Giải pháp mới về định vị nguồn nhiễu vệ tinh địa tĩnh

Với sự xuất hiện và phát triển của các phương tiện sử dụng dữ liệu dung lượng lớn như truyền hình chất lượng cao (HDTV), các dịch vụ di động và vô tuyến vệ tinh đã tạo ra những liên kết thông tin vệ tinh không thể thiếu cho truyền thông toàn cầu.

Doanh thu trong ngành công nghiệp vệ tinh được kỳ vọng sẽ tăng trưởng mạnh mẽ trong những năm tới đây. Tuy nhiên, việc gia tăng các loại dịch vụ vệ tinh, sẽ gây ra những mặt hạn chế tức thời, làm tăng số lượng nhiễu, nhiễu bất thường, và những tác động tiêu cực lên việc truyền dẫn dữ liệu. Ngoài ra còn có các nguồn gây nhiễu liên quan đến các hành động khủng bố tiềm ẩn, bất ổn chính trị.

Đến nay, chỉ có 30% đến 40 % trong tất cả các vấn đề nhiễu vệ tinh được giải quyết kịp thời, điều này có thể dẫn đến các yêu cầu đòi bồi thường thiệt hại và nguy cơ mất các khách hàng khó tính - những người đòi hỏi chất lượng dịch vụ ở mức cao nhất. Điều đó, đòi hỏi phải có những giải pháp giảm thiểu can nhiễu hiệu quả hơn.

Các giải pháp hiện tại

Nhận dạng sóng mang Carrier ID

Một bước đi đúng hướng đã được xác định bởi Nhóm Giảm nhiễu vệ tinh(sIRG), họ đã đề xuất một yêu cầu đó là kể từ ngày 01 tháng 01 năm 2015 tất cả các thiết bị truyền dẫn mới sẽ có khả năng nhận dạng sóng mang (carrier ID). Nhận dạng sóng mang là một công nghệ đã được phát triển để có khả năng nhận dạng tức thời nguồn phát của các tín hiệu vệ tinh.

Carrier ID tạo ra những số nhận dạng duy nhất mà nó có thể được phát hiện và nhận dạng trên mỗi sóng mang. Để đẩy nhanh việc xác định các truyền dẫn trái phép hoặc cấu hình không chính xác, nhận dạng sóng mang là một giải pháp quan trọng để cải thiện tính toàn vẹn của tín hiệu.

Điều này được hiểu rằng giải pháp này sẽ không hoạt động đối với những hành động gây nhiễu cố ý mặc dù hành vi đó cũng chỉ đại diện cho thiểu số nhưng chúng có thể dẫn đến những vấn  đề nghiêm trọng cho các nhà khai thác vệ tinh bởi vì chúng là cố ý. Ngoài ra, sẽ cần một vài năm để yêu cầu phần lớn các tín hiệu vệ tinh sẽ được thực hiện cài đặt nhận dạng sóng mang.

Giải pháp định vị truyền thống

Các giải pháp định vị nguồn nhiễu vệ tinh địa tĩnh truyền thống có thể định vị vị trí của trạm phát tín hiệu nhiễu trong vòng một vài km, điều này là không tồi. Tuy nhiên, những hệ thống này chỉ có thể hoạt động nếu một số điều kiện quan trọng được thỏa mãn.

Một yêu cầu chính là chúng cần phải thu được tín hiệu nhiễu thông qua ít nhất hai vệ tinh địa tĩnh mà hai vệ tinh này cần phải ở tương đối gần nhau để có thể trao đổi thông tin đầy đủ được sử dụng để xử lý tín hiệu địa lý tin cậy. Mặc dù có hàng trăm vệ tinh địa tĩnh đang hoạt động trên quỹ đạo nhưng có rất nhiều vệ tinh sử dụng các dải tần số, phân cực và vùng phủ sóng khác nhau. Điều này đặc biệt đúng đối với các vệ tinh quân sự và các vệ tinh đang hoạt động ở băng tần Ka. Trong những trường hợp này, việc trao đổi thông tin giữa  các vệ tinh là không áp dụng được.

Thậm chí nếu một vệ tinh lân cận thích hợp có thể kết hợp với một vệ tinh khác thì cũng cần phải biết chính xác vị trí và vận tốc hoặc dữ liệu thiên văn của cả hai vệ tinh để định vị vị trí chính xác. Điều này chỉ có thể được đảm bảo khi vệ tinh bị ảnh hưởng và vệ tinh lân cận vận hành bởi cùng một nhà khai thác hoặc nếu các nhà khai thác chia sẻ các thông số hoạt động vệ tinh của họ.

Giải pháp mới: Định vị nguồn nhiễu vệ tinh địa tĩnh bằng một vệ tinh

Để khắc phục các nhược điểm của các phương pháp định vị cũ, các nhà phát triển đã nghiên cứu phương pháp mới bằng các sử dụng một vệ tinh địa tĩnh để định vị nguồn nhiễu.

Như đã nêu ở trên, nhược điểm chính của các giải pháp định vị truyền thống là cần phải thu được tín hiệu nhiễu thông qua hai vệ tinh, tuy vậy trong nhiều trường hợp sẽ khó chọn được các vệ tinh lân cận phù hợp, đặc biệt là đối với các vệ tinh quân sự và các vệ tinh sử dụng băng tần Ka.

Phương pháp định vị

Mỗi tín hiệu được phát tới một vệ tinh và được thu từ một Đài trái đất bị ảnh hưởng bởi một vài tác động như sự dịch chuyển của vệ tinh, các điều kiện thời tiết, khí quyển. Những tác động này gây ra sự dao động đối với công suất thu được của tín hiệu vệ tinh. Điều này là lô gic vì các tác động này phụ thuộc vào các vị trí khác nhau của Đài phát và thu trái đất. Các vị trí khác nhau trên Trái đất có khoảng cách và góc khác nhau tới vệ tinh chính do đó gây ra dao động về công suất khác nhau của tín hiệu. Các điều kiện thời tiết chắc chắn có một chút khác biệt đối với các vị trí khác nhau trên Trái đất và nó cũng ảnh hưởng tới kỹ thuật định vị. Sự thay đổi của khí quyển cũng gây ra những sự dao động tới công suất của tín hiệu.

Để xác định nguồn nhiễu, hệ thống sẽ thu đo công suất của các tín hiệu được cấu hình trong hệ thống trong một khoảng thời gian nhất định và tính toán một “Ký hiệu” cho sự thay đổi của công suất của mỗi tín hiệu. Để xác đinh số lượng giống hoặc khác nhau giữa hai ký hiệu thì tiến hành tính ra một “giá trị phù hợp” giữa chúng. Nó được biểu diễn bằng tỷ lệ phần trăm giữa 0 và 100%. Nếu giá trị phù hợp gần bằng 100%, các ký hiệu là tương tự nhau (nếu nó bằng 100% thì chúng là đồng nhất) và nếu nó gần bằng 0% thì chúng hoàn toàn khác nhau. Giá trị phù hợp giữa các ký hiệu ghi được ở mức cao đối với các tín hiệu được phát từ cùng một khu vực trên Trái đất và ở mức thấp đối với các tín hiệu được phát từ các khu vực khác nhau trên Trái đất.

Bằng cách so sánh ký hiệu của một tín hiệu nhiễu với các ký hiệu của mỗi tín hiệu được cấu hình trong hệ thống (các tín hiệu tham chiếu) chúng ta có thể xếp chúng theo mức độ tương đồng (giá trị phù hợp) với tín hiệu nhiễu. Dựa trên những kinh nhiệm thực tế, nếu giá trị phù hợp của một tín hiệu tham chiếu có tỷ lệ từ 95 đến 99% thì tín hiệu này được phát cùng một đường lên của Ăng ten như là tín hiệu nhiễu, nếu giá trị phù hợp của một tín hiệu tham chiếu có tỷ lệ từ 90 đến 95% thì tín hiệu này được phát cùng một Đài trái đất nhưng từ một đường lên khác của Ăng ten như là tín hiệu nhiễu. Trong trường hợp giá trị phù hợp của một tín hiệu tham chiếu có tỷ lệ từ 85 đến 90% thì tín hiệu này được phát từ một khoảng cách cách vài kilomet tính từ Đài phát tín hiệu nhiễu. Giá trị phù hợp có tỷ lệ phần trăm thấp hơn sẽ có khoảng cách từ tín hiệu tham chiếu tới tín hiệu nhiễu xa hơn.

Một vài phép đo đã chỉ ra rằng phương pháp này có thể áp dụng được trong trường hợp có ít nhất một tín hiệu tham chiếu được phát từ một đường lên của Đài trái đất hoặc trong một khu vực không lớn hơn 200 km từ Đài phát của tín hiệu nhiễu. Điều đó có nghĩa là có nhiều tín hiệu tham chiếu được sử dụng để so sánh thì có xác suất xác định chính xác vị trí nhiễu cao hơn là sử dụng một tín hiệu tham chiếu.

Kết quả tính giá trị phù hợp của một tín hiệu tham chiếu hiển thị trực tiếp khoảng cách từ Đài phát của tín hiệu tham chiếu này tới Đài phát của tín hiệu nhiễu. Điều đó có nghĩa là giá trị phù hợp có thể được chuyển đổi sang khoảng cách có đơn vị được biểu diễn là km. Vị trí của tín hiệu tham chiếu cũng được cung cấp trên bản đồ địa lý như kinh độ, vĩ độ để cấu hình vào hệ thống, chúng có thể được hiển thị một vòng tròn trên bản đồ với một bán kính tương đương khoảng cách được chuyển đổi của giá trị phù hợp của tín hiệu tham chiếu này.

Bảng dưới đây là ví dụ về kết quả tính giá trị phù hợp sử dụng ba tín hiệu tham chiếu

Dựa trên các kết quả trên, hệ thống vẽ được 3 hình tròn cho một tín hiệu tham chiếu. Các hình tròn này bị chồng lấn trong một diện tích xác định và đó chính là khu vực nguồn nhiễu.

Kết luận

Phương pháp định vị nguồn nhiễu vệ tinh địa tĩnh sử dụngbằng một vệ tinh có một số ưu điểm chính là: Cho phép định vị nguồn nhiễu vệ tinh mà không cần đến vệ tinh lân cận; giúp các nhà khai thác giảm số lượng các vấn đề nhiễu mà chưa được giải quyết; cung cấp độ chính xác tối đa cho phép định vị nguồn phát nhiễu nhanh chóng hơn. Qua đó, tăng chất lượng các bộ phát đáp, đảm bảo được về chất lượng dịch vụ được yêu cầu bởi các khách hàng, giảm thiểu rủi ro phải nộp phạt các hợp đồng hoặc tranh chấp.

Đây là giải pháp định vị nguồn nhiễu tiên tiến, là một sự lựa chọn mới trong việc xây dựng hệ thống kiểm soát vệ tinh, định vị nguồn gây nhiễu vệ tinh. Tuy vậy, nó đòi hỏi cấu hình hệ thống, thuật toán phức tạp, độ tin cậy, chất lượng của hệ thống phải cao.   

Nguồn:
http://www.satmagazine.com

http://www.convergence-creators.siemens.com