.
Hình 3.21 Sơ đồ nguyên lý tầng khuếch đại 45W
Hình 3.22 Kết quả mơ phỏng tầng khuếch đại 45W.
Hình 3.23 Sơ đồ nguyên lý tầng khuếch đại 200W
Hình 3.24 Kết quả mơ phỏng tấng khuếch đại 200W.
Hình 3.25 Bộ khuếch đại cơng suất 45W
Hình 3.26 Chế tạo mạch khuếch đại cơng suất 200W
Hình 3.27 Mạch thực nghiệm của bộ khuếch đại cơng suất 200W
Hình 3.28 Thiết bị đo cơng suất
Hình 3.29 Mơ hình đo chế độ khuếch đại xung của bộ khuếch đại công suất cơ sở

9


Hình 3.30 Đặc trưng tần số của mạch khuếch đại cơng suất cơ sở
Hình 3.31 Đặc trưng biên độ của bộ khuếch đại cơng suất cơ
Hình 3.32 Sơ đồ khối nguồn ni một chiều
Hình 3.33 Chế tạo các khối nguồn ni ổn áp một chiều

Hình 3.34 Bộ cầu Hybrid 1800
Hình 3.35 Kết quả mơ phỏng cầu Hybrid
Hình 3.36 Sơ đồ ngun lý cầu Wilkinson
Hình 3.37 Mơ tả phíp làm mạch
Hình 3.38 Các loại trở cơng suất(a,b);Vỏ hộp nhơm và connector(c)
Hình 3.39 Kết quả mơ phỏng cầu Wilkinson chia 2
Hình 3.40 Cầu Wilkinson chia 2 và đánh giá tham số truyền qua S21.
Hình 3.41 Kết quả mơ phỏng cầu Wilkinson chia 4
Hình 3.42 Cầu Wilkinson chia 4 và đánh giá tham số truyền qua Si1
Hình 3.43 Kết quả mơ phỏng cầu Wilkinson chia 8
Hình 3.44 Cầu Wilkinson chia 8 và đánh giá tham số truyền qua Si1.
Hình 3.45 Bộ tổ hợp cơng suất 3kW ngun lý
Hình 3.46 Mạch tổ hợp cơng suất 3.2 KW
Hình 3.47 Hệ thống nguồn ni của khối tổ hợp cơng suất
Hình 3.48 Hệ thống quạt làm mát cho các mơ đun khuếch đại.
Hình 3.49 Sơ đồ khối của đầu thu cao tần
Hình 3.50 Kết quả khối khuếch đại tạp âm thấp
Hình 3.51 Mạch trộn tần
Hình 3.52 Mạch khuếch đại trung tần

10


MỞ ĐẦU
Việt nam đang trên đà hội nhập với thế giới và tham gia vào q trình tồn
cầu hố, tạo ra những cơ hội cho sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế nƣớc ta,
cho phép chúng ta tiếp cận với nền văn minh công nghiệp của thế giới. Việc tham
gia q trình tồn cầu hố là một tất yếu khách quan, nhƣng trong điều kiện nền
kinh tế cũng nhƣ trình độ khoa học kỹ thuật của chúng ta còn kém phát triển là
những thách thức đòi hổi sự nỗ lực khơng ngừng, nhằm nhanh chóng tiếp cận

những tiến bộ của khoa học công nghệ trên thế giới. Trong hồn cảnh đó, việc mở
rộng và gia tăng vƣợt bậc về giao thông đƣờng không đƣờng biển bảo đảm giao lƣu
quốc tê phát triển kinh tế,văn hóa,du lịch có ý nghĩa quan trọng. Sự phát triển giao
thƣơng với nƣớc ngoài, giao thông đƣờng biể n và đƣ ờng không ngày càng diễn ra
nhô ̣n nhip.
̣ Do vậy việc quản lý mục tiêu trên không,trên biển thuộc chủ quyền lãnh
thổ trở nên rất khó khăn. và càng trở nên phƣ́c ta ̣p.
Để thực hiện tốt việc giám sát các phƣơng tiện tham gia lƣu thơng trên biển
và trên khơng thì trƣớc hết vấn đề phát triển khoa học kỹ thuật, trang bị các phƣơng
tiện thiết bị cần đƣợc quan tâm triển khai và đầu tƣ tích cực. Một trong những thiết
bị quan trọng đó phải kể đến đó là hệ thống phát tín hiệu mã nhận dạng các mục tiêu
trên khơng và trên biển.
Hiện nay việc quản lí mục tiêu trên khơng và trên biển địi hỏi phải thống nhất
mã nhận dạng do đó ở nƣớc ta việc nghiên cứu lĩnh vực này đang đƣợc hết sức quan
tâm. Để giải quyết vấn đề nêu trên, một mặt cần nghiên cứu các thành tựu về các
loại mã nhận dạng (hỏi-đáp) mục tiêu đã và đang sử dụng nhằm nắm đƣợc những
vấn đề lý luận về nguyên lý cấu trúc, đánh giá độ tin cậy, tính ổn định, cơng nghệ
tạo mã, từ đó đƣa ra những lựa chọn tốt cho loại mã định sử dụng. Mặt khác nghiên
cứu làm chủ công nghệ chế tạo thiết bị cho phép mềm dẻo tạo mã nhận dạng phù
hợp với mã nhận dạng chuẩn hoá quốc tế và tạo mã riêng cho các phƣơng tiện khác,
đồng thời đáp ứng yêu cầu an toàn và an ninh cho các phƣơng tiện bay trên không
và tầu bè đi lại trên biển, quản lí chặt chẽ hải phận, khơng phận, đảm bảo chủ quyền
trên không và trên biển.

11


Cho đến nay, ở các mức độ khác nhau, các cơ sở nghiên cứu trong nƣớc đã
nghiên cứu, giải quyết một số vấn đề liên quan, trong đó đáng chú ý là đề tài mã số:
QG.07.26, thực hiện 2007-2009; đề tài mã số: KC.01.12/06-10, thực hiện 20062010, mà NCS tham gia dƣới lãnh đạo của chủ nhiệm đề tài PGS.TS. Bạch Gia

Dƣơng [2]; đề tài thuộc Bộ quốc phòng quản lý định hƣớng cấp Học viện của nhóm
nghiên cứu thuộc Học viện Kỹ thuật quân sự về hệ thống IFF….
Trên thế giới vấn đề này đƣợc nghiên cứu tại một số nƣớc, đặc biệt tập trung
phần lớn ở Mỹ, hệ thống thu, phát và xử lý tín hiệu ở dải sóng siêu cao tần đƣợc
nghiên cứu và phát triển rất mạnh, các thành tựu thuộc lĩnh vực này đƣợc thể hiện ở
rất nhiều bài báo và các sáng chế [18,19,20,52,54] đề cập đến các hệ thống thông tin
hỏi đáp, máy bay hỏi đáp đa chức năng, anten mảng v.v…Và còn rất nhiều các
nghiên cứu trên thế giới đƣợc đăng trên tạp chí chuyên ngành của Viện IEEE
(Institute of Electrical and Electronics Engineers) điều này chứng tỏ mức độ quan
trọng của việc phát triển các hệ thống trao đổi thông tin ở dải sóng siêu cao tần phục
vụ cho các nhiệm vụ điều khiển giao thông hàng không, các dịch vụ hàng không
dân sự và các nhiệm vụ quân sự khác.
Một số hệ thống (ví dụ các hệ thống dùng trong dân sự hoặc hệ thống điều
khiển giao thông hàng không, hệ thống nhận biết chủ quyền quốc gia…) cần tuân
theo chuẩn quy định chung của thế giới. Trong một số lĩnh vực đặc biệt các mã
thông tin cần đƣợc bảo mật và đƣợc thay đổi liên tục do đó địi hỏi chúng ta phải
phát triển hệ thống, nghiên cứu phƣơng tiện, môi trƣờng tạo mã mềm dẻo, linh hoạt
đáp ứng đƣợc những yêu cầu đặt ra.. Nhƣ vậy bộ mã hỏi-đáp cần nghiên cứu xây
dựng phải là một bộ mã đa năng,linh hoạt đáp ứng những chuẩn chung,phổ biến và
khi có nhu cầu cũng đáp ứng đƣợc các yêu cầu riêng theo mục đích sử dụng. Ngồi
ra, việc nghiên cứu, chế tạo và hoàn thiện hệ thống trong điều kiện trong nƣớc cịn
có ý nghĩa quan trọng với một nƣớc đang phát triển nhƣ nƣớc ta, giúp chúng ta có
thể làm chủ đƣợc hệ thống và phát triển hệ thống hoàn thiện hơn phù hợp với điều
kiện kỹ thuật nhƣng vẫn đáp ứng đƣợc yêu cầu, nhiệm vụ.
Đề tài luận án “Nghiên cứu xây dựng bộ tạo mã ICAO và hệ phát băng tần

12


L cơng suất lớn cho hệ thống phát tín hiệu nhận dạng” có các mục tiêu sau:

-

Nghiên cứu xây dựng các phương tiện tạo mã tín hiệu mềm dẻo, linh hoạt

-

Nghiên cứu ứng dụng các công nghệ mới, phù hợp để xây dựng một hệ
thống truyền dẫn linh hoạt, có khả năng chuyển tần nhanh, độ nhạy cao,
dải tần phù hợp (băng tần L), công suất lớn.
Phƣơng pháp nghiên cứu: Bằng cách tổng hợp,phân tích tiếp cận vấn đề trên

cơ sở lý thuyết về mã hóa, kỹ thuât siêu cao tần và mơ hình tốn học, xây dựng mơ
hình cấu trúc, mô phỏng thiết kế các phần tử và hệ thống,nhằm chế tạo chúng với
việc ứng dụng những công nghệ tiên tiến và phù hợp.
Phạm vi nghiên cứu:Hệ thống phát tín hiệu nhận dạng thơng tin mục tiêu
Trên cơ sở đó luận án đã đề ra các nội dung nghiên cứu nhằm thực hiện tốt các
mục tiêu đặt ra:
Với mục tiêu thứ nhất, luận án đặt ra các nội dung nghiên cứu tìm hiểu về mã
hỏi-đáp đã đƣợc sử dụng trên thế giới, trong đó đi sâu vào mã chuẩn quy định đang
đƣợc sử dụng rộng rãi đó là mã ICAO, trên cơ sở đó nghiên cứu,tìm kiếm, thử
nghiệm các phƣơng tiện tạo mã linh hoạt, có độ tích hợp cao, có thể tái lập cấu hình
các dạng mã đang sử dụng (mã ICAO), đáp ứng yêu cầu điều chế mã pha có độ
rộng xung hẹp…. đồng thời dễ dàng thay đổi cấu trúc mã theo các yêu cầu khác
nhau. Các vấn đề an ninh hàng không cũng nhƣ hàng hải ở nhiều nƣớc diễn ra rất
phức tạp, điều đó thể hiện rất rõ ở nƣớc ta, do đó những hệ phát mã trao đổi thơng
tin bí mật hay nhận dạng đối tƣợng là một thiết bị rất quan trọng. Các hệ thống hổiđáp nhận dạng mục tiêu thƣơng phẩm trên thế giới (ví dụ hệ mã ICAO) muốn can
thiệp vào cấu trúc và công nghệ rất phức tạp,hầu nhƣ khơng thể,vì vậy nếu trong
nƣớc khơng chủ động nghiên cứu phần mềm, chế tạo phần cứng thì việc nhập thiết
bị của nƣớc ngoài sẽ bị hạn chế về mặt sử dụng và phát triển các hệ thống tƣơng tự.
Mã ICAO ngồi nhiệm vụ trao đổi và nhận dạng thơng tin kiểm sốt an ninh cịn có

chức năng hỗ trợ cứu nạn, chỉ dẫn…Trên cơ sở nghiên cứu đánh giá khả năng mã
ICAO , luận án sẽ nghiên cứu phƣơng tiện tạo mã hỏi-đáp đa năng,linh hoạt, cơ
động về độ rộng xung, độ dài chuỗi xung...phục vụ cho nhiều lĩnh vực Nhƣ vậy việc

13


nghiên cứu, tìm kiếm, ứng dụng đối tƣợng linh hoạt tạo mã có tính thực tiễn khoa
học cao vừa thực hiện đƣợc yêu cầu bảo mật vừa có thể dùng chung cho các mục
đích khác.
Để đạt đƣợc mục tiêu thứ hai của luận án: xây dựng một hệ thống phát tín hiệu
siêu cao tần có khả năng linh hoạt chuyển đổi tần số phát. Các nội dung nghiên cứu
đặt ra trên cơ sở lý thuyết kỹ thuật siêu cao tần, công nghệ mạch dải, nghiên cứu,
lựa chọn các công nghệ mới,phù hợp ( kỹ thuật tổ hợp tần số, khuếch đại công suất,
kỹ thuật phối hợp trở kháng, kỹ thuật tổ hợp công suất v.v…) để mô phỏng xây
dựng sơ đồ nguyên lý, sơ đồ thiết kế thực nghiệm chế tạo các phần tử chính của hệ
thống phát siêu cao tần. Khối phát dao động nội ( sóng mang) để điều chế thông tin
đã đƣợc gia công, khối này phải đáp ứng nhu cầu chuyển tần linh hoạt, ở đây luận
án tập trung vào dải sóng băng tần L là băng tần chứa tần số sóng mang của hệ phát
tín hiệu mã dự kiến xây dựng. Sự chuyển tần linh hoạt đáp ứng yêu cầu sử dụng,
thay đổi theo chƣơng trình hoặc ngẫu nhiên tùy thuộc yêu cầu ngƣời sử dụng. Chính
vì thế luận án lựa chọn phƣơng pháp tạo sóng mang bằng phƣơng pháp tổ hợp tần
số. Phƣơng pháp này cho phép thay đổi tần số rất linh hoạt tần số sóng mang với
những bƣớc nhảy thơ hoặc mịn, thay đổi từ một vài KHz đến vài trăm KHz theo
chƣơng trình. Một ƣu điểm nữa của phƣơng pháp tổ hợp tần số tạo ra tín hiệu dao
động nội có độ ổn định tần số tƣơng đối cao. Điều đó đảm bảo thực hiện đƣợc tốt
quá trình trộn tần số từ trung tần lên cao tần ở phần phát hoặc trộn từ cao tần xuống
trung tần ở phần thu. Giải pháp này kết hợp với khuếch đại công suất sẽ khắc phục
đƣợc nhƣợc điểm của các phƣơng pháp dao động công suất lớn truyền thống dùng
đèn Magnetron, Klystron … [38] u cầu nguồn ni phức tạp, chế tạo khó khăn,

thiết bị cồng kềnh, không thay đổi đƣợc tần số. Một điều không kém phần quan
trọng trong nội dung này là công nghệ giải quyết vấn đề công suất, đối với tần số
thấp cơng suất khơng phải là vấn đề khó khăn nhƣng khi đƣa dải tần lên cao thì vấn
đề cơng suất rất phức tạp vì sóng cao tần tiêu tán rất nhiều khi truyền trong khơng
gian, do đó cơng suất tín hiệu trƣớc khi đƣa lên anten hoặc rada phát đi phải đảm
bảo đủ lớn để nơi thu có thể nhận và khôi phục đƣợc thông tin trung thực. Giải

14


quyết vấn đề nâng cao công suất phát, luận án chọn phƣơng thức tổ hợp công suất
trong số nhiều phƣơng pháp nâng cao cơng suất. Tín hiệu phát lên khơng gian với
tần số dải sóng siêu cao tần cần cơng suất lớn, khi tổ hợp công suất từ các bộ
khuếch đại công suất nhỏ cần giảm bớt các điều kiện về pha do đó luận án đề xuất
phƣơng pháp tổ hợp công suất đồng pha và đồng biên độ. Khi áp dụng phƣơng pháp
tổ hợp cơng suất thì u cầu đặt ra phải chế tạo đƣợc các mô đun giống nhau (pha
và hệ số khuếch đại tƣơng đƣơng nhau) có độ ổn định cao. Ở tần số cao các ký sinh
trong mạch ảnh hƣởng nhiều đến tín hiệu do vậy việc tạo các mô đun khuếch đại cơ
sở và các bộ cộng đồng dạng nhau là rất khó do vậy yêu cầu một công nghệ đảm
bảo khi chế tạo các thông số trong mạch ở mỗi phiên bản gần giống nhau hồn tồn.
Cơng nghệ luận án lựa chọn là cơng nghệ mạch dải.
Công nghệ tạo công suất lớn từ tổ hợp các mơ đun cơng suất cơ sở có rất nhiều
lợi thế cho những hệ phát tín hiệu hoạt động liên tục vì sự rủi ro do hỏng hóc của
các khối khuếch đại công suất đƣợc chia nhỏ. Tùy vào mục đích và cơng nghệ chế
tạo mà ngƣời ta chọn số lƣợng mô đun công suất cơ sở. Nếu số lƣợng mơ đun cơng
suất cơ sở ít thì cơng suất của mỗi mô đun cơ sở phải cao, đồng nghĩa với việc công
nghệ chế tạo phải rất hiện đại và nguy cơ suy giảm tín hiệu lớn khi một mơ đun có
trục trặc. Ngƣợc lại nếu chọn số mơ đun nhiều sẽ có ƣu điểm là mỗi mơ đun cơng
suất nhỏ, dễ chế tạo khơng địi hỏi cơng nghệ phải quá hiện đại, độ ổn định cao hơn
và khi một khối cơ sở hỏng khả năng ảnh hƣởng đến hoạt động của cả hệ thống là

không đáng kể. Tuy nhiên nhƣợc điểm khi phối kết hợp sẽ đòi hỏi số lần điều chỉnh
nhiều hơn và nếu công suất cơ sở nhỏ q thì kết quả cộng sẽ khơng có hiệu quả.
Với khả năng và công nghệ nhƣ nƣớc ta hiện nay và dựa trên các kết quả nghiên
cứu đầu tiên trong nƣớc về giải pháp này, luận án đề xuất và thử nghiệm kiến trúc
32 mô đun.
Những thành công bƣớc đầu trong việc nghiên cứu lựa chọn áp dụng các cơng
nghệ góp phần đƣa ra một phƣơng pháp thiết kế chế tạo ,xây dựng hệ thống phát
siêu cao tần mới có tính khoa học, và thực tiễn.
Nội dung của luận án đƣợc chia thành các phần sau:

15


1. Mở đầu
2. Chƣơng 1. Giới thiệu về hệ thống thông tin hỏi đáp và những yêu cầu đặc
thù ở dải sóng siêu cao tần
3. Chƣơng 2. Nghiên cứu xây dựng bộ tạo mã hỏi-đáp linh hoạt nhận dạng
mục tiêu
4. Chƣơng 3. Nghiên cứu, lựa chọn, ứng dụng những công nghệ mới, trong
việc thiết kế chế tạo hệ máy phát siêu cao tần
5. Kết luận
6. Các cơng trình đã cơng bố
7. Tài liệu tham khảo
Các kết quả nghiên cứu của luận án đƣợc công bố trong 9 bài báo và báo cáo
khoa học của NCS và cộng sự tại các hội nghị Quốc tế ATC-REV 2008, 2009,
ICCE 2010, trên các tạp chí Khoa học Cơng nghệ 2010, tạp chí Journal of Science
VNU 2008, 2009.

16

CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN HỎI ĐÁP
VÀ NHỮNG YÊU CẦU ĐẶC THÙ Ở DẢI SÓNG SIÊU CAO TẦN
Những hệ thống phát tín hiệu mã pha phục vụ nhận dạng thông tin mục tiêu
đƣợc nghiên cứu đáp ứng nhu cầu quản lý không phận, hải phận quốc gia. Hệ thống
đƣợc xây dựng dựa trên cơ sở khoa học về một hệ thống phát siêu cao tần, dựa trên
các cơ sở lý thuyết về kỹ thuật siêu cao tần, các công nghệ hiện đại.

1.1. Những nét chung về hệ thơng tin hỏi đáp siêu cao tần .
1.1.1 Tình hình nghiên cứu chế tạo hệ thống hỏi đáp vơ tuyến trên thế giới và
trong nƣớc
Khái niệm về điều khiển giao thông hàng không là một khái niệm mới mặc dù máy
bay đƣợc phát minh từ năm 1903 và lĩnh vực hàng khơng cũng khơng ngừng phát
triển, thời đó các phi công điều khiển máy bay đƣợc trang bị hệ thống liên lạc vô
tuyến để truyền thông tin về mặt đất. Khi rada đƣợc phát minh trong khoảng thời
gian chiến tranh thế giới thứ II, ngƣời ta đã sử dụng nó để giám sát cả máy bay quân
sự và dân sự. Nhƣng phải đến tận những năm 50 của thế kỷ XX ngƣời ta mới hình
thành một hệ thống điều khiển không lƣu.Sự phát triển của hệ thống đi kèm với sự
phát triển trao đổi thông tin mode S (chế độ S). Mode S là một công nghệ kết nối
thông tin sử dụng đặc biệt cho việc thẩm vấn đối tƣợng bay. Thiết bị mode S bao
gồm những trạm thu phát mặt đất và những bộ phát-đáp trên máy bay, cung cấp các
thông tin để nhận biết máy báy. Phƣơng pháp này bảo đảm rằng khi máy bay khác
nhận sự thẩm vấn sẽ không trả lời đƣợc và chỉ những máy bay đƣợc trang bị mode
S mới trả lời. Nội dung trả lời chứa đựng thông tin nhƣ báo cáo độ cao, thiết bị sử
dụng trên máy bay, nơi đi nơi đến….
Sự phát triển tiến bộ của khoa học kỹ thuật và kinh tế thế giới kéo theo sự gia
tăng về lƣu lƣợng máy bay, vì vậy giao thơng hàng không càng trở nên phức tạp và
hệ thống điều khiển không lƣu không ngừng đƣợc nâng cấp nhằm đáp ứng nhu cầu
đó. Mục đích của hệ thống này là ln đảm bảo mỗi máy bay hoạt động trong một
vùng không gian nào đó đều đƣợc giám sát bởi trạm mặt đất. Hệ thống phát mã hỏi

phải đồng bộ, phối hợp với hệ thống thu nhận mã và tín hiệu trả lời. Sự phối hợp
17


chặt chẽ đó giúp quản lý và đảm bảo an tồn cho tất cả các máy bay.
Thơng tin
thơng thƣờng

Trạm mặt
đất thơng
thƣờng

Máy bay khác

Máy bay trang
bị mode S

.

Thơng tin mới

Trạm
mặt
đất
mode S

Hình 1.1 Mơ hình q trình trao đổi thơng tin
Tình hình trên thế giới
Hiện tại trên thế giới phát triển nhiều hệ thống băng tần L liên quan nhƣ hệ
thống giám sát giao thông hàng không (TCAS, Transponder, UAT, ADS-B), hệ

thống thông tin định vị (DME, TACAN, GPS, JTIDS / MID) [51].
Hệ thống tránh các va chạm giao thông hàng không (TCAS) nằm trên máy bay
đƣợc bảo vệ, theo định kỳ truyền tín hiệu thẩm vấn tới bộ thu ở trên máy bay khác
(gọi là máy bay mục tiêu) trong vùng lân cận của máy bay đƣợc bảo vệ. Để trả lời
cho các tín hiệu thẩm vấn, hệ phát đáp của các máy bay mục tiêu phát một tín hiệu
trả lời. Các thiết bị trên chiếc máy bay TCAS đƣợc bảo vệ, xác định phạm vi của
các máy bay mục tiêu theo thời gian truyền giữa các tín hiệu thẩm vấn và tín hiệu
trả lời nhận đƣợc. Kết quả thu đƣợc là dữ liệu về những tình huống va chạm có thể
xảy ra khi giao thông. Các TCAS khi hoạt động phát đi tần số trong khoảng 1030 ±
10 MHz và nhận đƣợc tần số trong khoảng 1090 ± 10 MHz. Bộ phát-đáp điều khiển
không lƣu sử dụng mode-A-C và chế độ thẩm vấn mode-S . Bộ phát- đáp gửi một
tín hiệu xác định đƣợc mã hóa để trả lời tín hiệu thẩm vấn nhận đƣợc từ một trạm
radar trên mặt đất để xác định vị trí và loại máy bay… tín hiệu trả lời từ các bộ
phát- đáp này đƣợc sử dụng để tạo ra các hiển thị về vị trí máy bay trả lời, nhận
dạng và độ cao của nó, dùng cho việc kiểm sốt khơng lƣu. Chức năng mode-S của
bộ phát-đáp đƣợc sử dụng để gửi thông tin liên quan đến TCAS với các máy bay
đƣợc trang bị thiết bị này. Các bộ phát- đáp mode S bao gồm các bộ phát tín hiệu và
bộ nhận tín hiệu băng tần L và một bảng điều khiển. Các hệ thống này này nhận

18


đƣợc các xung hỏi đƣờng lên ở tần số 1030 MHz, và gửi trả lời đƣờng xuống ở
1090 MHz.
Hệ phát quảng bá, giám sát phụ thuộc tự động (ADS-B) cung cấp thời gian
thực, nhanh chóng cập nhật thơng tin giao thơng để phi cơng có màn hình giao
thơng trên tàu. Với hệ thống ADS-B, mỗi máy bay (hoạt động trong ƒ = 1090 ± 1
MHz) nhận đƣợc báo cáo vị trí từ máy bay khác trong vùng lân cận, các phi cơng sẽ
có thể xác định khơng chỉ vị trí giao thơng xung đột, mà cịn sẽ thấy rõ chỉ thị về
giao thông, tốc độ và độ cao tƣơng đối. Các thơng tin này có thể đƣợc nhận và xử lý

bởi một máy bay khác hoặc các hệ thống mặt đất giúp cho việc xác định vị trí thuận
lợi và tránh va chạm. Hệ thống ADS-B có thể bao gồm một hệ thống định vị toàn
cầu GPS (Global Positioning System), khi đó cho phép máy bay xác định vị trí của
mình. Với hệ thống này sẽ khơng cần các anten định hƣớng cao và các thơng tin
chính xác về khoảng thời gian. Mỗi ADS-B đƣợc trang bị cho máy bay sẽ quảng bá
vị trí của nó với dữ liệu cần thiết khác, bao gồm cả tốc độ máy bay và hƣớng bay.
Hệ thống này sẽ cung cấp một cách chính xác về bức tranh giao thông hàng không
với chỉ một radar duy nhất. Hơn nữa, hệ thống ADS-B còn làm giảm khả năng xảy
ra tắc nghẽn không lƣu. Dù hệ thống ADS-B đảm bảo đƣợc việc giám sát khơng lƣu
chính xác hơn, nhƣng hiện tại vẫn chƣa đƣợc coi là một hệ thống độc lập. Bởi vì hệ
thống ADS-B phụ thuộc vào tín hiệu định vị GPS. Để thu đƣợc đầy đủ lợi ích của
ADS-B, hệ thống phải đƣợc thực hiện trên tất cả máy bay. Nếu một máy bay đƣợc
trang bị ADS-B nhƣng máy bay khác lại không đƣợc trang bị, thì cả hai máy bay sẽ
đều trở nên “mù” đối với nhau, vì vậy sự trang bị rộng rãi ADS-B cần đƣợc coi là
yêu cầu đầu tiên trong việc giám sát không lƣu. Tuy nhiên việc trang bị đầy đủ
ADS-B còn phụ thuộc vào từng nƣớc, thứ nhất bởi vì nó sử dụng tần số 1090 Mhz
để truyền có thể gây can nhiễu với hệ thống ATC và TCAS. Thứ hai giá của ADS-B
khá cao vì vậy mà hầu hết các hãng hàng không dân dụng ngày nay chƣa sử dụng.
Hệ thống quản lý không lƣu (Air Traffic Management - ATM) [4,16,29,40] có
thể hiểu là quản lý sự lƣu thông của máy bay di chuyển trên không. Sự lƣu thông
của máy bay trên các tuyến đƣờng bay cần phải tuân theo sự điều hành của bộ phận

19


kiểm sốt khơng lƣu dƣới mặt đất để đảm bảo hoạt động bay an toàn và hiệu quả.
Tuy nhiên, để xác định tuyến đƣờng bay trên không, máy bay cần dựa vào mốc tín
hiệu phát lên của các thiết bị dẫn đƣờng, dẫn hƣớng. Việc giám sát hoạt động bay
của bộ phận kiểm sốt khơng lƣu khơng thể thực hiện bằng mắt thƣờng mà cần tới
sự hỗ trợ của các thiết bị radar. Liên lạc giữa kiểm sốt viên khơng lƣu dƣới đất với

phi công trên trời cần nhờ tới các trang thiết bị thơng tin đất đối khơng (ví dụ nhƣ
HF, VHF). Ngồi ra nhu cầu trao đổi thơng tin giữa các bộ phận dƣới đất liên quan
tới quản lý không lƣu cũng cần tới sự giúp đỡ của hạ tầng thông tin mặt đất. Hiện
nay, hạ tầng kỹ thuật phục vụ quản lý không lƣu đã bộc lộ nhiều mặt hạn chế. Khi
lƣu lƣợng bay đạt tới một ngƣỡng nào đó, những hạn chế này sẽ là rào cản khiến hệ
thống sẽ khơng đủ an tồn và hiệu quả để đáp ứng các yêu cầu của quản lý không
lƣu.
Vào năm 1983, tổ chức hàng không dân dụng quốc tế ICAO đã tiến hành
nghiên cứu tìm giải pháp cho vấn đề này. Đây là một cơ quan của tổ chức liên hợp
quốc, có trách nhiệm lập ra các nguyên tắc và kỹ thuật của dẫn đƣờng hàng không
quốc tế, tạo điều kiện đối với các kế hoạch và phát triển của nền không vận quốc tế
để đảm bảo sự phát triển an toàn và hợp lệ. Sau thời gian nghiên cứu, ICAO nhận
thấy rằng chỉ khi thay thế toàn bộ hạ tầng thông tin, dẫn đƣờng, giám sát
(Communication, Navigation, Surveillance - CNS) hiện tại bằng một hệ thống mới,
cùng với phƣơng thức quản lý khơng lƣu, mới có khả năng khắc phục những hạn
chế của hệ thống trên phƣơng diện toàn cầu. ICAO cũng đồng thời đƣa ra một mơ
hình CNS/ATM mới ứng dụng các cơng nghệ viễn thơng hiện đại, trong đó nổi bật
là liên kết dữ liệu và vệ tinh. Năm 1991, đề xuất này chính thức đƣợc phê chuẩn.
Hiện nay ICAO đã xây dựng tiêu chuẩn cho một số ứng dụng, bao gồm các
ứng dụng đất đối không nhƣ quản lý khung cảnh (Context Management - CM),
giám sát phụ thuộc tự động (Automatic Dependent Surveillance - ADS), thơng tin
liên kết dữ liệu giữa kiểm sốt viên không lƣu và phi công (Controller-Pilot
Datalink Communications - CPDLC), và các ứng dụng mặt đất nhƣ hệ thống trao
đổi bản tin dịch vụ không lƣu (Air Traffic Service Message Handling System -

20


AMHS), thông tin dữ liệu giữa các phƣơng tiện dịch vụ không lƣu (Air Traffic
Service Inter-facility Data Communication - AIDC).

Mọi hoạt động của ATM
đƣợc diễn ra trên cơ sở hạ tầng
CNS. Bản chất CNS là tập hợp
các hệ thống thông tin, dẫn
đƣờng, giám sát. Thông tin (C-

Hệ thống hoạt động ATM
Hệ thống hỗ
trợ ATM

Hệ thống
mơi trƣờng
hàng khơng
(AIS,MET)

ommunication) có nhiệm vụ trao

Chuyến
bay

Nguồn nhân
lực ATM

đổi, phân bố thông tin giữa các bộ
phận mặt đất, máy bay, kết nối
các thành phần trong hệ thống với

Hệ thống truyền
thông

Hệ thống dẫn
đƣờng

Hệ thống giám
sát

nhau và tới những nhà cung cấp,
ngƣời dùng liên quan khác. Dẫn
đƣờng (N-Navigation) có chức năng

Hình 1.2. Mơ hình hệ thống CNS/ATM

xác định vị trí, tốc độ, hƣớng dịch chuyển của máy bay, giúp máy bay di chuyển
đúng hƣớng. Giám sát (S-Serveillance) cung cấp cho các bộ phận quản lý thông lƣu
dƣới mặt đất vị trí, hoạt động của các máy bay trên khơng.
Ƣu điểm lớn nhất của hệ thống CNS/ATM (hình 1.2) so với các hệ thống
hàng không cũ là khả năng kết nối giữa các hệ thống. Phần lớn các hệ thống hàng
không hiện đang hoạt động là những hệ thống rời rạc. Thông tin, dẫn đƣờng, giám
sát là các hệ thống hoạt động độc lập, không liên quan tới nhau. Xét riêng hệ thống
thông tin, thông tin đất đối không và thông tin mặt đất cũng là hai mảng khác độc
lập, dựa trên các mạng và các thông tin độc lập. Chính vì khơng có sự kết nối giữa
các hệ thống nên cơ sở hạ tầng các trang thiết bị rất lớn và cồng kềnh, nhƣng khả
năng lại hạn chế bởi khơng có sự hỗ trợ lẫn nhau, việc nâng cấp cũng khó khăn và
tốn kém. Hệ thống CNS/ATM yêu cầu các thành phần hệ thống phải tuân thủ theo
một tiêu chuẩn chung thống nhất. Trên cơ sở đó tất cả các hệ thống đều có khả năng
kết nối với nhau, mở rộng tầm hoạt động của hệ thống trên diện rộng tồn cầu. Bên
cạnh đó, sự tƣơng tác giữa các hệ thống cho phép phát triển khả năng tự động hoá ở

21

nhiều mức, nâng cao hiệu quả quản lý không lƣu và giảm tải lƣợng công việc của
ngƣời sử dụng, đáp ứng đƣợc yêu cầu khi lƣu lƣợng bay tăng cao.
Hầu nhƣ các tài liệu quảng bá trên các mạng thông tin và internet về hệ thống
thông tin băng tần L để cập nhiều đến bộ phát-đáp lắp đặt trên đối tƣợng bay, rất ít
tài liệu đề cập đến hệ thống hỏi đặt ở trạm mặt đất. Nhìn chung các hệ thống thông
tin băng tần L trên thế giới đƣợc phát triển khá hồn thiện, tuy nhiên các hệ thống
đƣợc tích hợp chuyên cho những mục đích riêng biệt và đƣợc đóng gói thành sản
phẩm (cơng nghệ đƣợc giữ hồn tồn bí mật), bán cho các nƣớc có nhu cầu sử dụng.
Giá thành các hệ thống mua sẵn tƣơng đối cao, tuy nhiên khi hệ thống đƣợc chế tạo
phục vụ cho một mục đích nhất định thì việc linh hoạt chuyển đổi mục đích sử dụng
đa năng rất khó khăn và đặc biệt quan trọng đối với các nƣớc sử dụng cho những
nhiệm vụ cần có độ bảo mật cao hơn.
Tình hình trong nước
Hiện tại, mạng ATN chƣa đƣợc triển khai tại Việt Nam [4], vì vậy hệ thống
ADS/CPDLC của ATMS sẽ đƣợc thực hiện qua liên kết dữ liệu do ARINC cung
cấp. Hệ thống đang trong quá trình thử nghiệm. Trong thời gian tới, Việt Nam sẽ
tiếp tục đầu tƣ, cài đặt thêm các trạm liên kết dữ liệu VHF tại các tỉnh Hà Nội, Đà
Nẵng, Quy Nhơn, TP. Hồ Chí Minh, và Cà Mau; thiết lập kết nối AIDC giữa ATMS
với các trung tâm kế cận và kiểm soát không lƣu Nội Bài; thiết lập kết nối ATN tới
các nƣớc Lào, Singapore, Hồng Kông, và Thái Lan theo khuyến cáo của ICAO;
triển khai hệ thống AMHS.
Đối với hàng không quân sự: Hệ thống CNS/ATM của ngành hàng không
quân sự hầu hết vẫn sử dụng các thiết bị của Liên xô cũ, những thiết bị này không
thể giao tiếp đƣợc với các máy bay dân sự loại mới của Boeing và Airbus. Việc
kiểm sốt khơng lƣu và kiểm sốt tầu bè trên biển khơng có hệ thống nhận dạng
chung.
Hiện nay chúng ta vẫn sử dụng các hệ thống cũ hoặc phải mua các hệ thống có
sẵn hoặc từng phần hệ thống của nƣớc ngoài giá thành tƣơng đối cao nhƣ các hệ
thống dẫn đƣờng CAT I ILS, K1, K3 hiện đang đƣợc sử dụng ở Cảng hàng không

22


Cát Bi, Tân Sơn Nhất, Nội Bài.
Hệ thống nhận biết chủ quyền quốc gia Việt nam hiện đang trang bị chủ yếu
trong quân đội dƣới dạng máy hỏi-đáp; đối với dân sự thì trang bị chủ yếu dƣới
dạng ra đa thứ cấp làm nhiệm vụ dẫn đƣờng hàng khơng; cịn đối với hàng không
chủ yếu là các phƣơng tiện vô tuyến khác. Các trang bị nhận biết chủ quyền quốc
gia trang bi ̣cho quân đội đƣơ ̣c trang bi ̣đồ ng bô ̣ với các đài ra đa sơ cấ p

sản xuất

thời kỳ đó. Hê ̣ thớ ng hỏi -đáp của Viê ̣t nam đa số là thiế t bi ̣theo hê ̣ thố ng
КРЕМНИЙ-2, НИХРОМ và ПАРОЛЬ do Liên Xô cũ chế ta ̣o . Các hệ thống hỏi
đáp này đề u đƣơ ̣c sản xuấ t trên công nghê ̣ khá cũ

. Phầ n lớn các trang b ị đã hỏng

nhiề u lầ n hoă ̣c khả năng làm viê ̣c thấ p . Viê ̣c sƣ̉a chƣ̃a , khôi phu ̣c hê ̣ thố ng này rấ t
khó khăn vì linh kiên thay thế hiện tại khơng sản xuất và rất khó

tìm kiếm trên thi ̣

trƣờng. Mă ̣t khác , bô ̣ mã mâ ̣t trong hê ̣ thố ng ПАРОЛЬ không đƣơ ̣c phiá nhà sản
xuấ t chuyể n giao nên hê ̣ thố ng chỉ làm viê ̣c đƣơ ̣c ở nhƣ̃ng mã hỏi – đáp không bảo
mật [4]. Hệ thống sử dụng bộ mã nhận biết Quốc gia và thiết kế chế tạo hệ thống
máy hỏi-đáp riêng của nƣớc ta đã đƣợc đặt ra từ lâu, song cho đến nay mới chỉ có
một số đề tài, đề án riêng lẻ cải tiến một số bộ phận trong máy hỏi chủ yếu nhằm
khôi phục hệ thống hiện có của Liên xơ nhƣ chế tạo ăngten máy hỏi, mô phỏng bộ

mã mới của Nga, sửa chữa khôi phục các khối máy hỏi, hoặc phục vụ cho một loại
rađa cụ thể, đề tài nghiên cứu phối kết các mơ đun của hệ thống mua của nƣớc
ngồi, phát triển hệ thống để lắp đặt cho các trạm mặt đất và cho máy bay.. Kết quả
các đề tài về thiết bị hỏi-đáp đã thực hiện cho đến nay còn hạn chế, chƣa mang tính
tổng thể. Xu hƣớng chung đƣợc đặt ra cấp thiết là:
- Xây dựng thiết kế hệ thống cho hệ thống hỏi-đáp nhận dạng tín hiệu có tính
đa dụng dùng chung cho nhiều lĩnh vực. Phân biệt các ứng dụng bằng các chế độ
hỏi-đáp, phù hợp với mọi điều kiện thực tế.
- Có chế độ bảo mật dùng riêng cho những nhiệm vụ đặc biệt bằng cách dùng
thiết bị mã mật-giải mã xây dựng trên cơ sở khóa mã và thuật tốn của riêng Việt
Nam.
Nhƣ vậy một hệ thống thiết bị nhận dạng tín hiệu vừa tuân theo chuẩn quốc

23


tế vừa phục vụ đƣợc những mục tiêu đặc thù đƣợc đặt ra với yêu cầu cấp bách, đòi
hỏi nghiên cứu chế tạo và triển khai sản xuất ứng dụng đồng bộ sau này. Việc
nghiên cứu các công nghệ mới ứng dụng vào việc thiết kế chế tạo thiết bị rất quan
trọng, cho phép mềm dẻo tạo mã nhận dạng cho phƣơng tiện trên không dân dụng
phù hợp với mã nhận dạng chuẩn hố quốc tế và tạo mã bí mật cho các phƣơng tiện
phục vụ những mục đích đặc biệt khác.
Hiện nay, tại Trung tâm Khoa học Công Nghệ, Học viện Kỹ thuật Quân sự
và Viện Kỹ thuật quân sự Phịng khơng khơng qn thuộc Bộ Quốc Phịng, các
chun gia cũng đã nghiên cứu thiết kế chế tạo đƣợc một số thiết bị trong hệ thống
hỏi-đáp tuân theo chuẩn của Nga với mục đích thay thế các thiết bị cũ đã quá lạc
hậu. Tuy nhiên, việc triển khai thiết kế máy phát hỏi siêu cao tần công suất lớn cho
hệ thống hỏi- đáp và hệ thống nhận biết chủ quyền Quốc gia theo quy chuẩn của
ICAO thì rất ít cơ sở nghiên cứu.
Vấn đề nghiên cứu lựa chọn và ứng dụng công nghệ xây dựng hệ thống thông

tin ở dải sóng siêu cao tần khơng những có ý nghĩa về mặt kinh tế, hạn chế việc
nhập thiết bị của nƣớc ngồi, mà cịn giúp chúng ta chủ động trong việc sửa chữa,
thay thế và nâng cấp các hệ thống dẫn đƣờng và giám sát không phận theo chuẩn
thống nhất của quốc tế để đáp ứng nhu cầu hiện đại hóa trang thiết bị cho các cảng
hàng khơng và các đài rađa... Các nghiên cứu phục vụ cho việc thiết kế, chế tạo hệ
thống sẽ góp phần đặt nền móng cho bƣớc triển khai sản xuất không chỉ một mà
nhiều loại thiết bị thơng tin hoạt động ở dải sóng siêu cao tần phục vụ cho tất cả
máy bay, tàu bè đang hoạt động trên lãnh thổ Việt Nam đƣợc giám sát, và tham gia
các dịch vụ chỉ dẫn, cứu hộ, cứu nạn đảm bảo an toàn dƣới sự giám sát, quản lý của
các trạm mặt đất, đất liền và đảm bảo đƣợc những thơng tin bí mật trong nhiều lĩnh
vực quan trọng khác.
Các nghiên cứu bắt đầu từ cơ sở lý thuyết, dƣới đây là những điểm cơ bản về
lý thuyết trong truyền dẫn sóng siêu cao tần.
1.1.2 Lý thuyết về kỹ thuật siêu cao tần
Mô ̣t hê ̣ thố ng thu phát không dây thƣờng đƣơ ̣c cấ u ta ̣o theo
24

sơ đồ tổ ng quát