(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu ứng dụng anten thông minh tại phía thu tín hiệu GPS

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề và tình hình nghiên cứu hiện nay

Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) bao gồm 24 vệ tinh chính và một số vệ tinh dự trữ, được phân bố xung quanh trái đất trên 6 quỹ đạo gần tròn với đường kính 20,138 km và góc nghiêng 55 độ so với mặt phẳng xích đạo Để đảm bảo phủ sóng toàn cầu, mỗi quỹ đạo có ít nhất 4 vệ tinh được phân bố đều, giúp bất kỳ điểm nào trên trái đất đều có thể nhận tín hiệu từ 4 vệ tinh.

Trong chòm sao GPS, có 10 vệ tinh hoạt động, bay quanh trái đất hai lần mỗi ngày với chu kỳ quỹ đạo khoảng 11 giờ 58 phút Những vệ tinh này di chuyển theo quỹ đạo chính xác và phát tín hiệu thông tin xuống trái đất Các máy thu GPS nhận tín hiệu này và sử dụng phép tính lượng giác để xác định vị trí của người dùng.

Sự không đồng bộ giữa đồng hồ tại vệ tinh và máy thu của người dùng gây ra sai số thời gian trễ, dẫn đến sai số khoảng cách và vị trí của máy thu Ngoài ra, còn nhiều nguồn sai số khác như sai số chủ định SA (Selective Availability) nhằm ngăn chặn việc định vị chính xác cho các thuê bao trái phép, sai số quỹ đạo vệ tinh, sai số do truyền dẫn đa đường, sai số trễ khi tín hiệu qua tầng điện ly và tầng đối lưu, cùng với sai số từ máy thu Thêm vào đó, trong môi trường có mật độ người sử dụng cao, hiện tượng fading và can nhiễu tại bộ thu cũng dễ xảy ra.

Để hạn chế nguồn can nhiễu, fading và các sai số khác, cần tìm ra các giải pháp hiệu quả Việc can thiệp vào vệ tinh để giảm sai số tại nguồn không khả thi Các sai số này chủ yếu do kích hoạt SA, sai số quỹ đạo vệ tinh và sai số đồng hồ gây ra.

Chương 1: TỔNG QUAN GVHD: PGS TS Phạm Hồng Liên vệ tinh sẽ được loại bỏ hoàn toàn bằng kỹ thuật DGPS (Differential GPS) Nguồn sai số trễ khi tín hiệu truyền qua tầng điện ly và tầng đối lưu cũng được hạn chế bằng kỹ thuật DGPS Nguồn sai số do hiện tượng fading và can nhiễu tại bộ thu có thể được giảm bởi các bộ lọc Nguồn sai số do truyền dẫn đa đường, can nhiễu và vấn đề truyền dẫn tối ưu cũng được hạn chế bởi anten thông minh Trong [10] đã trình bày lý thuyết bộ lọc thích nghi dùng giải thuật LCMV(Linearly Constrained Minimum Variance) cho dãy Anten, trong [8] và [11] cũng trình bày những nguyên lý và ứng dụng giải thuật LMS(Least Mean Square) và MMSE cho dãy Anten thích nghi, tại [12] trình bày ứng dụng Anten thông minh cho mạng thông tin di động với việc tính toán, mô phỏng thành công các giải thuật thích nghi LCMV, LMS, Đồng thời trong [14] có trình bày ứng dụng anten thông minh cho hệ thống GPS….Trong luận văn này tác giả ứng dụng các giải thuật LCMV,LMS kết hợp kỹ thuật DGPS cục bộ cho dãy Anten thích nghi để thu tín hiệu GPS đồng thời các nghiên cứu về giải thuật Sparse Array với mục tiêu giảm số lượng phần tử Anten nhưng vẫn đảm bảo được búp sóng hẹp

1.2 Mục tiêu của đề tài :

- Cải thiện chất lượng tín hiệu GPS, Đảm bảo việc truyền sóng, truyền dẫn tối ưu

- Hạn chế ảnh hưởng do truyền dẫn đa đường, can nhiễu

1.3 Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu:

Nhiệm vụ phần Luận văn này phải thực hiện:

- Tìm hiểu về hệ thống định vị GPS, Tìm hiểu về kỹ thuật DGPS

- Tìm hiểu Anten thông minh

Thực hiện giải thuật Multiple LCMV Beamforming băng hẹp trong bộ tạo búp giúp thu nhận tín hiệu từ các vệ tinh GPS, được đặt tại trạm tham khảo của hệ thống DGPS hoặc tại bộ thu của người sử dụng.

Chương 1: TỔNG QUAN GVHD: PGS TS Phạm Hồng Liên

Giải thuật Unconstrained LMS Beamforming băng hẹp được triển khai trong bộ tạo búp, sử dụng tín hiệu tham khảo tại trạm tham khảo hoặc tại bộ thu của người sử dụng Mục tiêu là đảm bảo truyền dẫn tối ưu giữa trạm tham khảo và các bộ thu của người sử dụng.

- Thực hiện giải thuật Sparse Array cho dãy Anten ULA có 12 phần tử

Luận văn tốt nghiệp sẽ nghiên cứu và trình bày ứng dụng của anten thông minh trong hệ thống GPS Anten thông minh được sử dụng là dãy anten thích nghi, áp dụng giải thuật LCMV (Linearly Constrained Minimum Variance) cho bộ tạo búp hướng đến và giải thuật LMS (Least Mean Square) cho bộ tạo búp sử dụng tín hiệu tham khảo.

Luận văn đã tham khảo nhiều tài liệu, bài báo và công trình nghiên cứu được công bố bởi các tác giả trong và ngoài nước, từ đó xác định hướng nghiên cứu cho đề tài.

Luận văn này trình bày việc sử dụng Matlab để mô phỏng giải thuật LCMV trong bộ tạo búp, nhằm minh họa khả năng triệt can nhiễu bằng cách định hướng búp sóng chính về phía tín hiệu mong đợi và tạo cực tiểu công suất từ các hướng khác, bao gồm cả hướng can nhiễu Ngoài ra, luận văn cũng mô phỏng giải thuật LMS với tín hiệu tham khảo để minh họa khả năng triệt can nhiễu, tối ưu hóa hướng búp sóng chính về phía tín hiệu và điều chỉnh các null trong đồ thị hướng tính về phía can nhiễu Cuối cùng, mô phỏng giải thuật Sparse Array được thực hiện để giảm số lượng phần tử anten mà vẫn đảm bảo yêu cầu truyền dẫn tối ưu.

Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu

Nhiệm vụ phần Luận văn này phải thực hiện:

- Tìm hiểu về hệ thống định vị GPS, Tìm hiểu về kỹ thuật DGPS

- Tìm hiểu Anten thông minh

Giải thuật Multiple LCMV Beamforming băng hẹp được thực hiện trong bộ tạo búp tại trạm tham khảo của hệ thống DGPS, hoặc có thể đặt tại bộ thu của người sử dụng, nhằm thu nhận tín hiệu từ các vệ tinh GPS.

Chương 1: TỔNG QUAN GVHD: PGS TS Phạm Hồng Liên

Giải thuật Unconstrained LMS Beamforming băng hẹp được thực hiện trong bộ tạo búp, sử dụng tín hiệu tham khảo tại trạm tham khảo hoặc bộ thu của người sử dụng Mục tiêu là đảm bảo truyền dẫn tối ưu giữa trạm tham khảo và các bộ thu của người sử dụng.

- Thực hiện giải thuật Sparse Array cho dãy Anten ULA có 12 phần tử

Luận văn tốt nghiệp này sẽ nghiên cứu và trình bày ứng dụng của anten thông minh trong hệ thống GPS Anten thông minh được sử dụng là dãy anten thích nghi, áp dụng giải thuật LCMV (Linearly Constrained Minimum Variance) băng hẹp cho bộ tạo búp hướng đến và giải thuật LMS (Least Mean Square) băng hẹp cho bộ tạo búp sử dụng tín hiệu tham khảo.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn đã tham khảo các tài liệu, bài báo và công trình nghiên cứu đã được công bố của các tác giả trong và ngoài nước để đề xuất hướng nghiên cứu cho đề tài.

Bài luận văn trình bày việc sử dụng Matlab để mô phỏng giải thuật LCMV trong bộ tạo búp, nhằm minh họa khả năng triệt can nhiễu bằng cách điều chỉnh búp sóng chính về hướng tín hiệu mong đợi và tạo cực tiểu công suất từ các hướng khác Ngoài ra, luận văn cũng mô phỏng giải thuật LMS với tín hiệu tham khảo, cho thấy khả năng triệt can nhiễu hiệu quả bằng cách tối ưu hóa chuỗi tham khảo và điều chỉnh các null của đồ thị hướng tính về hướng can nhiễu Cuối cùng, giải thuật Sparse Array được áp dụng để giảm số lượng phần tử anten mà vẫn đảm bảo yêu cầu truyền dẫn tối ưu.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu GPS

2.1.1 Giới thiệu hệ thống GPS: ([5])

Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) là một công nghệ xác định vị trí dựa trên vệ tinh nhân tạo, được phát triển và quản lý bởi Bộ Quốc Phòng Hoa Kỳ từ những năm 1970 Ban đầu, GPS chỉ phục vụ cho mục đích quân sự, nhưng từ năm 1980, nó đã được mở rộng cho cả mục đích dân sự Kể từ khi chính thức hoạt động vào năm 1993, GPS cung cấp thông tin định vị liên tục 24/7 trên toàn cầu, bất kể điều kiện thời tiết Các vệ tinh GPS quay quanh trái đất hai lần mỗi ngày, phát tín hiệu chứa thông tin xuống mặt đất, cho phép các bộ thu GPS sử dụng phép tính lượng giác để xác định chính xác vị trí của mình.

Hình 2.1: Chòm sao vệ tinh GPS ([5])

Hệ thống GPS bao gồm 24 vệ tinh chính và một số vệ tinh dự trữ, được phân bố trên 6 quỹ đạo gần tròn với đường kính 20,138 km và góc nghiêng 55 độ so với mặt phẳng xích đạo Để đảm bảo phủ sóng toàn cầu, mỗi quỹ đạo có 4 vệ tinh được sắp xếp đều.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS Phạm Hồng Liên bất kỳ điểm nào trên trái đất cũng thấy được từ 4 đến 10 vệ tinh trong chòm sao vệ tinh GPS

Các vệ tinh sử dụng năng lượng mặt trời và có pin dự phòng để hoạt động khi không có ánh sáng Mỗi vệ tinh được trang bị tên lửa nhỏ giúp duy trì quỹ đạo bay chính xác.

2.1.2 Các mảng của hệ thống GPS: : ([5])

Hệ thống GPS được chia thành 3 mảng chính: mảng không gian (space segment), mảng điều khiển (control segment) và mảng người sử dụng (user segment) như ở hình 2.2

Hình 2.2: Các mảng của hệ thống GPS ([5])

Mảng không gian là chòm sao 24 vệ tinh, mỗi vệ tinh phát tín hiệu gồm 2 sóng sin

Các tần số sóng mang, mã số và bản tin định vị được sử dụng để xác định khoảng cách từ bộ thu GPS đến các vệ tinh GPS Bản tin định vị chứa tọa độ vệ tinh theo hàm thời gian Tín hiệu phát từ vệ tinh được điều khiển bởi đồng hồ điện tử có độ chính xác cao, đảm bảo tính chính xác trong việc định vị.

Mảng điều khiển gồm một trạm điều khiển chủ MCS (Master Control Station), 5 trạm monitor và 3 trạm điều khiển mặt đất Trạm MCS có nhiệm vụ giám sát toàn

Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS Phạm Hồng Liên bộ hệ thống GPS 5 trạm monitor được trang bị bằng các bộ thu GPS chất lượng cao và bộ tạo dao động cesium nhằm mục đích theo vết (tracking) liên tục tất cả các vệ tinh GPS, đồng thời được trang bị bằng các anten mặt đất để tải thông tin lên các vệ tinh GPS Tất cả các trạm monitor và trạm điều khiển mặt đất được điều khiển từ xa bởi MCS Nhiệm vụ chính của mảng điều khiển là xác định và dự báo các dữ liệu định vị vệ tinh Các trạm monitor theo vết liên tục các vệ tinh GPS và phát các giám sát đã thu thập được đến MCS để xử lý Kết quả xử lý gồm các vị trí vệ tinh là hàm thời gian, tình trạng hệ thống, các thông số đồng hồ vệ tinh, dữ liệu áp suất, niên lịch vệ tinh, Dữ liệu định vị tươi này được MCS gửi đến 1 trong các trạm điều khiển mặt đất để trạm điều khiển mặt đất tải lên các vệ tinh GPS qua dải băng tần S

Máy thu GPS, bao gồm cả loại quân sự và dân sự, hoạt động bằng cách kết nối với anten GPS để xác định vị trí trong không gian ba chiều.

2.1.3 Cấu trúc tín hiệu GPS: ([7])

Mỗi vệ tinh GPS phát tín hiệu sóng vi ba với hai tần số sóng mang L1 (1575.42 MHz) và L2 (1227.6 MHz), được điều chế bằng hai mã C/A và P cùng với bản tin định vị Các bước sóng tương ứng là 19 cm cho L1 và 24.4 cm cho L2, giúp hiệu chỉnh sai số GPS chủ yếu do sự trễ từ tầng điện ly Mặc dù tất cả vệ tinh đều phát tần số L1 và L2, nhưng mỗi vệ tinh sử dụng mã điều chế khác nhau để giảm thiểu can nhiễu tín hiệu.

Hình 2.3: Minh họa (a) Sóng sin ; (b) mã số ([5])

Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS Phạm Hồng Liên

Có 2 loại mã khác nhau được sử dụng trong hệ thống GPS là mã C/A (Coarse/Acquisition) và mã P (Precision) Mỗi mã là một chuỗi các số nhị phân gồm các bit 0 hoặc 1, mỗi giá trị 0 hoặc 1 được gọi là một bit hay một chip Nói cách khác mỗi vệ tinh có một chuỗi mã riêng biệt không trùng lắp với bất kỳ vệ tinh nào khác Các mã này được xem là các mã PRN (pseudorandom noise) vì chúng giống như các tín hiệu ngẫu nhiên Trên thực tế, các mã này được phát bằng cách sử dụng thuật toán toán học Mã C/A chỉ được điều chế lên sóng mang L1, còn mã P được điều chế lên cả sóng mang L1 lẫn L2 Sự điều chế này được gọi là sự điều chế biphase vì pha sóng mang bị dịch 180 o khi thay đổi giá trị của mã từ 0 sang 1 hoặc 1 sang 0

Mã C/A được sử dụng trong các ứng dụng dân sự và chỉ truyền trên băng tần L1, với chuỗi mã lặp lại mỗi 1ms gồm 1023 chip, tần số 1.023MHz và bước sóng khoảng 300m Mỗi vệ tinh được gán một mã C/A riêng biệt, giúp các bộ thu nhận biết tín hiệu từ vệ tinh Dữ liệu định vị được truyền với tốc độ 50 bit mỗi giây, trong đó mỗi bit kéo dài 20ms, bao gồm 20 chu kỳ mã C/A, với mỗi chu kỳ kéo dài 1ms.

Chips 1023, mỗi chip có kích thước 0.9775às, bao gồm 1540 chu kỳ sóng mang L1 với tần số 1575.42Mhz Epoch của mã C/A được xác định bởi cạnh lên của chip đầu tiên trong mỗi đoạn 1023 chips.

Mã P được sử dụng trong các ứng dụng quân sự và truyền tải trên băng tần L1 và L2, với chuỗi mã lặp lại theo chu kỳ 1 tuần và chứa 6.19x10^12 chip, tần số 10.23MHz Bước sóng của mã P khoảng 30m, và dữ liệu định vị được truyền ở tốc độ 50 bit mỗi giây, mỗi bit có kích thước 20 Hình 2.5 minh họa cấu trúc mã P trên sóng mang L1.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS Phạm Hồng Liên ms) là 1 đoạn gồm 204600 chips, mỗi chip gồm 154 chu kỳ sóng mang L1 có tần số 1575.42Mhz

Hình 2.4: Minh họa cấu trúc mã C/A trên sóng mang L1 ([7])

Hình 2.5: Minh họa cấu trúc mã P trên sóng mang L1 ([7])

+ Cấu trúc của bản tin định vị:

Bản tin định vị được cấu trúc thành 25 khung, với mỗi khung chứa 1500 bits thông tin, như minh họa trong hình 2.6 Mỗi khung trong bản tin hoàn hảo được phân chia rõ ràng để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong việc truyền tải dữ liệu.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS Phạm Hồng Liên nhỏ thành 5 khung con Mỗi khung con chứa 300 bits gồm 10 từ (word), mỗi từ chứa 30 bits và bit có trọng số lớn nhất được phát đầu tiên Vì vậy, ở tốc độ 50 bit/s thì cần 6 giây để phát 1 khung con 300 bits và cần 30 giây để phát 1 khung 1500 bits ở hình 2.7 Để phát toàn bộ bản tin định vị 25 khung thì cần 750 giây hay 12.5 phút Mỗi khung con khởi đầu bằng 30 bits TLM (telemetry word), trong đó 8 bits đầu tiên là các bit preamble để bộ thu xác định khung con, 22 bit còn lại chứa các bit parity và bản tin telemetry mà nó chỉ có giá trị đối với thuê bao có đăng ký Từ thứ 2 của mỗi khung là HOW (hand-over word) gồm 29 bit Z-count có nhiệm vụ đếm các epoch được sinh ra bởi thanh ghi X 1 (cứ 1.5s xuất hiện 1 lần) của bộ phát mã P trong vệ tinh 19 bit có trọng số thấp nhất của Z-count được gọi là TOW

Thời gian trong tuần (TOW) cho biết số epoch X1 xuất hiện khi bắt đầu tuần hiện tại, bắt đầu từ nửa đêm tối thứ bảy hoặc sáng chủ nhật TOW tăng từ 0 đến 403199 và quay lại 0 ở đầu tuần tiếp theo, với việc đếm 0 luôn xảy ra ở đầu khung con 1 của khung đầu tiên Bộ thu sử dụng các bit preamble của TLM để xác định thời điểm bắt đầu của mỗi khung con, từ đó xác định thời điểm phát của các bộ phận trong tín hiệu GPS 10 bit có trọng số lớn nhất của Z-count được gọi là WN (số tuần GPS), không thuộc HOW nhưng xuất hiện thay vào 10 bit đầu tiên của từ thứ 3 trong khung con 1 Ba bit của HOW được dùng để nhận dạng khung con trong 5 khung đang phát, trong khi TOW được tính từ HOW trong khung con 5 để xác định khung nào trong 25 khung đang phát.

8 từ còn lại của các khung con từ 1 đến 5 chứa các thông tin sau:

Giới thiệu về kỹ thuật DGPS

DGPS (Differential GPS) là kỹ thuật giúp giảm sai số vị trí trong hệ thống GPS bằng cách sử dụng dữ liệu từ bộ thu của trạm tham chiếu tại vị trí đã biết Kỹ thuật DGPS phổ biến nhất xác định các sai số quỹ đạo và sai số đồng hồ vệ tinh trong bản tin định vị, bao gồm ảnh hưởng của SA, tại trạm tham chiếu và truyền các sai số khoảng cách đến bộ thu của người dùng theo thời gian thực Bộ thu sử dụng các sai số này để xác định vị trí chính xác của nó.

+ Các nguồn sai số bị loại bỏ hoàn toàn là sai số SA, sai số quỹ đạo vệ tinh, sai số đồng hồ vệ tinh

+ Các nguồn sai số do trễ trong tầng điện ly và tầng đối lưu có thể được hạn chế nhưng các sai số này tăng theo khoảng cách

+ Các nguồn sai số hoàn toàn không bị loại bỏ là các sai số truyền dẫn đa đường và các sai số do máy thu

Kỹ thuật DGPS được áp dụng để đạt độ chính xác trong khoảng vài mét Hệ thống bao gồm một bộ thu đặt tại trạm tham chiếu cố định với tọa độ đã biết, cùng với một bộ thu di động của người dùng có tọa độ chưa xác định, có thể đứng yên hoặc di chuyển.

Phương pháp này dựa trên nguyên tắc rằng sai số khoảng cách đo từ vệ tinh đến hai bộ thu là tương đương khi khoảng cách giữa chúng không vượt quá vài trăm km Phần mềm trong bộ thu tham chiếu sẽ sử dụng tọa độ đã biết của bộ thu này cùng với tọa độ nhận được từ tín hiệu định vị của các vệ tinh để tính toán khoảng cách từ bộ thu tham chiếu đến các vệ tinh Sau đó, nó sẽ so sánh khoảng cách tính toán với khoảng cách đo được để xác định sai số khoảng cách và thực hiện các hiệu chỉnh cần thiết.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS Phạm Hồng Liên

Định vị GPS sai phân (DGPS) giúp cải thiện độ chính xác của tọa độ từ vài centimeter đến vài mét bằng cách sử dụng các sai số được phát đến bộ thu của người sử dụng Bộ thu này sẽ điều chỉnh các khoảng cách đã đo để tính toán tọa độ chính xác hơn Trong khi đó, định vị GPS thông thường với một bộ thu dân dụng có độ chính xác ngang là 100m (khi kích hoạt SA) và 22m (khi không kích hoạt SA), chỉ phù hợp cho những ứng dụng yêu cầu độ chính xác thấp Ngược lại, DGPS được áp dụng trong các lĩnh vực cần độ chính xác cao như khảo sát, vẽ bản đồ và hệ thống thông tin địa lý (GIS).

Hình 2.14: Minh họa mô hình GPS sai phân ([7])

Có 2 mô hình DGPS là DGPS cục bộ (LADGPS – Local Area DGPS) và DGPS diện rộng (Wide Area DGPS)

DGPS cục bộ (LADGPS) là một hệ thống định vị toàn cầu sử dụng một bộ thu mốc (base receiver) đặt tại một trạm tham khảo duy nhất Bộ thu mốc này nhận tín hiệu từ các vệ tinh GPS và sử dụng tọa độ đã biết để tính toán sai số khoảng cách, từ đó hiệu chỉnh cho các bộ thu của người sử dụng trong bán kính vài trăm km Dữ liệu hiệu chỉnh được truyền từ bộ thu mốc đến các bộ thu của người sử dụng thông qua sóng vô tuyến theo tiêu chuẩn.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS Phạm Hồng Liên

RTCM (Ủy ban Kỹ thuật Radio cho Dịch vụ Hàng hải) phát triển mô hình DGPS cục bộ, cung cấp độ chính xác từ vài mét (phép đo mã) đến vài cm (phép đo pha) trong định vị Độ chính xác tăng cao khi khoảng cách giữa bộ thu của người sử dụng và bộ thu mốc giảm Hệ thống cũng phụ thuộc vào công suất phát tín hiệu tại trạm tham khảo, khả năng nhận tín hiệu của bộ thu và các đặc tính đường truyền như mức độ nhiễu và vật cản Mô hình DGPS cục bộ được minh họa trong hình 2.15.

Hình 2.15: Minh họa mô hình DGPS cục bộ ([5])

DGPS diện rộng (WADGPS) là một mô hình DGPS sử dụng nhiều trạm tham khảo để hiệu chỉnh sai số khoảng cách cho các bộ thu của người sử dụng, vượt quá khoảng cách cho phép của mô hình DGPS cục bộ Các sai số hiệu chỉnh từ các trạm tham khảo được gửi đến một trạm trung tâm qua các đường truyền mặt đất, như hệ thống cáp quang Tại trạm trung tâm, dữ liệu được phân tích và kết hợp để xác định các sai số hiệu chỉnh cho từng vệ tinh GPS Những sai số này sau đó được truyền lên vệ tinh địa tĩnh GEO và phát ngược xuống các bộ thu của người sử dụng, đảm bảo mỗi bộ thu nhận được một bộ hiệu chỉnh DGPS tương ứng với vị trí của nó Mô hình DGPS mở rộng được minh họa trong hình 2.16.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS Phạm Hồng Liên

Hình 2.16: Minh họa mô hình DGPS mở rộng ([5]) Tóm lại:

Kỹ thuật DGPS nâng cao độ chính xác của hệ thống định vị, giảm sai số xuống còn vài cm đến vài mét Phương pháp này loại bỏ hoàn toàn các sai số do SA, sai số quỹ đạo và sai số đồng hồ vệ tinh, đồng thời hạn chế tác động của các nguồn sai số trễ trong tầng điện ly và tầng đối lưu.

Kỹ thuật DGPS không thể loại bỏ hoàn toàn các nguồn sai số như fading, can nhiễu, và sai số truyền dẫn đa đường Do đó, luận văn đề xuất giải pháp sử dụng anten thông minh để khắc phục sai số do truyền dẫn đa đường và cải thiện hiệu suất truyền dẫn tại bộ thu.

Giới thiệu về anten thông minh

Anten thông minh là loại anten bao gồm nhiều phần tử, cho phép tính toán và xử lý tín hiệu để xác định hướng nguồn tín hiệu Chúng có khả năng tập trung bức xạ theo hướng mong muốn và tự điều chỉnh theo sự thay đổi của môi trường tín hiệu Để thực hiện điều này, công việc tính toán cần diễn ra theo thời gian thực, giúp anten theo dõi nguồn tín hiệu khi nó di chuyển.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS Phạm Hồng Liên

Hình 2.17: Vùng bức xạ của Anten thường và Anten thông minh [12]

Trong hệ thống Anten thông minh, các phần tử Anten không tự động thông minh, mà sự thông minh phát sinh từ quá trình xử lý tín hiệu số của các tín hiệu đến Quá trình này, được gọi là Beamforming, bao gồm việc kết hợp tín hiệu và tập trung bức xạ theo một hướng cụ thể.

Hình 2.18: Sơ đồ tổng quát của Anten thông minh [12]

2.3.1 Lý thuyết về dãy anten: ([8])

Anten mảng rất phổ biến nhờ vào tính linh hoạt của nó Chúng ta có thể nâng cao độ lợi của anten mảng theo hướng mong muốn bằng cách điều chỉnh điện áp kích thích và thay đổi độ định hướng thông qua số lượng phần tử anten.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS Phạm Hồng Liên mảng kết hợp với các giải thuật tạo búp thích nghi sẽ tạo ra một hệ thống anten có khả năng tương thích với các điều kiện truyền khác nhau Sự kết hợp đó tạo nên một hệ thống anten thông minh Dãy anten có các phần tử bất kỳ có dạng ở hình 2.19

Hình 2.19 minh họa dãy anten với các phần tử không đồng nhất Trong đó, ф là góc phương vị nằm trong khoảng (-π