BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
NG
NG
NC
N
Đ CT N
TN
ẠN
N
N
LUẬN VĂN THẠ
H
ĐẠT
TR
NC OT
T TR
Đ T
TH ẬT
- Năm 2018
NV
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
NGU
NG
NC UĐ CT N
TN
N
ẠN
N
ĐẠT
TRU
QU N S T TR
LUẬN VĂN THẠ
N C O TU
Đ T
TH ẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS P Ạ
H
V NT
- Năm 2018
N
NV
Trang
.......................................................................................................3
........................................................4
..............................................................................5
.....................................................................................................................6
-
.....8
.................................................................8
.................................................................................11
...............................................................................11
..............................................................................................13
..........................................................................15
.....................................................................................................18
...........................................................................................19
................................................................................19
2.1.1. Ả
ởng của tầng khí quy n ...............................................................19
ủ
.................................................................................26
..........................................30
ầ
....................................................32
.........................33
...............................................34
....................................................................35
....................................................................................37
...............................................................................37
ủ
......................................39
................................42
.......................................................45
......................................................46
1
ầ
.....................................................................................46
.....................................................................................................50
-
...........................................51
......................................................52
............................................................54
...........................................................................................................56
.....................................................................................................58
...............................................................................................................59
Ả .........................................................................................61
2
L
ủ
ủ
3
Từ viết tắt
Tên đầ đủ
LEO
Low Earth Orbit
NASA
RTT
EIRP
FSL
Tiếng Việt
National Aeronautics and Space
Administration
Round Trip Time
Equivalent Isotropic Radiated
Power
Free Space Loss
North American Aerospace Defense
NORAD
Command
n nh m
TLE
Two Line Element
AFC
Automatic Frequency Controller
4
ầ
t
.............................................................9
M t s v tinh thông tin liên l c (Internet) ..............................................10
v tinh qu
o th p[1] ..................................................................12
ng b m t tr i (www.spagyuga.com) ....................................13
–
..........................................17
S suy gi m do các khí trong khí quy n [3] ............................................20
T ng s suy gi m do mây theo hàm của tần s
i v i góc ngẩng t 5
0
n 30 ) [3] ................................................................................................................22
T
ủa tần s và góc ngẩng [3] .........23
ng suy gi
iv
u ki n th i ti t t t ở tần s 2 và
30GHz là hàm của góc ngẩng [3]..............................................................................25
nh
v i góc ngẩng th p[3] ..........................................25
T s tr c AR [4] ......................................................................................29
ầ
ầ
..........................................................32
Mơ hình hình h c giữa v tinh và tr m m
t .......................................34
...............................................36
6 thông s qu
o Kepler (Internet).................................................38
.................................43
ủ
.....................................47
ầ
...................................................................51
ủ
.................................................................52
ủ
.........................................................53
......................................................................54
...............................................................................55
.........................................................................56
..........................................56
........................................................................................57
ữ
...................................................................57
5
đ
1.
ữ
ủ
ầ
ở
ầ
ở ữ
ữ
-
1
-2
g
ở
ầ
ủ
ở
ữ
ầ
đ
ế
đ
đ
2.
ầ
ủ
-
3.
ở
6
ệ
-
ầ
4.
ở
-
-
ầ
7
ở
1ệ
1.1.
Ngày 4/10/1957
tinh Sputnik- vệ tinh nhân
tạo đầu tiên, mở ra m t k nguyên m i trong l ch s chinh ph
i. V tinh này n ng 83 kg, trông gi
anten r i. Sputnik ch
t n t i trên qu
c tín hi
t qu bóng bằng kim lo i có 4
“
” “
”
o th p trong 92 ngày. B l c hút củ
cháy trong bầu khí quy
n (27 MHz) và
ng và
i ta có th phóng v tinh n ng 9.600 kg
lên qu
tinh có th ho
ch
của lồi
ng 20
o và có nhi u
o.
Ngày 1/2/1958
ct v
a cầu, M phóng thành cơng v
ầu tiên của M mang lên Explorer-1 n ng 13,97 kg riêng phần thi t b n ng
m Geiger-
phát hi n
ch của pin, Explorer-1 ch ho
p t c bay trên
ữa. Explorer-
qu
. Do s h n
c nhi u s li u khoa h c có giá tr nh
các nhà khoa h
ah cM
thi t k ra thi t b khoa h c l
t trên v tinh Exploreru dài h
tinh lo
ầu tiên
n tháng 3/2000
c phóng.
ầu
Ngày 1/4/1960: V tinh c
cơng trong khn kh m
c phóng thành
u dài h n củ
tên TIROS (Television Infrared Observation Satellite). Trên v tinh này có 2 camera
truy n hình: m
phân gi i th p và m
phân gi i cao nhằm cung c p
nh của khí quy n. TIROS ch ho
ng minh rằng
v tinh là m t cơng c có th
ng trên quy mơ tồn cầu. Seri v tinh
c phóng liên ti
qu
-9 là v
ng b M t tr
ầu tiên có
t hi n v tinh
8
ầu tiên của M
ng và thơng tin liên l
TIROS-N/NOAA
phóng v tinh INSAT-1a, v
ầu tiên trên qu
tinh
c phóng và ho
ng xuyên cung c p
nh mây v tinh trên quy mơ tồn cầu ph c v
c l c cho công tác d báo khí
ng.
-1
1.1
(Internet)
Ngày 12/08/1960: NASA phóng v tinh Echo-1 n ng 76 kg, có d ng m t
qu bóng kim lo
th
th nghi m vi c truy n tín hi u m t cách
ng. M t ngồi của qu bóng ph n x các tín hi u 960 và 2390 MHz.
Ngày 10/07/1962: Phóng v tinh Telstar n ng 171 pound là v tinh thông tin
liên l
ầu tiên.
ầ
Ngày 19/08/1964: V tinh thông tin liên l
è
phóng nhằm truy n các hình nh Th v n h
n hình tr c ti
ầ
c
i Tokyo v M .
c truy n qua Thái Bình
c B Qu c phịng M s d
ch
i
M trong chi n tranh Vi t Nam. V tinh Syncom n ng 68 kg khi phóng, có th phát
tín hi u trên 2 b
W
t ch
tinh này
ch cho phép truy n d n 1 kênh tivi. Hi n nay, m t v tinh thơng tin liên l
có kh
nd
n 400 kênh tivi. Do những h n ch v
9
t hi n nay,
tránh hi
ng giao thoa trên m t ph
ph i b
,2v
t c là ch nên có 360/2 =180 v tinh trên qu
n nay, vi c b trí v trí v tinh trên qu
Qu c t
a
p h i Vi n thông
m nh n.
1.2. M t s v tinh thông tin liên l c (Internet)
ầu
Ngày04/06/1965: M phóng v tinh thơng tin liên l
i l i thành Intelsat 1. V tinh này n ng 39 kg, thu c
lo i
W
nh xoay, có 2 b
z
40 kênh tho i hay
m t kênh tivi. T ch c Intelsat - m t t ch c qu c t l n cung c p d ch v thông tin
v tinh trên ph m vi toàn cầu -
c thành l p.
ầ
Ngày 23/07/1972: M phóng v
ERTS 1 – Earth Resources Technological Satellite). Th i gian ho
k
nh ch
ng ng ho
ng theo thi t
ng vào tháng 6/1978 và cung c p 300.000
t. Các v tinh ki
c phóng n i ti p nhau t o thành m t
t
ng cho t i nay m
n
tr c tr c k thu t.
Ngoài h th ng v tinh tài ngun Landsat của M , cịn có seri v tinh SPOT
của Pháp, seri v tinh IRS của
, RESURS của Nga. Trên các v tinh tài
nguyên, b c m bi n là thi t b quan tr ng nh t.
10
ầu tiên trong
Ngày 22/02/1978: Phóng v tinh NAVSTAR Block I, v
chùm 24 v tinh nhân t o mang tên h
nh v toàn cầu (Global Positioning
ở trên qu
n tháng 12/1993, 24 v
cao
x p x 20.200 km, mỗi v tinh n ng kho ng 900 kg, chi u r ng 5m, bay m t vòng
qu
o h t 11h58 phút. 24 v
c b trí trong 6 m t ph ng qu
so v
tinh ho
GPS chính th c ho
/
ng t
ng, 3 v tinh d phịng.
ầu ch ph c v cho quân s nhằm
nh d dàng và nhanh chóng v
ti n trong các ho
o nghiêng
)t ib tc
ng quân s
t thu n
c mở r ng cho các ng d ng
dân s .
1.2.
ệ
đ
ệ
1.2.1.
đ
Qu
ng bay của v tinh trong th cân bằng giữa hai l
nhau: l c ly tâm và l c h p d n do s c hút củ
t. Qu
m t ph ng và có d ng hình elip hay hình trịn. N u qu
o trùng v i tâm của
ầu kia nằm gầ
t nh t và m
nh
t. N u qu
c g i là vi
Qu
m của qu
m gần nh t là c
o th p (LEO – Low Earth Orbit) là qu
cao so v i b m
tinh ph
th
g i t t là v tinh LEO có t
tt
u ho
ầu elip nằm xa Trái
o nằ
c l c hút củ
o nằm trong l p khí quy n
xu ng tr m m
d ch v
cao này, v
t. V tinh bay ở qu
17.000 d m/h, m t 90 phút
o th p
bay m t vòng quanh
i lái và tr
ng ở qu
o th p. V tinh LEO r t thích h
mu n th i gian kh h i (RTT - Round Trip Time) ng n t c là th i gi
hi u t tr m m
t
m (Perigee).
n 2000 km.
t. Phần l n v
qu c t
o nằm trong m t
o là trịn thì tâm của qu
o là elip thì có m
t nh
c
i ta
m t tín
t lên v tinh và quay v hay th i gian m t tín hi u t v tinh
t và trở l i v tinh là ng
ng. V tinh ở qu
c bi t quan tr ng trong
o th p có th i gian s ng t
11
n7
1.3. Mô t v tinh qu
Phần l n các v
th
ng ở
li
m
cao 400km so v i m
n qu
c bi t của qu
(inclination) nh so v
t. Các qu
m cần ít nhiên
cao
o th
ng ho
ng theo m
o th p. Những qu
có
o v i góc nghiêng l
ng b M t Tr i là m t d ng qu
cao thích h p gi
i v i những v tinh
c g i là qu
o c c.
o c c ( v tinh bay t B c
t) , v i góc nghiêng i
m mà v tinh bay c t qua m t ph ng xích
o là gi ng nhau. Góc chi u sáng giữa m t ph ng qu
t là gầ
ng
o có góc nghiêng
o, cho phép gi m th i gian l
xu ng Nam ngay trên ho c gần sát v i hai c
Tr i-
qu c t
o (Equatorial low Earth orbit – ELEO) là m
o th
Qu
t. Ngoài ra, nh
o
ủ liên t c.
th cung c p kh
h
t. Tr
o nên m t s v
này. Các v tinh vi n thông ở qu
Qu
ng ở qu
t và v tinh do thám ho
m gần, có kh
ISS ho
o th p[1]
i t i mỗi th
12
o v tinh v i tr c M t
m ( khi v tinh bay trong vùng
c chi
tr
u ki n chi u sáng
ct nd
m quan
i v i các v tinh ch p nh b m
1.4. Qu
Các qu
t.
ng b m t tr i (www.spagyuga.com)
ng b M t tr i v i m
cao c
c dùng cho nhi u
v tinh c c vi n thám.
Ví d
ng b M t tr i v i
cao 87
. Các v tinh Landsat của M , SPOT (Satellite Pour
’
ủa Pháp và v tinh MOS-1 của Nh t B n ( Marine
Observation Satellite) có các tham s qu
. V tinh Nimbus-7 của
ng b M t tr i v
-
ủ
.
ng dùng cho v tinh tầm th p
t (v tinh vi
1.2.2.
ng b m t tr i.
ệ
V tinh nh có khi cịn g i là v tinh nhẹ (Light satellite) có nhi u lo i khác
n sau:
13
B ng 1.1. Phân lo i v tinh theo tr
ng[2]
Lo i v tinh
Tr
ng
V tinh l n
>1.000 kg
V tinh trung bình
500 - 1.000 kg
V tinh nh (Small
Satellite; Light Satellite)
V tinh nh
của thu nh
V tinh mini
100 – 500 kg
V tinh micro
10 – 100 kg
V tinh nano
1 – 10 kg
V tinh pico
< 1kg
V tinh femto
< 100 g
ầu nhữ
c phát tri n m nh m t
thành t u
hóa cơng ngh nói chung và củ
n t
Mechanical Systems-
Surrey thu
Surrey (Anh Qu
i h c
t k và ch t o v tinh nh UoSAT-
phóng vào tháng 10/1981, v tinh này ho
tinh này ho
c NASA
o. UoSAT-2
c ch t o trong th i gian k l c 6 tháng và
c phóng vào tháng 3/1984, v
ần hình
o. Hai v tinh nh
thành quan ni m hi
i v v tinh nh
ch t o và cung c p v tinh nh
vì nhữ
(Micro-Electro-
Surrey trở
ầu th gi i. V tinh nh
c quan tâm
m sau:
Chi phí ch t o th p: Do kh
/
ng nh nên chi phí ch t o ch vào kho ng
n 1/100 so v i v
Chi phí phóng th p do tr
ng.
ng nh
c phóng ghép v i các v
tinh khác.
Phát tri n nhanh: t
18
i v tinh l n th i gian này
kho ng 3
D ti p thu công ngh
14
m:
Cùng v i vi c gi
c của v tinh thì kh
thi t b khoa h
h n ch
u các
phân gi i của các thi t b quang h c và
kh
thu c nhi
c của thi t b
và của v tinh.
Kh
ữ
ủa acquy trên v tinh và kh
ằng pin M t tr i t l thu n v
s ng của v tinh nh
1.2.3.
ệ
n
c v tinh.
i v tinh l n.
đ
ệ
đ
ệ
ở
ủ
ầ
ầ
ủ
ở
km
ủ
ở
ở
ở
ủ
ữ
15
i gian
ủ
ở
ầ
đạo đ
ủ
ữ
ỗ
ỗ
-15
ữ
ỗ
ỗ
-
ầ
ữ
ầ
ữ
ở
ầ
ữ
ầ
ở
ủ
ủ
ữ
ữ
ầ
ầ
ữ
16
ằ
–
1.5.
(Internet)
ầ
Ả
ủ
–
ủ
ở
ở
17
1.3.
ế
ủ
ữ
ầ
ầ
ở
ủ
ữ
18
2QUA
đ
2.1.
2.1.1. Ả
ởng của tầng khí quy n
Ả h hưởng của tầ
đố lư
Tín hi u thu nh n khi truy n t v tinh v các tr m m
ởng của tầ
t b gi m sút do ch u
b m
ầ
Tầ
cao kho ng 20km.
c) và h t thủy th ( ví d
ầ
làm gi m tín hi u thơng
tin theo m
tín hi u, kh phân c c của sóng,
m nhi u, nh
i góc t i của tín hi u, hay
.
Ả h hưởng do các khí trong khí quyển
Sóng truy n qua khí quy
phần khí xu t hi
t s b suy gi m m c tín hi u do các thành
ng truy n. S suy gi m có th m nh y u khác nhau ph
thu c vào tần s , nhi
, áp su t và s t
c. Các khí trong khí quy n
ởng tr c ti p thông qua vi c làm nhi u khí quy n t
ủy
phân t , gây ra suy gi
s
im
ra ở m t tần s c
s
ng truy n.
n thành phần khí và sóng là s h p th
tín hi u của sóng. S h p thu của sóng là k t qu
ng t
ng luân chuy n của phân t , và nó x y
ởng c th ho c d i hẹp của tần s . Tần s c
thu c vào các m
ởng của
ng của tr ng thái lu n chuy n khi b t
ầu và k t thúc của phân t .
19
Có r t nhi u thành phần trong khí quy
truy n tín hi u sóng. T t c các thành phầ
t có th
ng
c tr n l n v i nhau ở
cao kho ng
c là thành phần bi n chính của khí quy n.
Ch
ởng có th
c là có tần s c
c trong các
kênh quan tâm, lên t i kho ng 100GHz. Oxy có d i r t gần v
z
gầ
củ
ng h p thu
c cách ly v i ranh gi i h p thu ở t n s
z
ng
c là 22.3Ghz, 183.3GHz và 323.8GHz. H p thu oxy bao g m c s thay
ỡng c c t
p th
ỡng c c giữa
c g m các s chuy
s luân chuy n các tr ng thái.
2.1. S suy gi m do các khí trong khí quy n [3]
ẩm chuẩn 7.5g/m3
ẩm khơ
Hình 2.1 mơ t s ph thu c của tần s vào suy gi m do khí trong khí quy
v i các tần s
quy
n 1000GHz. S h p thu các khí ph thu
t là nhi
khơng khí và thành phầ
20
i
u ki n khí
c.
Ta nh n th y ở tần s th p, s suy gi m là không l n. Tuy nhiên s suy gi m
này còn ph thu c vào chi
ng truy n. Khi góc ngẩng gi m, chi u dài
ng truy n trong tầ
t qu là t
ng suy gi m s
y ở góc ngẩng th p thì s suy gi m là l n.
Ả h hưở
do ây, sươ
M
ù
ở
t thành phần quan tr ng
truy n và thu nh n tín hi
n vi c lan
n xu t hi n trong quá
trình truy n t v tinh xu ng tr m m
ng ch a các gi t
ng kính nh
kính t
ng
n 10mm. Mây là t p h p các gi
ẩ
c, không ph
ng gần 100% ở
mây ở tầ
c,
ữ
c t o thành t các tinh th
ởng nhi
ở
n s suy gi
S suy gi
nh
n s kh c c.
i v i các tần s kho ng
100GHz. M
ng ở kho ng 0.05g/m3
c l
i v i
ng ( t c là v n có th nhìn th y trong kho ng 300m) và 0.5g/m3
ầm nhìn xa kho ng 50m).
iv
cl
ng
/
trong kho
th
3
. Giá tr cao nh t có th
t quá 5g/m3
c nh n
n và k t h p v i giông bão, tuy nhiên giá tr cao nh t
i v i th i ti
T
ẹp nhi
ng nh
ng suy gi m do mây AT có th
AT
L C
dB
sin
:
θ
ẩng.
21
/
3
.
nh theo công th c sau[3]
(2-1)
κC là h s suy gi m c th , tính bằng (dB/km)/(g/m3).
L là t
ng c t củ
c l ng, tính bằng kg/m2
2.2. T ng s suy gi m do mây theo hàm của tần s
i v i góc ngẩng t 5
n 300) [3]
Hình 2.2 cho chúng ta s li u không th c s c th v t
ng suy gi
i
v i tần s t 2-4 Ghz. Tuy nhiên chúng ta có th th y rằng ở góc ngẩng càng th p
thì t
suy hao càng l n và ở tần s nh thì t
Ả h hưở
ng suy hao s nh .
do ưa
ng truy n là hi u ng chính trong tầ
v
c bi
thu nh n tín hi u t khơng gian của các tr m m
th ng s d ng d i tần s trên 10GHz. Các h
n t , k t qu là gây ra hi
t, nh
22
i v i các h
p thu và tán x
ng suy giả do ưa
n
ng
tín hi u truy n
qua s b gi
ng có th làm gi
tin c y và hi u su t thu nh n.
Các c u trúc khơng ph i hình cầu của các h
m phân
ng khử cực do
c c của tín hi u truy n d n, k t qu là gây ra hi
ng sang m t tr ng thái phân c c khác). Ả
ng ma, phân b
th
ởng củ
ng.
Vi c gi m nhẹ và kh c c của tầ
t th ng kê của các hi u
ởng c ở tầ
ủa các h th
c, phân b , và s chuy
ng k t h
c, m
u cao
m vi mô g m
dẹt của c h
m của c hai quy mô trên d
kh c c v i bi n th i gian, th
m
ng của các phần t
của l p nóng ch y và s hi n di n của các tinh th
s phân b
thu c vào
ởm tm c
ch
và áp su
ưa ( truy n
u
n vi c phân b s suy gi m và
ng chu kì m t dần và kh c c, và suy gi m/kh
c c c th v i bi n tần s .
2.3. T
ủa tần s và góc ngẩng [3]
ng suy gi
23