Định vị và dẫn đường hàng hải

Mục tiêu của học phần: Cung cấp kiến thức cơ bản của các hệ thống và thiết bị định vị và dẫn đường hàng hải cho các SV Điện tử viễn thông. Nội dung chủ yếu: Khái niệm về nguyên lý hoạt ưĐể phối hợp tải người ta có hai phương pháp:phương pháp biến áp và phương pháp bù. Phương pháp biến áp: Nhờ cáccơ cấu biến áp thành phần tích cực của tổng trở tải đườngtruy ền sóng được biến đổi bằng trở kháng sóng của đường truyền bằng, nhờ một đoạn đường truyền 1/4 bước sóng như hình 4.5a, khi đó

pdf70 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 03/06/2013 | Lượt xem: 2855 | Lượt tải: 6download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Định vị và dẫn đường hàng hải, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Khâu thuê bao trong các hệ thống dẫn đường vệ tinh là tất cả các điểm thu (máy thu) bất kể chủng loại nào dùng để thu tín hiệu dẫn đường từ vệ tinh. Phụ thuộc vào mục đích, có thể thu được tín hiệu trên một hoặc hai tần số sóng mang cùng các mã tương ứng của các vệ tinh. Công dụng của các máy thu, bao gồm các lĩnh vực như xác định vị trí điểm thu (dân sự, quân sự, cố định hay di động), chuyển đổi thời gian (transfer time), đo lường trắc địa… . Trong các mục tiếp theo của tài liệu này như tiêu đề của tài liệu, chỉ đề cập tới các máy thu được trang bị nhằm mục đích xác định vị trí duy nhất của tàu biển. 0315 0135 045 0225 )b Hình 7.9 Bố trí vệ tinh trên các quỹ đạo kề cạnh nhau: Đối xứng (a,b); không đối xứng (c, đ) trong hệ thống dẫn đường vệ tinh. 00 090 0180 0270 )a 00 090 0180 0270 c) 00 090 0180 0270 d) suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 41 VẤN ĐỀ VÀ CÂU HỎI Câu 7.1: Nguyên lý chung về dẫn đường VTĐ? Trình bày phương pháp xác định tọa độ điểm đo trong dẫn đường Vệ tinh. suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 42 Chương 8: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ 8.1 NGUYÊN LÝ CHUNG Có hai phương pháp để xác định khoảng cách này, đó là phương pháp đo pha Doppler và phương pháp đo khoảng thời gian thời gian. 8.1.1 PHƯƠNG PHÁP DOPPLER A. Hiệu ứng Doppler và ứng dụng Hiện tượng Doppler được phát biểu: Nếu nguồn sóng (quang học hay âm thanh) và điểm đo cùng chuyển động hoặc một trong hai đối tượng đó đứng yên, thì tần số của sóng thu được tại điểm đo khác với tần số của nguồn sóng. Khi hai đối tượng trên gần nhau thì tần số sóng thu được sẽ tăng lên và khi chúng xa nhau thì tần số này sẽ giảm đi. Hiệu của hai tần số phát và thu là tần số Doppler: D T RF f f  (8.1) Tần số Doppler được minh họa trên hình 8.1. Do nguồn sóng vượt qua trong thời gian một chu kỳ T, nên: .d v T = /v f và độ dài bước sóng: ' /d v f      . nguồn S là sóng điện từ được xác định: WD T vF f c  (8.3) Khi điểm đo bất động, nguồn phát sóng điện từ (vệ tinh) chuyển động trên quỹ đạo quanh trái đất được minh họa trên hình 8.2. Vận tốc hướng tâm của vệ tinh được xác định: trong đó, Rv -vận tốc góc tương đối hướng tâm của vệ tinh, ' /dD dt  - đạo hàm của khoảng cách S-P, Tf , Rf -tần số phát của vệ tinh và tần số thu được tại điểm P. Đây chính là nguyên lý cơ bản của phép đo tần số Doppler của các hệ thống dẫn đường vệ tinh. B. Nguyên lý thu tích phân Doppler Nguyên lý đo lường ở đây dựa vào biểu thức (8.6), mối liên quan giữa tần số Doppler đo được và vận tốc hướng tâm tương đối của vệ tinh Rv . Hình 8.2 Tần số thu, khi điểm đo P bất động. DF DF Tf Rf t 0t Rv = wv .cos, (8.4) Các giá tri vận tốc trong (8.4) được mô tả trên hình 8.3. Với giả thiết rằng hệ số chiết suất của sóng điện từ trong không trung bằng 1: RD R T T vF f f f c    = ' .Tf c  , (8.5) Hình 8.1 Minh họa hiện tượng Doppler. t1- Điểm đo R T Df f F  Tf R T Df f F  Đi xa Tới gần t Nếu như vận tốc của âm thanh là g thì tần số thu được tại điểm đo Rf tương ứng với bước sóng R sẽ là: (1 )R T vf f g   , (8.2) Tương tự như vậy, tần số Doppler, khi  S Pv Rv Sv wv P Hình 8.3 Vận tốc tương đối, vận tốc góc của vệ tinh (a); Sự biến đổi vận tốc góc của vệ tinh S khi bay qua điểm đo (b). S  090  wv Rv wv Rv wv Vệt đi của vệ tinh trên mặt đất. d P S S suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 43 Tần số Doppler trong trường hợp này được đo trên cơ sở so sánh giữa tần số thu được Rf , với tần số chuẩn 0 Tf f , tạo ra tại máy thu như trong sơ đồ trên hình 8.4. Trong thực tế, do sự chênh lệch giữa tần số phát và tần số thu rất nhỏ, nên tấn số Doppler này có thể đo được bằng phương pháp đếm xung trong một khoảng thời gian ( 1 2,t t ): 2 1 0( ) t R t N f f dt  (8.6) Thiết bị tần số Doppler trong khoảng thời gian đo khác nhau ( 1 2,t t ) là mạch đếm số chu kỳ N. 8.1.2 PHÉP ĐO KHOẢNG THỜI GIAN Phép đo khoảng cách giả định giữa tàu - vệ tinh, với những giả thiết như vận tốc lan truyền sóng là cố định, chính là phép đo thời gian lan truyền của sóng điện từ trên khoảng cách ấy thông qua việc so sánh thời gian tới của tín hiệu từ vệ tinh với thời gian chuẩn tại máy thu. Do đồng bộ trong hệ thống và môi trường lan truyền sóng không lý tưởng nên khoảng cách đo được ' , được gọi là khoảng cách giả định:: ' .( ) .u S ac t t c t       (8.7) trong đó: ut , St -độ lệch thời gian của đồng hồ thuê bao và đồng hồ vệ tinh so với chuẩn hệ thống, at -thời gian trễ khi sóng đi qua các tầng điện ly và đối lưu. Khi đó khoảng cách đo được trong không gian 3 chiều được xác định: 2 2 2( ) ( ) ( )P S S P S P S PX X Y Y Z Z        (8.8) Và để giải phương trình trên, cần tiến hành đo tối thiểu 03 khoảng cách giả định giữa máy thu với các vệ tinh khác nhau. Vì sai số ut là một đại lượng chưa biết nhưng là cố định, nên sẽ là ẩn số thứ 4. Vì thế trong các hệ thống dẫn đường vệ tinh cần tới 4 phép đo mới có thể xác định được toạ độ của điểm đo (4 phép đo khoảng cách, cho hệ phương trình 4 ẩn số ). 8.1.3 ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC VỊ TRÍ Độ chính xác trong xác định vị trí bằng hệ thống GPS của từng vị trí điểm đo có thể ước lượng trên cơ sở ma trận hợp biến P của vector tọa độ gia tăng W 2 2 2 2 )cov( tthtt hthhh th th KKK KKK KKK KKK WP          (8.9) Đường chéo của ma trận này 2 , 2  , 2 h , 2 t , là các sai số (biến thái) của các thông số cần xác định:  ,  , h thời gian t . Trong hệ thống GPS vị trí của điểm đo được xác dịnh nhờ 4 vệ tinh, nên ma trận hợp biến R khi đó có dạng: Hình 8.4 Nguyên lý thu tích phân Doppler trong các hệ thống dẫn đường vệ tinh. Máy phát Tạo sóng 0Tf f Tf VỆ TINH 0 Tf f Rf Máy thu So tần Dao động chuẩn 0f T Df F suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 44 1 1 2 1 3 1 4 2 1 2 2 3 2 4 3 1 3 2 3 3 4 4 1 4 2 4 3 4 2 2 2 2 K K K K K K R K K K K K K                                  (8.10) Nếu giả thiết rằng sai số các phép đo của tất cả các khoảng cách không chỉ độc lập với nhau, mà còn đồng nhất và có cùng sai số 1  = 2  = 3  = 4  = . P . Trong hệ thống GPS, sai số M, của vị trí xác định được có thể đánh giá bằng căn hai của tổng các phương sai: 2222 thM    , (8.11) được gọi là căn bậc hai của “Dấu ma trận: Tr” – (Trace trong tiếng Anh). Trong biểu thức trên, người ta giả thiết rằng tất cả các biến thái (có 4 biến), có cùng một đơn vị đo [m2], điều đó có nghĩa là trong biến thái 2t người ta đã đề cập tới vận tốc lan truyền của sóng điện từ c . Nếu không biểu thức (8.12) có dạng: 2 2 2 2.h tM c        (8.12) Nếu đề cập tới biểu thức (8.12) và sai số phép đo, sai số M sẽ có dạng: 1( )TPM Tr G G  (8.13) Trong các tài liệu đặc biệt, căn của “Dấu ma trận”: 1( . )TTr G G  được gọi là hệ số chính xác địa cầu 4 chiều (không gian: 3 chiều + thời gian), từ đó chúng ta có: - Hệ số chính xác địa cầu GDOP (Geometric Dilution of Precition) : 1).(  GGTrGDOP T (8.14) Người ta cũng còn dùng một vài hệ số không đơn vị khác nữa như: - Hệ số chính xác không gian, được xác định PDOP (Position Dilution of Precition): 2221 h P PDOP     (8.15) - Hệ số chính xác theo phương ngang (không gian 2 chiều) HDOP -(Horizontal Dilution of Precition), đó chính là hệ số chính xác trên mặt phẳng ngang: 221    P HDOP (8.16) - Hệ số chính xác theo phương đứng VDOP (Vertical Dilution of Precision): 21 h P VDOP    (8.17) - Hệ số chính xác thời gian TDOP (Time Dilution of Precision): 21 th P TDOP    (8.18) Tất cả các hệ số chính xác trên đều không có đơn vị và liên quan với nhau bằng các biểu thức: 2 2 2 2 2 2 (PDOP) =(HDOP) +(VDOP) (GDOP) =(PDOP) +(TDOP)    (8.19) Trong dẫn đường hàng hải, các hệ số thường được sử dụng nhất là PDOP và hệ số HDOP. Giá trị của chúng thường được báo hiệu ở phần lớn các máy thu dẫn đường đẳng cấp trung bình và cao. suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 45 8.2 CHUẨN THỜI GIAN VÀ THANG ĐO Thời gian là một đại lượng vật lý đặc trưng cho những sự kiện xảy ra kế tiếp nhau, đơn vị của thời gian là giây (s), theo Newton thời gian là một đại lượng tuyệt đối không phụ thuộc vào không gian hay bất cứ một nhân tố nào khác. Tần số là đại lượng liên hệ chặt chẽ với thời gian và liên quan đén quá trình quan sát các hiện tượng lặp đi, lặp lại trong các khoảng thời gian nhất định. Vậy, tần số là đại lượng biểu thị tốc độ lặp lại của các sự kiện trong một đơn vị thời gian. Đơn vị của tần số là Hertz (Hz). 8.2.1 MẪU CHUẨN THỜI GIAN VÀ TẦN SỐ Mẫu chuẩn thời gian là hệ thống tạo ra các sự kiện được sắp đặt trong không gian, được chọn trên tiêu chuẩn đồng đều cực đại và việc xuất hiện các sự kiện có thể kiểm tra được bằng thực nghiệm đối với các hệ chuẩn mực khác nhau. Mẫu thời gian được trang bị trong bộ nhớ - đếm số các sự kiện được gọi là đồng hồ. Mẫu chuẩn tần số lại là một mạch dao động, tạo ra chuỗi các sự kiện độc lập theo thời gian. Ở cuối thế kỷ 20 đầu thế kỷ 21 phần lớn các chuẩn mẫu thời gian hoạt động trên thế giới là mẫu chuẩn nguyên tử, trong đó 80% là Rubid, còn lại là Cez. Độ ổn định hàng năm và hàng ngày của những mẫu chuẩn này là 10-12 và 10-13 (ở đây không có quan hệ tuyến tính). Hiện nay, xuất hiện mẫu chuẩn Hydro với độ ổn định cỡ 14 1510 10  / năm. Mẫu chuẩn tần số (và thời gian) nguyên tử là các bộ dao động điện áp biến đổi, được ổn định bằng các hiện tượng bên trong của nguyên tử Cez với tần số chuẩn là: 9.192.631.770 Hz. 8.2.2 ĐỊNH NGHĨA ĐƠN VỊ THỜI GIAN. Đó là: -1s = 1/86.400 của một ngày mặt trời trung bình. -1s = 1/31.556.925,9747 phần của một năm “khép kín “Giây” chính là thời gian tồn tại 9.192.631,770 chu kỳ bức xạ tương ứng với sự thay đổi trạng thái của hai mức năng lượng ở dải cơ bản của nguyên tử cez 133. [6] 8.2.3 THANG ĐO THỜI GIAN Có 3 thang đo thời gian ràng buộc với chuyển động của trái đất là: thang sao trời, thời gian mặt trời trung bình và thang đo vạn năng UT (Universal time), dựa trên việc trung bình hóa thời gian quay của trái đất quanh mặt trời. Với thang đo thời gian vạn năng có thể phân thành: UT0, UT1 và UT2. Thời gian GMT (Greenwich Mean Time- thời gian Greewich trung bình), được sử dụng như thang đo tương đối chung cho thời gian vạn năng UT. GIÂY CHUYỂN TIẾP b) 30 tháng sau, 23h 59 m 59s 54 55 56 57 58 0 1 2 3 4 1 tháng 7, 0 h 0m 0s 56 57 58 59 60 0 1 2 3 4 GIÂY CHUYỂN TIẾP 30 tháng 6, 23h 59m 61s 1 tháng 7, 0 h 0m 0s a) Hình 8.5 Minh họa “ giây chuyển tiếp”: Giây dương(a), giây âm (b). Ngày nay, trong khi đề cập tới tất cả các hiệu chỉnh UTC từ trước tới nay, sự chênh lệch giữa TAI và UTC được tính khoảng 10 giây. UTC có tốc độ chuyển dịch tương tự như TAI nhưng khác nhau một số chẵn giây, số này lựa chọn sao cho: sUTCUT 9,01  (8.20) Do chuyển động của trái đất có sự dao động nhất định như đã nói ở phần trên, TAI hàng năm vượt UTI là 0,82s, TAI hàng năm vượt UTI là 0,82 s, nên thang đo UTC điều chỉnh 2 lần trong một năm, như minh họa trên hình 8.5. Hình 8.6 minh hoạ quan hệ giữa các thang đo thời gian, trong thực tế có thể chia thành tự nhiên và nhân tạo (mẫu nguyên tử0 suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 46 Sự chênh lệch dự đoán giữa UTI và UTC, được ký hiệu là: DUT1: DUT1=UT1-UTC (8.21) VẤN ĐỀ VÀ CÂU HỎI Câu 8.1: Các phương pháp đo khoảng cách giả định trong các hệ thống dẫn đường vệ tinh. Ưu, nhược điểm của từng phương pháp? Hình 8.6 Quan hệ giữa các thang đo thời gian, dựa trên chuyển động của trái đất và các mẫu nguyên tử. Thang đo thời gian, dựa vào chuyển động của trái đất Thang đo thời gian, dựa trên các mẫu nguyên tử. UT0 UT1 UT2 TAI DUT  UT1-UTC UTC UT1-UTC < 0,9 s THANG ĐO THỜI GIAN suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 47 Chương 9: HỆ THỐNG GPS – NAVSTAR Hệ thống dẫn đường vệ tinh của Mỹ GPS - NAVSTAR (Global Position System - Navigation System Time And Ranging) tiếp theo được gọi ngắn gọn là GPS. Đó là một hệ thống xác định vị trí của thuê bao nhờ phép đo khoảng cách giữa thuê bao và vệ tinh gián tiếp thông qua phép đo khoảng thời gian của tín hiệu từ vệ tinh tới thuê bao. 9.1 CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 9.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Do những khiếm khuyết cơ bản của hệ thống Transit, ở Mỹ người ta đã tích cực tiến hành các công việc xây dựng một hệ thống dẫn đường khác, hoàn toàn mới, thoả mãn tất cả các yêu cầu của công tác dẫn đường hàng hải, hàng không và đường bộ.hiện hành, đó là: - Xác định vị trí của thuê bao ở mọi nơi, mọi lúc và trong mọi điều kiện môi trường. - Hệ thống có thể xác định vị trí thuê bao với sai số trung bình nhân không quá 10 m, vận tốc chuyển động của thuê bao không quá 0,1 m/s, sai số thời gian không quá 1s. - Hệ thống có khả năng chống tắc nghẽn. - Hệ thống có khả năng chống lừa gạt. - Trạm thuê bao là thụ động (chỉ thu không phát). - Sử dụng hệ thống miễn phí, khi cần thiết phí tổn là tối thiểu. - Vệ tinh có thể sử dụng để mang các tải có ý nghĩa quân sự. - Vệ tinh được bảo đảm không bị hỏng hóc do bức xạ laze và chấn động cơ khí. Công cuộc xây dựng hệ thống GPS kéo dài gần 20 năm, bắt đầu từ tháng 7 năm 1974 và hoàn chỉnh vào ngày 17.7.1995. Số lượng vệ tinh là 24 chiếc được bố trí trên 6 quỹ đạo khác nhau [6]. Ngày nay, hệ thống GPS do Bộ Quốc phòng Mỹ quản lý và điều hành. Hệ thống GPS, bao gồm 3 khâu: Khâu mặt đất, khâu vũ trụ (các vệ tinh) và khâu thuê bao. 9.1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG. Nguyên lý hoạt động của hệ thống GPS dựa trên phép đo khoảng cách giả định ' tại máy thu thuê bao thông qua việc đo khoảng thời gian lan truyền của sóng điện từ từ vệ tinh tới máy thu. Khi đó: ' . .( ) .S U S a mc t c t t c t           (9.1) Kết quả đo đồng thời 4 khoảng cách giả định tới 4 vệ tinh khác nhau có thể tìm nghiệm của hệ phương trình dẫn đường: 2 2 2' ( ) ( ) ( ) . 'Si U Si U Si UX X Y Y Z Z c        , 1 4i   (9.2) 9.2 KHÂU VŨ TRỤ 9.2.1 THÔNG SỐ QUỸ ĐẠO, SỐ LƯỢNG VÀ CÁCH BỐ TRÍ Cấu hình nguyên thủy được khẳng định vào năm 1973 là 24 vệ tinh, phân bố đều trên 3 quỹ đạo (3 x 8 ), góc nghiêng quỹ đạo là 630, chiều cao là 20.335 Km, các quỹ đạo cách nhau 1200 theo đường kinh tuyến. Vài ba năm sau, góc nghiêng này giảm xuống 530, số lượng quỹ đạo tăng lên 6 quỹ đạo (4 x 6=24). Độ cao của quỹ đạo trong phương án này là 20.138 Km, vận tốc chuyển động là 3,87 Km/s và chu kỳ quay của vệ tinh là 11 giờ 57 phút 58,3 giây (một nửa ngày). Có thể quan sát không ít hơn 4 vệ tinh, với xác suất tới 0,9996, khi ,t minh  5 0,. Các quỹ đạo được ký hiệu từ A đến F, các vệ tinh trên cùng một quỹ đạo được ký hiệu từ 1 đến 4 ví dụ A-3, D-4. Cách phân bố 24 vệ tinh được giới thiệu trên hình 9.1. Từ năm 2000, sau hội thảo châu Âu lần thứ hai tại Tuluze, (lượng vệ tinh dự Hình 9.1 Số lượng và phân bố vệ tinh GPS. suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 48 phòng tăng lên 4 chiếc [(4 x 5) và (2 x 4)]. Hình 9.2 giới thiệu cách phân bố tất cả 27 vệ tinh trên từng quỹ đạo của hệ thống GPS (theo vĩ độ của vệ tinh và kinh độ của nút khởi đầu), vào lúc tại 9 giờ UTC, ngày 25 tháng 2 năm 1998. toàn không đối xứng. kể ra 7 hệ thống phụ như sau: Hệ thống đưa vệ tinh vào quỹ đạo; Hệ thống bám theo và điều; Hệ thống kiểm tra độ cao và vận tốc của vệ tinh; Hệ thống kiểm tra công tác của các động cơ; Hệ thống dẫn đường; Hệ thống kiểm tra nhiệt, Nguồn nuôi Các vệ tinh “block II/IIa” có trọng lượng khoảng 900 Kg, bao gồm khoảng 65.000 các cấu kiện khác nhau. 9.2.3 TẦN SỐ SÓNG MANG. Tất cả các vệ tinh trong hệ thống liên tục phát đi các tín hiệu trên 2 tần số sóng mang khác nhau trên băng L và S: 1 10, 23 154 1575, 42f MHz MHz   và 2 10, 23 120f MHz  = 1.227,6 MHz. Ngoài mục đích xác định vị trí, tất cả các vệ tinh còn phát sóng ở tần số 1.381,05 MHz cho các mục đích khác nữa. Tần số 1.783,84 MHz dùng cho việc truyền các thông số của vệ tinh về các trạm mặt đất và các mối liên lạc trái đất - vệ tinh được truyền trên tần số 2.227,5 MHz . 9.2.4 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ Sóng mang bị biến điệu biên độ - pha bởi các mã nhị phân PRN: ( )iP t , ( )iC t và thông báo vũ trụ được mã hóa ( )iD t của máy phát vệ tinh thứ i có dang: .1 1 1( ) . ( ). ( ). (2 . ) 2 ( ). ( ). (2 . )i P i i c i iS t A P t D t cos f t A C t D t sin f t   , (9.3) .2 2( ) . ( ). ( ). (2 . )i P i iS t B P t D t cos f t (9.4) Mã ( )P t , loại mã chính xác (P – Precis, hay Protected - được bảo mật); Mã phổ thông ( )C t , C/A -Coarse Acquisition hay Clear Acquisition - truy nhập tự do; Mã ( )D t (Depose – lưu trữ), là các thông báo vũ trụ. Sơ đồ khối của quá trình tạo nên các tín hiệu phát đi từ các vệ tinh được minh họa trên hình 9.3. Qua hình vẽ cho thấy, kể cả trường hợp 4 hay 5 vệ tinh trên cùng quỹ đạo, cách bố trí chúng trên quỹ đạo hoàn không đối xứng. 9.2.2 CẤU TRÚC VỆ TINH Tất cả các vệ tinh của hệ thống GPS cho đến nay đã được sản xuất hay đang trong thiết kế có thể chia làm 5 thế hệ, mỗi thế hệ được đặc trưng bởi tên gọi là block, đó là các khối O, I, II, IIa và IIR. Các vệ tinh “Block IIa” IIR ngoài cấu trúc tự mang có thể D2 10/90 180.0 90.0 0.0 -90.0 -180.0 17 D3 1/90 24 4 15 10 16 14 21 23 13 18 29 1 26 19 25 8 9 27 22 30 5 2 6 7 31 3 D1 8/91 D4 11/93 E2 8/90 D3 1/90 D3 8/96 E5 10/89 E1 4/89 F5 7/97 F3 2/90 F4 1/93 F1 12/92 6 F2 7/92 A3 9/92 A1 7/93 A5 11/97 A2 3/92 A4 11/89 B3 8/89 B4 9/98 B2 9/96 B1 4/93 C2 4/96 C3 4/93 C4 6/93 C1 3/94 Vĩ độ vệ tinh [ 0 ] Hình 9.2 Cách bố trí 27 vệ tinh trên quỹ đạo suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 49 Các vệ tinh đầu tiên của hệ thống GPS phát các tín hiệu với công suất 6 W. Ngày nay, do tiến bộ của công nghệ và kỹ thuật, giá thành của các thiết bị phát được giảm xuống và công suất máy phát có thể đạt tới 450 W, hoạt động liên tục trong rất nhiều năm. Mức công suất tín hiệu tối thiểu thường có giá trị danh định là: - 163 dBW với tần số 1575,42 MHz mã P - 160 dBW với tần số 1575,42 MHz mã C/A - 166 dBW với tần số 1227,60 MHz mã P. Phổ tần của các tín hiệu phát đi từ vệ tinh trên các tần số L1, L2, trong hệ thống GPS được minh họa trên hình 9.4. 9.2.5 MÃ ĐIỀU CHẾ Mã chính xác P là tích của hai mã giống hệt nhau có thể tách ra 37 dãy mã khác nhau, mỗi một dãy mã trong số này: 1 2( ) ( ). ( . )i iP t X t X t n T  (9.5) (3.7) trong đó, in - các số nằm trong khoảng (0,36) đặc trưng cho vệ tinh thứ i, T - thời gian tồn tại của một tín hiệu nhị phân (chu kỳ), nghĩa là 10-6/10,23 = 1/10,23 s. Mã C/A là mã tính được 1023 tín hiệu, nguồn tạo ra chúng đồng pha với dao động tạo ra các mã X1 và mã X2 ở tần số 1,023 MHz. Mỗi một chu kỳ của mã này là 1ms. Mã ( )iC t đặc trưng cho vệ tinh thứ i là tích của hai mã 1C và 2C : 1 2( ) ( ). ( .10 )i iC t C t C t m T  (9.6) Cộng modulo2 Nhân modulo 2 Hình 9.3 Sơ đồ tạo tín hiệu phát của các vệ tinh GPS. ,1( )iS t 1575,42 MHz Di(t) 50bit/s Mã P/Y 10,23MHz  Mã C/A 1,023MHz Dịch pha 090 10,23 MHz 1227,6 MHz ,2 ( )iS t 1227,542 MHz 20,46 MHz f [Hz] P[dBW] 166 P- Code b) Hình 9.4 Dạng phổ của tín hiệu phát đi từ vệ tinh trên các tần số sóng mang khác nhau. 1575,42 MHz 20,46 MHz 2,046 MHz f [Hz] P[dBW] 160 163 C/A code P- Code a) suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 50 trong đó, im - một số nằm trong vùng (0 1022), 0,1022im  , đặc trưng cho vệ tinh thứ i , T - thời gian tồn tại một xung nhị phân trong biểu thức (3.8) hay T = 1/10,23 s. Nghĩa là có thể kể ra 1023 mã ( )iC t khác nhau, là mã code của vệ tinh cho trước. 9.2.6 THÔNG BÁO VŨ TRỤ 10 từ mã với độ dài 30 bit. Thời gian truyền một từ sẽ là 0,6 s và 1 bít hết 0,02 s, như mô tả trên hình 9.5. Trong mỗi khung của tất cả 5 khung kể trên, hai từ đầu được gọi là các từ khóa và hoàn toàn giống nhau: TLM và HOW. 8 từ còn lại là nội dung thông tin được tạo ra từ khâu mặt đất, bao gồm: - Số thứ tự tuần GPS, sai lệch đồng hồ chuẩn vệ tinh St , tuổi dữ liệu, quy ước và sức khoẻ của vệ tinh. - Thông báo dữ liệu quỹ đạo vệ tinh. - Dấu hiệu mã P(Y), dữ liệu UTC, hiệu chỉnh điện ly, cảnh báo cho độ ưu tiên, báo động hệ thống (n vệ tinh dự phòng tích cực) - Niên lịch của hệ thống (24 vệ tinh hoạt động) 9.2.7 NHIỄU VÀ GÂY NHIỄU CỐ Ý Để đảm bảo an ninh quốc gia, Chính phủ Mỹ ra quyết định gây nhiễu cố ý SA (Silective Aviability), dựa trên cơ sở làm rối loạn một cách chủ ý và chu kỳ các tín hiệu phát đi từ các vệ tinh, bao gồm hai thành phần:  - trong đó thông tin đạo hàng về thông số quỹ đạo của vệ tinh bị rối loạn và  -rối loạn trong thông báo về tần số của đồng hồ chuẩn vệ tinh. Phương pháp thứ hai, hạn chế truy nhập vào GPS là phương pháp dựa trên việc gây méo tín hiệu bằng cách số hoá mã P thành mã Y. Cùng với mã Y người ta đưa vào hệ thống một mã đặc biệt nữa được gọi là A-S (Anti Spooting) - chống lừa gạt. 9.3 KHÂU MẶT ĐẤT Khâu mặt đất của hệ thống GPS cũng như bất kỳ một hệ thống viễn thông vệ tinh nào khác, bao gồm các trạm: các trạm dõi theo, trạm chính và các trạm hiệu chỉnh, được minh họa trên hình vẽ 9.6. Thông báo dẫn đường, thông báo vũ trụ. Thông báo vệ tinh, hướng dẫn và kết nối Trạm dõi theo Trạm chính Trạm hiệu chỉnh KHÂU MẶT ĐẤT Vệ tinh KHÂU VŨ TRỤ Máy thu GPS KHÂU THUÊ BAO Hình 9.6 Cấu trúc hệ thống GPS Hình 9.5 Khung thời gian của chu kỳ thông báo vũ trụ Thông tin đạo hàng đôi khi còn được gọi là khung dữ liệu hoặc thông báo vũ trụ được chuyển tới thuê bao dưới dạng "thông báo quảng bá". Thông báo này được truyền từ vệ tinh bằng mã ( )iD t với vận tốc 50 bit/s. Mỗi chu kỳ gồm 1500 bit và được truyền trong 30 giây chia thành 5 khoảng nhỏ có độ dài 6 giây mỗi khoảng (đôi khi còn được gọi các khung con 6 giây), mỗi khung con chứa suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 51 9.3.1 TRẠM DÕI THEO Các trạm dõi theo (bám theo) thu nhận các tín hiệu vệ tinh giống như các thuê bao của hệ thống và được đặt ở : - Colorado Springs, thuộc bang Colorado, USA. - Trên đảo Nhập thiên (Đại Tây Dương), - Trên đảo Diego Garcia (Ấn Độ Dương), - Kwajalem trên đảo Marschalla (Thái Bình Dương), - Bán đảo Kaen trên quần đảo Hawaj (Thái Bình Dương) Nhiệm vụ chính của các trạm này là kiểm tra, theo dõi các vệ tinh khi đưa lên quỹ đạo. 9.3.2 TRẠM CHÍNH Trạm chính của khâu mặt đất được đặt cách Colorado Springs một vài chục Km. Các thiết bị và các cụm thiết bị quan trọng được trang bị tại trạm chính đều ở chế độ kép (chế độ dự phòng), cho phép đồng thời vừa tính toán các thông số đạo hàng vừa kiểm tra quy chế của vệ tinh. Hoạt động của trạm dựa trên các tính toán của máy tính IBM ES/9000 có chương trình tính toán rất lớn, khoảng 2 triệu đường mã thực hiện. Trên cơ sở những dữ liệu nhận được từ các trạm dõi theo, xác định các hiệu chỉnh đồng hồ thời gian, các thông báo vũ trụ của tất cả các vệ tinh. Và cứ sau 15 phút, nhờ một chương trình đặc biệt và khẳng định các kết quả đo được của các trạm dõi theo, các kết quả tính toán của trạm chính, các thông báo về vệ tinh được gửi đến trạm hiệu chỉnh cùng các lệnh liên quan tới công tác của các vệ tinh. 9.3.3 TRẠM HIỆU CHỈNH Các trạm hiệu chỉnh đôi khi còn được gọi là các trạm cập nhật hoá (Injection station) được bố trí ở 3 trong số 5 trạm, đó là: - Tại đảo "Nhập thiên" - Đại Tây Dương. - Tại đảo Diego Garcia - Ân Độ Dương. - Kwajalein trên đảo Marchalla - Thái Bình Dương. Nhiệm vụ chính của các trạm này có thể là gửi tới tất cả các vệ tinh: các dữ liệu cập nhật cần có trong bộ nhớ của vệ tinh, các lệnh thuộc nhiều dạng khác nhau liên quan tới hoạt động của vệ tinh và gửi đi các dữ liệu đo được từ xa. Tên và cách bố trí của các trạm mặt đất này được bố trí như trên hình 9.7. 9.4 KHÂU THUÊ BAO Trong hệ thống GPS các thuê bao xác định vị trí của mình, nhờ một máy thu phù hợp trên cơ sở các phép đo và giải mã các thông tin dẫn đường. Phép đo khoảng cách giả định ở đây được thực hiên thông qua phép đo khoảng thời gian như đã được đề cập. Hình 9.7 Vị trí các trạm mặt đẩt trong hệ thống GPS. suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 52 9.4.1 PHÉP ĐO KHOẢNG THỜI GIAN VÀ MỨC CHÍNH XÁC Phép đo khoảng cách giả định giữa thuê bao và vệ tinh, dựa trên phép đo khoảng thời gian giữa thời điểm phát của vệ tinh ( St ) với thời điểm thu được tín hiệu ở máy thu ( Ut ), được thể hiện trong biểu thức (8.8). Đây là khoảng thời gian từ khi bật máy thu tới thời điểm thu được tín hiệu từ vệ tinh tại máy thu và nhận dạng được vệ tinh trên cơ sở các mã PRN của nó, nên khâu chuẩn thời gian trong hệ thống là rất quan trọng. Hệ thống GPS đảm bảo cho các thuê bao của mình xác định vị trí với hai mức chính như sau: - Dịch vụ định vị chính xác PPS (Precis Positioning Service) dành riêng cho những thuê bao đặc biệt. - Dịch vụ định vị tiêu chuẩn SPS (Standard Positioning Service), dành cho tất cả các thuê bao. 9.4.2 MÁY THU DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH Các máy thu GPS cũng như Glonass được chia ra thành hai loại: - Đa kênh trên 2 tần số: 1575,42 MHz và 1227,6 MHz. - Đơn kênh trên một tần số duy nhất: 1575,42 MHz. Các máy thu đa kênh thuộc đẳng cấp cao, có thể đạt được mức chính xác PPS. A. Nguyên lý hoạt động của máy thu hiện đại Nguyên lý hoạt động của các máy thu dẫn đường vệ tinh có thể giải thích trên sơ đồ khối như được minh họa trong hình 5.8, bao gồm các khối chức năng thực hiện các nhiệm vụ sau: - Thu, tách và xử lý các tín hiệu đến từ vệ tinh. - Theo dõi các tín hiệu thu nhận được. - Đo khoảng cách giữa máy thu và vệ tinh. - Tính toạ độ vị trí và vector vận tốc của phương tiện. Ở các ấn phẩm chuyên ngành [7] có thể tìm thấy mô tả chi thiết của máy thu GPS. B. Anten của máy thu Những năm đầu của thế kỷ 21 xuất hiện trên thị trường các loại anten như: - Anten Helikal, Anten dàn tuyến tính (ULA), Dải Micro Vi băng (FRPA), Anten xoắn ốc, Anten có đặc tính bức xạ thay đổi (CRPA. Về kiểu loại của anten, chỉ có thể kết luận trên cơ sở hình dạng của nó, hay cụ thể thể là kích thước của anten. Đối với các thuê bao, điều cần biết hệ số khuếch đại, mứctạp âm và khoảng nhiệt độ bảo đảm chế độ công tác ổn định của anten. C. Các thông số kỹ thuật khai thác của máy thu GPS thế kỷ 20 Các thông số khai thác và kỹ thuật của các máy thu vệ tinh hệ thống GPS với những giải thính cụ thể có thể tìm thấy trong tài liệu [7] và liệt kê như: 1- Số kênh đo. 2- Cách theo dõi vệ tinh. 3- Số vệ tinh lớn nhất có thể dõi theo được. 4- Độ cao đối lưu thấp nhất có thể theo dõi được vệ tinh ( ,t minh ). 5- Tiêu chuẩn chọn vệ tinh để xác định vị trí. 6- Hệ trục tương đối xác định toạ độ của thuê bao bằng máy thu. 7- Chế độ xác định toạ độ điểm thu (mặt phẳng 2D, không gian 3D). 8- Độ dao động của thuê bao, trên đó máy thu GPS được trang bị. 9- Thời gian xuất hiện kết quả xác định vị trí đầu tiên, sau khi đã mở máy thu. 10- Thời gian nối mạng trở lại. 11- Tần suất cập nhật vị trí. 12- Độ chính xác vị trí được xác định bằng máy thu của hệ thống. 13- Vận tốc và hướng hành trình của thuê bao. 14- Chỉ báo các thang đo thời gian. 15- Biểu thị các thông số xác định quy chế vệ tinh. 16- Lập trình đạo hàng. 17- Báo động tạo ra tại máy thu. suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 53 18- Điều kiện công tác của máy thu. 19- Hoạt động của máy thu trong những điều kiện đặc biệt. 20- Nguồn nuôi cho máy thu. 21- Khả năng chống các loại nhiễu của máy thu. 22- Khả năng tích hợp máy thu với các thiết bị viễn thông khác. 23- Khả năng ghép máy thu với các thiết bị khác. 24- Khả năng ghép các thiết bị khác với máy thu GPS, hiện có. 25- Khả năng công tác trong hệ thống DGPS. 26- Hiển thị các thông số được chọn trước. suu tap boi : Ca erahanoi.com vao muc download de tim luan van 54 Kh. đại cao tần. Kh. đại trung tần Tách sóng đồng bộ Đổi tần Dao động chuẩn Tổng hợp tần số Tạo dạng tín hiệu dẫn đường (CPU) Tạo nhịp cho các kênh () Điều khiển Bộ thu tương quan CHỈ BÁO CÁC THÔNG SỐ Vị trí, vận tốc, thời gian v.v Tạo tín hiệu PRN Hình 9.8 Sơ đồ khối chung của máy thu dẫn đường vệ tinh. MAY THU TRUYỀN THỐNG (xử lý tín hiệu tương tự trên băng kênh) Sóng mang kênh MÁY THU TƯƠNG QUAN CƠ CẤU CHỈ BÁO I/O dữ liệu suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 55 9.5 DGPS - DẠNG VI SAI CỦA HỆ THỐNG GPS Hệ thống dẫn đường vệ tinh đầu tiên áp dụng phương pháp sửa sai số của các phép đo bằng các trị hiệu chỉnh vi sai thu được từ các trạm chuẩn được gọi là dạng vi sai – DGPS (Differential Global Positioning System). 9.5.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Các trạm chuẩn, tiến hành so sánh tất cả các khoảng cách giả định ,m i tới tất cả các vệ tinh có thể nhìn thấy, đo được bằng máy thu GPS với khoảng cách thực 0,i , rồi đưa ra các giá trị chênh lệch, được gọi là các trị hiệu chỉnh của các phép đo i và gửi tới các thuê bao để họ hiệu chỉnh lại các kết quả đo được. Các giá hiệu chỉnh này được xác định: , 0,( ) .( )i m i i j t U Sc t t t t              , (9.8) Nguyên lý hoạt động của DGPS, được minh họa trên hình vẽ 9.9. Nếu đề cập tới sai số phụ trong phép đo khoảng cách do lỗi của thông báo thiên văn s , giá trị PRC có thể viết: .( )j t U S Sc t t t t            , (9.9) được gọi là trị hiệu chỉnh vi sai PRC (Pseudo Range Correction). Và trị hiệu chỉnh theo thời gian RRC (Rote of PRC) và khi đó: 0 0 0( ) ( ) ( ).( )PRC t PRC t RRC t t t   . (9.10) 9.5.2 DẪN ĐƯỜNG VI SAI TRONG HÀNG HẢI Trong thành phần của DGPS phục vụ cho hàng hải, ngoài các thuê bao còn có các trạm bờ phục vụ cho dịch vụ dẫn đường. A. Các trạm vi sai Hay còn gọi là các trạm chuẩn. Mỗi trạm chuẩn đều được trang bị một máy thu chất lượng cao GPS đã lập trình sẵn, xác định và gửi đi các trị hiệu chỉnh vi sai thông qua các trạm phát trên tần số 285  300 KHz. Đó là một mạng lưới các trạm chuẩn, xây dựng trên cơ sở mạng các trạm radio tìm phương xưa kia. B. Các trạm kiểm tra Khi đã hình thành một mạng các trạm chuẩn, cần thiết có trạm kiểm tra. Nhiệm vụ của các trạm này là kiểm soát liên tục các hoạt động hữu hiệu của các trạm vi sai trong mạng, phát hiện các sai lệch xuất hiện và thông báo cho các thuê bao. C. Các trạm theo dõi Bao gồm các máy thu trị hiệu chỉnh vi sai, các máy thu DGPS và một máy tính đã lập trình riêng phù hợp. Các trạm này kiểm tra tức thời các trị hiệu chỉnh của các trạm chuẩn, tình trạng hữu hiệu của hệ thống vệ tinh GPS. Cấu hình của một mạng dẫn đường vi sai đầy đủ được mô tả trong hình vẽ 9.10 [12]. Hình 9.9 Nguyên lý hoạt động của dẫn đường vi sai: Máy thu GPS (1); Máy phát trạm chuẩn (2); Máy thu GPS (3); Máy thu DGPS (4); Các vệ tinh (S1, S2, S3). S1 S2 S3 1 2 3 4 Trị hiệu chỉnh vi sai TRẠM CHUẨN THUÊ BAO suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 56 Xuất phát từ tính chất toàn cầu của các hệ thống dẫn đường hàng hải, việc tạo ra các điều kiện kết hợp hoạt động của các trạm chuẩn, phát đi các trị hiệu chỉnh tới máy thu thuê bao là rất cần thiết. Vì thế, vào đầu những năm 1986, người ta đã soạn thảo mẫu truyền RTCM.SC-104 [12]. Mẫu RTCM.SC-104 rất giống với mẫu truyền thông báo vũ trụ của các vệ tinh GPS. Phụ thuộc vào loại thông tin do trạm chuẩn truyền đi và số lượng vệ tinh mà các trạm chuẩn quan sát được, có thể phân biệt được hàng chục dạng thông báo, đặc trưng bởi số lượng biến đổi của các từ mã. Thông tin về thời gian cần truyền gồm 13 bit, cho phép truyền được dưới dạng số nhị phân các số nằm trong khoảng 0-5999. Số thứ tự nhận dạng thông tin gồm 6 bit cho phép phân biệt 63 dạng thông báo khác nhau. 9.5.4 MÁY THU DẪN ĐƯỜNG DGPS Điều kiện để xác định vị trí thuê bao bằng hệ thống DGPS là phải được trang bị máy thu GPS và máy thu nhận các trị hiệu chỉnh vi sai từ các trạm chuẩn cùng với các mạch khuếch đại và anten tương ứng. Trong dẫn đường hàng hải, nếu vị trí được xác định trong thời gian thực (real time), người ta sử dụng các cấu hình cho phép biểu diễn tức thời các toạ độ cần xác định. Giải pháp tốt nhất là một máy thu DGPS tích hợp, nghĩa là một máy thu GPS đã có sẵn một modul thu các giá trị hiệu chỉnh và cơ cấu anten thu phù hợp. Các máy thu DGPS thường có 12 kênh thu hệ thống GPS và 2 kênh thu DGPS. Từ 2 kênh DGPS, một kênh thu các trị hiệu chỉnh từ các trạm chuẩn, kênh 2 tìm kiếm tín hiệu khoẻ hơn ở phía khác. Phụ thuộc vào từng chế độ công tác của máy thu mà chúng ta có đồng chỉnh tự động, bằng tay hay bán tự động. Đồng chỉnh tự động chỉ có thể được áp dụng khi tốc độ truyền dữ liệu là 100, 200 bit/giây. Đồng chỉnh bằng tay được sử dụng khi thuê bao biết được tần số và tốc độ truyền số liệu của tất cả các trạm nằm trong vùng với tới được của máy thu tại thời điểm xác định của thuê bao. Các máy thu tích hợp DGPS có thể có nhiều chế độ công tác khác nhau, ví dụ máy thu MK10 có tới 3 chế độ: - DGPS on: Xác định vị trí nhờ DGPS, nếu như thuê bao nằm trong vùng hoạt động của một trạm chuẩn nào đấy, ngoài vùng đó vị trí được xác định nhờ GPS. - DGPS only: Chỉ xác định được trong vùng phủ sóng của các trạm DGPS. - DGPS off, xác định vị trí duy nhất nhờ GPS Các máy thu DGPS thuộc thời kỳ chuyển tiếp giữa hai thiên niên kỷ, có khả năng hợp tác với bản đồ điện tử. Nhờ sử dụng chỉ báo mầu nên khả năng quan sát kết quả tính được rất rõ ràng bằng cách chọn màu thích hợp cho các dữ liệu nhất định. Ở đây, 1- là máy thu DGPS của thuê bao; 2-trạm chuẩn và máy phát trị hiêu chỉnh, 3 trạm theo dõi,4 - trạm kiểm tra. Trong điều kiện dẫn đường hàng hải, nếu độ lệch thời gian giữa thời điểm tính PRC của trạm chuẩn với thời điểm sử dụng PRC của thuê bao không vượt quá 10s, thì sai số xác định vị trí của thuê bao ở cách trạm 1000 Km cỡ 1-10 m trên mặt phẳng chân trời (chế độ 2D). 9.5.3 MẪU TRUYỀN DỮ LIỆU DGPS 1 3 2 4 Trị hiệu chỉnh vi sai S1 S3 S2 Hình 9.10 Cấu hình hệ thống vi sai trong dẫn đường hàng hải suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 57 9.5.5 PHIÊN BẢN MẠNG CỦA DGPS Phiên bản mà cuối thế kỷ 20 được sử dụng rộng rãi nhất là phiên bản đa vùng (phạm vi rộng hay phạm vi mở rộng) hoạt động “Wide Area Differential GPS-WADGPS” [25]. Hệ thống WADGPS tạo thành mạng các trạm chuẩn (DGPS Network) và trạm kiểm tra chính (Control Master Station), được miêu tả trên hình 9.11 [24]. Người ta cũng quyết định bắt đầu công việc nghiên cứu GDGPS (Global DGPS), cho phép các thuê bao dân sự vào năm 2005, sử dụng tần số sóng mang L2 = 1.227,6 MHz của hệ thống GPS, tiếp theo là tần số sóng mang thứ 3 (L5 = 1.176,45 MHz). Các trị hiệu chỉnh dưới dạng các từ mã có thể được truyền tới các thuê bao được phép, nhờ các đường truyền Internet. Phương pháp này là một ví dụ tốt nhất về công nghệ truyền thông hiện đại trong các hệ thống vệ tinh mang tên Internet-based Global Differential GPS (IGDGPS). 9.5.6. ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA DGPS Khả năng xác định vị trí của các phương tiện hàng hải, trong hành trình cũng như neo đậu một cách liên tục tức thời, không phụ thuộc vào thời vụ với độ chính xác cỡ một vài m là ưu thế của hệ thống DGPS. Vì thế hệ thống được sử dụng rất rộng rãi trong khi hành trình qua các kênh, eo chật hẹp, các vùng ven biển, các luồng lạch và các cửa ra vào các cảng. Các máy thu DGPS cũng như GPS có sẵn các cơ sở lập trình được thiết kế đặc biệt cho các yêu cầu dẫn đường hàng hải và cũng không thật đắt lắm. Tuy nhiên hệ thống DGPS không loại bỏ được hết các nhược điểm như: - Tầm hoạt động giới hạn của các trạm chuẩn. - Độ chính xác giảm dần theo chiều tăng của khoảng cách đến trạm chuẩn. - Độ gia tăng nhanh của sai số hiệu chỉnh vi sai theo thời gian từ lúc tính toán. - Phụ thuộc vào GPS, khi GPS có sự cố, hệ thống cũng trở nên vô dụng. 9.6. CÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH KHÁC 9.6.1. HỆ THỐNG GLONASS Hệ thống dẫn đường vệ tinh Glonass là hệ thống dẫn đường vệ tinh của Liên xô cũ, nay là của Cộng Hòa Liên Bang Nga. Đây là chữ viết tắt của các từ trong tiếng Nga: Globalnaja Navigasionaja Sputnikovaja Systema hay trong tiếng Anh: Global Naviga-tion Satellite System. Đó là hệ thống đo hiệu khoảng cách giả định giữa thuê bao và vệ tinh để xác định vị trí của thuê bao, khi biết trước vị trí của vệ tinh tại thời điểm đo. Đường vị trí ở đây là bề mặt quả cầu có tâm là vệ tinh và bán kính là khoảng cách cần đo. Cấu hình và nguyên lý hoạt động tương tự như hệ thống GPS, điểm khác biệt cơ bản nhất giữa hai hệ thống là: tần số sóng mang, cách nhận dạng các vệ tinh bằng tần số sóng mang, số lượng quỹ đạo, dạng quỹ đao, chiều cao quỹ đạo, độ chính xác. Các thông tin cụ thể có thể tìm đọc trong tài liệu [2]. 9.6.2 HỆ THỐNG ĐƯỜNG TOÀN CẦU GNSS Do các hệ thống dẫn đường vệ tinh của Mỹ GPS hay của Nga Glonass phụ thuộc rất nhiều vào cơ cấu quân sự của các nước chủ quản, nên rất nhiều nước, các Viện nghiên cứu, các Tổ chức Quốc tế, các nhà tài tử lớn đều nhận thấy rằng cần phải xây dựng một hệ thống dẫn đường mới, với giả thiết ban đầu là chỉ chịu sự quản lý chung của Tổ chức Dân sự Quốc tế. Với mục đích này, ngày 15/10/1993, 68 đại biểu của 11 nước (trong đó có 9 nước châu Âu + Mỹ và Achentina) đã thoả thuận sơ bộ về một hệ thống dẫn đường vệ tinh toàn cầu mới có Hình 9.11 Nguyên lý hoạt động của phiên bản WADGPS Trạm chuẩn Trạm kiểm tra chính Máy thu thuê bao Trạm theo dõi Hiệu chỉnh vi sai Hiệu chỉnh WADGPS suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 58 tên là GNSS (Global Navigation Satellite System). Dự kiến hệ thống GNSS ở giai đoạn đầu là tích hợp của các hệ thống GPS, hệ thống Glonass, các vệ tinh hệ thống Inmarsat. 9.6.3 HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH HỖ TRỢ Để đảm bảo có được những thông số cần thiết có độ chính xác cao trong hàng không, trong những thiết bị bổ trợ được xếp vào nhóm “loại I”, khi máy bay tiếp đất, trong những năm cuối của thế kỷ 20 người ta bắt đầu tăng cường những công việc thiết lập những hệ thống cục bộ để tính các trị hiệu chỉnh đối với các hệ thống dẫn đường vệ tinh hiện hành. Những trị hiệu chỉnh có được tính qua khâu trung gian là các vệ tinh địa tĩnh và hệ thống dẫn đường vệ tinh dạng này có tên là “các hệ thống dẫn đường vệ tinh hỗ trợ”- Sattelite Based Augmentation System (SBAS). Có ba hệ thống “đa vùng” dạng này như sau: hệ thống WAAS của Mỹ, hệ thống MSBAS của Nhật, hệ thống EGNOS của châu Âu 9.6.4 CÁC HỆ THỐNG VỆ TINH CHÂU ÂU Song song với các công việc xây dựng GNSS người ta tiến hành tích cực các công việc xây dựng tiếp theo các hệ thống vệ tinh và các giải pháp hỗ trợ cho các hệ thống hiện hành. Người ta dự kiến mỗi một hệ thống hoạt động trong một thời gian nhất định nào đấy và là một trong những phần của hệ thống GNSS2. Công việc này được các nước châu Âu đặc biệt quan tâm. Đó là các hệ thống: chương trình EUROFIX, hệ thống dẫn đường vệ tinh châu Âu ENSS, hệ thống PROPNASS và hệ thống GALILEO. Chi tiết về các hệ thống này có thể tìm đọc trong tài liệu [2]. VẤN ĐỀ VÀ CÂU HỎI Câu 9.1: Những nét cơ bản của hệ thống GPS-NAVSTAR các khâu của hệ thống? Trình bày nguyên lý đo khoảng cách giả định thông qua xác định thời gian tới của tín hiệu vệ tinh? Câu 9.2: Những sai số hệ thống và sai số cố ý trong hệ thống dẫn đường vệ tinh GPS? Các phương pháp khắc phục. Câu 9.3: Thế nào là hệ thống dẫn đường vi sai? Nguyên lý hoạt động, cấu hình và những phương pháp truyền giá trị hiệu chỉnh? TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Trần Đức Inh: Vô tuyến định vị hàng hải. NXB Giao thông vận tải, Hà Nội 2008, 189 tr. [2]. Trần Đức Inh: Dẫn đường vệ tinh. NXB Giao thông vận tải, Hà nội, 2008, 224 tr. [3] - A.M.Bajrasevski: Radiolokasijonnye cudovỵje sistemy. NXB, Cudostrojenie, Liên bang Nga 1993, 349 tr. [4] -J. A.Ovechkin: Palupravodnikovyje pribory. NXB, Vyzsa Skola. Moskova 1979. 374 tr. [5] - Manual and technic instrution of JMA 625 radar, JRC, 1990 [6] – J. Hennel: Elektroniczne lampy . NXB, Naukovo- Techniczne, Warszawa 1972, 527 tr. [7] – R. Lidwin, M.Suski: Technika microfalowa . NXB, Naukowo-Techniczna”, War. 1979, 654 tr. [8] - D.J. Bem: Anteny i rozchodzenie sie fal radiowych . NXB, Naukowo-Techniczne, Warszawa 1973. 479 tr. [9] – Hansen R. C.: Microwave Scanning Antennas Vol.1 -1964, Vol.2 -1986. New York, Lodon, Academic Press. [10] – D. G. Fink, D. Christiansen: Electronics Engineers’ Hand Book. Third Edition 1994. McGraw Book Company. [11] - Manual and technic instrution of JMA 3910 radar, JRC, 2001. [12] – Đỗ Hoàng Tiến, Vũ Đức Lý: Giáo trình truyền hình. NXB, Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2001, 404 tr. [13] - Goede W.:General requirments for maritime satellite system. Telecommunica- tion Journal 1991, vol 38. Nr. 5, p. 411-419. suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van 59 [14] – Jan Janusevski. Systemy satalitare w nawigacji morskiej. NXB, Fundacja Rozwoju Wyzszej Szkoly w Gdynia 2002, 243 tr. [15] - Langley R.B. RTCM SC – 104 DGPS Standards. GPS World, May 1994. [16] - Volosov P.S., Dubinco I. C. Complex morskoj sputikovoj navigasji .NXB, Cudostrojenie. Moskova 1997, 248 tr. [17]. Hofmann B., Lichtenegger H., Colins J. Global Positioning system Theory and Practice, Wieden – New York 1997. suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van CÂU HỎI ÔN TẬP 1- Mỗi đề thi đều có hai câu ở hai phần khác nhau, nên việc chọn các câu hỏi thi cho từng đề cụ thể của từng khóa học, hoàn toàn do giáo viên giảng dạy quyết định 2- Thời lượng mỗi đề thi là 75 phút không kể chép đề (vì đề đã có sẵn). 3- Đây cũng chính là các câu hỏi kiểm tra từng phần trong quá trình giảng dạy cho giáo viên. Mỗi đề kiểm tra có một câu và thời lượng là 45 phút không kể chép đề (vì đề đã có sẵn). Câu 1: Có những hệ thống định vị nào? Trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống định vị phát sóng liên tục không điều chế? Câu 2: Có những hệ thống định vị nào? Trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống định vị phát sóng liên tục có điều chế? Câu 3: Có những hệ thống định vị nào? Trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống định vị phát xung? Câu 4: Liệt kê các thông số khai thác và kỹ thuật của hệ thống Radar hàng hải và nhận xét? Câu 5: Vẽ và giải thích sơ đồ khối của máy phát radar hàng hải? Nguyên lý tạo dao động siêu cao bằng đèn Manhetron và các đặc tính cơ bản của nó?. Câu 6: Vẽ và giải thích nguyên lý hoạt động của mạch điều chế xung dùng tụ, những đặc tính của mạch này? Câu 7: Vẽ và giải thích sơ đồ khối của mạch điều chế xung dùng đường dây dài? Nguyên lý hoạt động và những đặc tính của mạch này? Câu 8: Có những phần tử phân đường năng lượng nào được sử dụng trong radar hàng hải? mô tả những đặc điểm chính của chúng? Câu 9: Những đặc tính cơ bản của anten radar hàng hải? Có những loại anten nào? Trình bày cấu tạo và đặc điểm của một loại đặc trưng? Câu 10: Có những loại chuyển mạch anten nào được sử dụng trong radar hàng hải? Vẽ và giải thích nguyên lý hoạt động của một mạch đặc trưng? Câu 11: Những đặc điểm của máy thu radar hàng hải? Vẽ và giải thích sơ đồ khối của máy thu radar hàng hải. Câu 12: Có những loại can nhiễu nào thường xảy ra trong hệ thống định vị hàng hải? Các phương pháp chống hay hạn chế chúng? Câu 13: Có những phương pháp chỉ báo mục tiêu nào được sử dụng trong định vị nói chung và hàng hải nói riêng? Những ưu, nhược điểm của từng phương pháp. Phân tích phương pháp chỉ báo quét tròn? Câu 14: Có những phương pháp chỉ báo mục tiêu nào được sử dụng trong định vị nói chung và hàng hải nói riêng? Những ưu, nhược điểm của từng phương pháp. Phân tích phương pháp chỉ báo quét mành? Câu 15: Các phương pháp chỉ báo góc phương vị và khoảng cách mục tiêu trong radar hàng hải? Câu 16: Nguyên lý chung về dẫn đường VTĐ? Trình bày phương pháp xác định tọa độ điểm đo trong dẫn đường Vệ tinh. Câu 17: Các phương pháp đo khoảng cách giả định trong các hệ thống dẫn đường vệ tinh. Ưu, nhược điểm của từng phương pháp? Câu 18: Những nét cơ bản của hệ thống GPS-NAVSTAR các khâu của hệ thống? Trình bày nguyên lý đo khoảng cách giả định thông qua xác định thời gian tới của tín hiệu vệ tinh? Câu 19: Những sai số hệ thống và sai số cố ý trong hệ thống dẫn đường vệ tinh GPS? Các phương pháp khắc phục. Câu 20: Thế nào là hệ thống dẫn đường vi sai? Nguyên lý hoạt động, cấu hình và những phương pháp truyền giá trị hiệu chỉnh? suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van ĐỀ THI PHIẾU THI : . Số : 01 Môn học : ĐỊNH VỊ VÀ DẪN ĐƯỜNG HH Lớp : ………. Trưởng Bộ môn ký ( Thời gian làm bài75 phút ) Câu 1: Có những hệ thống định vị nào? Trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống định vị phát sóng liên tục không điều chế? Câu 2: Thế nào là hệ thống dẫn đường vi sai? Nguyên lý hoạt động, cấu hình và những phương pháp truyền giá trị hiệu chỉnh? Học sinh không được chữa , xoá và làm bẩn phiếu thi PHIẾU THI : . Số : 02 Môn học : ĐỊNH VỊ VÀ DẪN ĐƯỜNG HH Lớp : ………. Trưởng Bộ môn ký ( Thời gian làm bài 75 phút ) Câu 1: Có những hệ thống định vị nào? Trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống định vị phát sóng liên tục có điều chế? Câu 2: Những nét cơ bản của hệ thống GPS-NAVSTAR các khâu của hệ thống? Trình bày nguyên lý đo khoảng cách giả định thông qua xác định thời gian tới của tín hiệu vệ tinh? Học sinh không được chữa , xoá và làm bẩn phiếu thi suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van PHIẾU THI : . Số : 03 Môn học : ĐỊNH VỊ VÀ DẪN ĐƯỜNG HH Lớp : ………. Trưởng Bộ môn ký ( Thời gian làm bài 75 phút ) Câu 1: Có những hệ thống định vị nào? Trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống định vị phát xung? Câu 2: Các phương pháp đo khoảng cách giả định trong các hệ thống dẫn đường vệ tinh. Ưu, nhược điểm của từng phương pháp? Học sinh không được chữa , xoá và làm bẩn phiếu thi PHIẾU THI : . Số : 04 Môn học : ĐỊNH VỊ VÀ DẪN ĐƯỜNG HH Lớp : ………. Trưởng Bộ môn ký ( Thời gian làm bài 75 phút ) Câu 1: Liệt kê các thông số khai thác và kỹ thuật của hệ thống Radar hàng hải và nhận xét? Câu 2: Nguyên lý chung về dẫn đường VTĐ? Trình bày phương pháp xác định tọa độ điểm đo trong dẫn đường Vệ tinh. Học sinh không được chữa , xoá và làm bẩn phiếu thi suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van PHIẾU THI : . Số : 05 Môn học : ĐỊNH VỊ VÀ DẪN ĐƯỜNG HH Lớp : ………. Trưởng Bộ môn ký ( Thời gian làm bài 75 phút ) Câu 1: Vẽ và giải thích sơ đồ khối của máy phát radar hàng hải? Nguyên lý tạo dao động siêu cao bằng đèn Manhetron và các đặc tính cơ bản của nó?. Câu 2: Các phương pháp chỉ báo góc phương vị và khoảng cách mục tiêu trong radar hàng hải? Học sinh không được chữa , xoá và làm bẩn phiếu thi PHIẾU THI : . Số : 06 Môn học : ĐỊNH VỊ VÀ DẪN ĐƯỜNG HH Lớp : ………. Trưởng Bộ môn ký ( Thời gian làm bài 75 phút ) Câu 1: Vẽ và giải thích nguyên lý hoạt động của mạch điều chế xung dùng tụ, những đặc tính của mạch này? Câu 2: Phương pháp chỉ báo góc phương vị và khoảng cách mục tiêu trong radar hàng hải? Học sinh không được chữa , xoá và làm bẩn phiếu thi suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van PHIẾU THI : . Số : 07 Môn học : ĐỊNH VỊ VÀ DẪN ĐƯỜNG HH Lớp : ………. Trưởng Bộ môn ký ( Thời gian làm bài 75 phút ) Câu 1: Vẽ và giải thích sơ đồ khối của mạch điều chế xung dùng đường dây dài? Nguyên lý hoạt động và những đặc tính của mạch này? Câu 2: : Có những phương pháp chỉ báo mục tiêu nào được sử dụng trong định vị nói chung và hàng hải nói riêng? Những ưu, nhược điểm của từng phương pháp. Phân tích phương pháp chỉ báo quét tròn? Học sinh không được chữa , xoá và làm bẩn phiếu thi PHIẾU THI : . Số : 08 Môn học : ĐỊNH VỊ VÀ DẪN ĐƯỜNG HH Lớp : ………. Trưởng Bộ môn ký ( Thời gian làm bài 75 phút ) Câu 1: Có những phần tử phân đường năng lượng nào được sử dụng trong radar hàng hải? mô tả những đặc điểm chính của chúng? Câu 2: Có những loại can nhiễu nào thường xảy ra trong hệ thống định vị hàng hải? Các phương pháp chống hay hạn chế chúng Học sinh không được chữa , xoá và làm bẩn phiếu thi PHIẾU THI : . Số : 09 Môn học : ĐỊNH VỊ VÀ DẪN ĐƯỜNG HH Lớp : ………. Trưởng Bộ môn ký ( Thời gian làm bài 75 phút ) Câu 1: Có những loại chuyển mạch anten nào được sử dụng trong radar hàng hải? Vẽ và giải thích nguyên lý hoạt động của một mạch đặc trưng? Câu 2: Những đặc điểm của máy thu radar hàng hải? Vẽ và giải thích sơ đồ khối của máy thu radar hàng hải. Học sinh không được chữa , xoá và làm bẩn phiếu thi suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van ĐÁP ÁN suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfĐịnh vị và dẫn đường hàng hải.pdf
Luận văn liên quan