Thuật toán cải tiến định vị tàu biển dựa trên tín hiệu hệ thống nhận dạng tự động (AIS) theo phương pháp độ sai lệch thời gian tới

Mục tiêu nghiên cứu của bài viết này đó là đề xuất một thuật toán mới dựa trên phương pháp sai lệch thời gian tới (TDOA) để định vị tàu biển khi thu nhận tín hiệu AIS. Thuật toán này sẽ cải thiện tốc độ định vị cũng như giảm khối lượng tính toán trong quá trình xử lý tín hiệu của bộ thu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thuật toán cải tiến định vị tàu biển dựa trên tín hiệu hệ thống nhận dạng tự động (AIS) theo phương pháp độ sai lệch thời gian tới LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA Thuật toán cải tiến định vị tàu biển dựa trên tín hiệu hệ thống nhận dạng tự động (AIS) theo phương pháp độ sai lệch thời gian tới A novel algorithm for the marine vessel positioning using AIS signal based on time difference of arrival Phạm Việt Hưng1, Nguyễn Trọng Các2 Email: cacdhsd@gmail.com 1 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 2 Trường Đại học Sao Đỏ Ngày nhận bài: 10/01/2020 Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 26/3/2020 Ngày chấp nhận đăng: 30/3/2020 Tóm tắt Trong thông tin hàng hải, hệ thống AIS vốn được sử dụng để truyền thông các thông tin về vị trí tàu, số hiệu tàu, các thông tin chuyến đi của tàu giữa tàu với đài bờ hoặc giữa các tàu với nhau. Bài báo này đề xuất một thuật toán mới dựa trên phương pháp sai lệch thời gian tới (TDOA) để định vị tàu biển khi thu nhận tín hiệu AIS. Thuật toán này sẽ cải thiện tốc độ định vị cũng như giảm khối lượng tính toán trong quá trình xử lý tín hiệu của bộ thu. Từ khoá: Hệ thống AIS; tàu biển; phương pháp sai lệch thời gian tới; xử lý tín hiệu. Abstract In maritime information, the AIS system is originally used to communicate information about the ship’s position, its number, the ship’s information between the ship and shore stations or between ships. This paper proposes a new algorithm based on Time Difference Of Arrival (TDOA) to locate the ship when receiving AIS signals. This algorithm will improve the positioning speed as well as reduce the calculation volume during the signal processing of the receiver. Keywords: AIS-Automatic Indentification System; sea ship; time difference of arrival; signal processing. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ thể được hiển thị trên màn hình hay trên hệ thống thông tin và hiển thị biểu đồ điện tử (ECDIS). Hiện Hệ thống nhận dạng tự động AIS (AIS - Automatic nay hệ thống AIS đang được áp dụng rộng rãi trong Indentification System) ra đời từ tháng 12/2004 từ ngành hàng hải, khi được áp dụng trên tàu cá sẽ khi Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) và Công ước góp phần đảm bảo an toàn cho những chuyến ra quốc tế về an toàn sinh mạng con người trên biển khơi của bà con. Đây là hệ thống thời gian thực, (SOLAS) quy định tất cả các tàu có tổng dung tích tin cậy, được ví như “Đôi mắt thần” trên các luồng từ 300 GT trở lên tham gia vận tải quốc tế, các tàu và vùng biển. AIS dùng công nghệ thông tin truyền hàng có tổng dung tích từ 500 GT trở lên tham gia giữa các thiết bị trên tàu và đất liền bằng truyền vận tải nội địa, ven biển, các tàu chở khách phải trang bị AIS [1]. Hệ thống AIS là hệ thống nhận và dẫn vệ tinh và trên làn sóng điện dải tần số cực phát tín hiệu để truyền vị trí, tốc độ, hướng đi cùng cao VHF, hệ thống hoạt động liên tục 365/365 ngày với một số thông tin cố định khác như: tên tàu, số trong năm 24/24 giờ trong ngày. Các tàu hay các nhận dạng (số ID), kích thước và chi tiết chuyến đối tượng hàng hải liên quan được lắp đặt hệ thống đi,… Hệ thống sẽ tự động trao đổi dữ liệu với các AIS sẽ liên tục có chu kỳ phát các thông tin về tàu tàu ở gần cũng như các trạm cố định và vệ tinh mình và các thông tin an toàn hàng hải, trao đổi (hệ thống AIS nhận dạng vệ tinh được ký hiệu là thông tin với các tàu khác hay với các đài trên đất S-AIS). Thông tin được cung cấp bởi thiết bị AIS có liền được trang bị AIS. AIS ban đầu được dự định để giúp các tàu biển Người phản biện: 1. PGS.TS. Nguyễn Quốc Cường tránh va chạm cũng như giúp các cơ quan chức 2. TS. Chử Đức Hoàng năng thuộc cảng biển kiểm soát lưu lượng ra vào Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 1 (68) 2020 11 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC cảng tốt hơn. Bộ thu phát AIS bao gồm một GPS 2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ TÀU THEO để thu thập vị trí và chuyển động chi tiết của tàu, TDOA một bộ phát tín hiệu VHF sử dụng trên hai kênh tần 2.1. Phương pháp TDOA số 161,975 MHz và 162,025 MHz (kênh VHF 87 và 88 cũ). Các thông tin này sẽ được phát quảng bá, Trong phương pháp TDOA áp dụng cho định vị tàu biển bằng tín hiệu AIS, các đài bờ (BS) phát các tàu và trạm cố định có thể nhận các thông tin tín hiệu đến đài tàu (MS): đài bờ BSi sẽ gửi tín này và xử lý nó bằng một phần mềm chuyên biệt hiệu yi(t)(i = 0,1,2,3…N) tới đài tàu MS, trong đó i và hiển thị ...