Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Một số kỹ thuật giảm nhiễu đa đường và hạn chế sai lệch đồng bộ cho tín hiệu định vị điều chế dạng BOC

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu nâng cao hiệu năng bám mã cho DLL sử dụng cấu trúc đa tương quan như cải tiến cấu trúc DDC và tối ưu cấu trúc MGD; nghiên cứu đề xuất một số giải pháp tránh đồng bộ nhầm khi thực hiện thu tín hiệu định vị dạng điều chế BOC như tín hiệu BOCs(n,n), BOCc(n,n) và BOCs(2n,n). Đây đều là những dạng điều chế được hệ thống GPS và Galileo sử dụng cho các tín hiệu định vị mới.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Một số kỹ thuật giảm nhiễu đa đường và hạn chế sai lệch đồng bộ cho tín hiệu định vị điều chế dạng BOC 1 MỞ ĐẦU 1. Hệ thống định vị sử dụng vệ tinh và ảnh hƣởng của nhiễu đa đƣờng Trong những năm gần đây, các ứng dụng liên quan đến các hệ thống định vị sử dụng vệ tinh (GNSS) ngày càng phát triển rộng rãi. Nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao đó, các hệ thống GNSS đã được hiện đại hóa hoặc triển khai mới với việc bổ sung thêm nhiều tính hiệu định vị mới. Trong khi tín hiệu định vị của hệ thống GPS thế hệ I sử dụng phương thức điều chế BPSK, các tín hiệu định vị mới sử dụng một phương thức điều chế mới gọi là điều chế sóng mang dịch nhị phân (BOC). Trong quá trình lan truyền từ vệ tinh tới bộ thu định vị, các tín hiệu định vị phải chịu tác động nhiều tác nhân gây sai số. Trong số đó, nhiễu đa đường có những đặc tính riêng biệt, khó khắc phục triệt để và trở thành nguồn gây sai số chính trong hệ thống GNSS. Các nghiên cứu để tìm ra các giải pháp kỹ thuật xử lý tín hiệu tại bộ thu đối với sai số do truyền dẫn đa đường được thực hiện theo nhiều hướng khác nhau. Về cơ bản, các giải pháp đó có thể được chia thành 3 hướng chủ yếu: o Giải pháp thực hiện trước bộ thu ứng với miền cao tần của tín hiệu. o Giải pháp thực hiện tại khối xử lý tín hiệu trong bộ thu o Giải pháp sau quá trình xử lý tín hiệu – kỹ thuật hậu xử lý. Với các tín hiệu định vị mới, bên cạnh có thể sử dụng lại các giải pháp đề xuất áp dụng cho tín hiệu GPS C/A, các giải pháp chống nhiễu đa đường mới cũng được đề xuất dựa trên đặc tính của phương thức điều chế BOC. Bên cạnh những ưu điểm mà tín hiệu định vị mới có được nhờ phương thức điều chế BOC, một nhược điểm của các tín hiệu định mới cũng xuất hiện. Đó là hiện tượng đồng bộ nhầm khi hàm tương quan của tín hiệu định vị mới có nhiều đỉnh tương quan. Vì vậy, các giải pháp loại bỏ hoặc giảm thiểu nguy cơ đồng bộ nhầm đã được nghiên cứu, triển khai và áp dụng cho các bộ thu định vị mới. Các giải pháp này được thực hiện theo một số xu hướng chủ yếu: o Nghiên cứu thiết kế thay đổi cấu trúc của khối đồng bộ trong bộ thu định vị để nhận được một hàm tương quan mới thay thế cho hàm tự tương quan của tín hiệu BOC. o Sử dụng các bộ lọc để tách tín hiệu BOC thu được thành hai tín hiệu BPSK, khi đó hàm tự tương quan chỉ có một đỉnh chính. 2. Những vấn đề còn tồn tại Do các ứng dụng sử dụng các dịch vụ được cung cấp bởi các hệ thống định vị sử dụng vệ tinh ngày càng phát triển và đòi hỏi về chất lượng dịch vụ ngày càng cao nên những yêu cầu kỹ thuật đặt ra cho các hệ thống định vị sử dụng vệ tinh cũng không ngừng tăng lên. Các giải pháp giảm ảnh hưởng của truyền dẫn đa đường cũng liên tục được nghiên cứu, đề xuất và triển khai. Trong số đó, các giải pháp dựa trên cấu trúc đa tương quan như DDC (5 bộ tương quan) và MGD (nhiều hơn ba bộ tương quan) đã chứng minh được ưu điểm. Tuy nhiên, hiệu quả của giải pháp DDC này đối với các tín hiệu đa đường có trễ ngắn (trễ của tín hiệu đa đường so với tín hiệu truyền thẳng nhỏ hơn ) vẫn còn rất hạn chế. Do đó, việc triển khai thực hiện giải pháp đa bộ tương quan để tăng hiệu quả giảm đa đường và tăng cường hiệu quả giảm nhiễu đa đường có trễ ngắn vẫn luôn là một đề tài được nhiều nhóm nghiên cứu quan tâm. Trong các giải pháp về tránh đồng bộ nhầm cho tín hiệu BOC cũng tồn tại một số vấn đề. Một là, tuy đạt được việc tránh đồng bộ nhầm vào các đỉnh phụ nhưng làm mất đi các đặc tính nhờ bề rộng đỉnh chính hẹp của tín hiệu BOC. Hai là, các giải pháp được đề xuất chỉ áp dụng tốt với một dạng tín hiệu BOC như . Ba là, giải pháp tránh đồng bộ nhầm cho các dạng điều chế BOC khác vẫn chưa được đề xuất. 2 3. Mục tiêu, đối tƣợng, phƣơng pháp và phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu:  Nghiên cứu nâng cao hiệu năng bám mã cho DLL sử dụng cấu trúc đa tương quan như cải tiến cấu trúc DDC và tối ưu cấu trúc MGD.  Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp tránh đồng bộ nhầm khi thực hiện thu tín hiệu định vị dạng điều chế BOC như tín hiệu và . Đây đều là những dạng điều chế được hệ thống GPS và Galileo sử dụng cho các tín hiệu định vị mới. Đối tượng nghiên cứu:  Cấu trúc và các đặc điểm của mạch vòng bám mã (vòng khóa trễ - DLL) trong bộ thu GNSS.  Tập trung vào các tín hiệu định vị mới sử dụng phương pháp điều chế BOC như pha sin hoặc pha cosin. Phạm vi nghiên cứu:  Nghiên cứu các đặc tính của các tín hiệu định vị mới sử dụng phương pháp điều chế BOC.  Nghiên cứu các đặc điểm của DLL hoạt động với tín hiệu điều chế BOC khi sóng mang đã được tách thành công. Phương pháp nghiên cứu  Sử dụng phương pháp mô phỏng để xem xét ảnh hưởng của nhiễu đa đường đến hiệu năng hoạt động của DLL trong bộ thu GNSS. Việc đánh giá sai số do tín hiệu đa đường gây ra được thực hiện thông qua tiêu chí đường bao lỗi đa đường và sai số đó (gọi là sai số khoảng cách) được xem xét tại khối bám đồng bộ tín hiệu và áp dụng cho tín hiệu định vị xuất phát từ mỗi vệ tinh riêng rẽ (link level). 4. Cấu trúc nội dung của luận án Cấu trúc của luận án gồm có 04 chương. Phần giới thiệu về bộ thu của hệ thống định vị sử dụng vệ tinh GNSS trình bày ở Chương 1. Chương 2 đi phân tích chi tiết về mạch vòng DLL trong bộ thu GNSS. Toàn bộ đóng góp khoa học của luận án được trình bày ở các Chương 3 và Chương 4. Trong đó, hai giải pháp giảm nhiễu đa đường dựa trên cấu trúc bộ đa tương quan áp dụng cho tín hiệu định vị sử dụng điều chế được đề xuất, phân tích và đánh giá ở Chương 3. Chương 4 đề cập đến việc đề xuất một số giải pháp nhằm hạn chế sai lệch đồng bộ tránh nguy cơ bám nhầm đ ...