Tài liệu Áp dụng công nghệ song song và mô hình biểu diễn GIS để xử lý, khai thác và biểu diễn dữ liệu thu đa kênh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ----------------------------------------PHẠM ĐÌNH VĂN ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ SONG SONG VÀ MÔ HÌNH BIÊU DIỄN GIS ĐỂ XỬ LÝ, KHAI THÁC VÀ BIỂU DIỄN DỮ LIỆU THU ĐA KÊNH LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà nội - 2004 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -----------------------------PHẠM ĐÌNH VĂN ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ SONG SONG VÀ MÔ HÌNH BIỂU DIỄN GIS ĐỂ XỬ LÝ, KHAI THÁC VÀ BIỂU DIỄN DỮ LIỆU THU ĐA KÊNH Chuyên ngành: Công nghệ thông tin LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐẶNG VĂN CHUYẾT Hà nội-2004 Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ----- o0o ----- LỜI CAM ĐOAN Tôi tên là : Phạm Đình Văn Ngày sinh : 24/08/1979 Địa chỉ : Số nhà 21 Ngõ 11b Phố Nguyễn Ngọc Nại Hiện đang học lớp cao học CNTT-2002 tại Trường Đại học Bách khoa Hà nội. Tôi đã làm đồ án tốt nghiệp cao học CNTT với tên đề tài: “Áp dụng công nghệ xử lý song song và mô hình biểu diễn GIS để xử lý, khai thác và biểu diễn dữ liệu thu đa kênh”, do thầy giáo TS. Đặng Văn Chuyết hướng dẫn. Tôi xin cam đoan là đồ án tốt nghiệp là do tôi làm là đúng sự thật, nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường, pháp luât. Hà Nội, ngày tháng năm 2004 Người cam đoan Phạm Đình Văn LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn TS. Đặng Văn Chuyết đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này. Tác giả xin chân thành cảm ơn TS. Đặng Văn Đức-Viện Công nghệ thông tin, TS. Vũ Minh Tiến-Giám đốc Trung tâm EIC-Bộ Quốc Phòng, các bạn đồng nghiệp tại Trung tâm phần mềm AIC Software đã nhiệt tình giúp đỡ, góp ý, động viên, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện đề tài. Tác giả xin chân thành cảm ơn. Hà nội ngày 10/11/2004 Tác giả: Phạm Đình Văn Học viên cao học CNTT-2002-ĐHBK-HN Email: [email protected] 1 Mục lục DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN ............................................4 DANH MỤC BẢNG TRONG ĐỒ ÁN ....................................................................5 DANH MỤC HÌNH TRONG ĐỒ ÁN .....................................................................6 LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................7 CHƯƠNG I: KHẢO SÁT HỆ THỐNG THU DỮ LIỆU ĐA KÊNH .............12 I.1. Hệ thống thu thập và xử lý thông tin trong Tổng cục 2 ................................12 I.1.1. Thu tin từ vệ tinh .........................................................................................12 I.1.1.1 Đặc tả hệ thống ......................................................................................12 I.1.1.2 Các dạng thông tin thu từ vệ tinh...........................................................14 I.1.1.3 Phương thức xử lý dữ liệu .....................................................................14 I.1.2. Hệ thống thu tin sóng HF, VHF, UHF.........................................................15 I.1.2.1 Cấu trúc hệ thống ...................................................................................15 I.1.2.2 Các dạng thông tin thu từ kênh vô tuyết HF, VHF, UHF......................16 I.1.2.3 Phương thức xử lý dữ liệu .....................................................................16 I.2. Phân tích giải pháp của một số nước ..............................................................16 I.2.1 Quy trình xử lý và phân phối thông tin thu của hãng THALES ...................16 I.2.2 Quy trình xử lý và phân phối thông tin thu của hãng SPECTRONIC..........17 I.3. Yêu cầu của hệ thống xử lý song song dữ liệu thu đa kênh ..........................19 I.3.1 Mô hình chung của hệ thống thu và xử lý dữ liệu đa kênh ..........................19 I.3.2 Mô hình xử lý song song ..............................................................................21 I.3.3 Mô hình biểu diễn thông tin đối tượng trên GIS ..........................................22 CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ SONG SONG VÀ MÔ HÌNH GIS .......24 II.1. Giới thiệu công nghệ xử lý song song ............................................................24 II.1.1 Đặt vấn đề ....................................................................................................24 II.1.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ xử lý song song trong và ngoài nước .....26 II.1.2.1 Một số vấn đề liên quan đến xây dựng siêu máy tính ..........................26 II.1.2.2 Một số siêu máy tính chuyên dụng của các hãng trên thế giới ............28 II.1.2.3 Một số siêu máy tính được nghiên cứu trong nước ..............................29 II.1.3 Mô hình ghép cụm trên Ethernet .................................................................29 II.2. Giới thiệu về hệ thống thông tin GIS ............................................................32 II.2.1 GIS là gì? .....................................................................................................32 II.2.2 Các thành phần cơ bản của GIS ..................................................................32 II.2.3. Cấu trúc dữ liệu trong GIS .....................................................................33 II.2.3.1 Cơ sở dữ liệu của GIS ..........................................................................33 2 II.2.3.2 Cấu trúc dữ liệu Raster .........................................................................33 II.2.3.3 Cấu trúc dữ liệu Vector ........................................................................34 II.2.3.4. So sánh các phương pháp raster và vector ..........................................34 II.3. Hệ điều hành Linux và môi trường xử lý song song MPI ..........................37 II.3.1 Giới thiệu về Hệ điều hành Linux ...............................................................37 II.3.1.1 Lịch sử ra đời ........................................................................................37 II.3.1.2 Tại sao lại lựa chọn Linux? ..................................................................37 II.3.2 Môi trường lập trình song song ...................................................................38 II.3.3 Mô hình phân tầng của hệ thống đa kênh ....................................................43 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SONG SONG XỬ LÝ DỮ LIỆU THU ĐA KÊNH ................................................................................................................45 III.1 Phát biểu bài toán ...........................................................................................45 III.2. Thiết kế hệ thống tổng thể ............................................................................46 III.3. Thiết kế cơ sở dữ liệu ....................................................................................47 III.3.1 Thiết kế dữ liệu tổng thể ............................................................................47 III.3.2 Thiết kế dữ liệu chi tiết ..............................................................................49 III.3.2.1 Dữ liệu bản đồ .....................................................................................49 III.3.2.2 Dữ liệu thuộc tính................................................................................50 III.4. Phân tích thiết kế module .............................................................................52 III.4.1 Tổng quan...................................................................................................52 III.4.2 Module kết nối truyền thông ......................................................................54 III.4.2.1 Kết nối .................................................................................................54 III.4.2.2 Truyền thông .......................................................................................54 III.4.3 Module đồng bộ dữ liệu .............................................................................60 III.4.4 Module khai thác, tìm kiếm thống kê ........................................................63 III.4.5 Module giao diện, quản lý ..........................................................................67 CHƯƠNG IV: CÀI ĐẶT HỆ THỐNG .................................................................70 IV.1. Yêu cầu hệ thống ............................................................................................70 IV.1.2 Phần mềm...................................................................................................70 IV.1.2 Phần cứng ...................................................................................................71 IV.2. Các thủ tục cài đặt chương trình..................................................................72 IV.2.1 Cài đặt hệ thống .........................................................................................72 V.2.1.1 Cài đặt phần mềm.................................................................................72 V.2.1.2 Cấu hình hệ thống ................................................................................73 IV.2.2 Khởi động hệ thống và màn hình giao diện ...............................................74 IV.3 Kiểm thử hiệu năng hệ thống ........................................................................81 3 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................83 V.1 Tổng quan những kết quả đạt được ...............................................................83 V.2 Đánh giá kết quả ...............................................................................................83 V.3 Những khó khăn và cách giải quyết có thể ....................................................84 V.4 Hướng nghiên cứu và kiến nghị ......................................................................85 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................86 4 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN STT Tên viết tắt Diễn giải 1 CNTT Công Nghệ Thông Tin 2 DHS Dataware House Server 3 GIS Geographical Information Systems 4 HF High Frequency 5 IF Intermediate Frequency 6 IMS Information Management System 7 IDR Intermediate Data Rate 8 LNA Low Noise Amplifier 9 MPI Message Passing Interface 10 MTSS Máy Tính Song Song 11 MIMD-DM Multiple Instructions Multiple Data-Distributed Memory 12 MIMD-SM Multiple Instructions Multiple Data-Shared Memory 13 MMX Multimedia Extensions 14 PC Personal Computer 15 PVM Parallel Virtual Machine 16 RF Radio Frequency 17 SMP Symmetric Multi-Processing 18 TSKT Trinh Sát Kĩ Thuật 19 UHF Ultra High Frequency 20 VHF Very High Frequency 5 DANH MỤC BẢNG TRONG ĐỒ ÁN Bảng II.1: Bảng đánh giá phương pháp vector......................................................35 Bảng II.2: Bảng đánh giá phương pháp raster ......................................................36 Bảng II.3: Bảng so sánh giữa hai phương pháp raster và vector ........................36 Bảng II.4: Cấu trúc của một thông điệp gửi...........................................................39 Bảng II.5: Bảng mô tả một số kiểu dữ liêu cơ bản của MPI .................................40 Bảng III.1: Mô tả dữ liệu danh bạ điện thoại ........................................................51 Bảng III.2: Bảng mô tả cấu trúc dữ liệu nội dung các cuộc trao đổi ...................52 Bảng III.3: Bảng mã lệnh và chức năng tương ứng .............................................60 Bảng IV.1: Mô tả cấu hình các nodes xử lý trong hệ thống ..................................74 Bảng IV.2: Bảng các chứng năng khai thác dữ liệu..............................................78 6 DANH MỤC HÌNH TRONG ĐỒ ÁN Hình I.1: Sơ đồ tổng quan thu tín hiệu .....................................................................8 Hình I.2: Mô hình thu dữ liệu từ vệ tinh ...............................................................12 Hình I.3: Hệ thống thu tin sóng HF,VHF,UHF. ...................................................15 Hình I.4: Hệ thống thu của hãng SPECTRONIC .................................................18 Hình I.5: Sơ đồ tổng thể hệ thống xử lý và khai thác ............................................20 Hình II.1: Mô hình xử lý song song trên nền Ethernet .........................................30 Hình II.2: Mô hình hệ thống thông tin địa lý .........................................................32 Hình II.3 Quá trình thực hiện tại tiến trình chủ ....................................................41 Hình II.4: Quá trình thực hiện tại các tiến trình tớ ...............................................42 Hình II.5: Mô hình phân tầng của hệ thống xử lý đa kênh ..................................44 Hình III.1: Sơ đồ thực thể liên kết ..........................................................................49 Hình III.2: Mô hình tổng thể các module ..............................................................53 Hình III.3: Mô hình truyền thông blocking trong hệ thống ..................................57 Hình III.4: Phương thức truyền thông qua tập lệnh .............................................58 Hình III.5: Mô hình đồng bộ dữ liệu giữa MTSS và DHS ....................................61 Hình III.6. Mô hình đồng bộ dữ liệu ......................................................................62 Hình III.7: Sơ đồ tổ chức dữ liệu của hệ thống .....................................................63 Hình III.8: Tương tác giữa tiến trình chủ và tiến trình tớ ....................................64 Hình III.9: Mô hình biểu diễn giải thuật tìm kiếm ................................................66 Hình III.10: Giao diện công cụ quản lý hệ thống ..................................................69 Hình IV.1: Mô hình ghép cụm hệ thống song song ...............................................72 Hình IV.2: Giao diện chính của hệ thống ..............................................................75 Hình IV.3: Hình mô tả các thanh công cụ của hệ thống.......................................75 Hình IV.4: Mô tả giao diện nhập đầu vào để khai thác .........................................78 Hình IV.5: Kết quả tìm kiếm được biểu diễn trên nền GIS ...................................79 Hình IV.6: Xem kết quả tìm kiếm chi tiết ...............................................................80 Hình IV.7: Biểu đồ hiệu năng tính toán đo theo HPL ...........................................82 Hình IV.8: Mô hình biểu diễn thời gian tính toán của hệ thống ..........................82 7 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay với sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin (CNTT) và khoa học kỹ thuật, đặc biệt là trong lĩnh vực truyền dẫn tín hiệu. Đất nước ta đang trong quá trình phát triển nhưng cũng đã nhận thấy được tầm quan trọng của CNTT và truyền thông trong vai trò công nghiệp hoá, hiện đại hóa. Tỉ lệ phát triển của nền CNTT nước ta được đánh giá là phát triển nhanh so với các nước bạn đã và đang phát triển. Nhưng nhìn chung trong lĩnh vực CNTT chúng ta mới phát triển ở mức độ thừa kế và phát triển thêm mà chưa hoặc có rất ít những sản phẩm đặc thù tầm cỡ quốc tế. Khó khăn hơn là trong lĩnh vực công nghệ cao, chúng ta ít có điều kiện tiếp xúc do nền kinh tế còn hạn hẹp. Trong lĩnh vực an ninh, quân sự quốc phòng việc thu tín hiệu vô tuyến điện là nhiệm vụ quan trọng của ngành Trinh sát Kỹ thuật (TSKT). Các tín hiệu do đối phương phát đi trên không trung bao gồm rất nhiều dạng: về tần số, về phương thức điều chế, về không gian và về thời gian như dạng thông tin vô tuyến điện HF( High Frequency), V/UHF( Very/Ultra High Frequency), vệ tinh,... Chỉ xét riêng về lĩnh vực tín hiệu sóng ngắn đã rất phức tạp. Các thiết bị sử dụng trong dải sóng này rất phong phú và đa dạng. Nhiệm vụ của TSKT là phải làm sao để thu được các dạng tín hiệu đối phương 1 đã phát đi, từ đó xử lý để có được nội dung thực của tin tức thu được. Khó khăn cho TSKT như vậy là vô cùng to lớn đặc biệt là trong điều kiện hiện nay với sự phát triển vượt bậc của công nghệ viễn thông và tin học, các thiết bị thông tin vô tuyến có trình độ công nghệ cao đảm bảo thông tin nhanh và bí mật. Trong thực tế, ta không thể biết trước được tần số làm việc, phương thức truyền tín hiệu, dạng mã tín hiệu cũng như thời gian trao đổi tin tức của đối phương. Trong khi đó, yêu cầu nghiệp vụ của TSKT là phải đảm bảo các yếu tố:  Chính xác: thu và xử lý đúng các tin tức của đối phương đã phát đi trong không trung. 1 Đối phương ám chỉ các đối tượng bị theo dõi 8  Đầy đủ: thu nhận đầy đủ các nội dung tin tức của đối phương. Điều này liên quan nhiều đến nhiễu tạp, pha đing và thời gian liên lạc của đối phương.  Kịp thời: đảm bảo có được nội dung thực của tin tức đối phương đã phát đi một cách nhanh nhất. Đối với các sóng mạng mới phát hiện hoặc đối phương thay đổi phương thức liên lạc thì phải có ngay được phương thức xử lý. Đây là một trong những yêu cầu quan trọng nhất của TSKT khi mà thông tin về phương thức truyền tín hiệu của đối phương với ta lại hầu như không có gì. Với một hệ thông tin nói chung bao gồm các trạm phát và thu. Khi các đối tượng trao đổi thông tin với nhau thì các trạm phát và thu đã có các quy ước với nhau rất chặt chẽ về thiết bị, về mã hoá tín hiệu, về tần số, về thời gian. Nói cách khác là các trạm phát và thu của đối phương “hiểu” nhau rất rõ. Nhiệm vụ của các TSKT là sử dụng một trạm thu để thu tin tức ở giữa thiết bị thu và phát của đối phương. Mô hình thu được mô tả trên hình I.1. Tin tức, mã hoá, điều chế Giải điều chế Giải mã Phát Thu Phát Thu Thu Xử lý thông tin thu được: Giải điều chế, giải mã,… Hệ thống lưu trữ, xử lý, phân phối và khai thác thông tin Hình I.1: Sơ đồ tổng quan thu tín hiệu Tin tức, mã hoá, điều chế Giải điều chế Giải mã 9 Với mô hình I.1, thiết bị thu vô tuyến điện bao gồm nhiều chủng loại khác nhau như thiết bị thu bắt thông tin vệ tinh, thiết bị thu thông tin sóng ngắn HF, cực ngắn V/UHF, thiết bị định hướng HF, V/UHF. Các đối tượng thuộc diện theo dõi là các cuộc trao đổi thông tin như các cuộc điện thoại, trao đổi các bản fax,.. đầu ra của các thiết bị này thường là các thông tin thu thô, liên tục theo thời gian thực, các thông tin này được chuyển đến bộ phận xử lý giải điều chế, giải mã để ra được các bản tin rõ như nội dung các bức điện, bản fax, thoại... Các thông tin rõ được chuyển tới công đoạn xử lý lưu trữ, phân loại đối tượng, và cung cấp phân phối thông tin theo yêu cầu nghiệp vụ. Như vậy trong trường hợp phải quản lý các cuộc trao đổi liên tục theo thời gian thì lượng thông tin dữ liệu lưu trữ rất lớn, vì vậy việc quản lý, khai thác tìm kiếm, thống kê các thông tin thu bắt được là rất khó khăn, nếu làm không tốt đôi khi sẽ bỏ sót hay làm mất mát các thông tin quan trọng. Hoặc kết quả thông tin khai thác được về các đối tượng đôi khi được biểu diễn dưới dạng văn bản, khó định vị, dễ gây rối hay nhầm lẫn. Ngày nay sự phát triển mạnh mẽ không ngừng của công nghệ thông tin đã mở rộng con đường cho tin học đi vào các lĩnh vực khoa học kỹ thuật, đời sống kinh tế xã hội, đặc biệt là trong lĩnh vực quân sự, mở ra một thời kỳ mới cho quá trình phát triển và ứng dụng công nghệ vào cuộc sống. Một trong những bước tiến rõ nét nhất là việc cải thiện tốc độc cho các bộ vi xử của các nhà sản xuất phần cứng, cùng với đó là sự ra đời của những dòng máy chủ chuyên dụng phục vụ cho các bài toàn lớn về số phép toán hay các bài toán có số lượng dữ liệu lớn. Bài toán thu tin đa kênh, với số lượng dữ liệu rất lớn và đa dạng rõ ràng là không thể xử lý trên một máy tính đơn lẻ. Do tính chất quân sự yêu cầu sự cấp thiết mang tính thời gian thực, bài toán đòi hỏi cần phải có các hệ thống máy tính đủ mạnh để có thể xử lý dữ liệu lớn một cách nhanh nhất và khai thác kết quả một cách chính xác, kịp thời nhất. 10 Nhận thức được vấn đề, đồng thời do nhu cầu thực tiễn, một số đơn vị nước ta đã có các công trình nghiên cứu về hệ thống máy tính xử lý song song như: Trung tâm tính toán hiệu năng cao - Đại học Bách khoa Hà nội, Công ty CadPro, Công ty AICBộ Quốc phòng,.... Kết quả đạt được rất khích lệ với ý tưởng ghép cụm các máy tính PCs cá nhân thành một hệ thống nhất với sự hỗ trợ môi trường xử lý song song của hệ điều hành mã nguồn mở Linux phục vụ việc xử lý, tính toán cho các bài toán lớn. Với sự thành công này, hệ thống ghép cụm xử lý song song rất phù hợp cho việc áp dụng xử lý dữ liệu thu đa kênh nhằm: - Phục vụ tốt cho công tác nghiệp vụ của Trinh sát điện tử trong lĩnh vực quân sự Quốc phòng. - Quản lý, kiểm soát được các thông tin thu đa kênh, tránh mất mát, nhầm lẫn. - Dữ liệu được khai thác một cách nhanh chóng, kịp thời đảm bảo tính thời sự. Để biểu diễn, khai thác và xử lý kết quả một cách chính xác, đưa ra các quyết định kịp thời, mô hình biểu diễn các đối tượng trên nền GIS( Geographical Information Systems) được xem là phù hợp cho các kết quả dữ liệu thu đa kênh. Công nghệ GIS ra đời trong những năm đầu của thập kỷ 70 và ngày càng phát triển dựa trên các thành tựu diệu kỳ của công nghệ tin học cả phần cứng lẫn phần mềm. Trong quá trình phát triển, công nghệ GIS đã trải qua các thời kỳ ứng dụng từ thấp đến cao, từ đơn giản đến phức tạp, tỏ rõ sức mạnh và hiệu quả trong quản lý, phân tích các thông tin địa lý của các đối tượng nghiên cứu. Vì thế, mô hình biểu diễn trên nền GIS được áp dụng để: - Quản lý vị trí địa lý của các đối tượng 11 - Biểu diễn thông tin kết quả tìm kiếm trên nền GIS sẽ dễ dàng giúp cho người sử dụng( các Trinh sát Kỹ thuật) có cái nhìn tổng quan trong việc phân tích kết quả thu được. - Giúp cho người sử dụng khai thác dữ liệu một cách trực quan, tránh gây nhầm lẫn. - Đặc biệt có thể xác định chính xác vị trí địa lý của các đối tượng trao đổi thông tin sẽ giúp ích cho nghiệp vụ của các Trinh sát điện tử trong việc ra quyết định. Với lý do này đề tài tốt nghiệp cao học ”Áp dụng công nghệ xử lý song song và mô hình biểu diễn GIS để xử lý, khai thác và biểu diễn dữ liệu thu đa kênh” được nghiên cứu để giải quyết khó khăn cho việc khai thác thông tin trong nghiệp vụ quân sự của các chiến sĩ Trinh sát Kỹ thuật điện tử. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN: - Mục lục - Các phụ lục kí hiệu viết tắt, bảng, hình vẽ - Mở đầu - Chương I: Khảo sát, phân tích hệ thống thu, xử lý thông tin thu đa kênh hiện thời - Chương II: Giới thiệu công nghệ song song và mô hình biểu diễn đối tượng trên hệ thống thông tin GIS - Chương III: Thiết kế hệ thống song song xử lý dữ liệu thu đa kênh - Chương IV: Cài đặt hệ thống - Chương V: Đánh giá kết quả đạt được - Tài liệu tham khảo 12 CHƯƠNG CHƯƠNG I: KHẢO SÁT HỆ THỐNG THU DỮ LIỆU I ĐA KÊNH I.1. Hệ thống thu thập và xử lý thông tin trong Tổng cục 2 Trong thời gian gần đây nhận thức được tầm quan trọng của việc thu các luồng thông tin vô tuyến điện, đặc biệt các luồng thông tin số, nhiều đơn vị trong Tổng cục được nhà nước đầu tư trang bị xây dựng một số trung tâm thu tin hiện đại trên các kênh thông tin vô tuyến, có khả năng thu được nhiều dạng thông tin và các loại mã khác nhau như trung tâm thu tin vệ tinh, phòng thí nghiệm phân tích thông tin vô tuyến điện. Trước khi đi vào nghiên cứu việc xử lý, khai thác dữ liệu thu đa kênh, luận văn xin trình bầy sơ qua một số bước tiền xử các phương thức thu tín hiệu, xử lý tín hiệu hiện tại. Các dạng thông tin thu hiện tại bao gồm: I.1.1. Thu tin từ vệ tinh I.1.1.1 Đặc tả hệ thống Cấu hình thu vệ tinh như hình I.2 sau: IF =140MHz R F Antenna AZ,AL MOTOR ANTEN CONTROLER FEED & LNA TRACKING RECEIVER D I V I D E R DOWN CONV 1 DOWN CONV 2 DOWN CONV n I F D I V I D E R Rb = 2048Kb/s IDR MODEM 1 IDR MODEM n SPECTRUM ANALYZER Hình I.2: Mô hình thu dữ liệu từ vệ tinh DEMUX 1 DEMUX n 1 2 30 DIGITAL RECORDER 1 1 2 30 SIGNAL PROCESSING PC 13 Antenna thu vệ tinh có nhiệm vụ thu tín hiệu từ vệ tinh xuống. Do khoảng cách từ vệ tinh xuống trạm thu mặt đất là rất lớn cỡ 36.000 Km, trong khi đó công suất của bộ phát đặt trên vệ tinh có hạn, nên tín hiệu khi đến antenna của trạm mặt đất có cường độ rất nhỏ. Do đó để thu được tín hiệu từ vệ tinh đòi hỏi chất lượng của antenna trạm mặt đất rất cao kể từ độ bằng phẳng của mặt phản xạ cho đến kết cấu cơ khí vững chắc và chính xác của nó. Chính vì thế antenna tại trạm mặt đất là một thiết bị hết sức quan trọng và bản thân nó quyết định cấu hình và hoạt động khai thác của trạm. Tín hiệu thu được sau đó được đưa vào bộ khuếch đại tạp âm thấp (Low Noise Amplifier: LNA), nó có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu thu được lên đủ lớn với tạp âm nhỏ. Như vậy yêu cầu đối với bộ LNA là độ khuếch đại càng lớn và mức tạp âm càng nhỏ càng tốt. Đồng thời để tránh suy hao do đường Phiđơ gây ra thì bộ khuếch đại LNA thường được đặt ngay tại antenna. Tiếp theo tín hiệu được đưa vào bộ chia cao tần RF( Radio Frequency) Divider, sau đó tín hiệu được đưa vào bộ Down Converter để đổi từ tín hiệu cao tần xuống tín hiệu trung tần 140 MHz. Đến đây nếu muốn cùng một lúc thu được nhiều luồng sóng mang khác nhau thì phải cho tín hiệu đi qua bộ chia trung tần IF( Intermediate Frequency) Divider và mỗi đầu ra của nó cho qua một bộ IDR MODEM ( Intermediate Data Rate MODEM) nó có nhiệm vụ giải mã, giải điều chế để có được luồng số cơ bản có tốc độ đúng bằng tốc độ của luồng số được đưa vào IDR MODEM ở bên đối phương. Bộ phân tích phổ( Spectrum Analyzer) làm nhiệm vụ xác định giải tần số để điều chỉnh góc độ của Antenna. Tốc độ luồng số ở đây bao một dải rất rộng gồm các loại tốc độ cơ bản như sau: 64, 192, 256, 384, 512, 1024, 1544, 2048, 6312, 8448, 32064, 34368, 44736 Kbps. Các luồng số có tốc độ từ 1544 đến 44736 Kbps đều được thêm một cấu trúc tiếp đầu gọi là Overhead vào đầu luồng thông tin để tạo thành khung số liệu. Overhead chứa tín hiệu đồng bộ, kênh thông tin nghiệp vụ, các tín hiệu báo cảnh. Tốc độ Overhead thường là 96 Kbps. 14 Với mỗi loại tốc độ khác nhau ta phải dùng các bộ IDR khác nhau, do vậy tuỳ thuộc vào đối tượng thu và phụ thuộc vào khả năng kỹ thuật mà đối phương thường dùng mà chọn IDR MODEM cho phù hợp. IDR MODEM nghiên cứu thu luồng là 2048 kbps. Luồng số 2048 kbps từ đầu ra bộ IDR MODEM được đưa qua bộ phân kênh DEMUX để tách ra thành 30 kênh với tốc độ mỗi kênh là 64 kbps. Đầu ra của bộ phân kênh DEMUX là các tín hiệu thoại, fax, data,... Để đảm bảo trong suốt quá trình thu antenna luôn hướng thẳng vào vệ tinh thì ở đây ta phải có một hệ thống tự động bám vệ tinh đi kèm với trạm thu. Hệ thống này gồm có bộ thu tín hiệu bám(Tracking Receiver), bộ điều khiển antenna(Antenna Controller) và các mô tơ quay góc ngẩng và góc phương vị của Antenna (EZ, AL Motor). I.1.1.2 Các dạng thông tin thu từ vệ tinh  Thông tin dạng ảnh, video  Thông tin thoại  Fax, Telex  Số liệu-Data (Email, internet, ảnh, video, văn bản số) I.1.1.3 Phương thức xử lý dữ liệu Hiện tại ở trung tâm vệ tinh đã xử lý thu được các tín hiệu fax, thoại qua việc xử lý các tín hiệu tại đầu ra 30 kênh của bộ DEMUX nhờ các thiết bị ghi chuyên dụng số nhiều kênh và các phần mềm giải mã chuyên nghiệp như MFAX, M5. Các số liệu thu được được lưu trữ thủ công trên hệ thống mạng LAN và không được phân loại và tiền xử lý vì vậy rất hạn chế cho việc ứng dụng và khai thác các số liệu thu được, hơn nữa số liệu thu được ở đầu vào là rất lớn với 4 luồng E1 2 2 E1 là một đường truyền số có dung lượng 2Mbit/s 15 (2Mbit/s) tức là trung bình 1 giây hệ thống phải xử lý 8Mbit thông tin, với mô hình xử lý thông tin hiện tại hệ thống không thể xử lý và lưu trữ khối lượng thông tin thu được vì vậy đã để thất thoát nhiều, một khối lượng lớn thông tin thu được đã không được xử lý hoặc bị bỏ qua. I.1.2. Hệ thống thu tin sóng HF, VHF, UHF I.1.2.1 Cấu trúc hệ thống Cấu trúc hệ thống được thể hiện như hình I.3: Anten 300-3000 MHz Anten 20-500 MHz Anten 9kHz- 80 MHz Chuyển mạch anten Máy thu đa kênh HF/VHF/UHF. Thu giải mã dữ liệu Hình I.3: Hệ thống thu tin sóng HF,VHF,UHF. Hiện tại phương thức thu này được sử dụng chủ yếu tại các đơn vị trinh sát Vô tuyến điện trong Tổng cục. Cấu trúc của hệ thống bao gồm nhiều chủng loại khác nhau:  Loại đơn giản gồm máy thu HF hoặc V/UHF đầu ra được xử lý qua thiết bị chuyên dụng nối vào máy tính và sử dụng các phần mềm giải mã chuyên dụng để giải mã tin thường được sử dụng tại các đơn vị trinh sát, các thiết bị này được tổ chức độc lập chưa được kết nối mạng và thường chỉ phục vụ 16 chuyên cho các đối tượng thu nhất định với kiểu mã hoá hạn chế như điều tần 2, điều tần 4,...  Loại hiện đại vừa được trang bị của hãng THOMSON tại phòng thí nghiệm phân tích thu bao gồm các thiết bị máy thu chất lượng cao được điều khiển tự động bằng phần mềm máy vi tính có kết nối mạng LAN và các phần mềm chuyên dụng dùng để giải mã phân tích các tín hiệu thu được. I.1.2.2 Các dạng thông tin thu từ kênh vô tuyết HF, VHF, UHF  Thông tin tham số của đài phát như tần số, kiểu mã hoá, đối tượng,...  Thông tin đàm thoại.  Các bản tin, Fax, Telex. I.1.2.3 Phương thức xử lý dữ liệu Hiện tại các bản tin thu được của phương pháp thu này còn chưa được qui hoạch tổng thể, mỗi đơn vị thu lưu trữ theo kiểu riêng của mình và khuôn dạng dữ liệu cũng rất khác nhau do có các chương trình giải mã khác nhau đang cùng tồn tại và phần lớn chưa được nối mạng giữa các đơn vị và phân loại xử lý lưu trữ tự động. Vì vậy dữ liệu thu chưa được quản lý tốt và việc khai thác được thực hiện thủ công trên các máy tính cá nhân nên chưa triệt để. I.2. Phân tích giải pháp của một số nước Sau khi nghiên cứu qua một số cách thu, xử lý và khai thác tín hiệu tại Tổng cục, trong phần này đề tài luận văn sẽ giới thiệu sơ bộ về phương án tổ chức qui trình thu, xử lý và phân phối thông tin thu của một số hãng đại diện cho các quốc gia có nền công nghệ thu tiên tiến. I.2.1 Quy trình xử lý và phân phối thông tin thu của hãng THALES Quy trình thu, xử lý và phân phối thông tin thu vô tuyến điện của hãng THALES (THOMSON - Cộng hoà Pháp ) được mô tả như sau: