TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
BÁO CÁO
THÔNG TIN VỆ TINH
Đề tài:
TÌM HIỂU HIỆU ỨNG
DOPPLER TRONG THÔNG TIN VỆ TINH
Giảng viên hướng dẫn: Vũ Văn Yêm
Sinh viên thực hiên: Trần Ngọc Tân1
MỤC LỤC:
1. Giới thiệu đề tài 3
2. Sự phát triển của vệ tinh phi địa tĩnh trên thế giới 5
2.1. Sự phát triển của vệ tinh phi địa tĩnh trên thế giới 5
2.2. Các nghiệp vụ vô tuyến được sử dụng trong vệ tinh
phi địa tĩnh 6
3. Hiệu ứng Doppler 7
3.1. Định nghĩa 7
3.2. Hiệu ứng Doppler trong thông tin vệ tinh 8
3.3. Hiệu ứng Doppler đối với vệ tinh quỹ đạo phi địa tĩnh 10
3.3.1. Quỹ đạo của vệ tinh phi địa tĩnh 11
3.3.2. Hiệu ứng Doppler đối với vệ tinh quỹ đạo phi địa tĩnh 13
3.3.3. Ứng dụng của hiệu ứng Doppler trong việc định vị thiết bị đầu
cuối E 15
3.4. Đo lường hiệu ứng Doppler 16
4. Kết luận 18
5. Tài liệu tham khảo 19
2
1. Giới thiệu đề tài

đối với 1 người đang đứng trên Trái đất, thì các vệ tinh địa tĩnh có thể
coi là cố định so với họ. Độ cao của các vệ tinh này so với mực nước
biển là 35786 km.
Có rất nhiều vệ tinh phi địa tĩnh hoạt động trong 3 thập kỷ qua với
những nghiệp vụ và chức năng đặc biệt như quan sát thời tiết, thám
hiểm trái đất từ xa, định vị vô tuyến, thông tin, giám sát … Một trong
nhưng đặc điểm của các vệ tinh này là có khả năng quan sát bề mặt
trái đất một cách định kỳ từ một vệ tinh đơn. Nếu yêu cầu quan sát
trái đất một các đồng thời thì một số vệ tinh có thể tìm thấy phụ thuộc
vào độ cao quỹ đạo của chúng.
Vì vậy, tùy thuộc vào độ cao so với mực nước biển của quỹ đạo,
vệ tinh phi địa tĩnh được phân loại:
5
+ Quỹ đạo vệ tinh tầm thấp (low-Earth orbit - LEO) như một số
hệ
thống vệ tinh thời tiết.
+ Quỹ đạo vệ tinh tầm trung (medium-Earth orbit - MEO).
+ Quỹ đạo vệ tinh tầm cao (high-Earth orbit - HEO) như các vệ
tinh dẫn đường GPS và GLONASS.
2.2. Các nghiệp vụ vô tuyến được sử dụng cho vệ tinh phi địa tĩnh
Bất kì nghiệp vụ vô tuyến nào sử dụng vệ tinh địa tĩnh cũng có thể
sử dụng vệ tinh phi địa tĩnh.
Các nghiệp vụ vô tuyến qua vệ tinh thông dụng như nghiệp vụ cố
định qua vệ tinh (FSS – Fixed Satellite Service), nghiệp vụ quảng bá
qua vệ tinh (BSS – Broadcasting Satellite Service) và nghiệp vụ di
động qua vệ tinh (Mobile Satellite Service) đều có thể sử dụng vệ tinh
phi địa tĩnh. Ở các nghiệp vụ này, khi sử dụng quỹ đạo phi địa tĩnh
được quy định kí hiệu như NGSO FSS, NGSO BSS, NGSO MSS. Điển
hình các hệ thống vệ tinh sử dụng quỹ đạo phi địa tĩnh trong các
nghiệp vụ trên có các hệ thống SkyBridge, Global Star, ICO … với vùng

= λ –d = λ – v/f) (2)
Nếu như vận tốc của âm thanh là g thì tần số thu được tại điểm đo
f
R
sẽ là:
f
R
= f
T
(1 (v/g)) ) (3)
3.2. Hiệu ứng Doppler trong thông tin vệ tinh
Tương tự hiệu ứng Doppler với sóng quang và sóng âm thanh, tần
số Doppler với nguồn S là sóng điện từ (vệ tinh) và trạm mặt đất được
xác định:
F
D
= f
T
(v
W
/c) (4)
Trong đó:
v
W
: vận tốc chuyển động tương đối của vệ tinh và trái đất.
7
f
T
: tần số máy phát.
c: tốc độ ánh sáng.

T
: tần số phát của vệ tinh và tần số thu được tại điểm P
Figure 3.b: Các vận tốc của vệ tinh
Đây chính là nguyên lý cơ bản của phép đo tần số Doppler của
các hệ thống dẫn đường vệ tinh.
8
Figure 3.c: Tần số thu khi điểm đo P bất động
Hệ thống thông tin vệ tinh có 2 cấu hình quỹ đạo trái đất chung
là:
+ Vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh – Geostationary Satellite Orbit (GSO)
+ Vệ tinh quỹ đạo phi địa tĩnh – Non-Geostationary Satellite Orbits
(non-GSO)
Dựa vào công thức 6, ta có thể đánh giá:
+ Với vệ tinh địa tĩnh có v = 0 nên F
D
= 0.
+ Với vệ tinh phi địa tĩnh v khác 0 nên F
D
khác 0.
3.3. Hiệu ứng Doppler đối với vệ tinh quỹ đạo phi địa tĩnh (non-GSO
satellite Orbit)
Một trong các vấn đề gặp phải trong việc truyền thông tin giữa vệ
tinh và trạm mặt đất là ảnh hưởng của hiệu ứng Doppler. Do vệ tinh
chuyển động tương đối với trái đất, nên sẽ có thành phần vận tốc
hướng tâm. Đặc biệt là với các vệ tinh có quỹ đạo khác quỹ đạo tròn
như quỹ đạo eclip.
9
Figure 3.d: Tần số thu khi điểm đo P bất động
3.3.1. Quỹ đạo của vệ tinh phi địa tĩnh
Quỹ đạo và vận tốc góc của vệ tinh phi địa tĩnh S được xác định

Theo hình vẽ trên, hình chữ nhật màu đỏ biểu thị mặt phẳng quỹ
đạo của vệ tinh, với hệ trục x
O
y
O
z
O
. Trục x
O
được xác định bằng cách
nối từ tâm O của trái đất đến điểm giao của quỹ đạo vệ tinh với mặt
phẳng xích đạo (biểu thị bằng hình chữ nhật màu xanh). Trong mặc
phẳng xích đạo, ta cũng có hệ trục x
E
y
E
z
E
. Trục x
E
trùng với x
O
.
Khi quay mặt phẳng quỹ đạo đi 1 góc i (từ trục y
O
xuống y
E
) như
hình vẽ trên, thì mặt phẳng quỹ đạo sẽ trùng với mặt phẳng xích đạo.
Ngoài ra ta thấy trong mặt phẳng “geocentric equatorial plane

S,ER
= arcsin[sin i . sin(
S,O
)]
λ
S,ER
= arctan[cos I .tan(
S,O
)] + RAAN
– RAGM –
E
.t + k
Chiếu lên hệ trục tọa độ (hình 3.e) ta có tọa độ của vệ tinh:
x
S,ER
= r
s
.cos (
S,O
).cos (
E
.t - RAAN + RAGM) + r
S
.cos i.
sin(
S,O
). sin (
E
.t - RAAN + RAGM)
y

vào tần số đo được ở trạm trái đất và vận tốc tương đối của vệ tinh v
R
.
Xét 1 thiết bị đầu cuối(giả sử trạm mặt đât) E nằm trên bề mặt
trái đất với tọa độ x
E,ER
, y
E,ER
, z
E,ER
, khoảng cách giữa vệ tinh và E được
tính bởi công thức:
D = [(x
S,ER
– x
E,ER
)
2
+ (y
S,ER
– y
E,ER
)
2
+ (z
S,ER
– z
E,ER
)
2

.
r
S
. sin(
S,E
). sin(
E,ER
). [1-cos(λ
S,E
)]
Trong đó:
x
E,ER
, y
E,ER
, z
E,ER
là tọa độ của thiết bị đầu cuối trái đất.
là góc giữa thiết bị đầu cuối E và vệ tinh S.
Sau khi tính toán được D, ta có thể tính được vận tốc tương đối
của vệ tinh S với thiết bị đầu cuối E:
(7)
12
Kết hợp với công thức 6, ta tính toán được hiệu ứng Doppler khi
truyền thông tin giữa vệ tinh phi địa tĩnh và thiết bị đầu cuối E.
3.3.3. Ứng dụng của hiệu ứng Doppler trong việc định vị
thiết bị đầu cuối E
Sử dụng mối quan hê trong tam giác EOS ta có thể xác định được
vị trí của các thiết bị đầu cuối sử dụng vệ tinh phi địa tĩnh.
Figure 3.f: Biểu diễn hình học trạm trái đất và vệ tinh

tinh địa tĩnh, giảm số lượng cần thiết của các vệ tinh trong chòm sao
vệ tinh. Trong các ứng dụng không yêu cầu độ chính xác qua cao như
hàng hải có thể được sử dụng. Các hệ thống đồng bộ giữa đồng hồ vệ
tinh và đồng hồ trái đất là không cần thiết, như vậy giảm độ phức tạp
của hệ thống.
Nhược điểm của phương pháp này là độ chính xác nhỏ hơn trong
việc xác đình vị trí, và thời gian cần thiết để xác định cũng lâu hơn.
Hiệu ứng Doppler được trình bày ở đây, với các thay đổi nhỏ tùy
thuộc vào mức độ thực hiên, có thể được ứng dụng nhiều trong việc
định vị, tìm kiếm cứu nạn, hay ứng dụng với đối tượng có vận tốc lớn
như máy bay …
3.4. Đo lường tần số Doppler
Tần số thu được f
R
được tính toán bằng cách so sánh với tần số
chuẩn f
0
= f
T
, tạo ra bởi máy thu như trong sơ đồ 3.d:
14
Figure 3.d: Nguyên lý thu tích phân Doppler trog các hệ thống dẫn
đường vệ tinh
Trên thực tế, sự chênh lệch giữa tần số phát và thu rất nhỏ, nên
tần số Doppler có thể đo được bằng phương pháp đếm xung trong một
khoảng thời gian (t
1
, t
2
):