Luận án tiến sĩ về hệ thống truyền tin trên biển - Nguyễn Đình Thế Anh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN ĐÌNH THÊ ANH NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN HỆ THONG TRUYEN TIN PHUC VU QUAN LY VA DAN DUONG TREN BIEN LUAN AN TIEN SI CONG NGHE KY THUAT DIEN TU, TRUYEN THONG Hà Nội - 2021 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN ĐÌNH THÊ ANH NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIEN HE THONG TRUYEN TIN PHUC VU QUAN LY VA DAN DUONG TREN BIEN Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện tử, Truyền thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 9510302.01 LUẬN ÁN TIỀN SĨ CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYEN THONG NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HOC: GS. BACH GIA DƯƠNG Hà Nội - 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan việc nghiên cứu, phát triển hệ thống truyền tin phục vụ quản lý và dẫn đường trên biển được trình bày trong luận án này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của GS.TS Bạch Gia Dương. Tất cả các tài liệu tham khảo từ các nghiên cứu liên quan đều có nguồn gốc rõ ràng trong danh mục tài liệu tham khảo của luận án. Trong luận án, không có việc sao chép tài liệu, công trình nghiên cứu của người khác mà không chỉ rõ về tài liệu tham khảo.

Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Nghiên cứu sinh Nguyễn Đình Thế Anh ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Bạch Gia Dương, thầy đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận án. Đặc biệt, sự chỉ bảo tận tình và tạo nhiều điều kiện thuận lợi trong nghiên cứu của GS.TS Bạch Gia Dương có ý nghĩa vô cùng to lớn để tôi có thể hoàn thành luận án này. Xin trân trọng cảm ơn các Thay/Cé Trường Dai học Công nghệ, các cán bộ Trung tâm nghiên cứu Điện tử - Viễn thông và Khoa Điện tử - Viễn thông đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận án tại Trường. Tôi xin cảm ơn Trung tâm Vũ trụ Việt Nam, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi có thời gian học tập, nghiên cứu.

Tôi xin cảm ơn ThS. Ngô Thành Công - Trung tâm Vũ trụ Việt Nam đã giúp do tôi trong thời gian hoàn thiện luận án. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, đồng nghiệp, bạn bè đã động viên, giúp đỡ để tôi có thể hoàn thành luận án này. Luận án này được hỗ trợ bởi: Đề tài nghiên cứu cấp nhà nước mã số VT-CN.02/17-20: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, phóng và vận hành thử nghiệm vệ tinh siêu nhỏ cỡ Nano” - do Trung tâm Vũ trụ Việt Nam là cơ quan chủ trì.

Tôi xin chân thành cảm ơn! Nguyễn Đình Thế Anh 11 MỤC LỤC Trang phụ bia. Q Q Q Q Q Q HQ HH va 1 IU0v ¡0:9 th. ee 1H Mục lỤcC. Q Q Q Q ee 1V Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt.

vi Danh mục hình vẽ. 2ee XI MỞ ĐẦU. eee | CHƯƠNG |. HE THONG TRUYEN THONG TIN BIỂN.

Tổng quan về hệ thống truyền thông tinbién. Các hệ thống truyền thông tin biển hiện nay. Hệ thống truyền thông tin an toàn và cứu nạn hàng hải GMDSS_ 11 1. Hệ thống định danh tự động AIS.

Các nghiên cứu liên quan đến tối ưu hệ thống truyền thông tin biển. Các nghiên cứu trongnước. Các nghiên cứu ngoàinước. Đề xuất ý tưởng hệ thống truyền thông tin biển cải tiến AIS+SS.

THIẾT KE TUYẾN PHÁT TRONG HỆ THONG TRUYEN THONG TIN BIỂN AIS+SS SỬ DỤNG BỘ CHIA CONG CÔNG SUAT KIỂU GHÉP COUPLER. Tính toán quỹ đường truyền của hệ thống AIS+SS. Tuyến phát băng S trong hệ thống AIS+§S. Thiết kế bộ khuếch đại công suất.

Thiết kế bộ chia/cộng tín hiệu caotần .1 Một số cấu trúc chia/cộng tín hiéucaotan. Một số công trình nghiên cứu liên quan .4 Đề xuất áp dụng cấu trúc DGS cho bộ chia/cộng kiểu Coupler.ẶẶẶẶẶ ee 56 iv CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG TUYỂN THU VÀ GIẢI MÃ DU LIEU TRONG HE THONG TRUYEN THONG TIN BIỂN AIS+SS. Mô hình tổng quan tuyến thu trong hệ AIS+SS_.

Thiết kế bộ khuếch đại tạp âm thấp. Các tham số chính của bộ khuếch đại tạp âm thap. Tổng quan những nghiên cứu liên quan. Đề xuất sử dụng bộ khuếch dai tạp âm thấp có cấu trúc cân bằng 71 3.

Thiết kế bộ trộntần. Thiết kế bộ tạo dao động nội. Thiết kế bộ điều chế và giải điều chế dữ liệu. Thiết kế ăng ten băngtầnS.

Tích hợp và thử nghiệm tuyến thu.- 83 KET LUẬN CHUNG VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TƯƠNG LAI. 93 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐỀN LUAN AN .0 Quy vvv 95 PHU LUC 1. THAM SỐ QUÝ DUONG TRUYỀN. CẤU TRÚC DU LIEU BẢN TIN AIS LOẠI 1,2,3.

109 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Danh mục ký hiệu STT Ký hiệu Giải thích Đơn vị 1 G Hệ số tăng ích ăng ten/Hệ số khuếch đại dBi/dB 2 |P Công suất vô tuyến W/dBW 3 | A, Góc mở hiệu dụng m2 4 |X Bước sóng m 5 | E(MH?) Tần số MHz 6 | La Suy hao toan tuyén dB 7 Lg Suy hao không gian tự do dB 8 | C/N Ti số công suất sóng mang trên công suất tạp dB am 9 | E,/No Ti số năng lượng bit trên mật độ phổ công suất | dB/Hz tạp âm 10 | ke Hằng số Boltzman 11 | Ts Nhiệt độ tạp âm hệ thông K/dbK 12 | R Tốc độ dữ liệu bps 13 | Si1, Sto, S21, S22 Tham số mạng tán xa hai cổng 14 |7 Toán tử phức 15 | 2, Zp. Trở kháng Q 16 | Kk Tỉ lệ công suất 17 |CIia,. Hệ số ghép bộ coupler 18 |1a,. Hệ số cách ly 19 |R Điện trở tương đương Q 20 | C Điện dung tương đương F vi 21 | Điện cảm tương đương H 22 | NF Hệ số tạp nhiễu dB 23 |Y Hé s6 dan nap 24 | Ts Hệ số phan xa 25 |V Dién ap V Vii Danh mục chữ viết tắt STT < viet Giai thich tiéng Anh Giải thích tiếng Việt 1 | ADC Analog to Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự sang số 2 AIS Automatic Identification System | Hệ thống định danh tự động 3 AIS+SS AIS + S-band + Satellite Hệ thống định danh tự động sử dụng truyền thông vệ tinh băng S 4 | BSS Broadside-coupled air Đường truyền vi dai trong môi Suspended Stripline trường điện môi e = 1 5 C C band frequency Dai tần số vô tuyến băng C (4- 8GHz) 6 | DAC Digital to Analog Converter Bộ chuyển đổi số sang tương tự 7 DDS Digital Direct Synthersizer Bộ tổ hợp tan số số trực tiếp 8 | DGS Defected Ground Structure Cấu trúc mặt phẳng đất hở 9 DSC Digital Selective Calling Dich vụ gọi chon số 10 | EIRP Effective Isotropic Radiated Công suất bức xa dang hướng Power tương đương II | EPIRB Emergency Position Indicating | Tín hiệu vô tuyến xác định vị trí Radio Beacon khẩn cấp 12 |ESK Frequency Shift Keying Điều chế khóa dịch tần số 13 |GMDSS_ | Global Maritime Distress and Hệ thống thông tin an toàn và cứu Safety System nạn hàng hải toàn cầu 14 | GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu 15 | HDR Hardware Defined Radio Vô tuyến nền tang phan cứng 16 | HF High Frequency Tần số cao 17 |HPDGS_ | Horizontal Periodic Defected Cấu trúc mặt phẳng đất hở có chu Ground Structure kì theo chiều ngang 18 |IMO International Maritime Tổ chức hàng hải thế giới Organization 19 | Ka Ka band frequency Dai tan số vô tuyến băng Ka (27- 40GHz) 20 | Ku Ku band frequency Dai tần số vô tuyến băng Ku (12- 18GHz) VI 21 |L L band frequency Dai tần số vô tuyến băng L (1- 2GHz) 22 | LF Low Pass Filter Bộ lọc thông thấp 23 | MF Medium Frequency Tần số trung bình 24 |MMIC Monolithic Microwave Mạch tích hợp cao tần nguyên Integrated Circuit khối 25 |MMSI Maritime Mobile Service Dinh danh hang hai Identity 26 | NAVTEX | Navigation Telex Dich vu dinh vi telex 27 | PBG Photonic Band Gap Cấu trúc siêu vật liệu có chu ky 28 | PLL Phase-Lock Loop Vong khóa pha 29 | QPSK Quadrature Phase Shift Keying | Điều chế dịch pha cầu phương 30 |S S band frequency Dai tan số vô tuyến bang S (2- 4GHz) 31 | SAR-79 | 1979 International Convention | Công ước quốc tế về tim kiếm và on Maritime Search and Rescue | cứu nạn hàng hải năm 1979 32 | SAR* Search and Rescure Service Dịch vụ tìm kiếm cứu nạn 33 | SAR** Synthetic Aperture Radar Radar khẩu độ hợp 34 | SART Search and Rescure Transponder | Bộ phát đáp tìm kiếm và cứu nạn 35 | SDR Software Defined Radio Vô tuyến nền tang phan mềm 36 | Self- Self-Time Division Multiple Tự phân kênh theo thời gian TMDA Access 37 | SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tin hiệu trên tap âm 38 | SOLAS Safety of Life At Sea Công ước về an toàn sinh mang trên biển 39 | TCXO Temperature Compensated Bộ dao động thạch anh có bù nhiệt Crystal Oscillator độ 40 | UHF Ultra High Frequency Tần số siêu cao (0,3-1GHz) 41 | VCO Voltage Control Oscillator Bộ dao động điều khiển bang điện ap 42 | VHF Very High Frequency Tần số rất cao (0,03 - 0,3GHz) 43 | VNSC Vietnam National Space Center | Trung tam Vũ trụ Việt Nam 1X 44 | VPDGS | Vertical Periodic Defected Cấu trúc mặt phẳng đất hở có chu Ground Structure kì theo chiều dọc 45 | VSWR Voltage Standing Wave Ratio Tỉ số sóng đứng điện áp DANH MỤC HINH VE Hình 1.1 Sơ đồ khối cơ bản hệ thống truyền thông tin biển.2 Kịch bản hoạt động của GMDSS.3 Sơ đồ hệ thống AIS.4 So đồ khối máy phát đáp AIS.5 Sơ đồ sử dụng trạm chuyển tiếp dữ liệu AIS trên vệ tinh quỹ đạo 17 Hình 1.6 Kịch bản hoạt động của hệ thống AIS lai ghép.7 Phan mềm quy hoạch tram bờ MF cho hệ thống GMDSS.8 Quy trình tính toán vùng biển A2 trong hệ thống GMDSS.9 Đề xuất kịch bản hoạt động hệ thống truyền thông tin biển.10 Đề xuất kiến trúc cho khối truyền thông trên vệ tinh địa tĩnh.11 Đề xuất kiến trúc khối truyền thông trên cho trạm bờ.12 Đề xuất kiến trúc khối truyền thông cho hệ thống AIS+SS trên phương tiện biển.1 Sự ảnh hưởng của E,/No đến tỉ lệ lỗi bit BER [92].2 Sơ đồ tuyến phát băng S trên vệ tinh địa tĩnh.3 Sơ đồ tuyến phát băng S trên phương tiện biển.4 Sơ đồ khối tầng khuếch đại công suất.5 Cấu trúc điển hình của bộ khuếch đại côn g suẤt.6 Mạch phối hợp trở kháng đầu vào.7 Kết quả mô phỏng tham số Š¡¡ và Sp; của mạch phối hợp trở kháng đầu vào.8 Kết quả mô phỏng mạch trở kháng vào trên đồ thị Smith.9 Kết quả mô phỏng tham số VSWR đầu vào.