Nghiên cứu sự ảnh hưởng của tính không đồng nhất giữa các kênh thu tới hiệu quả chống nhiễu khi thu tín hiệu vệ tinh GPS/Glonass của anten mạng pha

Kỹ thuật Điện tử – Thông tin 
 N.X. Mai,  , L. T. Trang, “Nghiên cứu sự ảnh hưởng  của anten mạng pha.” 164 
NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA TÍNH KHÔNG ĐỒNG NHẤT 
GIỮA CÁC KÊNH THU TỚI HIỆU QUẢ CHỐNG NHIỄU KHI THU 
TÍN HIỆU VỆ TINH GPS/GLONASS CỦA ANTEN MẠNG PHA 
Ngô Xuân Mai1*, Hoàng Thế Khanh2, Nguyễn Huy Hoàng3, Lê Thị Trang4 
Tóm tắt: Bài báo trình bày các kết quả nghiên cứu của các tác giả về sự ảnh 
hưởng của tính không đồng nhất giữa các kênh tới hiệu quả chống nhiễu trên anten 
mạng pha trong hệ thống định vị và dẫn đường bằng vệ tinh. Các kết quả nghiên 
cứu mà tác giả nhận được là các kết quả tính toán và mô phỏng dựa trên các thuật 
toán xử lý không – thời gian là Howells-Applebaum và Frost. 
Từ khóa: Không đồng nhất trên kênh thu, Chống nhiễu GNSS, Giữ chậm theo nhóm (GD). 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Anten mạng pha là một công nghệ đầy hứa hẹn, nó có lợi thế là có khả năng triệt nhiễu, 
cải thiện tỷ số tín hiệu trên tạp âm trong trường hợp tín hiệu nhỏ hơn rất nhiều so với nhiễu 
và tạp âm. Đặc tính này đặc biệt phù hợp với trường hợp thu và xử lý các tín hiệu từ vệ 
tinh với khoảng cách từ vệ tinh tới điểm thu lên tới hàng ngàn Kilomet, bởi vậy nó cũng 
đang được ứng dụng để xử lý tín hiệu GPS/GLONASS trong các ứng dụng định vị và dẫn 
đường cho các thiết bị bay như máy bay, UAV, đạn tên lửa. Tuy nhiên, để có thể ứng dụng 
anten mạng pha cho lĩnh vực này chúng ta vẫn phải giải quyết nhiều vấn đề kỹ thuật mà 
một trong số đó là tính bất đồng nhất của các kênh trên anten mạng pha. Tính bất đồng 
nhất này là một đặc điểm không thể tránh khỏi do các hạn chế về công nghệ chế tạo các 
thành phần trên các kênh. Tính bất đồng nhất này thường được phân chia ra thành tính bất 
đồng nhất về pha, về biên độ cũng như sự thăng giáng về băng thông của kênh, chúng 
thường được biểu diễn thông qua độ trễ nhóm (GD) trên các kênh của anten. Các công 
trình nghiên cứu [7], [8], [9] mới được công bố gần đây chủ yếu mới chỉ đánh giá sự khác 
biệt giữa pha sóng mang trung tâm và độ trễ nhóm trung tâm [8], đánh giá pha trung tâm 
và trễ nhóm trung bình (AGD) cũng như sự biến thiên trễ nhóm trung bình (AGDV) dựa 
trên độ lệch pha trung tâm trung bình (APCO) và sự biến thiên pha trung tâm trung bình 
[10], [9]. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu trên vẫn chưa đánh giá được sự ảnh hưởng 
của các đặc tính bất đồng nhất này tới chất lượng thu tín hiệu GNSS, đặc biệt là khi việc 
thu tín hiệu trong điều kiện có sự tác động của nhiễu dải rộng. Trong khuôn khổ bài báo 
này, các tác giả sẽ nghiên cứu sự ảnh hưởng của tính không đồng nhất giữa các kênh tới 
hiệu quả chống nhiễu trên anten mạng pha. Các kết quả nghiên cứu được tính toán và mô 
phỏng dựa trên thuật toán xử lý tín hiệu số thích nghi không-thời gian. 
Bài báo được trình bày làm 5 phần: phần 1: đặt vấn đề, phần 2: mô hình bất đồng nhất 
và bất ổn định của các tham số trên anten mạng pha, phần 3: đánh giá kết quả mô phỏng 
anten mạng pha 7 phần tử với kênh thu đồng nhất và không đồng nhất, phần 4: kết luận và 
phần 5: tài liệu tham khảo. 
2. MÔ HÌNH BẤT ĐỒNG NHẤT VÀ BẤT ỔN ĐỊNH 
CỦA CÁC THAM SỐ TRÊN ANTEN MẠNG PHA 
2.1. Mô hình bộ giữ chậm theo nhóm (GD) 
Để xây dựng mô hình độ trễ nhóm (Group Delay1) ta sử dụng việc triển khai quá trình 
ngẫu nhiên trên đầu ra bộ lọc tần số thấp khi cấp tạp trắng cho đầu vào của nó. Quá trình 
tạo độ giữ chậm theo nhóm được thực hiện theo các bước như trong hình 1. 
1 Độ trễ nhóm được định nghĩa là đạo hàm âm (hoặc độ dốc) của đáp ứng pha so với tần số. Nó là 
thước đo độ trễ tương đối ở các tần số khác nhau từ đầu vào đến đầu ra trong một hệ thống. 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san FEE, 08 - 2018 165
Hình 1. Thuật toán tạo độ giữ chậm theo nhóm. 
Từ phân tích triển khai GD của bộ lọc thực tế có thể nhận thấy sự thay đổi của GD có 
tính tuần hoàn với chu kỳ xấp xỉ 1MHz . Bởi vậy, giới hạn dải thông tần số của bộ lọc tần 
số thấp sẽ được chọn sao cho trên đầu ra đảm bảo được quá trình hội tụ về mặt cấu trúc. 
Bộ lọc tần số thấp được sử dụng trong thuật toán tạo GD cũng được triển khai bằng 
cách sử dụng phép biến đổi Fourier thuận - nghịch và phổ rời rạc của quá trình từ đầu ra 
của máy phát tạp “trắng” được nhân với hệ số truyền của bộ lọc tần số thấp. Để đơn giản, 
ta sẽ sử dụng bộ lọc tần số thấp “lý tưởng” với hệ số truyền dạng: 
;1,
( )
0, .
bien
loc thap tan
bien
f F
K f
f F
Trên hình 2 trình bày dạng triển khai được chuẩn hóa (theo giá trị cực đại) quá trình 
ngẫu nhiên trên đầu ra bộ lọc tần số thấp, trên đó biểu diễn 60000 điểm với bước bằng 
200Hz. 
Hình 2. Quá trình chuẩn hóa trên đầu ra bộ lọc tần số thấp. 
Cuối cùng bổ sung giá trị trung bình của GD và chuẩn hóa quá trình ngẫu nhiên so với 
giá trị cực đại của GD. 
Từ các nghiên cứu thực tế GD của bộ lọc cho thấy rằng giá trị trung bình của GD bằng 
khoảng 398 5.5ns . Khi đó, GD trong mô hình được tính như sau: 
 
9
9( ) 5,5.10( ) . 398.10 .
2( )
f
y f
GD f
max y f
 (1) 
Hình 3. Triển khai dạng của GD. 
Kỹ thuật Điện tử – Thông tin 
 N.X. Mai,  , L. T. Trang, “Nghiên cứu sự ảnh hưởng  của anten mạng pha.” 166 
Trên hình 3 biểu diễn hình dạng của GD theo sơ đồ hình 1. 
Áp dụng mô hình để tạo GD như trên hình 4 cho tất cả các kênh thu khác nhau, ta nhận 
được GD trên các kênh thu của anten 7 phần tử được biểu thị như hình 4. 
Hình 4. Biến thiên GD của 7 kênh thu của mạng anten định pha thích nghi. 
Sau khi tạo được GD, cần phải chuyển chúng sang sự biến thiên đặc trưng pha-tần số 
của bộ lọc. Trên cơ sở xác định GD dưới dạng đạo hàm (theo tần số) của đặc trưng pha-tần 
số, ta có thể khôi phục đặc trưng pha-tần số bằng cách tích phân. Tuy nhiên, ta cũng nhận 
thấy rằng khi đó pha ban đầu của đặc trưng vẫn là ẩn số: 
0
0
)( ) .(
f
GD f dff  (2) 
Vì là triển khai chương trình, nên ta thay tích phân bằng tổng 
0 0
00
( ) ( ) ( )
f f
g
f GD f df GD g f 
  (3) 
trong đó, 200f Hz . 
Vì pha ban đầu là chưa biết, nên việc t