zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kĩ thuật Viễn thông

Nghiên cứu xây dựng phần mềm tính toán tần số làm việc tối ưu cho đường truyền sóng điện ly của máy vô tuyến điện sóng ngắn

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Báo xấu

40
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết trình bày kết quả xây dựng phần mềm tính toán tần số làm việc tối ưu cho đường truyền sóng điện ly của máy vô tuyến điện sóng ngắn. Phần mềm được xây dựng cho phép tính đến ảnh hưởng của sự không đồng nhất của tầng điện ly theo phương truyền sóng đến giá trị tần số làm việc tối ưu, và tính được giá trị tần số làm việc tối ưu tương ứng với từng giờ trong ngày.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu xây dựng phần mềm tính toán tần số làm việc tối ưu cho đường truyền sóng điện ly của máy vô tuyến điện sóng ngắn

Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020) Nghiên Cứu Xây Dựng Phần Mềm Tính Toán Tần Số Làm Việc Tối Ƣu Cho Đƣờng Truyền Sóng Điện Ly Của Máy Vô Tuyến Điện Sóng Ngắn Nguyễn Minh Giảng1, Vũ Hải Dƣơng2, Dƣơng Xuân Đạt2, Nguyễn Huy Hoàng1, Kiều Khắc Phƣơng1 1 Khoa Vô tuyến điện tử, Học Viện Kỹ thuật Quân sự 2 Lữ đoàn Thông tin 134, Binh chủng Thông tin liên lạc Email: nmgiang44@gmail.com Abstract— Trong bài báo chúng tôi trình bày kết quả xây có mối liên hệ : dựng phần mềm tính toán tần số làm việc tối ưu cho OWF 0.85 MUF , (1) đường truyền sóng điện ly của máy vô tuyến điện sóng Hiện nay, việc xác định giá trị tần số làm việc tối ngắn. Phần mềm được xây dựng cho phép tính đến ảnh ƣu thƣờng dựa theo kinh nghiệm của ngƣời sử dụng. hưởng của sự không đồng nhất của tầng điện ly theo phương truyền sóng đến giá trị tần số làm việc tối ưu, và Ví dụ, từ kinh nghiệm thực tiễn, ngƣời ta chia băng tần tính được giá trị tần số làm việc tối ưu tương ứng với sóng ngắn từ 3 đến 30 Mhz ra làm các băng tần con sử từng giờ trong ngày. Kết quả thực nghiệm cho thấy Phần dụng cho ban ngày, ban đêm và thời gian giao thoa mềm cho kết quả tính toán có độ chính xác cao và có giữa ngày và đêm. Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này thời gian tính toán nhanh, từ đó giúp rút ngắn thời gian là có độ chính xác không cao, đặc biệt là trong những xác định tần số làm việc cho máy vô tuyến điện sóng điều kiện biến động mạnh của thời tiết hoặc khi phải ngắn so với phương pháp dò tần số tự động. thực hiện liên lạc đến một địa điểm mới mà ngƣời sử dụng chƣa từng thực hiện thì việc xác định tần số làm Keywords- Tần số áp dụng cực đại, tần số làm việc tối việc tối ƣu là vấn đề gặp nhiều khó khăn. ưu, sóng ngắn, tầng điện ly, máy vô tuyến điện sóng ngắn. Trong số các phƣơng pháp tiên tiến dùng để tính I. GIỚI THIỆU toán tần số làm việc tối ƣu nhƣ [1],[2] phổ biến hơn cả là phƣơng pháp đƣợc Hiệp hội Viễn thông quốc tế Ngày nay các thiết bị liên lạc vô tuyến điện sóng (viết tắt là ITU –Interational Telecommunication ngắn đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo liên Union) khuyến nghị [2]. Phƣơng pháp này sử dụng lạc cho Quân đội, liên lạc cho tàu thuyền trên biển và mô hình toán học và mô hình bán thực nghiệm của những nơi có địa hình phức tạp, khó tiếp cận. Quá tầng điện ly kết hợp với số liệu đo của các đài điện ly trình tính toán để xây dựng đƣờng truyền liên lạc sóng để tính toán tần số làm việc tối ƣu. Phƣơng pháp này ngắn đòi hỏi phải xác định đƣợc sự biến đổi trong có ƣu điểm là đơn giản, tuy nhiên nó có nhƣợc điểm là ngày của Tần số áp dụng cực đại (Maximum Usable bỏ qua ảnh hƣởng của sự không đồng nhất của tầng Frequency – ký hiệu là MUF) cho đƣờng truyền đó. điện ly theo phƣơng truyền sóng đến đặc tính truyền Tần số áp dụng cực đại của một đƣờng truyền là tần số lan của sóng vô tuyến. Sự không đồng nhất của tầng lớn nhất mà sóng vô tuyến có thể truyền từ điểm phát điện ly làm cho điểm phản xạ của tia sóng ở tầng điện đến điểm thu cho trƣớc tại một thời điểm xác định ly bị lệch khỏi điểm chính giữa của đƣờng truyền và thông qua phản xạ ở tầng điện ly và với các điều kiện từ đó làm ảnh hƣởng tới kết quả tính OWF. Do vậy, cho trƣớc của máy phát và máy thu ( nhƣ công suất phƣơng pháp này cho sai số vẫn còn khá lớn. phát, dạng anten, độ nhạy, ..). Việc tính toán giá trị Vì những lý do kể trên, việc nghiên cứu phƣơng tần số áp dụng cực đại có ý nghĩa rất quan trọng, bởi pháp, thuật toán và xây dựng một chƣơng trình phần vì nếu ta chọn tần số làm việc lớn hơn giá trị tần số áp mềm cho phép tính toán nhanh và có độ chính xác cao dụng cực đại tại thời điểm tiến hành liên lạc thì có thể giá trị tần số làm việc tối ƣu trong 24 giờ trong ngày sẽ không thu đƣợc tín hiệu do sóng vô tuyến khi đó sẽ cho đƣờng truyền sóng điện ly của máy vô tuyến điện đi xuyên qua tầng điện ly thay vì phản xạ ở tầng điện sóng ngắn ( VTĐsn) là bài toán cấp thiết. ly và quay trở về mặt đất. Phần còn lại của bài báo đƣợc trình bày nhƣ sau: Từ việc tính toán đƣợc tần số áp dụng cực đại, ta Trong phần II, chúng tôi trình bày cơ sở của phƣơng nhân thêm hệ số thực nghiệm 0.85 ta sẽ thu đƣợc tần phƣơng pháp tính tần số làm việc tối ƣu cho đƣờng làm việc tối ƣu (ký hiệu OWF – Optimum Working truyền phản xạ ở tầng điện ly, trong đó có tính đến ảnh Frequency) cho đƣờng truyền sóng điện ly. Nghĩa là ta ISBN: 978-604-80-5076-4 1
Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020) hƣởng của sự không đồng nhất của tầng điện ly đến truyền. Khi đó, theo định lý Secant [6] và (1), ta có đặc tính truyền lan của sóng vô tuyến. Trong phần III biểu thức tính tần số làm việc tối ƣu nhƣ sau: sẽ trình bày kết quả xây dựng “Phần mềm tính toán tần OWF D 0.85 f 0 F 2 1 tan2 . (2) số làm việc tối ƣu cho máy VTĐsn ” trên cơ sở phƣơng pháp đƣợc trình bày ở phần II và ví dụ áp Trong đó OWF(D) – là tần số làm việc tối ƣu cho dụng Phần mềm trong việc tính toán sự biến đổi của đƣờng truyền có độ dài D (km); f 0F 2 - tần số tới hạn tần số làm việc tối ƣu theo thời gian trong ngày và của lớp phản xạ F2 của tầng điện ly tại điểm chính theo mùa trong năm. Trong phần IV chúng tôi trình giữa của đƣờng truyền; - góc tia sóng đi vào tầng bày kết quả thử nghiệm Phần mềm cho đƣờng truyền điện ly. thực tế. Phần V là các khái quát các kết quả thu đƣợc của bài báo. II. PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TẦN SỐ LÀM VIỆC TỐI ƢU CHO ĐƢỜNG TRUYỀN PHẢN XẠ Ở TẦNG ĐIỆN LY A. Mô hình tính toán các tham số của tầng điện ly Hiện nay có một số mô hình bán thực nghiệm của tầng điện ly nhƣ [3], [4] cho phép tính toán các tham số của tầng điện ly khi biết tham số đầu vào là: tọa độ địa lý của điểm cần tính, thời gian, ngày, hệ số Wolf (W) đặc trƣng cho mức độ hoạt động của mặt trời. Các mô hình bán thực nghiệm dựa trên các kết quả đo của hệ thống các đài điện ly trên thế giới trong nhiều năm. Dựa trên các số liệu đo đƣợc, ngƣời ta xây dựng các Hình 1. Điểm phản xạ của sóng vô tuyến bị lệch khỏi hàm xấp xỉ cho phép ta xác định đƣợc các tham số của điểm chính giữa của đƣờng truyền khi xét đến sự không đồng nhất của tầng điện ly tầng điện ly tại mỗi vị trí và thời gian bất kỳ. Các mô hình của tầng điện ly khác nhau bởi số lƣợng, dạng của Trong điều kiện tầng điện ly không đồng nhất, các hàm xấp xỉ và các hệ số xấp xỉ mà nó sử dụng. nguyên nhân là do mật độ electron của tầng điện ly tại Trong nghiên cứu của mình tác giả sử dụng mô hình điểm đầu và điểm cuối của đƣờng truyền chênh lệch [3] do nó đảm bảo đồng thời 2 yếu tố: Cho kết quả tính nhau thì ta phải coi lớp phản xạ của tầng điện ly nhƣ 1 toán các tham số của tầng điện ly với sai số cho phép mặt nghiêng với góc nghiêng là (hình 1). Khi đó và đã đƣợc kiểm nghiệm bởi các nghiên cứu trƣớc đó điểm phản xạ của tia sóng sẽ dịch chuyển tới điểm T. nhƣ [5], đồng thời cho thời gian tính toán nhanh, cho Ta ký hiệu góc dịch chuyển từ điểm C đến điểm T là phép thực hiện tính toán với thời gian thực. COT T . Khi đó ta tính đƣợc góc lệch T theo Từ việc lựa chọn mô hình tầng điện ly, ta sẽ xác biểu thức : định đƣợc các tham số của tầng điện ly tại vị trí điểm phát và điểm thu, đó là: Tần số tới hạn và độ cao của các lớp phản xạ E, F, hệ số M(300)F2 của lớp F2. Hệ 1 A02 2 A0 cos số M(300)F2 đƣợc định nghĩa nhƣ sau: T tan . (3) A0 cos 1 f0 F 2 M 3000 F 2 . MUFF 2( 3000 ) Trong đó Trong đó f 0 F2 là tần số tới hạn của lớp F2 của h0 A0 1 , h0 - độ cao của lớp phản xạ tại điểm tầng điện ly. RE Sau khi tính toán đƣợc các tham số của tầng điện chính giữa của đƣờng truyền, R E - bán kính của trái ly, ta sẽ sử dụng các kết quả này để tính giá trị tần số làm việc tối ƣu cho đƣờng truyền sóng điện ly tƣơng đất ứng cho mỗi giờ trong ngày. Tiếp theo, ta tính đƣợc giá trị góc xâm nhập của B. Phương pháp tính toán tần số làm việc tối ưu tia sóng vào tầng điện ly nhƣ sau: khi xét đến tính không đồng nhất của tầng điện sin cos T tan . (4) ly A0 cos cos T Trong điều kiện tầng điện ly đồng nhất, ta có thể Thay (4) vào (2) ta sẽ xác định đƣợc giá trị OWF(D). coi lớp phản xạ của tầng điện ly nhƣ là 1 mặt phản xạ Thông qua việc tính đến sự dịch chuyển của điểm gƣơng. Khi đó điểm phản xạ sẽ là điểm C, có hình phản xạ của tia sóng trong điều kiện tầng điện ly chiếu xuống mặt đất là điểm chính giữa của đƣờng không đồng nhất cho phép nâng cao đƣợc độ chính xác ISBN: 978-604-80-5076-4 2
Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020) trong tính toán tần số làm việc tối ƣu của đƣờng truyền đổi này, ta sẽ đƣa ra đƣợc phƣơng án sử dụng tần số sóng điện ly [7]. cho phù hợp. II. XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN TẦN SỐ LÀM VIỆC TỐI ƢU Trên cơ sở phƣơng pháp đƣợc trình bày ở phần trƣớc ta xây dựng đƣợc Phần mềm tính toán tần số làm việc tối ƣu cho máy vô tuyến điện sóng ngắn. Giao diện của Phần mềm gồm 2 phần (hình 2): phần nhập dữ liệu đầu vào và phần hiển thị kết quả. Kết quả tính toán có thể đƣợc hiển thị dƣới dạng đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của tần số làm việc tối ƣu vào từng giờ trong ngày hoặc dƣới dạng bảng số liệu. Hình 3. Sự biến đổi theo mùa của tần số làm việc tối ƣu cho đƣờng truyền sóng điện ly đối với đƣờng truyền từ Hà Tĩnh đến Hà Nam ( năm 2020) Mức độ chính xác của kết quả tính toán bằng Phần mềm sẽ đƣợc kiểm tra bằng thực nghiệm ở phần tiếp theo. IV. THỬ NGHIỆM PHẦN MỀM TÍNH TOÁN TẦN SỐ LÀM VIỆC TỐI ƢU CHO MÁY VÔ TUYẾN ĐIỆN SÓNG NGẮN Để đánh giá độ chính xác cùa Phần mềm tính toán, ta tiến hành thử nghiệm trên đƣờng truyền thực tế: Từ Kỳ Anh, Hà Tĩnh đến Sơn Tây, Hà Nội. Tần số liên lạc cho mỗi giờ đƣợc xác định bằng cách nhập dữ liệu đầu vào: tọa độ máy thu, máy phát, thời gian liên lạc, Hinh 2. Giao diện của “Phần mềm tính toán tân số làm ngày, tháng và hệ số W đặc trƣng cho mức độ hoạt việc tối ƣu cho máy VTĐsn” động của mặt trời vào “ Phần mềm tính toán tần số Sau đây ta sẽ trình bày 1 ví dụ áp dụng Phần mềm làm việc tối ƣu cho máy vô tuyến điện sóng ngắn”. để nghiên cứu sự biến đổi của tần số làm việc tối ƣu Thời gian liên lạc đƣợc thực hiện tại các giờ khác nhau cho máy vô tuyến điện sóng ngắn theo thời gian trong trong ngày và tiến hành trong 02 ngày từ 16 đến ngày và theo mùa trong năm. Ta sẽ tính tần số làm 17/09/2020. Mỗi giờ thực hiện liên lạc thoại trong 30 việc tối ƣu cho đƣờng truyền từ Kỳ Anh, Hà tĩnh đến phút. Các tham số của máy thu phát nhƣ sau: Phủ Lý, Hà Nam trong 4 mùa khác nhau trong năm 2020. Dữ liệu đầu vào đƣợc cho ở bảng bên dƣới. Tọa độ điểm phát Vĩ độ: 18.128 Kinh độ: 106.258 Vĩ độ: 18.128 Vĩ độ: 21.167 Tọa độ điểm phát Kinh độ: 106.258 Tọa độ điểm thu Kinh độ: 105.380 Vĩ độ: 20.528 Máy Vô tuyến điện VRU-611 Tọa độ điểm thu Kinh độ: 105.936 Công suất phát 20 W Hệ số W vào mùa Xuân Loại ăng-ten sử dụng Anten 2 cực căng ngang 5 (15. 4.2020) Hƣớng liên lạc Bắc -Nam Hệ số W vào mùa Hè Chế độ điều chế Điều biên băng tần trên 8 (15. 8.2020) (USB) Hệ số W vào mùa Thu 4 (15. 10.2020) Chất lƣợng đƣờng truyền đƣợc đánh giá theo thang Hệ số W vào mùa Đông điểm 5. Cụ thể nhƣ sau: 6 (15. 1.2020) + Điểm 1: Tín hiệu nghe rất nhỏ, không rõ nội dung, nhiễu và tạp âm lớn. Kết quả tính toán đƣợc thể hiện ở hình 3. Từ các + Điểm 2: Tín hiệu nghe lúc to, lúc nhỏ, nền nhiễu đồ thị trên hình 3 ta thấy giá trị OWF biến đổi theo nhiều. thời gian trong ngày và có sự khác biệt giữa các mùa + Điểm 3: Tín hiệu nghe rõ nội dung, có lúc nhiễu trong năm. Trong đó mùa Thu tần số làm việc tăng nhƣng vẫn làm việc đƣợc. nhiều nhất, sau đó là mùa Xuân. Căn cứ vào sự biến + Điểm 4: Tín hiệu nghe rõ, tạp âm, nhiễu nhỏ. ISBN: 978-604-80-5076-4 3
Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020) + Điểm 5: Tín hiệu nghe to, rõ, tạp âm và nhiễu rất đƣợc xác suất tính toán đúng tần số làm việc khi sử nhỏ. dụng Phần mềm là 78 %, chất lƣợng liên lạc đều đạt từ Sơ đồ đấu nối để kiểm tra chất lƣợng đƣờng truyền 4 và 5 điểm. Trong đó, vào các phiên liên lạc ban đƣợc thể hiện ở hình 4. ngày chất lƣợng đều đạt tốt. Ban đêm, chất lƣợng liên lạc kém hơn so với ban ngày. Điều này có thể đƣợc giải thích bởi lý do nhƣ sau: ban đêm năng lƣợng của sóng vô tuyến bị tầng điện ly hấp thụ mạnh hơn so với ban ngày, nhất là trong điều kiện thời tiết mƣa gió, sƣơng mù. Ta lƣu ý rằng vào đêm các ngày 16, 17 tháng 9 năm 2020 có mƣa trên diện rộng từ điểm đầu đƣờng truyền là Hà Tĩnh, Thanh Hóa đến điểm cuối của đƣờng truyền là Sơn Tây do ảnh hƣởng của cơn bão số 5. Do vậy tín hiệu truyền tới điểm thu ở một vài thời điểm bị suy hao nhiều nên không vƣợt qua đƣợc mức ngƣỡng cần thiết để có thể nghe rõ. Phần mềm đƣa ra kết quả tính toán trong khoảng thời gian từ 10 đến 17 giây. Trong khi đó, nếu dùng Hình 4 . Kết nối thiết bị để thử nghiệm phƣơng pháp dò tần số thủ công hoặc dùng chế độ dò tự động của máy vô tuyến điện thì có thể mất từ 2 đến Kết quả thử nghiệm đƣợc thể hiện ở các bảng cho 5 phút. Nhƣ vậy Phần mềm cho phép rút ngắn đáng kể bên dƣới. thời gian xác định giá trị tần số làm việc tối ƣu cho BẢNG I đƣờng truyền sóng điện ly của máy vô tuyến điện sóng KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM PHẦN MỀM ngắn. V. KẾT LUẬN Giờ trong Tần số làm Điểm Trong bài báo, chúng tôi đã trình bày kết quả xây ngày dựng Phần mềm tính toán tần số làm việc tối ƣu cho việc (MHz) đƣờng truyền sóng điện ly của máy VTĐsn. Kết quả 7h đến 7h30 4.0633 4 thử nghiệm cho thấy Phần mềm có xác suất tính toán đúng tần số làm việc tối ƣu đạt 78%. Phần mềm giúp 10h30 đến 11h 7.3457 5 rút ngắn đáng kể thời gian xác định tần số làm việc tối 11h đến 11h30 7.4918 5 ƣu cho đƣờng truyền sóng điện ly của máy vô tuyến điện sóng ngắn, điều này có ý nghĩa quan trọng trong 12h đến 12h 30 7.8891 5 lĩnh vực thông tin liên lạc Quân sự. 14h 30 đến 15h 8.7140 5 TÀI LIỆU THAM KHẢO 16h đến 16h30 9.5830 4 [1] F. T. Koide, “A computer method of HF ionospheric propagation prediction and analysis,” IEEE Trans. Antennas 17h đến 17h30 9.7674 1 Propag. [online], vol. 11, no. 5, pp. 540-558, 1963. DOI: 10.1109/TAP.1963.1138079. 19h đến 19h30 9.0995 4 [2] "ITU-R methods of basic MUF, operational MUF and ray-path prediction," International Telecommunication 21h đến 21h30 7.1116 2 Union, 2008, ITU-R, Recommendation P.l240-1. [3] A simple HF propagation method for MUF and field strength: Document CCIR 6/288. - CCIR XVI-th Plenary Assembly, Để đánh giá độ chính xác của Phần mềm, ta tính Dubrovnik, 1986, 34 p. xác suất phần mềm tính toán chính xác, ký hiệu là X. [4] D. Bilitza, International Reference Ionosphere 2000 // Radio Ta xác định X theo biểu thức: Science. 2001. V. 36. N 2. P. 261–275. N [5] Агарышев А.И., Агарышев В.А. Прогнозирование X 100 % характеристик дальнего распространения радиоволн в M неоднородной ионосфере: монография. - Иркутск: Иркутский филиал МГТУ ГА, 2018. - 303 с. Trong đó N là tổng số giờ mà đƣờng truyền liên [6] K.Davies, Ionospheric radio propagation. London, United lạc đƣợc, M là tổng số giờ thực hiện thử nghiệm trên Kingdom: The Institution of Engineering and Technology, đƣờng truyền đó. 1990. Điểm số chất lƣợng đƣờng truyền từ 3 điểm trở [7] Nguyen Minh Giang, Trinh Huy Hoang “Calculating lên là đƣờng truyền liên lạc đƣợc, 5 điểm là chất lƣợng Characteristics of HF Radio WavesTaking into Account tốt. Dƣới 3 điểm là không thể thực hiện liên lạc. Phân Ionospheric Inhomogeneities”, 2019 International Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC), pp. tích bảng số liệu 1 ta có các nhận xét sau: 113-116, Ha Noi, VietNam, Oct 2019. Với đƣờng truyền từ Kỳ Anh đến Sơn Tây, ta đạt ISBN: 978-604-80-5076-4 4

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.