Ứng dụng phương pháp TDOA để xác định tọa độ phương tiện bay không người lái siêu nhẹ flycam

Việc sử dụng Radar chủ động để đo đạc các tham số tọa độ các phương tiện bay không người lái siêu nhẹ (PTBKNLSN) như các Flycam thường gặp phải tình huống là ở cự ly xa do diện tích phản xạ hiệu dụng (RCS) rất nhỏ (chỉ từ 0.01m2 đến 0,05m2 ) nên việc phát hiện là khó khăn và bị hạn chế khi gặp các vật cản che khuất, do đó, rất khó có thể đo liên tục được.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng phương pháp TDOA để xác định tọa độ phương tiện bay không người lái siêu nhẹ flycam Kỹ thuật Điện tử – Vật lý – Đo lường ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TDOA ĐỂ XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ PHƯƠNG TIỆN BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI SIÊU NHẸ FLYCAM Nguyễn Huy Hoàng1*, Nguyễn Lê Cường2, Trần Vũ Kiên2 Tóm tắt: Việc sử dụng Radar chủ động để đo đạc các tham số tọa độ các phương tiện bay không người lái siêu nhẹ (PTBKNLSN) như các Flycam thường gặp phải tình huống là ở cự ly xa do diện tích phản xạ hiệu dụng (RCS) rất nhỏ (chỉ từ 0.01m2 đến 0,05m2) nên việc phát hiện là khó khăn và bị hạn chế khi gặp các vật cản che khuất, do đó, rất khó có thể đo liên tục được. Trong khi đó, các phương tiện bay không người lái siêu nhẹ (PTBKNLSN) thường truyền dữ liệu xuống thiết bị điều khiển qua sóng vô tuyến (RF), do đó, bằng cách đo thời gian tới của tín hiệu tại các ăng ten thu và sau đó sử dụng phương pháp sai lệch thời gian tới (TDOA) thì sẽ xác định tọa độ của PTBKNLSN trong không gian.Từ khóa: Phương tiện bay không người lái siêu nhẹ; Phương pháp TDOA. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Việc xác định các toạ độ nguồn phát xạ vô tuyến đặt trên PTBKNLSN trong hệ thốngnhiều vị trí thụ động có thể được thực hiện bằng sử dụng phương pháp sai lệch thời giantới (TDOA: Time Difference Of Arrival) hay còn gọi là phương pháp hypecbol [1, 2].Trong phương pháp này, căn cứ vào sai lệch thời gian tới của tín hiệu (truyền dữ liệu hìnhảnh) bức xạ từ PTBKNLSN tới các trạm thu thụ động người ta xây dựng được cáchypecbol có tiêu điểm là vị trí các trạm thu này, giao điểm của các hypecbol vừa dựngđược sẽ cho ta toạ độ chính xác của nguồn phát xạ vô tuyến hay nói một cách khác là tọađộ của PTBKNLSN. Hình 1. Phương pháp định vị sử dụng nguyên lý TDOA. Trên hình 1 mô tả việc xác định tọa độ nguồn bức xạ bằng phương pháp TDOA, trongđó, R1, R2, R3, R4 là các máy thu giám sát vô tuyến, vị trí nguồn phát xạ vô tuyến là điểmS được xác định bởi giao nhau của các đường hypecbol. 2. XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ PTBKNLSN TRONG KHÔNG GIAN VỚI BỐN TRẠM THU Xét hệ 4 vị trí thu đặt trên mặt đất, gồm 4 trạm: Trạm 1 trùng với trạm trung tâm tọa độ0(0, 0, 0), trạm 2 tọa độ T2(x2, y2, 0), trạm 3 tọa độ T3(x3, y3, 0), trạm 4 tọa độ T4(x4, y4, 0),như hình 2 (thông thường, người ta bố trí các trạm sao cho có thể bỏ qua độ cong của tráiđất, coi chúng như nằm trên một mặt phẳng). Các trạm được bố trí cách trạm trung tâm vớikhoảng cách L1, L2, L3với: Li  xi2  yi2 (L1, L2, L3 là các đường đáy).166 N. H. Hoàng, N. L. Cường, T. V. Kiên, “Ứng dụng phương pháp TDOA để … Flycam.”Nghiên cứu khoa học công nghệ Hình 2. Xác định tọa độ mục tiêu trong không gian 3D theo phương pháp TDOA. Giả sử mục tiêu nằm trong không gian có tọa độ M(x, y, z), thời gian trễ khi tín hiệutruyền từ mục tiêu đến trạm 2, trạm 3 và trạm 4 so với trạm trung tâm lần lượt là: dt1, dt2,dt3, tương ứng với khoảng cách d1, d2, d3. Ta có: di  c.dti Với tốc độ ánh sang là: 3.108m/s. Cự ly, phương vị và góc tà của mục tiêu so với trung tâm (điểm 0(0, 0, 0)), được tínhnhư sau [1]: 3    L2i  di2  sin i   Li r i 1 (1) 3 di sin i 2 i 1 Li c12  c22  2c1c2 cos3 cos   (2) sin 2 3 c cos 2  c2 cos1 c1 cos3  c3 cos1 c2 cos3  c3 cos 2 tg   1   (3) c2 sin 1  c1 sin  2 c3 sin 1  c1 sin 3 c3 sin  2  c2 sin 3 Trong đó: Li là các đường đáy; αi là góc phương vị của các trạm so với phương Bắc. 1  3   2 ,2  1  3 ,3   2  1 d1 L2i  di2 ci    Li 2.r.Li Tương tự, ta tìm được toạ độ (x, y, z) của mục tiêu. Từ hệ phương trình: d1  c.dt1  ( x  x2 )2  ( y  y2 )2  z 2  x2  y 2  z 2 (4) d2  c.dt2  ( x  x3 )2  ( y  y3 )2  z 2  x 2  y 2  z 2 (5) d3  c.dt3  ( x  x4 )2  ( y  y4 )2  z 2  x2  y 2  z 2 (6) ...