Lời mở đầu Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, thông tin vệ tinh với những đặc điểm u việt nh: dung lợng lớn,vùng phủ sóng rộng,dịch vụ đa dạng đã đ ợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực trong đó có nghành hàng hải. Thông tin vệ tinh đợc áp dụng trong nghành hàng hải từ rất sớm. Năm 1982 hệ thống INMARSAT đợc đa vào sử dụng. Vì những u điểm vợt trội của nó ,năm 1988 tổ chức hàng hải quốc tế IMO quyết định INMARSAT là một thành phần của hệ thống an toàn và cứu nạn toàn cầu GMDSS. Cùng với sự cải tiến không ngừng về kỹ thuật,cộng nghệ hệ thống INMARSAT đã phát triển nhanh chóng ở hầu hết các đội tầu viễn dơng trên thế giới. Sau một thời gian thực tập làm luận văn tại Hải Phòng LES em đi sâu nghiên cứu về vấn đề: Phân tích máy đo phổ MS2667C dùng máy đo phổ MS2667C để đo tín hiệu kênh B-TDM và CISL tại Hải Phòng LES Do thời gian thực hiện ít và hạn chế về kiến thức nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót . Em rất mong nhận đợc sự chỉ bảo nhiều hơn nữa của thầy cô và các bạn để hoàn thiện hơn kiến thức chuyên môn của mình. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong khoa Điện- Điện tử tầu biển , các cán bộ công nhân viên đài LES Hải Phòng và các bạn đồng nghiệp. Đặc biệt là Ks Đỗ Công Biên và Ths Phạm Trọng Tài đã chỉ bảo tận tình để bản luận văn đợc hoàn thành Mục lục 1 Trang Lời mở đầu Phần I : Tổng quan về kỹ thuật đo I . Lý thuyết chung về kỹ thuật đo lờng điện tử 1- Giới thiệu chung về kỹ thuật đo 2- Các khái niệm cơ bản về đo lờng II . Kỹ thuật đo phổ 1- Các phơng pháp phân tích phổ 2- Máy phân tích phổ Phần II : Giới thiệu chung về đài mặt đất INM Hải Phòng Chơng I : Giới thiệu về hệ thống INM I . Quá trình phát triển II . Giới thiệu về đài mặt đất INM Chơng II : Điều chế và ghép kênh số I . Điều chế số II . Ghép kênh số III . Đa truy nhập Chơng III : Dải tần số và các tần số cố định I . Dải tần số sử dụng tại Hải Phòng LES II . Các tần số cố định Phần III : Phân tích máy đo phổ MS 2667C I . Sơ đồ cấu trúc và nguyên lý hoạt động II . Các chức năng Phần IV : Dùng máy đo phổ MS 2667C để đo tín hiệu kênh B-TDM và C-ISL I . Kiểm tra cáp II . Đo tín hiệu kênh B-TDM và C-ISL III . Tính toán kết quả đo và chỉnh định thông số Kết luận Tài liệu tham khảo 2 1 3 3 3 9 9 15 17 18 18 19 22 23 23 39 39 46 46 47 49 49 52 53 53 56 60 64 Phần I: Lý thuyết đo I. Lý thuết chung về kỹ thuật đo: Giới thiệu chung về kỹ thuật đo lờng điện tử. Ngày nay cùng với quá trình phát triển của khoa học, công nghệ thì ngành điện tử cũng là mộ trong các ngành phát triển mũi nhọn.Để giúp phát triển mạnh mẽ các lĩnh vực trong ngành thì vấn đề đo lờng là vấn đề cần đợc quan tâm và phát triển. Do sự phát triển của ngành khoa học kỹ thuật các thiết bị đo lờng ngày càng đa dạng, tiện ích và chính xác hơn. Ngoài ra nó còn đợc dùng rất nhiều trong các lĩnh vực khác không riêng ngành điện tử. Đặc biệt đối với ngành điện tử nó lại càng trở nên quan trọng. Đặc điểm cơ bản của kỹ thuật đo lờng điện tử là các phép đo đợc thực hiện trong một dải rất rộng từ 0Hz đến 3. 1015 Hz do vậy cấu trúc, phơng pháp đo của từng loại máy cũng phụ thuộc rất nhiều vào dải tần của đối tợng đo. Ngoài ra độ chính xác của phép đo còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh: con ngời, môi trờng làm việc và đối tợng đo. Vì vậy để có một phép đo chính xác giúp cho việc nghiên cứu, thiết kế hay khai thác vận hành thiết bị, chúng ta phải nắm vững các đặc tính kỹ thuật, chức năng và phơng pháp đo thích hợp để có thể hoàn thành tốt công việc của phép đo. 1. Đối tợng của đo lờng điện tử. a. Các đặc tính và thông số của tín hiệu. Tín hiệu dùng trong điện tử đợc mô tả bằng các biểu thức toán học nh sau: S(t) = S( t, a1, a2 , an ) Hoặc S(t) = S ( f, b1 , b2 bn ) Ta thấy S(t) và S(f) không chỉ phụ thuộc vào thời gian, tần số mà còn phụ thuộc vào các đại lợng nh a1 , a2 an, b1, b2 bn đợc gọi là các thông số của tín hiệu. Các tín hiệu cơ bản đợc khảo sát thông số bao gồm: - Tín hiệu điều hoà - Tín hiệu tuần hoàn - Tín hiệu xung - Tín hiệu số b. Thông số của các dạng tín hiệu Tín hiệu điều hoà: Một tín hiệu điều hoà thờng đợc mô tả bằng biểu thức toán học dạng hình sin hoặc cos. S(t) = Am sin ( 2f 0 + 0 ) Am: Biên độ dao động F 0 : Tần số dao động 0 : Pha ban đầu của dao động 3 D¹ng cña tÝn hiÖu ®iÒu hoµ. 0 0 2 ω π =T ω 0 = 2 πf 0 : TÇn sè gãc • TÝn hiÖu tuÇn hoµn: Mét tÝn hiÖu tuÇn hoµn cã thÓ ®îc biÓu diÕn nh sau S(t)= S (t+nπ ) víi - ∞ < t < +∞ 4 A A m m ϕ ϕ 0 0 TÝn hiÖu ®iÒu hoµ 0 0 1 f T = Chu kú S A d t D¹ng tÝn hiÖu ®iÒu hoµ A tæng A t Tín hiệu xung có nhiều loại tín hiệu xung. - Xung đơn - Nhóm xung - Dãy xung tuần hoàn - Nhóm xung cốt + Xung đơn: Là điện hoặc điện áp mà giá trị của nó chỉ khác không trong một khoảng thời gian nào đó hữu hạn. Có nhiều loại xung đơn đợc phân biệt theo hình dạng của nó nh: xung chữ nhật, xung vuông, xung tam giác, xung hình thang. A m : Biên độ xung : Độ rộng xung ab: Sờntrớc xung bc: Đỉnh xung cd: Sờn sau xung. + Nhóm xung: Là tập hợp một số xác định các xung đơn cùng loại cách đều nhau. Có thể viết tổng quát nh sau: T n =(k-1)T + K: Số xung T: chu kỳ lặp lại T n : Thời hạn xung : Độ rộng xung + Nhóm xung cốt: Các xung trong nhóm xung cốt có thể không cùng 1 dạng và khoảng cách giữa chúng là tuỳ ý. + Dãy xung tuần hoàn: Là sự lặp lại có chu kỳ 1 dạng xung nào đó. * Tín hiệu số: Bao gồm các tín hiệu biểu thị cho số 0 và 1 nhị phân nó tơng ứng với mức cao và mức thấp của điện áp. Tín hiệu số đợc biểu thị dới dạng dãy xung vuông 5 dA m a c b Xung vuông góc A 1 A 1 /2 A 2 /2 t A 2 Nhóm xung cốt 2. Các khái niệm cơ bản về đo lờng điện tử. a. Khái niệm: Đo lờng là khoa học về các phép đo, các phơng pháp và công cụ bảo đảm cho chúng, các phơng pháp để đạt đợc độ chính xác mong muốn. Để thực hiện 1 phép đo ta làm theo các bớc sau: - Thiết lập đơn vị vật lí: Đó là việc tím ra giá trị vật lí bằng cách thí nghiệm với sự trợ giúp của các công cụ kĩ thuật đặc biệt. - Biểu diễn tín hiệu đo: Đó là biến đổi dạng tín hiệu cần đo sang dạng tín hiệu thuận tiện nhất cho việc so sánh hay đo đạc các đặc tính của nó. - So sánh tín hiệu đo với đơn vị lấy làm chuẩn: Đó là quá trình so sánh đại lợng cần đo với đại lợng vật lí đợc đùng làm đơn vị kết quả của phép đo đợc biểu diễn bằng một số là tỉ lệ của đại lợng cần đo với đơn vị đó. - Ghi nhận kết quả đo: : Đó là việc thực hiện trong quá trình đo để cho ta kết quả là một đại lợng vật lý gọi là ghi nhận kết quả đo. Tuỳ thuộc vào đối tợng đo, tính chất của công cụ đo mà ngời ta cần thực hiện phép đo ghi nhận 1 lần hay nhiều lần b. Các phơng pháp đo. - Phơng pháp đo trực tiếp - Phơng pháp đo gián tiếp - Phơng pháp đo tơng quan Phơng pháp đo trực tiếp: Kết quả đo đợc chính là trị số của đại lợng cần đo X = a Trong đó X: Đại lợng cần đo A: Đại lợng ( kết quả ) đo đợc Đo gián tiếp: Kết quả đo đợc không phải là trị số của đại lợng đo mà là số liệu cơ sở để tính ra kết quả đo. X = F ( a 1 , a 2 , a n ) X: Đại lợng cần đo a 1 , a 2 , a n : Các số liệu sau các lần đo. Đo tơng quan: Khi đo tơng quan cần ít nhất 2 lần đo mà kết quả của chúng không phụ thuộc vào nhau. Phép đo này thực hiện bằng cách xác định khoảng thời gian và kết quả của các thuật toán có khả năng định đợc trị số của đại lợng thích hợp. c. Phân loại tổng quát các máy đo: 6 0 1 0 0 1 1 1 t u Mỗi máy đo đợc thiết kế để thực hiện các yêu cầu về đo lờng riêng sau đây ta xét một số loại sau: Máy đo các thông số và đặc tính của tín hiệu: Các loại máy thuộc nhóm này nh: Vôn kế điện tử, máy hiện sống, máy phân tích phổ Sơ đồ nguyên lý chung: + Mạch vào: Có nhiệm vụ truyền tín hiệu từ đầu vào tới bộ biến đổi ngoài ra nó còn có nhiệm vụ phối hợp trở kháng giữa đối tợng đo ( đầu vào z0 với mạch biến đổi. + Thiết bị biến đổi: Làm nhiệm vụ chủ yếu là so sánh tín hiệu đầu vào với tín hiệu mẫu. +Thiết bị chỉ thị: Hiển thị kết quả đo một cách thích hợp để con ngời có thể quan sát dễ dàng. + Nguồn cung cấp: Cung cấp năng lợng cho máy, ngoài ra có thể lấy làm nguồn tín hiệu chuẩn. Mãy đo đặc tính và thông số của mạch điện: Các loại máy thuộc nhóm này nh: máy đo đặc tính tần số, máy đo điện cảm, máy đo hệ số phẩm chất Sơ đồ nguyên lý chung: 7 Mạch vào Thiết bị biến đổi Thiết bị chỉ báo Nguồn Đầu vào Y(t) Nguồn cung cấp Nguồn tín hiệu chỉ Thiết bị thị Đối tợng đo Máy tạo tín hiệu đo lờng: Chúng dùng làm tín hiệu chuẩn khi cần đo lờng, điều chỉnh thiết bị Sơ đồ nguyên lý chung: + Bộ tạo sóng chủ: Có nhiệm vụ xác định các đặc tính chủ yếu của tín hiệu ( dạng và tần số dao động ). + Bộ biến đổi: Nâng cao mức năng lợng của tín hiệu ( tăng thêm độ xác lập của dạng tín hiệu ) + Mạch ra: Điều chỉnh mức tín hiệu ra, biến đổi trở kháng ra của máy. + Nguồn: Cung cấp năng lợng cho các bộ phận. Các linh kiện đo lờng: Nhóm này bao gồm các linh kiện lẻ phụ thêm với các máy đo để tạo nên các mạch đo cần thiết. Chúng là các linh kiện có tiêu chuẩn cao dùng để làm mẫu hay ghép giữa các bộ phận của mạch đo. 3. Sai số trong đo lờng điện tử. Có nhiều nguyên nhân khiến cho các phép đo lờng trở nên không chính xác ngời ta gọi đó là các sai số. a. Nguyên nhân gây sai số: + Nguyên nhân khách quan: Do dụng cụ đo cha hoàn hảo, do bị can nhiễu 8 Bộ tạo sóng chủ Bộ biến đổi Mạch ra Thiết bị đoNguồn cung cấp Bộ điều chế X(t) + Nguyên nhân chủ quan: Do chọn phơng pháp đo cha thích hợp, do thiếu thành thạo trong thao tác b. Phân loại sai số: Có thể phân loại sai số theo nhiều cách ở đây ta phân loại theo qui luật xuất hiện của chúng sai số đợc chia làm 2 loại. + Sai số hệ thống: Loại sai số này do yếu tố thờng xuyên hay các yếu tố có qui luật tác động. + Sai số ngẫu nhiên: Là sai số do các yếu tố biến đổi bất thờng, không có qui luật tác động. c. Biểu thức diễn đạt sai số. + Sai số tuyệt đối: Là trị tuyệt đối của hiệu số giữa 2 giá trị đo đợc và giá trị thực của đại lợng cần đo. x = a- x x: Sai số tuyệt đối a: gía trị đo đợc X: Giá trị thực của đại lợng cần đo. + Sai số tơng đối: Là tỷ số của sai số tuyệt đối và trị số thực của đại lợng cần đo. +Sai số rút gọn x: Là tỷ số giữa sai số tuyệt đối và chỉ số cực đại của thang đo. II. Kỹ thuật đo phổ ( phân tích phổ) 1. Giới thiệu chung a. Khái niệm về phổ: Một tín hiệu đợc phân tích đặc trng bởi 2 thông số biên độ và tần số đợc gọi là cách biểu diễn phổ tín hiệu. Phổ tín hiệu đợc coi là dạng điều hoà, với những tín hiệu không điều hoà sẽ đợc phân tích thành những tín hiệu điều hoà theo khai triênr Furier. Và mỗi tín hiệu điều hoà nh vậu khi biểu diễn trên trục tần số, biên độ ( toạ độ Đề Các ) đợc gọi là đồ thị mật độ phổ công suất. b. Phân tích phổ: Là việc tìm xem một tín hiệu bất kì sẽ có thành phần nào quyết định từ đó thiết kế mạch để lấy đợc thành phần quyết định đó. Để phân tích phổ ta phải + Xác định đợc dải phân tích ( dải tần số ) + Chia dải phân tích ra thành nhiều quãng nhỏ để đảm bảo độ chính xác cần thiết. 2. Phơng pháp phân tích phổ số dạng tín hiệu cơ bản. a. Phân tích phổ tín hiệu quyết định: Từ các tín hiệu tuần hoàn ta phân tích theo chuỗi Furier. Trị các hệ số Furier xếp theo trục tần số với 1 hệ số tỷ lệ nhất định đại diện cho phổ tín hiêụ. 9 %100. = %100.% = x Cho hàm A k : Biên độ phức Nếu hàm A(t) chẵn chuỗi Furier chỉ chứa thành phần cos. Nếu hàm A(t) lẻ chuỗi Furier chỉ chứa các thành phần sin Kết cấu của tín hiệu phổ đợc xác định bởi biên độ và góc pha các sóng hài. Đờng cong nối liền các đỉnh của vạch phổ gọi là đờng bao của phổ nó có phơng trình nh sau: Nhận xét: Phân tích theo chuỗi Furier có thể đợc mở rộng cho những hàm không tuần hoàn với điều kiện chu kì T Khi T dạng phân tích của hàm tuần hoàn sẽ tiến đến dạng phân tích của hàm phi chu kì: tích phân Furier Y nghĩa: Tín hiệu phi chu kì A(t) là tổng số vô cùng lớn các dao động điều hoà với biên độ vôn cùng bé. 10 tjk k k eAtA = = 2 1 )( dttetA T A T T jk k = 2 2 1 )( 2 )( )( j eAA = 3 dtetAjS tj = )()( 4 5 dejStA tj = )( 2 1 )( djSdA )( 1 = d dA jS = )( 6 (7) [...]... thành phần phổ tơng ứng Các điện áp này đợc đo bằng các vôn kế Biết trị số của các vôn kế, biết tần số cộng hởng của mỗi bộ lọc ta có thể cấu tạo đợc đồ thị phổ của tín hiệu b Máy phân tích phổ nối tiếp: Máy phân tích phổ của tín hiệu chỉ có 1 bộ cộng hởng Bộ cộng hởng này có thể điều chỉnh để tơng ứng với từng tần số trong dải tần số phân tích phổ từ fmin đến fmax Nhận xét: - loại phân tích phổ song... thu phát vệ tinh tín hiệu bị ảnh hởng và suy hao rất nhiều Để giảm suy hao và tăng chất lợng tín hiệu thu đợc ngời ta sử dụng bộ khuyếch đại tạp âm thấp LNA - LNA băng C hoạt động ở dải tần 3599 ữ 4200 MHz phân cực đooi thành 2 kênh trái, phải * Đổi tần lên U/C (Up converter): Nhiệm vụ của nó là đổi tín hiệu từ trung tần 70 Mhz 0 lên tín hiệu cao tần để phát lên vệ tinh Tại Hải Phòng LES đang sử dụng... Hải Phòng 1) Giới thiệu chung: Đài LES Hải Phòng đợc khởi công xây dựng tháng 5/2000 và đa vào hoạt động 11/5/2001 Trạm LES Hải Phòng là một trạm thu phát thông tin vệ tinh qua vệ tinh thuộc khâu mặt đất trong cơ cấu tổ chức thông tin vệ tinh Hàng Hải quốc tế INM là một bộ phận trong hệ thống thông tin an toàn và cứu nạn toàn cầu GMDSS, đài LES Hải Phòng ngoài mục đích phục vụ cho thông tin an toàn... + ( B 2 B () A() Nhận xét: Kết cấu của tín hiệu phi chu kì hoàn toàn xác định theo hàm S() và () b Phổ các tín hiệu điều chế xung: Giả thiết tín hiệu điều chế là 1 dao động điều hoà S(t) = cost, tín hiệu bị điều chế là 1 dãy xung tuần hoàn biên độ A =1, độ rộng x, chu kì T Phổ tín hiệu điều biên xung ( ĐBX ): Tín hiệu điều biên xung có biểu thức giải tích bằng tích S(t), U(t) trong đó U(t) là biểu... tín hiệu từ cao tần thu đợc qua vệ tinh xuống tín hiệu trungt ần để cung cấp cho mạch tách sóng Tại Hải Phòng LES đang sử dụng 2 bộ đổi tần xuống ở băng L và băng C * Khuyếch đại trung tần (IF): Nhiệm vụ của khối khuyếch đại trung tần tín hiệu, sửa méo biên độ, trễ nhóm Tại Hải Phòng LES mạch khuyếch đại trung tần có phần điều chỉnh mức, mạch cân bằng biên độ, mạch san bằng trễ nhóm * Bộ điều chế và. .. đó tổng tuyến tính của những tín hiệu trực giao sẽ tạo ra những tín hiệu QPSK ( 4 (PSK ) đi vào máy phát qua bộ lọc thông dải để tạo dạng phổ Mã hoá các trạng thái pha phụ thuộc trực tiếp vào chuỗi nhị phân đầu vào đa đến các mạch điều chế của máy phát ( không mạch khôi phục sóng mang ) chỉ có ở máy thu nó có yêu cầu phải nhận đợc sóng mang đa đến điều chế có khóa pha với sóng mang đến để sao cho việc... là 1 hàm tuần hoàn có chu kì bằng chu kì gốc 3 Máy phân tích phổ: Có 2 loại máy phân tích phổ là loại nối tiếp và loại song song a Máy phân tích phổ song song: Các bộ lọc dải từ 1 đến n có dải tần từ fmin đến fmax, dải thông tần của bộ lọc f n= fmax fmin f Nguyên lý: Mỗi bộ lọc sẽ đợc tác động đối với riêng từng thành phần phổ mà tần số của thành phần phổ này tơng ứng với tần số bản thân của bộ lọc... giải điều chế: Đây là 2 khâu ngợc nhau trong quá trình thu phát tín hiệu Bộ điều chế là dùng các phơng pháp điều chế để điều chế tín hiệu thông thờng lên tín hiệu cao tần trớc khi phát đi 22 Bộ giải điều chế: Thực hiện giải điều chế các tín hiệu cao tần nhằm khôi phục lại tín hiệu ban đầu Tuỳ thuộc vào từng hệ thống mà các phơng pháp điều chế và giải điều chế cũng khác nhau STT Hệ thống Phơng pháp điều... có thể dùng máy thu tách sóng kết hợp Bộ giải điều chế lọc phối hợp có tín hiệu đầu vào thu đợc Si(t) cùng tạp âm trăng n(t) Máy thu 25 sau khi lọc bỏ tạp âm hạn chế và giữ lại tín hiệu theo độ rộng băng yêu cầu ( 2/T hoặc 3/T ), sau đó nhân ( trộn ) với tín hiệu nội A0cos0t Bộ dao động nội có thể đợc biểu thị bằng hiệu số của trạng thái dạng sóng tín hiệu S1(t) S0(t) đợc đồng bộ với tần số và pha... đất Ta có thể tóm tắt quá trình xử lý thông tin qua các bớc sau: - Xử lý tín hiệu cao tần - Tách sóng phục hồi dữ liệu - Xử lý dữ liệu - Tạo kết nối dựa vào thông tin thu đợc b) Sơ đồ khối đài Hải Phòng LES: * Anten: Là thiết bị trực tiếp thu phát tín hiệu với vệ tinh Anten sử dụng tại Hải Phòng LES là anten Cassegrain đây là laọi anten có thêm gơng phản xạ phụ vào gơng phản xạ chính do vậy hệ số tăng