Nghiên cứu các phương thức xử lý tín hiệu số ứng dụng trong truyền xử lý dữ liệu và định vị dẫn đường trên máy báy B777
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.45 MB, 154 trang )
Nguyễn tuấn điệp
bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------
luận văn thạc sĩ khoa học
ngành : Kỹ thuật điện tử
Kỹ thuật điện tử
nghiên cứu các phương thøc xư lý tÝn
hiƯu sè øng dơng trong trun, xư lý dữ
liệu và định vị dẫn đường trên máy bay
b777
Nguyễn tuấn điệp
2006 - 2008
Hà Nội
2009
Hà Nội 2009
bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------
luận văn thạc sĩ khoa học
nghiên cứu các phương thøc xư lý tÝn hiƯu
sè øng dơng trong trun, xư lý dữ liệu và
định vị dẫn đường trên máy bay b777
ngành : kỹ thuật điện tử
mà số:23.04.3898
Nguyễn tuấn điệp
Người hướng dÉn khoa häc : TS. Ngun hưu trung
Hµ Néi 2009
MỤC LỤC
MỤC LỤC .............................................................................................................................. i
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... v
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT ............................................................ vii
DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................................... xi
Phần A: Cơ sở lý thuyết xử lý tín hiƯu Sè..................................................... 13
Chương 1: Tín hiệu và hệ thống rời rạc ........................................................................... 13
1. Tín hiệu rời rạc......................................................................................................... 13
1.1 Khái niệm về tín hiệu và hệ xử lý tín hiệu ......................................................... 13
1.1.1 Khái niệm và phân loại tín hiệu .................................................................. 13
1.1.1.1 Khái niệm về tín hiệu . ......................................................................... 13
1.1.1.2 Phân loại tín hiệu ................................................................................. 13
1.1.2 Khái niệm và phân loại hệ xử lý tín hiệu .................................................... 17
1.1.2.1 Khái niệm về xử lý tín hiệu và hệ xử lý tín hiệu.................................. 17
1.1.2.2 Phân loại các hệ xử lý tín hiệu ............................................................. 17
1.1.3 Biểu diễn tín hiệu số ................................................................................... 19
1.1.3.1 Phân loại tín hiệu số ............................................................................. 19
1.1.3.2 Các tham số cơ bản của tín hiệu số ...................................................... 20
1.1.4 Phân loại các dãy số .................................................................................... 21
1.1.4.1 Dãy xác định và dãy ngẫu nhiên .......................................................... 21
1.1.4.2 Dãy tuần hồn và dãy khơng tuần hồn ............................................... 21
1.1.4.3 Dãy hữu hạn và dãy vô hạn ................................................................. 21
1.1.4.4 Dãy một phía và dãy hai phía .............................................................. 22
1.1.4.5 Dãy chẵn và dãy lẻ ............................................................................... 22
1.1.4.6 Dãy thực và dãy phức .......................................................................... 22
1.1.5 Các dãy cơ bản ............................................................................................ 22
1.1.5.1 Dãy xung đơn vị δ(n) ........................................................................... 22
1.1.5.2 Dãy bậc thang đơn vị u(n) ................................................................... 23
1.1.5.3 Dãy chữ nhật rectN(n) .......................................................................... 23
1.1.5.4 Dãy hàm sin và hàm cosin ................................................................... 23
1.1.6 Các phép toán đối với các dãy số................................................................ 23
1.1.6.1 Phép dịch tuyến tính ............................................................................ 24
1.1.6.2 Tổng đại số của các dãy ....................................................................... 24
1.1.6.3 Phép nhân các dãy................................................................................ 24
1.1.7 Khái niệm về tích chập tuyến tính .............................................................. 24
1.2 Hệ xử lý số ......................................................................................................... 25
1.2.1 Mô tả hệ xử lý số ........................................................................................ 25
1.2.1.1 Mô tả hệ xử lý số bằng quan hệ vào ra ................................................ 25
1.2.2 Phân loại hệ xử lý số theo quan hệ vào ra .................................................. 28
1.2.2.1 Hệ xử lý số không nhớ và có nhớ ........................................................ 28
1.2.2.2 Hệ xử lý số tuyến tính và phi tuyến ..................................................... 28
1.2.2.3 Hệ xử lý số bất biến và không bất biến................................................ 29
1.2.2.4 Hệ xử lý số nhân quả và không nhân quả ............................................ 29
1.2.3 Phân tích hệ xử lý số Tuyến Tính Bất Nhân Quả theo đặc tính xung h(n) . 30
1.2.3.1 Phương pháp giải tích tính tích chập ................................................... 30
1.2.3.2 Thuật tốn tính tích chập ..................................................................... 31
======================================================================
-i-
1.2.4 Điều kiện ổn định của hệ xử lý số TTBBNQ.............................................. 32
1.2.4.1 Định nghĩa tính ổn định của hệ xử lý số TTBBNQ ............................. 32
1.2.4.2 Điều kiện ổn định của hệ xử lý số TTBBNQ ...................................... 32
1.2.5. Phân tích hệ xử lý số Tuyến Tính Bất Biến Nhân Quả bằng phương trình
sai phân. ............................................................................................................... 33
1.2.5.2 Sơ đồ cấu trúc của hệ xử lý số có phương trình sai phân bậc N .......... 33
Chương 2. Ứng dụng biến đổi z phân tích hệ xử lý số ................................................... 35
2.1 Biến đổi Z thuận .................................................................................................... 35
2.1.1 Biến đổi Z hai phía.......................................................................................... 36
2.1.2 Biến đổi Z một phía ........................................................................................ 36
2.2 Biến đổi Z ngược ................................................................................................... 36
2.3 Các tính chất của biến đổi Z .................................................................................. 36
2.3.1 Tính chất tuyến tính ........................................................................................ 37
2.3.2 Tính chất trễ .................................................................................................... 37
2.3.3 Tính chất tỷ lệ ................................................................................................. 37
2.3.4 Tính chất biến đảo........................................................................................... 37
2.3.5 Tính chất đạo hàm........................................................................................... 37
2.3.6 Tính chất tích chập :........................................................................................ 38
2.3.7 Hàm ảnh Z của tích hai dãy ............................................................................ 38
2.4 Sơ đồ cấu trúc của hệ xử lý số trong miền Z ......................................................... 38
2.4.1 Phần tử cộng ................................................................................................... 38
Chương 3. Biến đổi Fourier của dãy số ........................................................................... 41
3.1 Biến đổi Fourier thuận ........................................................................................... 41
3.1.1 Định nghĩa....................................................................................................... 41
3.1.2 Các dạng biểu diễn của hàm X(ejω) ................................................................ 41
3.2 Biến đổi Fourier ngược .......................................................................................... 42
3.3 Các tính chất của biến đổi Fourier ......................................................................... 43
3.4 Sơ đồ khối, sơ đồ cấu trúc trong miền tần số của hệ xử lý số ............................... 44
Chương 4: Ứng dụng Biến đổi Fourier rời rạc (DFT) phân tích tín hiệu số và hệ lý số . 46
4.1 Biến đổi Fourier rời rạc của dãy tuần hồn........................................................... 46
4.2 Biến đổi Fourier rời rạc của dãy khơng tuần hồn có độ dài hữu hạn (DFT) ...... 47
4.3 Các tính chất của DFT ........................................................................................... 49
Chương 5: Bộ lọc số có đáp ứng xung chiều dài hửu hạn (FIR). ................................... 51
5.1 Đặc tính xung h(n) của các bộ lọc số FIR pha tuyến tính ...................................... 51
5.2 Đặc tính tần số của bộ lọc số FIR pha tuyến tính .................................................. 54
5.2.1 Đặc tính tần số của bộ lọc FIR pha tuyến tính loại 1 ...................................... 55
5.2.2 Đặc tính tần số của bộ lọc FIR pha tuyến tính loại 2 ...................................... 55
5.2.3 Đặc tính tần số của bộ lọc FIR pha tuyến tính loại 3 ...................................... 55
5.2.4 Đặc tính tần số của bộ lọc FIR pha tuyến tính loại 4 ...................................... 56
5.3 Lượng tử hóa và mã hóa các hệ số của bộ lọc ....................................................... 56
Chương 6: Lọc số nhiều nhịp........................................................................................... 59
6.1. Thay đổi nhịp lấy mẩu .......................................................................................... 59
6.1.1. Định nghĩa về phân chia và nội suy ............................................................... 59
6.1.2. Phương pháp phân chia theo hệ số M ............................................................ 60
6.1.3. Phép nội suy với hệ số L ................................................................................... 61
6.1.4. Thay đổi nhịp lấy mẫu với hệ số M/L............................................................ 62
6.2. Bộ lọc biến đổi nhịp lấy mẩu ................................................................................ 63
6.2.1. Bộ lọc phân chia ............................................................................................ 63
======================================================================
- ii -
6.2.2. Bộ lọc nội suy ................................................................................................ 65
6.2.3. Bộ lọc biến đổi nhịp lấy mẫu ......................................................................... 66
6.3. Mã hóa băng con (Subband coding) ..................................................................... 66
PhÇn B: Xư lý tÝn hiƯu sè ¸p dơng trªn B777 ................................................. 68
Chương 7. Hệ thống ghi dữ liệu trên B777...................................................................... 68
1. Số hố tín hiệu audio ............................................................................................... 68
1.1. Lấy mẫu ............................................................................................................ 68
1.2. Lượng tử hoá ..................................................................................................... 71
1.3. Mã hoá .............................................................................................................. 73
1.4. Mã hoá kênh truyền .......................................................................................... 74
1.4.1. Dải thông kênh truyền................................................................................ 74
1.4.2. Mã NRZ và BPM ....................................................................................... 75
1.4.2.1. NRZ (Không trở lại mức không) ........................................................ 75
1.4.2.2. BPM .................................................................................................... 76
1.5. Nén tín hiệu audio số ............................................................................................ 76
1.5.1. Kỹ thuật nén số liệu audio ......................................................................... 77
1.5.2.Nén không tổn hao ...................................................................................... 77
1.5.3. Nén tín hiệu có tổn hao .............................................................................. 79
2. Hệ thống ghi dữ liệu âm thanh trên B777 ................................................................ 80
3. Hệ thống ghi dữ liệu bay trên B777 ( FDRS ) ......................................................... 81
3.1. Một số cảm biến trên B777. .............................................................................. 81
3.1.1 Cảm biến đo áp suất tỉnh và áp suất động ( static probe and pitot probe). . 81
3.1.2 Cảm biến góc tấn (AOA) ............................................................................ 83
Chương 8. Truyền dữ liệu trên B777. .............................................................................. 85
1. Xử lý số liệu truyền. ................................................................................................ 85
1.1. Mã hóa số liệu mức vật lý ................................................................................. 86
1.1.1. Mã lưỡng cực ............................................................................................. 87
1.1.2. Mã BNZS (Mã lưỡng cực với sự thay thế N số 0 ).................................. 87
1.2. Phát hiện lỗi và sửa sai ..................................................................................... 88
1.2.1 Phương pháp kiểm tra chẵn lẻ theo ký tự ( parity bit ) ............................... 89
1.2.2. Phương pháp kiểm tra theo ma trận ........................................................... 89
1.2.3 Phương pháp mã dư thừa CRC .................................................................. 90
1.3 Mã hóa số liệu .................................................................................................... 92
1.3.1 Mật mã khóa cổ điển ................................................................................... 92
1.3.2 Mật mã khóa cơng khai ............................................................................... 93
1.4. Nén số liệu ........................................................................................................ 93
1.4.1. Nén nhờ đơn giản mã cho các chữ số (Packed decimal ) .......................... 93
1.4.2. Nén theo mã hóa quan hệ. .......................................................................... 93
1.4.3. Nén bằng cách bỏ bớt các ký tự giống nhau. ............................................. 94
2. Nghi thức (protocol) ................................................................................................ 94
2.1 Định nghĩa: ........................................................................................................ 94
2.2. Các thành phần của nghi thức ........................................................................... 95
3. Chuẩn truyền dữ liệu ARINC 629 trên B777. ......................................................... 95
3.1. Giới thiệu .......................................................................................................... 95
3.2 Lớp MAC trong chuẩn ARINC 629 CP. ........................................................... 96
3.2.1 Bus cycle. (chu kỳ bus) ............................................................................... 96
3.2.2 Định thời (timer). ........................................................................................ 97
3.2.3 Lựa chọn Leader Station. ............................................................................ 98
======================================================================
- iii -
3.2.4 Quá trình khởi động truyền dữ diệu của một station. ................................. 98
3.2.5 Cấu trúc giữa lớp vật lý và lớp MAC. ........................................................ 99
3.2.6 Ví dụ truyền dữ liệu một chu kỳ Bus với 3 station. .................................. 100
3.2.7 Các trạng thái định thời TG (TG model). ................................................. 101
3.2.8 Level 1 và Level 2 models: ....................................................................... 102
3.2.9 Lớp vật lý .................................................................................................. 103
3.2.10 Một số trạng thái khác. ........................................................................... 104
4. Hệ thống quản lý dữ liệu trên B777 (AIMS). ........................................................ 106
4.1 Giới thiệu ......................................................................................................... 106
4.2 Các thành phần của AIMS. .............................................................................. 107
4.3 Các hệ thống được quản lý bởi AIMS ............................................................. 109
4.4 Giao diện giữa AIMS và các hệ thống khác. ................................................... 110
Chương 9. Định vị dẫn đường vệ tinh trên B777 (GPS) ............................................... 112
3.1 Giới thiệu ......................................................................................................... 112
3.2 Tín hiệu dẫn đường từ vệ tinh trong hệ thống GPS ......................................... 112
3.2.1 Cấu trúc tín hiệu ........................................................................................ 112
3.2.2 Tính chất và thành phần của tín hiệu GPS ................................................ 115
3.3 Cấu trúc máy thu GPS ..................................................................................... 128
3.3.1 Lọc và khuếch đại tín hiệu cao tần ........................................................... 128
3.3.2 Đổi tần và khuếch đại trung tần ................................................................ 129
3.3.3 Số hố tín hiệu GPS .................................................................................. 130
3.3.4 Xử lý tín hiệu băng cơ sở .......................................................................... 131
3.4 Độ chính xác của hệ thống GPS và các lỗi đường truyền................................ 133
3.4.1 Độ chính xác của GPS .............................................................................. 133
3.4.2 Sai số phần vệ tinh và phần điều khiển ..................................................... 134
3.4.3 Sai số thời gian phát truyền ( Sai số do độ trễ tầng điện ly) ..................... 134
3.5 Máy thu tín hiệu vệ tinh GPS trên máy bay Boeing 777 ................................. 135
3.5.1 Sơ đồ khối máy thu GPS trên Boeing 777 ............................................... 135
3.5.2 Nguyên lý làm việc hệ thống GPS trên máy bay Boeing 777 ................. 137
3.5.2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống .................................................................. 137
3.5.2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống GPS trên Boeing 777 ........................ 138
3.5.3 Chức năng các khối trong hệ thống GPS trên máy bay Boeing 777 ........ 140
3.5.3.1 Chức năng khối thu nhận đa phương thức MMR .............................. 140
3.5.4 Khối nguồn và anten GPS ........................................................................ 145
3.5.5 Hệ thống hiển thị....................................................................................... 146
KẾT LUẬN........................................................................................................................ 150
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 152
======================================================================
- iv -
MỞ ĐẦU
Công cuộc đổi mới kinh tế - xã hội ở nước ta đã và đang tạo ra những biến
đổi sâu sắc về mọi mặt. Việc Việt Nam gia nhập tổ chức kinh tế thế giới WTO càng
tạo ra nhiều thời cơ, thuận lợi để nền kinh tế nước ta có thể hịa nhập và trở thành
một bộ phận của nền kinh tế khu vực và thế giới. Nền kinh tế phát triển nhanh hay
chậm phụ thuộc rất lớn vào khả năng ứng dụng và phát triển công nghệ để có thể
theo kịp với thế giới.
Khoảng 20 năm về trước, xử lý tín hiệu số chủ yếu được nghiên cứu trên lý
thuyết, chỉ được ứng dụng một cách hạn hẹp trong lĩnh vực quân sự và nghiên cứu
không gian. Lý do chính là thời đó kỹ thuật vi điện tử và máy tính chưa phát triển,
các hệ thống xử lý tín hiệu số là các hệ thống có kích thước rất lớn mà việc xử lý
không phải là thời gian thực. Khoảng 20 năm trở lại đây, cùng với sự bùng nổ của
ngành công nghệ thông tin và kỹ thuật vi điện tử các máy tính cũng như các bộ xử
lý tín hiệu số có tốc độ cao, kích thước nhỏ, giá thành hạ đã được sãn xuất và phát
triển rộng rải trên thị trường. Cơng nghệ xử lý tín hiệu số đã đạt được những đỉnh
cao và trở thành công nghệ phổ dụng và chiếm ưu thế vượt trội.
Trong ngành hàng khơng nói riêng, các máy bay đã được trang bị các hệ
thống điện tử hiện đại (fly by wrie). Ngoài việc đảm bảo các chuyến bay an toàn,
các máy bay thế hệ mới thực sự đã trở thành những ngôi nhà bay với đầy đủ tiện
nghi, công ghệ giải trí, liên lạc...làm thỏa mãn mọi nhu cầu của hành khách.
Là dòng máy bay hiện đại xứng tầm với đỉnh cao cơng nghệ, trên B777 có
rất nhiều nguồn và kiểu dữ liệu được xử lý bởi công nghệ xử lý tín hiệu số. Bao
gồm các thơng số kỹ thuật của chuyến bay như thông số hoạt động của động cơ,
thông số độ cao, vận tốc, nhiệt độ, các thông tin liên lạc và định vị dẫn đường...vv.
Ngoài ra hệ thống truyền dữ liệu, mạng dữ liệu trên B777 cho phép kết nối giữa các
khối chức năng trên máy bay, quản lý hệ thống thơng tin ...điều đó giúp cho hệ
thống hoạt động chính xác, đồng bộ và hiệu quả.
======================================================================
-v-
Mục đích của luận văn này là nghiên cứu các phương thức xử lý tín hiệu số
ứng dụng trong xử lý dữ liệu, truyền dữ liệu và định vị dẫn đường trên máy bay
B777.
Với mong muốn được nghiên cứu công nghệ từ đó có thể khai thác và vận
hành tốt hơn dòng máy bay B777 mà hiện tại hãng hàng không quốc gia Việt Nam
đang khai thác. Em đã thực hiện nội dung đề tài này với hai phần chính:
Phần A: Nhằm nghiên cứu tổng hợp các kiến thức cơ bản về xử lý tín hiệu
số. Với suy nghĩ đó là nền tảng để diễn giải những thiết kế và hoạt động của các hệ
thống xử lý tín hiệu số. Từ đó có thể hiểu sâu sắc hơn về hệ thống.
Phần B: Nghiên cứu tìm hiểu cụ thể hơn về các phương thức xử lý tín hiệu
số và hệ thống xử lý tín hiệu số trên B777 bao gồm:
Chương: Hệ thống ghi dữ liệu trên B777.
Chương: Truyền dữ liệu trên B777.
Chương: Định vị dẫn đường vệ tinh (GPS) trên B777.
Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Hửu Trung, và các thầy cô
giáo trong khoa Điện Tử Viễn Thông Đại học Bách Khoa hà nội. Em đã hoàn thành
luận văn này đúng thời hạn. Mặc dù đã cố gắng nhưng do phạm vi đề tài trương đối
rộng nên bản luận văn này chắc chắn cịn nhiều thiếu sót, em mong được sự chỉ bảo
và đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 10 năm 2009
Học viên thực hiện
Nguyễn Tuấn Điệp
======================================================================
- vi -
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT
AMU - audio management unit
Khối quản lý âm thanh
A/D - analog to digital
Chuyển đổi tơng tự số
ACP - audio control panel
Bảng điều khiển ©m thanh
ADIRS - Air Data Inertial Reference
System
HÖ thèng tham chiÕu quán tính và dữ
liệu không khí
ADIRU - Air Data Inertial Reference
Unit
Khối tham chiếu quán tính và dữ liệu
không khí
AFDS - Autopilot Flight Director System HƯ thèng ®iỊu khiĨn dÉn ®êng tự động
AIMS - Airplane Information
Management System
Hệ thống quản lý thông tin máy bay
ARINC - Aeronautical Radio Inc
Viện vô tuyến hàng không
ASG - ARINC 629 signal gateway
Cổng chuyển đổi chuẩn tín hiệu 629
ASG (Aperiodic Synchronization Gap)
Khe đồng bộ không theo chu kú
AT (Aperiodic Access Time Out)
Thêi gian kh«ng truy nhËp
BA (Bus Active)
Trạng thái đờng truyền có dữ liệu
BC (Bus Clash)
Trạng thái xảy ra va chạm
BQ (Bus Quiet)
Trạng thái đờng truyền không dữ liệu
Bus cycle
Chu kỳ truyền dữ liệu
Capt - captain
Cơ trởng
======================================================================
- vii -
CDU - Control Display Unit
Khối hiển thị điều khiển
CMCF - Central Maintenance
Computing Function
Hàm (chức năng) tính toán bảo dỡng
trung tâm
CPM - core processor module
Khèi xư lý d÷ liƯu trong AIMS
CPM/Basic - core processor
module/basic
Khối xử lý dữ liệu cơ bản
CPM/Comm - core processor
module/communications
Khối xử lý dữ liệu thông tin liên lạc
CPM/GG - core processor
module/graphics generator
Khối xử lý dữ liệu đồ họa
CSMA/CA - Carrier sense multiple
access with collision avoidance
Đa truy nhập tránh xung đột
CVR - cockpit voice recorder
Hệ thống ghi âm thanh buồng lái
D/A - digital to analog
Chuyển đổi số tơng tự
Elapsed
Thời điểm kết thúc của định thời
F/O - first officer
Cơ phó
F/OBS - first observer
Gi¸m s¸t sè 1
FCA - Fault Containment Area
Vïng cã háng hãc
FCM - Fault Containment Module
Khèi bÞ háng hãc
FIM - Faul Isolation Manual
Híng dÉn xư lý háng hãc
FMCF - Flight Management Computing
Function
Hàm (chức năng) tính toán quản lý
chuyến bay
GPS - Global Positioning System
Hệ thống định vị toàn cầu
======================================================================
- viii -
INS - Inertial Navigation System
Hệ thống dẫn đờng quán tính
Leader station
Đầu cuối đợc lựa chọn u tiên
Level 3 backlog
Trạng thái không gửi đợc dữ liệu trong
chu kỳ bus trớc đó
Level 3 new
Trạng thái gửi dữ liệu không khẩn cấp
Listening
Trạng thái chê tÝn hiƯu ®iỊu khiĨn
MAC - Medium access control
Líp truy nhập
MAT - Maintenance Access Terminal
Máy tính truy xuất thông tin phục vụ bảo
dỡng
MEC - Main Equipment Center
Khoang thiết bị chính
Message
Gói dữ liệu
NCD - No Computed Data
Dữ liệu không đợc tính toán
ND - Navigation Display
Màn hình dẫn đờng
Non-urgent aperiodic traific
Trạng thái kh«ng khÈn cÊp, ko theo chu
kú
NVM - Non-Volatile Memory
Bé nhí cố định (không bị mất dữ liệu khi
mất nguồn)
overload
Trạng thái quá tải
Periodic trafic (level 1)
Trạng thái truyền dữ liệu theo chu kỳ
PFC - Primary Flight Computer
Máy tính điều khiển chuyến bay chÝnh
PSG (Priodic Synchronization Gap)
Khe ®ång bé theo chu kú
======================================================================
- ix -
Station
Đầu cuối truyền dữ liệu
TG (Terminal Gap)
Định thời đâu cuối
TI (Transmit Interval)
Chu kỳ truyền dữ liệu
Timers module
Các khối định thời
Transmitter Control module
Chức năng điều khiển truyền
Transmitter Scheduler
Chức năng kiểm soát kế hoạch truyền
ULB - underwater locator beacon
Khoối định vị thiết bị dới nớc
Urgent aperiodic trafic (level 2)
Trạng thái khẩn cấp kh«ng theo chu kú
======================================================================
-x-
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Đồ thị các tín hiệu liên tục. .................................................................................. 14
Hình 1.2 : Đồ thị các tín hiệu rời rạc. .................................................................................. 14
Hình 1.3 : Đồ thị tín hiệu số bốn bit và mã nhị phân của nó. .............................................. 15
Hình 1.5 : Sơ đồ khối của hệ xử lý số tín hiệu..................................................................... 18
Hình 1.6 : Sơ đồ khối của hệ xử lý số .................................................................................. 26
Hình 1.7 : Sơ đồ khối của hệ xử lý số phức tạp ................................................................... 26
Hình 1.8 : Ký hiệu phần tử cộng. ......................................................................................... 26
Hình 1.9 : Ký hiệu phần tử nhân. ......................................................................................... 27
Hình 1.10 : Ký hiệu phần tử nhân với hằng số. ................................................................... 27
Hình 1.11 : Ký hiệu phần tử trễ đơn vị. ............................................................................... 27
Hình 1.12 : Ký hiệu phần tử vượt trước đơn vị. .................................................................. 27
Hình 1.13 : Sơ đồ cấu trúc của hệ xử lý số y (n) = 2 x(n) + 3 x(n − 1) . ................................... 28
Hình 1.15: Thuật tốn tính tích chập ................................................................................... 31
Hình 1.16 : Sơ đồ cấu trúc dạng chuẩn tắc 1 của hệ IIR đệ quy [1.2.4-4]. ........................... 34
Hình 1.17 : Sơ đồ cấu trúc dạng chuyển vị của hệ IIR đệ quy [1.2.4-5] ............................. 34
Hình 1.18 : Sơ đồ cấu trúc dạng chuẩn tắc 2 của hệ IIR đệ quy [1.2.4-4]. ........................... 35
Hình 1.19 : Ký hiệu phần tử cộng trong miền Z .................................................................. 38
Hình 1.20 : Ký hiệu phần tử trễ đơn vị trong miền z : Y ( z ) = z −1 X ( z ) ................................. 39
Hình 1.22 : Sơ đồ cấu trúc của hệ xử lý số .......................................................................... 39
Hình 1.23 : Sơ đồ các khối Hi(z) liên kết nối tiếp. .............................................................. 39
Hình 1.24 : Sơ đồ các khối Hi(z) liên kết song song. .......................................................... 40
Hình 1.25 : Sơ đồ khối của vịng phản hồi. ......................................................................... 40
Hình 1.26: Sơ đồ khối có khâu cộng ở phía trước khối. ...................................................... 40
Hình 1.27 : Sơ đồ khối chuyển khâu cộng ra sau khối. ....................................................... 40
Hình 1.28 : Sơ đồ khối trong miền tần số của hệ xử lý số. .................................................. 45
Hình 1.29: Sơ đồ cấu trúc trong miền tần số của hệ xử lý số .............................................. 45
Hình 1.30 : Đồ thị của dãy x(n)L có độ dài L = 4. ............................................................... 48
Hình 1.31 : Sơ đồ khối của bộ lọc số với lấy mẫu tần số. ................................................... 57
Hình 2.1: Quá trình lẫy mẫu (PAM) trong miền thời gian .................................................. 69
Hình 2.2: Phổ điều chế (PAM) với fs>2fmax (trong miền tần số) ...................................... 70
Hình 2.3: Thời gian lấy mẫu và qúa trình lượng tử hố ...................................................... 71
Hình 2.4: Sơ đồ khối bộ mã hoá và biến đổi từ mã song song nối tiếp .............................. 75
Hình 2.5: Hệ thống mã hố điểm q tải khối dữ liệu Audio .............................................. 78
Hình 2.6: Hệ thống ghi dữ liệu âm thanh trên B777............................................................ 80
Hình 2.7: Cảm biến áp suất .................................................................................................. 81
Hình 2.8: Hệ thống xử lý dữ liệu áp suất ............................................................................. 82
Hình 2.10: Giao diện hệ thống ghi thơng số bay ................................................................. 84
Hình 2.11: Harvard Bi-phase Bit Encoding in ARINC 717. ............................................... 84
Hình 2.12: Hệ thống ghi dữ liệu bay. .................................................................................. 85
Hinh 2.13 : Mạch tạo CRC dùng ghi dịch với G ( x=
) x3 + 1 ............................................... 91
Hình 2.14: Cấu trúc Mesage ARINC 629. ........................................................................... 96
Hình 2.15: Vai trị của các định thời .................................................................................... 98
Hình 2.16 : Liên kết giữa lớp vật lý và lớp MAC ................................................................ 99
Hình 2.17 : Cấu trúc của Transmister Sheduler ................................................................. 100
Hình 2.18 : Truyền message giữa 3 station ....................................................................... 100
======================================================================
- xi -
Hình 2.19 : Các trạng thái định thời TG ............................................................................ 101
Hình 2.20 : Các model lớp vật lý. ...................................................................................... 101
Hình 2.21 : Quá trình khởi động và sự xác định molels. ................................................... 102
Hình 2.22 : Level 1 model ................................................................................................. 102
Hình 2.23 : Level 2 model ................................................................................................. 103
Hình 2.24 : BA, BQ, BC .................................................................................................... 103
Hình 2.25 : Lớp vật lý-Transmistion và Listening ............................................................ 104
Hình 2.26 : Chu kỳ bus và Level 1. ................................................................................... 104
Hình 2.27 : Trạng thái overload ......................................................................................... 105
Hình 2.28 : Trạng thái phát hiện lỗi ................................................................................... 106
Hình 2.29 : Hệ thống AIMS............................................................................................... 107
Hình 2.30 : Các chức năng CPM ....................................................................................... 109
Hình 2.31 : Các hệ thống được quản lý bởi AIMS ............................................................ 110
Hình 2.32 : Giao diện giữ AIMS và các hệ thống khác ..................................................... 111
Hình 2.33 : Tín hiệu vệ tinh GPS....................................................................................... 113
Hình 2.35 : Cấu trúc khung bản tin dẫn đường.................................................................. 117
Hình 2.36 : Mối quan hệ giữa HOW và TOW................................................................... 117
Hình 2.37 : Tổng quan về mã C/A ..................................................................................... 121
Hình 2.38 : Hàm tương quan tự động của mã C/A và mã P .............................................. 122
Hình 2.39 : Phổ công suất của mã C/A và mã P ................................................................ 123
Hình 2.40 : Sự nén phổ của mã C/A .................................................................................. 125
Hình 2.42: Sơ đồ khối hệ thống máy thu GPS trên Boeing 777 ........................................ 136
Hình 2.43: Giao tiếp giữa các khối trong hệ thống GPS ................................................... 137
Hình 2.44 : Sơ đồ nguyên lý hoạt động của GPS .............................................................. 139
Hình 2.45 : Vị trí đặt MMR trên khoang thiết bị chính ..................................................... 140
Hình 2.46 : Sơ đồ chức năng khối MMR........................................................................... 142
Hình 2.47 : Vị trí lắp đặt anten trên máy bay Boeing 777 ................................................. 146
Hình 2.48 : Trang định vị trí GPS ...................................................................................... 146
Hình 2.49 : Trang 2 tham chiếu vị trí ............................................................................... 147
Hình 2.50 : Trang 3 tham chiếu vị trí ................................................................................ 148
======================================================================
- xii -
Luận văn cao học
Xử lý tín hiệu số - ứng dng trờn B777
================================================================
Phần A: Cơ sở lý thuyết xử lý tÝn hiÖu Sè.
Đặt vấn đề: Cơ sở lý thuyết xử lý tín hiệu số là nền tảng là cơng cụ để xây
dựng và phát triển các hệ thống số.
Chương 1: Tín hiệu và hệ thống rời rạc
Đặt vấn đề: Giới thiệu các khái niệm và phép toán sử dụng trong xử lý tín
hiệu số.
1. Tín hiệu rời rạc
1.1 Khái niệm về tín hiệu và hệ xử lý tín hiệu
Để xác định đối tượng và phạm vi nghiên cứu của lĩnh vực xử lý tín hiệu số,
trước hết cần nắm được các khái niệm và thuật ngữ cơ bản về tín hiệu và các hệ xử
lý tín hiệu.
1.1.1 Khái niệm và phân loại tín hiệu
1.1.1.1 Khái niệm về tín hiệu :
Tín hiệu là một dạng vật chất có một đại lượng vật lý được biến đổi theo quy
luật của tin tức.
1.1.1.2 Phân loại tín hiệu
Theo dạng của biến thời gian t và giá trị hàm số x(t), người ta phân loại tín
hiệu như sau :
a. Tín hiệu liên tục x(t) là tín hiệu có biến thời gian t liên tục.
Tín hiệu liên tục xác định liên tục theo thời gian, với giá trị hàm số có thể
biến thiên liên tục hoặc được lượng tử hóa, và có thể tồn tại các điểm gián đoạn loại
một hoặc loại hai. Trên hình 1.1a là đồ thị của tín hiệu liên tục có giá trị liên tục.
======================================================================
- 13 -
Luận văn cao học
Xử lý tín hiệu số - ứng dụng trên B777
================================================================
Trên hình 1.1b là đồ thị của tín hiệu liên tục có giá trị lượng tử hóa từ tín hiệu trên
hình 1.1a. Trên hình 1.1c là đồ thị của tín hiệu liên tục có giá trị gián đoạn loại một.
x1(t)
x(t)
x(n)
4
2
a. Giá trị liên tục.
n
t
t
0
b. Giá trị lượng tử.
c. Giá trị gián đoạn.
Hình 1.1: Đồ thị các tín hiệu liên tục.
b. Tín hiệu rời rạc x(nT) là tín hiệu có biến thời gian gián đoạn t = nT.
Tín hiệu rời rạc chỉ xác định ở những thời điểm gián đoạn t = nT, không xác
định trong các khoảng thời gian ở giữa hai điểm gián đoạn. Trên hình 1.2a là đồ thị
của tín hiệu rời rạc có giá trị liên tục (có thể nhận giá trị bất kỳ tại mỗi thời điểm rời
rạc). Trên hình 1.2b là tín hiệu rời rạc có giá trị được lượng tử hóa từ tín hiệu trên
hình 1.2a
x(nT)
x(nT)
nT
nT
a. Giá trị liên tục.
b. Giá trị được lượng tử hóa.
Hình 1.2 : Đồ thị các tín hiệu rời rạc.
c. Tín hiệu lượng tử
Là tín hiệu chỉ nhận các giá trị xác định bằng số nguyên lần một giá trị cơ sở
gọi là giá trị lượng tử.
======================================================================
- 14 -
Luận văn cao học
Xử lý tín hiệu số - ứng dụng trên B777
================================================================
d. Tín hiệu tương tự
Là tín hiệu liên tục có giá trị liên tục hoặc lượng tử. Nhiều tài liệu gọi tín
hiệu tương tự theo tiếng Anh là tín hiệu Analog. Các tín hiệu liên tục trên hình 1.1a
và 1.1b là tín hiệu tương tự.
e. Tín hiệu xung
Là tín hiệu có giá trị hàm số đoạn loại một. Tín hiệu xung có thể là tín hiệu
liên tục hoặc rời rạc. Trên hình 1.1c là tín hiệu xung liên tục một cực tính, cịn trên
hình 1.2 là các tín hiệu xung rời rạc.
f. Tín hiệu số
Là một nhóm xung được mã hóa theo giá trị lượng tử của tín hiệu tại các thời
điểm rời rạc cách đều nhau. Mỗi xung của tín hiệu số biểu thị một bít của từ mã, nó
chỉ có hai mức điện áp, mức thấp là giá trị logic “0” , mức cao là giá trị logic “1”.
Số xung (số bít) của tín hiệu số là độ dài của từ mã. Tín hiệu số có 8 bít được gọi là
một byte, cịn tín hiệu số có 16 bít bằng hai byte được gọi là một từ (hoặc gọi theo
tiếng Anh là word). Nhiều tài liệu gọi tín hiệu số theo tiếng Anh là tín hiệu Digital.
Giá trị mã của tín hiệu số được gọi là số liệu (Data), nó chính là thơng tin
chứa đựng trong tín hiệu. Vậy số liệu là ánh xạ của tín hiệu số, do đó các tác động
lên số liệu cũng chính là tác động lên tín hiệu. Trên hình 1.3 là đồ thị của tín hiệu
số 4 bít có giá trị mã nhị phân tại thời điểm 0T là 0110 , tại 1T là 0011 , tại 2T là
1011 , ....
Bít 3
0
0
NT
1
0
NT
1
1
NT
Bít 2
Bít 1
Bít 0
0
0T
NT
1
1T
2T
3T
4T
5T
6T
Hình 1.3 : Đồ thị tín hiệu số bốn bit và mã nhị phân của nó.
======================================================================
- 15 -
Luận văn cao học
Xử lý tín hiệu số - ứng dụng trên B777
================================================================
Như vậy, tín hiệu số là tín hiệu rời rạc, có giá trị lượng tử và được mã hóa.
Do đó có thể biến đổi tín hiệu liên tục thành tín hiệu số, q trình đó được gọi là số
hóa tín hiệu liên tục. Q trình số hóa tín hiệu liên tục được thực hiện qua 3 bước là:
- Rời rạc hóa tín hiệu liên tục, hay cịn gọi là lấy mẫu.
- Lượng tử hóa giá trị các mẫu.
- Mã hóa giá trị lượng tử của các mẫu.
Trên hình 1.4 mơ tả q trình số hóa các tín hiệu tương tự và tín hiệu xung
thành tín hiệu số 4 bít. Khi số hóa tín hiệu tương tự sẽ gây ra sai số lượng tử (xem
hình 1.4a), nhưng khi số hóa tín hiệu xung thì ngồi sai số lượng tử cịn có sai số về
pha (xem hình 1.4b).
x(t)
x(t)
4
2
0
4
2
0
t
x(nT)
x(nT)
4
2
0
4
2
0
n
x(nT
x(nT)
4
2
0
Bít 3
4
2
0
Bít 3
Bít 2
Bít 1
Bít 0
nT
0
nT
1
nT
0
1
nT
nT
a. Số hóa tín hiệu tương tự.
t
nT
nT
0
nT
1
nT
0
nT
1
nT
Bít
Bít 1
Bít 0
b. Số hóa tín hiệu xung.
Hình 1.4 : Q trình số hóa tín hiệu liên tục.
Cả ba bước của q trình số hóa tín hiệu liên tục được thực hiện trên bộ biến
đổi tương tự số, viết tắt là ADC (Analog Digital Converter). Để biến đổi tín hiệu số
thành tín hiệu tương tự, sử dụng bộ biến đổi số tương tự, viết tắt là DAC (Digital
Analog Converter). Tín hiệu tương tự ở đầu ra của DAC có giá trị lượng tử như trên
hình 1.1b.
======================================================================
- 16 -
Luận văn cao học
Xử lý tín hiệu số - ứng dụng trên B777
================================================================
1.1.2 Khái niệm và phân loại hệ xử lý tín hiệu
1.1.2.1 Khái niệm về xử lý tín hiệu và hệ xử lý tín hiệu
a. Xử lý tín hiệu là thực hiện các tác động lên tín hiệu như khuyếch đại, suy giảm,
chọn lọc, biến đổi, khôi phục .... giá trị và dạng của tín hiệu.
b. Hệ xử lý tín hiệu là các mạch điện, các thiết bị, các hệ thống dùng để xử lý tín
hiệu.
Vậy xử lý tín hiệu đồng nghĩa với gia cơng tín hiệu, và hệ xử lý tín hiệu thực
hiện các tác động lên tín hiệu theo một quy luật nhất định. Hệ xử lý tín hiệu có thể
chỉ là một mạch điện đơn giản, cũng có thể là những thiết bị hoặc hệ thống phức
tạp.
Mỗi hệ xử lý tín hiệu cho dù là đơn giản hay phức tạp đều có những đặc thù
riêng phụ thuộc vào loại tín hiệu mà nó xử lý. Các loại tín hiệu khác nhau cần có
các hệ xử lý tín hiệu khác nhau. Vì thế, việc phân tích và tổng hợp các hệ xử lý tín
hiệu ln gắn liền với việc nghiên cứu và phân tích loại tín hiệu mà nó xử lý.
1.1.2.2 Phân loại các hệ xử lý tín hiệu
Các hệ xử lý tín hiệu được phân loại theo nhiều cách khác nhau, ở đây trình
bầy cách phân loại theo tín hiệu mà nó xử lý.
a. Hệ tương tự : (Analog System) Là các mạch, thiết bị và hệ thống để xử lý tín hiệu
tương tự.
b. Hệ xung : Là các mạch, thiết bị và hệ thống để xử lý tín hiệu xung.
c. Hệ số : (Digital System) Là các mạch, thiết bị và hệ thống để xử lý tín hiệu số.
Các hệ số khơng có máy tính hoặc hệ thống vi xử lý, chỉ thực hiện xử lý tín
hiệu số bằng mạch phần cứng, thường được gọi là các mạch logic hoặc mạch số.
======================================================================
- 17 -
Luận văn cao học
Xử lý tín hiệu số - ứng dụng trên B777
================================================================
Các hệ số thực hiện xử lý tín hiệu số bằng phần mềm cần có máy tính hoặc hệ thống
vi xử lý. Về thực chất, việc xử lý tín hiệu số bằng phần mềm là xử lý các dãy số
liệu, tức là xử lý số. Vì thế, có thể coi các chương trình chạy trên máy tính là các hệ
xử lý số liệu.
Trong lĩnh vực xử lý tín hiệu số, người ta thường sử dụng thuật ngữ “ hệ xử
lý tín hiệu số “ (Digital Signal Processing System). hay ngắn gọn là ” hệ xử lý số “
(Digital Processing System).
d. Hệ xử lý số tín hiệu : (Digital Processing System of Signal)
Hệ xử lý số tín hiệu là các mạch, thiết bị và hệ thống để xử lý cả tín hiệu số
lẫn tín hiệu tương tự bằng phương pháp số. Như vậy, hệ xử lý số tín hiệu bao gồm
cả hệ tương tự và hệ xử lý số.
Phần
tương tự 1
ADC
Phần
xử lý số
DAC
Phần
tương tự 2
Hình 1.5 : Sơ đồ khối của hệ xử lý số tín hiệu.
Sơ đồ khối của hệ xử lý số tín hiệu trên hình 1.5, trong đó phần tương tự 1 để
xử lý tín hiệu tương tự. Tín hiệu tương tự sau khi được số hóa bởi ADC trở thành
tín hiệu số, và sẽ được xử lý bởi phần xử lý số.
DAC thực hiện biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự, và nó được xử lý
tiếp bằng phần tương tự 2. Như vậy, ADC và DAC là các phần tử nối ghép giữa
phần tương tự và phần số của các hệ xử lý số tín hiệu. Trong nhiều trường hợp, tín
hiệu tương tự sau khi đã được xử lý số không cần biến đổi trở về dạng tương tự, hệ
xử lý số tín hiệu như vậy sẽ khơng có bộ biến đổi DAC và phần tương tự 2. Đối
tượng và phạm vi nghiên cứu của lĩnh vực xử lý tín hiệu số là các hệ xử lý số, cũng
như tín hiệu số và các dãy số liệu.
======================================================================
- 18 -
Luận văn cao học
Xử lý tín hiệu số - ứng dụng trên B777
================================================================
1.1.3 Biểu diễn tín hiệu số
Tín hiệu số là hàm của biến thời gian rời rạc x(nT), trong đó n là số ngun,
cịn T là chu kỳ rời rạc. Để thuận tiện cho việc xây dựng các thuật tốn xử lý tín
hiệu số, người ta chuẩn hóa biến thời gian rời rạc nT theo chu kỳ T, nghĩa là sử
dụng biến n = (nT/T). Khi đó, tín hiệu số x(nT) được biểu diễn thành dạng dãy số
x(n), do đó có thể sử dụng các biểu diễn của dãy số để biểu diễn tín hiệu số, cũng
như sử dụng các phép tốn của dãy số để thực hiện tính tốn và xây dựng các thuật
tốn xử lý tín hiệu số.
Giống như dãy số x(n), tín hiệu số có thể được biểu diễn dưới các dạng hàm
số, bảng số liệu, đồ thị và dãy số liệu. Người ta thường sử dụng biểu diễn tín hiệu số
dưới dạng dãy số liệu có độ dài hữu hạn để xử lý tín hiệu số bằng các chương trình
phần mềm.
Các phép tốn cơ bản được sử dụng trong xử lý tín hiệu số là cộng, nhân,
nhân với hằng số, và phép trễ. Phép dịch sớm có thể được sử dụng ở các hệ xử lý số
bằng phần mềm trong thời gian không thực.
1.1.3.1 Phân loại tín hiệu số
Một số loại tín hiệu số thường gặp là:
- Tín hiệu số xác định và ngẫu nhiên.
- Tín hiệu số tuần hồn và khơng tuần hồn.
- Tín hiệu số hữu hạn và vơ hạn.
- Tín hiệu số là dãy một phía.
- Tín hiệu số là dãy số thực.
- Tín hiệu số là dãy chẵn, và dãy lẻ.
- Tín hiệu số là dãy đối xứng, và dãy phản đối xứng.
Ngồi ra, theo giá trị năng lượng và cơng suất của tín hiệu số, người ta cịn
phân biệt hai loại tín hiệu số sau:
======================================================================
- 19 -
Luận văn cao học
Xử lý tín hiệu số - ứng dụng trên B777
================================================================
- Tín hiệu số năng lượng là tín hiệu số có năng lượng hữu hạn.
- Tín hiệu số cơng suất là tín hiệu số có cơng suất hữu hạn.
1.1.3.2 Các tham số cơ bản của tín hiệu số
a. Độ dài của tín hiệu số là khoảng thời gian tồn tại của tín hiệu tính bằng số mẫu.
Độ dài của tín hiệu số đặc trưng cho khoảng thời gian mà hệ xử lý số phải xử
lý tín hiệu. Tín hiệu số có độ dài hữu hạn hoặc vơ hạn được biểu diễn bằng dãy hữu
hạn hoặc dãy vô hạn tương ứng. Độ dài hữu hạn của tín hiệu số thường được ký
hiệu là N (hoặc một chữ cái khác).
b. Giá trị trung bình của tín hiệu số bằng tổng giá trị tất cả các mẫu chia cho độ
dài của tín hiệu.
Giá trị trung bình x(n) của tín hiệu số x(n) được tính như sau:
x ( n) =
1
N
N −1
∑ x ( n)
[1.1.3-1]
n =0
Theo biểu thức trên, các tín hiệu số hữu hạn ln có giá trị trung bình hữu
hạn, cịn giá trị trung bình của các tín hiệu số vơ hạn có thể là hữu hạn hoặc vơ hạn.
c. Năng lượng của tín hiệu số bằng tổng bình phương giá trị tất cả các mẫu của tín
hiệu.
Đối với tín hiệu số x(n) một phía hữu hạn có độ dài N:
Ex =
N −1
∑
x ( n)
2
[1.1.3-2]
n =0
Theo biểu thức trên, các tín hiệu số hữu hạn ln có năng lượng hữu hạn và
chúng là các tín hiệu năng lượng. Năng lượng của các tín hiệu số vơ hạn có thể là
hữu hạn hoặc vơ hạn.
d. Cơng suất trung bình của tín hiệu số bằng giá trị trung bình của năng lượng tín
hiệu trên một mẫu (bằng trung bình bình phương của tín hiệu).
======================================================================
- 20 -
Luận văn cao học
Xử lý tín hiệu số - ứng dụng trên B777
================================================================
Đối với tín hiệu số x(n) một phía hữu hạn có độ dài N:
Px =
Ex
N
=
N −1
∑
N
1
x ( n)
2
= x 2 ( n)
[1.1.3-2]
n =0
Theo biểu thức trên, các tín hiệu số hữu hạn ln có cơng suất trung bình
hữu hạn và chúng là các tín hiệu cơng suất. Cơng suất trung bình của các tín hiệu số
vơ hạn có thể là hữu hạn hoặc vơ hạn. Như vậy, tín hiệu số hữu hạn có giá trị trung
bình, năng lượng và cơng suất hữu hạn, chúng là tín hiệu năng lượng và tín hiệu
cơng suất.
1.1.4 Phân loại các dãy số
1.1.4.1 Dãy xác định và dãy ngẫu nhiên
- Dãy x(n) xác định là dãy có giá trị biến thiên theo quy luật và có thể biểu
diễn được bằng một hàm số tốn học.
- Dãy x(n) ngẫu nhiên là dãy có giá trị biến thiên ngẫu nhiên và không thể
biểu diễn được bằng hàm số tốn học.
1.1.4.2 Dãy tuần hồn và dãy khơng tuần hồn
- Dãy xp(n) tuần hồn là dãy có giá trị lặp lại và thỏa mãn biểu thức :
x p (n) = x p (n + kN )
[1.1.4-1]
Trong đó, hệ số k có thể nhận giá trị nguyên bất kỳ, hằng số nguyên N được
gọi là chu kỳ. Dãy tuần hồn xp(n) cịn các tham số sau :
1
- Tần số lặp lại :
f =
- Tần số góc :
ω = 2π . f =
[1.1.4-2]
N
2π
N
[1.1.4-3]
- Dãy x(n) khơng tuần hồn là dãy không tồn tại một số N hữu hạn để giá trị
của nó được lặp lại và thỏa mãn biểu thức [1.2-1]. Tuy nhiên, có thể coi dãy khơng
tuần hồn là dãy tuần hồn có chu kỳ N = ∞.
1.1.4.3 Dãy hữu hạn và dãy vô hạn
======================================================================
- 21 -
Luận văn cao học
Xử lý tín hiệu số - ứng dụng trên B777
================================================================
- Dãy x(n) hữu hạn là dãy có số mẫu N < ∞ . Dãy x(n) hữu hạn có N mẫu
được ký hiệu là x(n)N.
- Dãy x(n) vơ hạn là dãy có vơ hạn mẫu. Khoảng xác định của dãy vơ hạn có
thể là n ∈ (- ∞ , ∞) ; n ∈ (0 , ∞) ; hoặc n ∈ (- ∞ , 0).
1.1.4.4 Dãy một phía và dãy hai phía
- Dãy x(n) là dãy một phía nếu n ∈ (0 , ∞) hoặc n ∈ (- ∞ , 0).
- Dãy x(n) là dãy hai phía nếu n ∈ (- ∞ , ∞).
1.1.4.5 Dãy chẵn và dãy lẻ
- Dãy x(n) là dãy chẵn nếu x(n) = x(-n) . Dãy chẵn có đồ thị đối xứng qua
trục tung, nên còn được gọi là dãy đối xứng.
- Dãy x(n) là dãy lẻ nếu x(n) = - x(-n) . Dãy lẻ có đồ thị phản đối xứng qua
gốc toạ độ, nên còn được gọi là dãy phản đối xứng.
1.1.4.6 Dãy thực và dãy phức
- Dãy x(n) thực là dãy hàm số thực. Hầu hết các dãy biểu diễn tín hiệu số và
hệ xử lý số đều là dãy thực.
- Dãy x(n) phức là dãy hàm số phức x(n) = a(n) + j.b(n)
Mọi dãy x(n) bất kỳ có thể thuộc một hoặc nhiều nhóm trong các phân loại
trên.
1.1.5 Các dãy cơ bản
Dưới đây là các dãy cơ bản được sử dụng trong xử lý tín hiệu số.
1.1.5.1 Dãy xung đơn vị δ(n)
Dãy xung đơn vị δ(n) đối với hệ xử lý số có vai trị tương đương như hàm
xung Dirăc δ(t) trong hệ tương tự, nhưng dãy δ(n) đơn giản hơn. Dãy xung đơn vị
δ(n) có hàm số như sau :
======================================================================
- 22 -
Luận văn cao học
Xử lý tín hiệu số - ứng dụng trên B777
================================================================
Khi n = 0
Khi n ≠ 0
1
δ ( n) =
0
[1.1.5-1]
Mở rộng có dãy xung đơn vị δ(n - k) , với k là hằng số dương hoặc âm :
1
Khi n = k
0
Khi n ≠ k
δ (n − k ) =
[1.1.5-2]
1.1.5.2 Dãy bậc thang đơn vị u(n)
Dãy bậc thang đơn vị u(n) đối với hệ xử lý số có vai trị giống như hàm bậc
thang đơn vị 1(t) trong hệ tương tự. Dãy bậc thang đơn vị u(n) mở rộng có dãy bậc
thang đơn vị u(n - k), với k là hằng số dương hoặc âm:
Khi n < k
Khi n ≥ k
0
u (n − k ) =
1
[1.1.5-3]
1.1.5.3 Dãy chữ nhật rectN(n)
Dãy chữ nhật rectN(n) có hàm số như sau :
1
rect N (n) =
0
Khi n ∈ [ 0 , ( N − 1) ]
Khi n ∉ [ 0 , ( N − 1) ]
[1.1.5-4]
Dãy chữ nhật rectN(n) là dãy một phía, có độ dài hữu hạn N và xác định trong
miền n ∈ [0 , (N-1)], tuần hoàn với chu kỳ bằng 1.
1.1.5.4 Dãy hàm sin và hàm cosin
Dãy hàm sin có dạng như sau :
2π
2π
x(n) = sin
n = sin (ω 0 n ) với ω 0 =
N
N
[1.1.5-5]
Dãy sin(ω0.n) là dãy vơ hạn, hai phía, lẻ và phản đối xứng, liên tục, và tuần
hoàn với chu kỳ N. Đồ thị của dãy sin(ω0.n) ở hình 1.15.Dãy hàm cosin có dạng
như sau :
2π
2π
n = cos (ω 0 n ) với ω 0 =
x(n) = cos
N
N
[1.1.5-6]
1.1.6 Các phép toán đối với các dãy số
======================================================================
- 23 -
