Bài giảng Định vị và dẫn đường hàng hải

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ – VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG ĐỊNH VỊ & DẪN ĐƯỜNG HÀNG HẢI TÊN HỌC PHẦN : ĐỊNH VỊ & DẪN ĐƯỜNG HH MÃ HỌC PHẦN : 13230 TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO : ĐẠI HỌC CHÍNH QUY DÙNG CHO SV NGÀNH : ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG HẢI PHÒNG – 2010 suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van YÊU CẦU VÀ NỘI DUNG CHI TIẾT Tên học phần: Định vị và dẫn đường hàng hải Loại học phần : III Bộ môn phụ trách giảng dạy: Điện tử viễn thông Khoa phụ trách: Điện - ĐTTB Mã học phần: 13230 Tổng số TC: 4 TS tiết Lý thuyết Thực hành/ Xemina Tự học Bài tập lớn Đồ án môn học 90 90 có Điều kiện tiên quyết: SV phải có cơ sở kiến thức về: vật lý điện từ, lý thuyết truyền tin, cấu kiện điện tử, mạch điện tử, kỹ thuật siêu cao tần, anten và truyền sóng, . Mục tiêu của học phần: Cung cấp kiến thức cơ bản của các hệ thống và thiết bị định vị và dẫn đường hàng hải cho các SV Điện tử viễn thông. Nội dung chủ yếu: Khái niệm về nguyên lý hoạt động, cấu trúc hệ thống, cấu trúc thiết bị và những kiến thức lý thuyết và chuyên môn của các hệ thống. Nội dung chi tiết: PHÂN PHỐI SỐ TIẾT TÊN CHƯƠNG MỤC TS LT Xemina BT KT VÔ TUYẾN ĐỊNH VỊ Chương 1: Nguyên lý chung của vô tuyến định vị 1.1. Khái niệm chung 1.2. Hệ thống radar phát sóng liên tục 1.3. Radar phat xung 1.4. Phương pháp xác định góc phương vị. 1.5. Tầm quan sát không gian. 1.6. Những thông số khai thác và kỹ thuật. 50 8 8 có Chương 2: Tầm xa của radar hàng hải 2.1. Tầm xa của radar hàng hải trong không gian tự do. 2.2 Nén xung trong radar hàng hải 2.3 Ảnh hưởng của khí quyển. 2.4 Ảnh hưởng của bề mặt biển (mặt đất). 2.5 Ảnh hưởng của sóng biển. 5 5 Chương 3: Máy phát radar 3.1 Sơ đồ khối. 3.2 Manhetron. 3.3. Mạch điều chế xung. 3.4 Thyristor và một số mạch điều chế xung. 12 12 Chương 4: Anten và các đường truyền năng lượng 4.1 Các đường truyền năng lượng. 4.2 Phối hợp trở kháng trong đường truyền năng lượng 4.3. Chuyển mạch anten. 4.4. Anten và những đặc tính. 8 8 Chương 5: Máy thu radar 5.1. Đặc điểm chung. 5.2 Mạch đổi tần. 5.3. Mạch khuếch đại trung tần. 5.4. Tách sóng và khuếch đại thị tần 5.5. Nhiễu tạp và những phươngbpháp hạn chế. 5.6. Tự động điều chỉnh tần số. 5 5 suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van Chương 6: Cơ cấu chỉ báo radar. 6.1. Chức năng và phân loại. 6.2. Monitor. 6.3. Phương pháp tạo quét “bán kính quay”. 6.4. Phương pháp tạo quét mành. 6.5. Cơ cấu chỉ báo số. 6.6. Phương pháp chỉ báo khoảng cách. 6.7. Chỉ báo góc phương vị. 6.8. Radar chỉ báo chuyển động thực. 12 12 DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH Chương 7: Những khái niệm chung 7.1 Nguyên lý dẫn đường bằng vô tuyến điện. 7.2 Vệ tinh nhân tạo và những đặc tính. 7.3 Hệ tọa độ tham chiếu. 7.4 Cấu hình hệ thống dẫn đường vệ tinh. 25 5 5 Chương 8: Các phương pháp xác định vị trí. 8.1. Nguyên lý chung. 8.2. chuẩn thời gian và thang đo. 8 8 Chương 9: Hệ thống dẫn đường vệ tinh GPS. 9.1 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động. 9.2 Khâu vũ trụ. 9.3 Khâumặt đất. 9.4 Khâu thuê bao. 9.5 DGPS – dạng vi sai của GPS. 9.6 Các hệ thống dẫn đường vệ tinh khác. 12 12 Nhiệm vụ của sinh viên: Lên lớp đầy đủ và chấp hành mọi quy định của Nhà trường. Tài liệu học tập: 1. Vô tuyến định vị tầu biển .A.M. Bajrasevski NXB “Cydostrojenie” L.B.Nga 1993 2.Các hệ thống dẫn đường vệ tinh Hàng hải J. Janusevski, Gdynia 2002. 3.Các tổ hợp dẫn đường vệ tinh hàng hải. NXB “Cydostrojenie”. Moscova 1996. 4. Vô tuyến định vị hàng hải. Bài giảng chi tiết, Trần Đức Inh. ĐHHH Việt nam,199 tr. 2005. 5.Dẫn đường vệ tinh Hàng hải. Bài giảng chi tiết, Trần Đức Inh. ĐHHH Việt nam,189 tr. 2005. Hình thức và tiêu chuẩn đánh giá sinh viên: - Thi viết hoặc thi vấn đáp. - Sinh viên phải bảo đảm các điều kiện theo Quy chế của Nhà trường và của Bộ. Thang điểm : Thang điểm chữ A,B,C,D,F. Điểm đánh giá học phần: Z=0,3X+0,7Y. Bài tập lớn: I. Tên các bài. 1 - Khái quát chung về radar hàng hải đi sâu phân tích khối thu phát và bức xạ (Scanner Unit) của radar…………………. 2 - Khái quát chung về radar hàng hải đi sâu phân tích cơ cấu chỉ báo số của radar …………. . 3 - Các phương pháp chỉ báo khoảng cách và góc phương vị trong radar, đi sâu phân tích. 4 - Manhetron: cấu tạo, đặc điểm, phân loại và ứng dụng của nó trong các bộ tạo sóng siêu cao của radar hàng hải. 5 - Thyristor và đường dây dài. Nguyên lý cấu tạo, hoạt động và ứng dụng của chúng trong các mạch điều chế xung của radar. Minh họa bằng cách phân tích một mạch điều chế xung cụ thể. 6 – Các phương pháp chỉ báo trong radar hàng hải. Đi sâu phan tích cơ cấu chỉ báo quét tròn trong radar JMA 625. 7 – Những can nhiếu chủ yếu trong radar hàng hải. Phân tíc các phương pháp hạn chế trong các thiết bị cụ thể. 8 – Những đặc điểm của máy thu radar. Đi sâu phân tích mạch đổi tần và chỉ báo dòng diode của mạch trộn tần radar JMA 625. suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 9 – Hệ thống dẫn đường vệ tinh GPS. Đi sâu phân tích nguyên lý xác định điểm đo bằng phép đo khoảng cách giả định vệ tinh – thuê bao qua phép đo thời gian lan truyền của sóng. 10 – Hệ thống dẫn đường vệ tinh vi sai. Nguyên lý hoạt động và các phương pháp gửi trị hiệu chỉnh vi sai tromng các hệ thống hiện hành và tương lai. II. Mục tiêu và Yêu cầu: Các bài tập lớn là những tiểu luận về một vấn đề đặt ra, giúp SV làm quen dần với cách giải quyết những vấn đề đặt ra của đề tài, cách viết, cách phân tích, tổng hợp và cách đưa ra những nhận xét cần thiết. Nhằm củng cố kiến thức và kỹ năng làm đồ án sau này. III. Nội dung: Ở mỗi bài, SV phải đưa ra được hai nội dung: Phần phân tích lý thuyết và phần phân tích các mạch cụ thể. IV. Hình thức đánh giá: Sinh viên bảo vệ và giáo viên đánh giá đồng thời đọc bài viết của SV. V. Hình thức trình bày: Bài nộp có thể viết bằng tay hay chế bản vi tính, song phải đảm bảo các yêu cầuvè kích cỡ, dạng chư dễ đọc và các tiêu chuẩn ấn loát khác. Bìa ngoài cứng theo mẫu mã quy định suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM -o0o- TS. TRẦN ĐỨC INH ĐỊNH VỊ & DẪN ĐƯỜNG HÀNG HẢI Hải Phòng, tháng 6 năm 2010 suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 1 MỤC LỤC NỘI DUNG Trang PHẦN I: ĐỊNH VỊ HÀNG HẢI......................................................................................4 Chương 1: NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA VÔ TUYẾN ĐỊNH VỊ..................................4 1.1. KHÁI NIỆM CHUNG .................................................................................................................. 4 1.2 HỆ THỐNG RADAR PHÁT SÓNG LIÊN TỤC ......................................................................... 4 1.2.1. RADAR PHÁT SÓNG LIÊN TỤC KHÔNG ĐIỀU CHẾ ..................................................... 4 1.3 RADAR PHÁT XUNG............................................................................................................... 5 1.4. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ GÓC ............................................................................ 6 1.4.1. PHƯƠNG PHÁP BIÊN ĐỘ CỰC ĐẠI ................................................................................. 6 1.4.2 PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG BIÊN ĐỘ ......................................................................... 6 1.4.3 PHƯƠNG PHÁP PHA...................................................................................................... 7 1.5 TẦM QUAN SÁT KHÔNG GIAN ............................................................................................... 7 1.6. NHỮNG THÔNG SỐ KHAI THÁC VÀ KỸ THUẬT ................................................................. 7 1.6.1 CÁC THÔNG SỐ KHAI THÁC............................................................................................ 7 1.6.2 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT......................................................................................... 8 Chương 2: TẦM XA CỦA RADAR HÀNG HẢI ...........................................................9 2.1 TẦM XA HOẠT ĐỘNG CỦA RADAR HÀNG HẢI TRONG KHÔNG GIAN TỰ DO ..............................................................................................................................9 2.2 NÉN XUNG TRONG RADAR.................................................................................................... 9 2.3 ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ QUYỂN............................................................................................ 10 2.4 ẢNH HƯỞNG CỦA BỀ MẶT NƯỚC BIỂN (MẶT ĐẤT) ....................................................... 10 2.5 ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG BIỂN ........................................................................................... 11 Chương 3: MÁY PHÁT RADAR .................................................................................. 12 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MÁY PHÁT RADAR................................................................................ 12 3.2 MANHETRON.......................................................................................................................... 12 3.2.1 CẤU TRÚC MANHETRON ĐỒNG BỘ............................................................................ 12 3.2.2. NGUYÊN LÝ TẠO VÀ DUY TRÌ DAO ĐỘNG ................................................................ 13 3.2.3. ĐẶC TÍNH CÔNG TÁC VÀ ĐẶC TÍNH TẢI .................................................................... 13 3.3. MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG ....................................................................................................... 14 3.3.1. KHÁI NIỆM CHUNG ......................................................................................................... 14 3.3.2 MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG DÙNG TỤ .............................................................................. 14 3.3.3 MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG DÙNG ĐƯỜNG DÂY DÀI .................................................... 15 3.4 THYRISTOR VÀ MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG DÙNG ĐƯỜNG DÂY DÀI............................... 15 3.4.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ THYRISTOR. ......................................................................... 15 3.4.2 THYRISTOR TRONG MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG RADAR ............................ 16 Chương 4: ANTEN VÀ ĐƯỜNG TRUYỀN NĂNG LƯỢNG .................................. 17 4.1 ĐƯỜNG TRUYỀN NĂNG LƯỢNG ......................................................................................... 17 4.1.1 CÁP ĐỒNG TRỤC ............................................................................................................ 17 4.1.2 ỐNG DẪN SÓNG.............................................................................................................. 17 4.2 PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG TRONG ĐƯỜNG TRUYỀN SÓNG................................................ 18 4.3 CHUYỂN MẠCH ANTEN........................................................................................................ 19 4.3.1 CHUYỂN MẠCH CÔNG TẮC .......................................................................................... 19 4.3.2 CHUYỂN MẠCH CÂN BẰNG HAY CHUYỂN MẠCH CẦU .......................................... 19 4.3.3. CHUYỂN MẠCH PHA....................................................................................................... 20 4.4 ANTEN RADAR VÀ NHỮNG ĐẶC TÍNH ............................................................................... 20 4.4.1 ĐẶC TÍNH CHUNG CỦA ANTEN RADAR .................................................................... 20 4.4.2 ANTEN LOA.................................................................................................................... 20 4.4.3 ANTEN KHE..................................................................................................................... 21 Chương 5: MÁY THU RADAR .................................................................................... 22 5.1 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM ................................................................................................................ 22 5.1.1 YÊU CẦU CHUNG ............................................................................................................ 22 suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 2 5.1.2 ĐỘ NHẠY VÀ ĐẶC TÍNH .............................................................................................. 22 5.2 MẠCH ĐỔI TẦN ...................................................................................................................... 22 5.2.1 MẠCH DAO ĐỘNG NỘI DÙNG DIODE GANN ............................................................ 23 5.3 MẠCH KHUẾCH ĐẠI TRUNG TẦN ....................................................................................... 23 5.4 TÁCH SÓNG VÀ KHUẾCH ĐẠI THỊ TẦN ............................................................................. 24 5.4.1 MẠCH TÁCH SÓNG ....................................................................................................... 24 5.4.2 MẠCH KHUẾCH ĐẠI THỊ TẦN ...................................................................................... 24 5.5 NHIỄU TẠP VÀ PHƯƠNG PHÁP HẠN CHẾ......................................................................... 25 5.5.1 CÁC MẠCH TỰ ĐIỀU KHUYẾCH (AGC)....................................................................... 25 5.5.2 MẠCH CHỐNG NHIỄU MƯA VÀ SƯƠNG MÙ ............................................................. 26 5.6 TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ........................................................................................... 26 Chương 6: CƠ CẤU CHỈ BÁO RADAR ...................................................................... 27 6.1 CHỨC NĂNG VÀ PHÂN LOẠI ............................................................................................... 27 6.2 MONITOR ................................................................................................................................ 27 6.3 PHƯƠNG PHÁP TẠO QUÉT “BÁN KÍNH QUAY” ................................................................ 27 6.3.1 PHƯƠNG PHÁP “CUỘN QUÉT QUAY” ......................................................................... 28 6.4 PHƯƠNG PHÁP QUÉT MÀNH ............................................................................................... 29 6.5 CƠ CẤU CHỈ BÁO SỐ ............................................................................................................. 30 6.6 PHƯƠNG PHÁP CHỈ BÁO KHOẢNG CÁCH .......................................................................... 31 6.7 PHƯƠNG PHÁP CHỈ BÁO GÓC PHƯƠNG ............................................................................ 32 6. 8 RADAR CHỈ BÁO CHUYỂN ĐỘNG THỰC .......................................................................... 33 PHẦN II: DẪN ĐƯỜNG VỆTINH ............................................................................... 35 Chương 7: KHÁI NIỆM CHUNG................................................................................. 35 7.1. NGUYÊN LÝ DẪN ĐƯỜNG VÔ TUYẾN ĐIỆN ..................................................................... 35 7.1.1 HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG MẶT ĐẤT............................................................................. 35 7.1.2 HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH............................................................................... 36 7.2 VỆ TINH VÀ NHỮNG ĐẶC TÍNH .......................................................................................... 36 7.2.1 VỆ TINH DẪN ĐƯỜNG ................................................................................................... 36 A. Vận tốc vũ trụ cấp I ................................................................................................................ 36 B. Định luật Kepler ...................................................................................................................... 37 7.2.2 QŨY ĐẠO VÀ CÁC THÔNG SỐ QUỸ ĐẠO .................................................................. 37 7.2.3 TẦM NHÌN CỦA VỆ TINH .............................................................................................. 37 7.3 HỆ TỌA ĐỘ THAM CHIẾU..................................................................................................... 38 7.3.1 PHÂN LOẠI ...................................................................................................................... 38 7.4 CẤU HÌNH HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH .................................................................. 39 7.4.1 KHÂU VŨ TRỤ................................................................................................................. 40 7.4.2 KHÂU MẶT ĐẤT ............................................................................................................. 40 7.4.3 KHÂU THUÊ BAO ........................................................................................................... 40 Chương 8: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ ....................................................... 42 8.1 NGUYÊN LÝ CHUNG .......................................................................................... 42 8.1.1 PHƯƠNG PHÁP DOPPLER.............................................................................................. 42 B. Nguyên lý thu tích phân Doppler .............................................................................................. 42 8.1.2 PHÉP ĐO KHOẢNG THỜI GIAN..................................................................................... 43 8.1.3 ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC VỊ TRÍ ............................................................................... 43 8.2 CHUẨN THỜI GIAN VÀ THANG ĐO .................................................................................... 45 8.2.1 MẪU CHUẨN THỜI GIAN VÀ TẦN SỐ ......................................................................... 45 8.2.2 ĐỊNH NGHĨA ĐƠN VỊ THỜI GIAN. ................................................................................ 45 8.2.3 THANG ĐO THỜI GIAN .................................................................................................. 45 Chương 9: HỆ THỐNG GPS – NAVSTAR .................................................................. 47 9.1 CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG ......................................................................... 47 9.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG......................................................................................................... 47 9.1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG. ............................................................................................ 47 9.2 KHÂU VŨ TRỤ ........................................................................................................................ 47 9.2.1 THÔNG SỐ QUỸ ĐẠO, SỐ LƯỢNG VÀ CÁCH BỐ TRÍ................................................ 47 suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 3 9.2.3 TẦN SỐ SÓNG MANG..................................................................................................... 48 9.2.4 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ............................................................................................. 48 Phổ tần của các tín hiệu phát đi từ vệ tinh trên các tần số L1, L2, trong hệ thống GPS được minh họa trên hình 9.4.................................................................................................................................. 49 9.2.5 MÃ ĐIỀU CHẾ .................................................................................................................. 49 9.2.6 THÔNG BÁO VŨ TRỤ ..................................................................................................... 50 9.2.7 NHIỄU VÀ GÂY NHIỄU CỐ Ý ........................................................................................ 50 9.3 KHÂU MẶT ĐẤT.............