TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(37).2010

37
GIẢI PHÁP TÁCH TÍN HIỆU BỊ CHỒNG LẤN TRONG
HỆ THỐNG CẢNH BÁO CHỐNG VA CHẠM HÀNG KHÔNG
SOLUTIONS TO SPLIT OVERLAPPING SIGNALS
IN THE TRAFFIC ALERT AND COLLISION AVOIDANCE SYSTEM

Tăng Tấn Chiến
Đại học Đà Nẵng
Nguyễn Khắc Vũ
Công ty Bảo đảm Hoạt động bay miền Trung

TÓM TẮT
Trong bài báo này, chúng tôi giới thiệu nguyên lý hoạt động của thiết bị cảnh báo chống
va chạm hàng không đặt trên máy bay và mô phỏng một phương pháp xử lý dùng kỹ thuật PLL
(Phase-Locked Loop: Vòng khóa pha) để tách các tín hiệu thu được tại máy phát đáp. Trước
tiên, bài báo này đề cập đến hiện tượng nhiễu đa đường xuất hiện do nhiều máy bay trả lời
máy hỏi trong TCAS (The Traffic alert and Collision Avoidance System: Hệ thống cảnh báo và
chống va chạm máy bay) trong cùng một thời điểm d
ẫn đến máy thu TCAS không xử lý được
các thông tin từ các máy bay trả lời. Vì vậy, bài báo đề xuất các phương pháp xử lý tín hiệu của
máy thu TCAS khi gặp hai tín hiệu đáp ứng bị chồng lấn nhau, giải pháp tách tín hiệu bị chồng
lấn. Phần cuối, với kết quả nghiên cứu, có thể cho phép giảm thời gian giữa cất cánh và hạ
cánh, tăng độ an toàn cho các chuyến bay, cho phép áp dụng các kỹ thuật mới trong kiểm soát
không lưu bán tự
động ở một số sân bay nhỏ ở Việt Nam.
ABSTRACT
In this paper, we would like to introduce the operating principle of the Traffic alert and
Collision Avoidance System (TCAS) located in the aircraft and simulating a treating measure
using Phase-Locked Loop (PLL) technique to split signals collected at the responding operator.

1030MHz.
Cấu trúc của dạng tín hiệu hỏi gồm có 3 xung đơn: P1, P2, P3 (xem hình 1). Khoảng
cách giữa xung P1 và P3 cho biết là loại Mode nào đang sử dụng, từ đó xác định cấu
trúc dạng xung trả lời. Biên độ xung P2 cho biết chính xác hướng hoạt động của chùm
tia sóng phát ra từ ăng-ten, ăng-ten của TCAS có một chùm tia sóng rộng khoảng 6
0
. Có
các phương pháp nhằm tăng độ chính xác về tính định hướng của hệ thống, trong đó có
phương pháp song xung gồm hai xung P1 và P3 làm định hướng có độ khuếch đại cao
và xung P2 thể hiện tính đa hướng của ăng-ten và có độ khuếch đại thấp. Vì thế, nếu
biên độ xung P2 nhỏ hơn hai xung kia [1], [3] thì máy phát ở máy bay lân cận sẽ biết
được là nó đang nằm trong vùng chùm tia quét chính của ăng-ten máy bay hỏi và phát
tín hiệu trả lời. Ngược lại, máy bay sẽ nằm ngoài chùm tia quét của ăng-ten và các tín
hiệu hỏi từ TCAS hỏi sẽ bị từ chối trả lời.
1.1. Giới thiệu cấu trúc tín hiệu trả lời
Chế độ trả lời trong thiết bị này là Mode C, tần số sóng mang của tín hiệu trả lời là
1090MHz. Khi xác định đúng tín hiệu hỏi, khoảng cách giữa hai xung P
1
và P
3
là C =
20.75µs, khoảng cách giữa xung P
1
và P
2
là 2µs và biên độ xung P
2
nhỏ hơn xung P
1
thì

B
4
1 0 0 100
C
3
0 1 1 011
D
5
1 0 1 101
285
Dạng chuỗi xung trả lời sẽ là:

[ F
1
= 1, 1,0,1,0,0,0, X = 1, 0,1,0,0,1,1, F
2
= 1] (xem hình 2).
Trong mode C, xung D
1
không dùng. Vì vậy chỉ có 2048 trường hợp được hiển thị.
Số lượng này thì quá thừa để hiển thị độ cao từ -1000ft đến 121000ft, với mỗi
mức tăng theo chiều cao là 100ft.
C
1

C
2
X
D
1

D
4
F
2
SP
1.45
0.45
20.3µ
4.35µ
F
1
B
2
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(37).2010

40
2. Giải pháp tách tín hiệu bị chồng lấn
2.1. Tạo tín hiệu mô phỏng dạng điều chế ASK

LPF
F(s) = 1/(1+s/w
c
)
V
o

VCO
(K
v
/s)
V
2
(t)
V
1
(t)
V
e

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(37).2010

41
Gọi w
c
là tần số cắt của bộ lọc và w
c
= 1/RC. Từ phương trình (2.1) ta được:
F(s) = 1/(1+s/w
c

v
K
d
) = 1/( 1+ Ks(1+s/w
c
)) (2.7)
Với K=1/K
v
K
d
; Φ
0
, Φ
1
, Φ
2
: lần lượt là pha của tín hiệu ra bộ nhân, tín hiệu vào
bộ nhân, tín hiệu ra của khối VCO.
T(s) = 1/(1+Ks + Ks
2
/w
c
) = 1/(1+ 2ξs/w
p
+ (s/w
p
)
2
)
= w

p
là tần số cắt của vòng khóa pha
w
c
: Tần số cắt của bộ lọc thông thấp
Để mạch ổn định [9] ta chọn w
p
sao cho thỏa mãn: w
p
/2π < 1/20 F
tín hiệu vào

Như vậy hàm truyền đạt của PLL tương ứng với hàm truyền của bộ lọc bậc 2.
Các điểm cực nằm ở nửa mặt phẳng trái của trục tọa độ phức, thông qua các điểm cực
dễ dàng thấy được nó nằm trong miền ổn định.
Cho tần số cắt tại điểm biên độ giảm -3dB, thế vào phương trình (2.8), giải
phươ
ng trình này ta tìm được băng thông của PLL là:
W
pll
= w
p
(1-2ξ
2
+ (2-4ξ
2
+4ξ
4
)
0.5

Lựa chọn các thông số của PLL như sau:
Hệ số Damper ξ = 0.707, tín hiệu vào có tần số là 30MHz, K
d
= 5V/rad, K
v
=
0.1MHz.rad/V.
(2.10)