Nghiên cứu khai thác hệ thống dẫn đường vệ tinh Navstar

hiÖu chØnh sù thay ®æi cña thêi gian. Thêi gian ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c¸c ®ång hå bªn trong vÖ tinh gäi lµ SV time. Thêi gian sau khi hiÖu chØnh ®­îc gäi lµ GPS time. Nh­ vËy, mÆc dï c¸c vÖ tinh riªng lÎ cã thÓ kh«ng cã SV time ®ång bé ho¸ mét c¸ch tuyÖt ®èi nh­ng chóng cã chung GPS time. Ngoµi ra, c¸c th«ng tin trong khung phô 1 cßn bao gåm: + TOC lµ thêi gian ®ång hå chuÈn. Nã ®­îc dïng nh­ lµ thêi gian gèc ®Ó tÝnh to¸n sai sè ®ång hå vÖ tinh. + TGD lµ thêi gian trÔ do c¸c tÇng ®iÖn ly. Nã ®­îc dïng ®Ó hiÖu chØnh lçi do trÔ truyÒn lan cña tÝn hiÖu qua tÇng ®iÖn ly. IODC (Issue Of Date, Clock) cho biÕt sè ph¸t ra cña d÷ liÖu ®ång hå ®Ó c¶nh b¸o m¸y thu thay ®æi c¸c th«ng sè ®ång hå. Khung phô 2 vµ 3: Thµnh phÇn cña d÷ liÖu t¹m thêi ®­îc cho trong b¶ng M0 §é bÊt th­êng t¹i thêi ®iÓm tham kh¶o 1/2 Chu kú DN §é lÖch chuyÓn ®éng trung b×nh so víi tÝnh to¸n 1/2 Chu kú/gi©y E §é lÖch t©m Kh«ng thø nguyªn C¨n bËc 2 cña b¸n trôc chÝnh quü ®¹o M1/2 W0 Kinh ®é ®iÓm mèc trªn quü ®¹o t¹i ®iÓm ®Çu tuÇn 1/2 Chu kú I0 Gãc nghiªng quü ®¹o t¹i thêi ®iÓm tham kh¶o 1/2 Chu kú w §èi sè cña ®iÓm cËn ®Þa 1/2 Chu kú *** Tèc ®é thay ®æi h­íng lªn 1/2 Chu kú/gi©y IDOT Tèc ®é thay ®æi gãc nghiªng 1/2 Chu kú/gi©y CUC Biªn ®é thµnh phÇn hiÖu chØnh cosin cña ®èi sè vÜ ®é Rad CUS Biªn ®é thµnh phÇn hiÖu chØnh sin cña ®èi sè vÜ ®é Rad CRC Biªn ®é thµnh phÇn hiÖu chØnh cosin cña b¸n kÝnh quü ®¹o M CRS Biªn ®é thµnh phÇn hiÖu chØnh sin cña b¸n kÝnh quü ®¹o M CIC Biªn ®é thµnh phÇn hiÖu chØnh cosin cña gãc nghiªng Rad CIS Biªn ®é thµnh phÇn hiÖu chØnh sin cña gãc nghiªng Rad toe Thêi gian chuÈn cña d÷ liÖu t¹m thêi Gi©y IODE ChØ sè cña d÷ liÖu t¹m thêi Kh«ng thø nguyªn C¸c khung phô nµy chøa d÷ liÖu t¹m thêi, d÷ liÖu nµy ®Ó sö dông x¸c ®Þnh chÝnh x¸c vÞ trÝ vÖ tinh vµ tèc ®é theo yªu cÇu b»ng gi¶i ph¸p dÉn ®­êng. Kh«ng gièng nh­ d÷ liÖu hµnh tr×nh quü ®¹o, d÷ liÖu nµy rÊt chÝnh x¸c vµ nã chØ æn ®Þnh trong mét vµi giê vµ chØ t­¬ng øng víi vÖ tinh ®ang ph¸t ra nã. - Khung phô 4: 25 Trang cña khung phô nµy chøa d÷ liÖu quü ®¹o hµnh tr×nh cña vÖ tinh víi sè m· gi¶ ngÉu nhiªn PRN b»ng 25 hoÆc lín h¬n, c¸c th«ng tin ®Æc biÖt, thuËt ng÷ hiÖu chØnh tÇng ®iÖn ly vµ c¸c hÖ sè ®Ó chuyÓn ®æi thêi gian GPS thµnh giê quy ­íc chung UTC. Khung phô nµy còng cã c¸c tõ dù phßng cho c¸c øng dông cã thÓ cã trong t­¬ng lai. C¸c thµnh phÇn cña d÷ liÖu quü ®¹o hµnh tr×nh th× rÊt gièng d÷ liÖu t¹m thêi vµ viÖc tÝnh to¸n vÞ trÝ cña vÖ tinh ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸ch t­¬ng tù. - Khung phô 5: 25 Trang cña khung phô nµy chøa d÷ liÖu quü ®¹o hµnh tr×nh c¸c vÖ tinh. Chó ý r»ng, khi mçi vÖ tinh truyÒn ph¸t toµn bé 25 trang, d÷ liÖu quü ®¹o hµnh tr×nh cho tÊt c¶ c¸c vÖ tinh th× ®­îc ph¸t bëi mäi vÖ tinh. Kh«ng gièng nh­ d÷ liÖu t¹m thêi, d÷ liÖu quü ®¹o hµnh tr×nh lµ æn ®Þnh trong nhiÒu th¸ng, nh­ng nã l¹i Ýt chÝnh x¸c h¬n. M· C/A vµ ®Æc tÝnh cña m· C/A Kh¸i qu¸t Cho phÐp ®o cù ly chÝnh x¸c vµ h¹n chÕ lçi do ®a ®­êng truyÒn: §Ó thiÕt lËp vÞ trÝ cña ng­êi sö dông trong kho¶ng 10¸100m, viÖc ®¸nh gi¸ chÝnh x¸c cù ly tõ ng­êi sö dông ®Õn vÖ tinh lµ cÇn thiÕt. ViÖc ®¸nh gi¸ ®­îc thùc hiÖn dùa trªn viÖc ®o thêi gian trÔ truyÒn cña tÝn hiÖu tõ vÖ tinh ®Õn ng­êi sö dông. §Ó ®¹t ®­îc ®é chÝnh x¸c yªu cÇu trong viÖc ®o thêi gian trÔ truyÒn tÝn hiÖu th× sãng mang GPS ph¶i ®­îc ®iÒu chÕ bëi d¹ng sãng cã d¶i tÇn réng. D¶i tÇn réng cÇn thiÕt ®ã th× ®­îc t¹o bëi ®iÒu chÕ m· C/A. Nã cho phÐp m¸y thu sö dông bé xö lý t­¬ng quan ®Ó lo¹i bá c¸c lçi do nhiÔu nhiÖt. Bëi v×, m· C/A t¹o ra d¶i tÇn cña tÝn hiÖu réng h¬n møc cÇn thiÕt ®Ó truyÒn d÷ liÖu 50bps, do ®ã tÝn hiÖu ®¹t ®­îc gäi lµ tÝn hiÖu tr¶i phæ. ViÖc sö dông m· C/A ®Ó t¨ng ®é réng d¶i tÇn còng lµm gi¶m lçi trong viÖc ®o thêi gian trÔ truyÒn cña tÝn hiÖu do ®a ®­êng truyÒn g©y nªn. H×nh 2.8: Tæng quan vÒ m· C/A - Cho phÐp ®ång thêi ®o cù ly tõ mét vµi vÖ tinh: Sö dông m· C/A riªng cho mçi vÖ tinh cho phÐp mäi vÖ tinh cã thÓ sö dông cïng tÇn sè L1 vµ L2 mµ kh«ng bÞ nhiÔu lÉn nhau. §iÒu nµy lµ cã thÓ ®­îc, bëi v× tÝn hiÖu tõ c¸c vÖ tinh riªng biÖt cã thÓ ®­îc c¸ch ly bëi mèi t­¬ng quan gi÷a nã víi mét b¶n sao cña m· C/A ë trong m¸y thu. §iÒu nµy lµm cho sù ®iÒu chÕ m· C/A tõ vÖ tinh bÞ lo¹i bá, v× thÕ tÝn hiÖu chØ cßn chøa d÷ liÖu 50bps vµ lµ d¶i tÇn hÑp. Qu¸ tr×nh xö lý nµy gäi lµ qu¸ tr×nh nÐn phæ cña tÝn hiÖu. Tuy nhiªn, xö lý t­¬ng quan kh«ng lµm cho d¶i tÇn cña tÝn hiÖu tõ c¸c vÖ tinh kh¸c thµnh d¶i hÑp, bëi v× c¸c m· tõ c¸c vÖ tinh kh¸c lµ trùc giao, v× thÕ c¸c tÝn hiÖu nhiÔu cã thÓ ®­îc lo¹i bá ®Ó ®¹t ®­îc tÝn hiÖu nÐn phæ th«ng qua bé läc d¶i tÇn hÑp. - Cho phÐp b¶o vÖ khái c¸c tÝn hiÖu can nhiÔu: M· C/A cho phÐp chèng c¸c tÝn hiÖu can nhiÔu vµo tÝn hiÖu thu ®­îc mét c¸ch cè ý hay v« ý tõ c¸c tÝn hiÖu nh©n t¹o kh¸c. Bé xö lý t­¬ng quan lµm gi¶m phæ cña tÝn hiÖu yªu cÇu vµ tr¶i phæ mäi tÝn hiÖu kh¸c. V× vËy, c«ng suÊt cña mäi tÝn hiÖu nhiÔu nÕu nã ë d¶i tÇn hÑp sÏ ®­îc tr¶i ra d¶i tÇn réng h¬n vµ chØ cã mét phÇn n»m trong bé läc d¶i tÇn hÑp sÏ c¹nh tranh víi tÝn hiÖu mong muèn. M· C/A lµm t¨ng kh¶ n¨ng c¶n trë c¸c tÝn hiÖu can nhiÔu vµo tõ c¸c tÝn hiÖu d¶i tÇn hÑp. §Æc tÝnh cña m· C/A - CÊu tróc thêi gian Mçi vÖ tinh cã mét m· C/A duy nhÊt, nh­ng tÊt c¶ c¸c m· ®Òu cã sù lÆp l¹i tuÇn tù 1023 chip víi tèc ®é 1023MHz, víi chu kú lÆp l¹i lµ 1ms. C¹nh ®Çu tiªn cña 1 chip trong chuçi tuÇn tù gäi lµ ®iÓm khëi ®Çu m· C/A ®Þnh nghÜa sù b¾t ®Çu cña mét chu kú míi. Mçi chip hoÆc lµ d­¬ng, hoÆc lµ ©m, víi cïng mét gi¸ trÞ. Cùc cña 1023 chip xuÊt hiÖn ®­îc ph©n phèi mét c¸ch ngÉu nhiªn, nh­ng thËt ra ®­îc t¹o bëi thuËt to¸n x¸c ®Þnh ®­îc thùc hiÖn bëi thanh ghi dÞch. - Hµm t­¬ng quan tù ®éng Hµm tù ®éng t­¬ng quan hiÖp ph­¬ng sai cña m· C/A lµ: Trong ®ã: c(t) - d¹ng sãng lý t­ëng ho¸ cña m· C/A; t - TrÔ truyÒn, ®­îc ®o b»ng gi©y; T - chu kú m·. Hµm t­¬ng quan tù ®éng lµ tuÇn hoµn víi t, víi chu kú 1ms. Mét chu kú ®¬n (nh­ h×nh 2.9). Nã c¬ b¶n lµ 1 xung tam gi¸c víi ®Ønh xung t¹i t = 0. tc tc = 1 chip = 1 chu kú m· C/A = 1023 chip = 1ms 1 chu kú m· P ~ 6,187x1012 chip = 1 tuÇn Biªn ®é ®Ønh chuÈn hãa ¶nh h­ëng do sù h¹n chÕ d¶i tÇn t H×nh 2.9: Hµm t­¬ng quan tù ®éng cña m· C/A vµ m· P Hµm tù ®éng t­¬ng quan m· C/A thùc hiÖn mét vai trß cèt yÕu trong m¸y thu GPS. C¸c d¹ng t­¬ng quan cña nã c¬ b¶n cho m· b¸m vµ ®o cù ly chÝnh x¸c tõ ng­êi sö dông ®Õn vÖ tinh. Trong thùc tÕ, m¸y thu liªn tôc tÝnh to¸n gi¸ trÞ cña hµm nµy ®Ó c(t) trong tÝch ph©n ë trªn lµ d¹ng sãng cña m· tÝn hiÖu vµ c(t - t) lµ mét d¹ng sãng ®ång nhÊt víi nhiÔu (ngo¹i trõ thêi gian trÔ truyÒn t) ®­îc ph¸t ë trong m¸y thu. C¸c phÇn cøng vµ phÇn mÒm ®Æc biÖt cho phÐp m¸y thu hiÖu chØnh ®é trÔ cña d¹ng sãng chuÈn ®Ó ®­a gÝa trÞ cña t vÒ 0, v× thÕ cho phÐp x¸c ®Þnh ®­îc thêi gian ®Õn cña tÝn hiÖu thu ®­îc. - Phæ c«ng suÊt Phæ c«ng suÊt y(f) cña m· C/A m« t¶ c«ng suÊt cña m· ph©n bè trong miÒn tÇn sè nh­ thÕ nµo. Nã cã thÓ ®­îc ®Þnh nghÜa b»ng c¸c sè h¹ng trong chuçi Fourier më réng cña d¹ng sãng m· hoÆc c¸c sè h¹ng t­¬ng ®­¬ng cña hµm t­¬ng quan tù ®éng. §å thÞ cña y(f): y(f) = -4fc -3fc -2fc -fc fc 2fc 3fc 4fc fc = MËt ®é phæ c«ng suÊt nhiÔu H×nh 2.10: : Phæ c«ng suÊt cña m· C/A vµ m· P Tuy nhiªn, trong thùc tÕ y(f) gåm c¸c ®­êng phæ víi kho¶ng c¸ch 1KHz, bëi v× cÊu tróc tuÇn hoµn 1ms cña y(f). C«ng suÊt phæ cña y(t) cã ®Æc tÝnh d¹ng sin2(x)/x2, víi vÞ trÝ 0 ®Çu tiªn t¹i 1,023MHz tõ ®Ønh trung t©m. GÇn 90% cña c«ng suÊt tÝn hiÖu n»m gi÷a c¸c vÞ trÝ 0, nh­ng phÇn nhá h¬n n»m ngoµi c¸c vÞ trÝ 0 lµ rÊt quan träng ®Ó tÝnh to¸n cù ly. Cïng thÓ hiÖn trªn h×nh lµ mËt ®é phæ c«ng suÊt cña tÝn hiÖu nhiÔu tiªu biÓu ®­îc t×m ra trong m¸y thu GPS sau khi chuyÓn ®æi tÇn sè vÒ d¶i tÇn c¬ së (lµ d¶i tÇn mµ sãng mang ®· ®­îc lo¹i bá). Nã cho thÊy r»ng, sù cã mÆt cña m· C/A lµm cho toµn bé tÝn hiÖu n»m d­íi møc nhiÔu, bëi v× c«ng suÊt tÝn hiÖu ®· ®­îc tr¶i ra ë d¶i tÇn réng. - NÐn phæ tÝn hiÖu Tõ biÓu thøc to¸n häc cña tÝn hiÖu ®­îc ®iÒu chÕ bëi m· C/A lµ: s(t) = d(t).C(t).Cos(wt + q) Khi tÝn hiÖu nµy ®­îc dÞch tÇn ®Õn d¶i tÇn c¬ së vµ duy tr× bëi vßng kho¸ pha th× sãng mang bÞ lo¹i bá chØ cßn l¹i d÷ liÖu ®iÒu chÕ vµ m· ®iÒu chÕ C/A. TÝn hiÖu cuèi cïng ®­îc chuÈn ho¸ cã d¹ng s(t) = d(t).C(t) cã c«ng suÊt phæ t­¬ng tù nh­ phæ c«ng suÊt cña m· C/A (h×nh 2.10). Nh­ ®· ®Ò cËp ë tr­íc, tÝn hiÖu ë d¹ng nµy cã phæ c«ng suÊt n»m d­íi møc nhiÔu cña m¸y thu lµm cho nã kh«ng thÓ th©m nhËp ®­îc. Tuy nhiªn, nÕu tÝn hiÖu ®­îc nhËn víi mét b¶n sao cña c(t) trong mèi liªn hÖ chÝnh x¸c víi nã th× kÕt qu¶ lµ: S(t).C(t) = d(t).C(t).C(t) = d(t).C2(t) = d(t) Trong ®ã, ®¼ng thøc cuèi lµ do gi¸ trÞ thùc tÕ lý t­ëng cña d¹ng sãng m· C/A lµ ±1 (trong thùc tÕ th× d¹ng sãng m· C/A thu ®­îc kh«ng lý t­ëng do sù giíi h¹n d¶i tÇn ë m¸y thu, tuy nhiªn ¶nh h­ëng th­êng lµ kh«ng quan träng). Ph­¬ng thøc nµy ®­îc gäi lµ sù nÐn phæ KÕt qu¶ tÝn hiÖu cã ®é réng phæ gi÷a hai biªn lµ xÊp xØ 100Hz lµ do sù ®iÒu chÕ chuçi d÷ liÖu 50bps. TÝn hiÖu ®­îc phôc håi qua bé läc §Æc tÝnh phæ c«ng suÊt nhiÔu Phæ c«ng suÊt tÝn hiÖu sau khi nÐn Phæ c«ng suÊt tÝn hiÖu tr­íc khi nÐn H×nh 2.11: Sù nÐn phæ cña m· C/A Tõ ph­¬ng tr×nh trªn ta thÊy r»ng, tæng c«ng suÊt tÝn hiÖu kh«ng bÞ thay ®æi trong qu¸ tr×nh nµy, nh­ng b©y giê nã l¹i n»m trong d¶i tÇn hÑp h¬n nhiÒu. Nh­ vËy, gi¸ trÞ cña phæ c«ng suÊt ®­îc t¨ng ®¸ng kÓ (h×nh 2.11). Thùc tÕ lóc nµy phæ c«ng suÊt tÝn hiÖu lín h¬n c«ng suÊt cña nhiÔu vµ tÝn hiÖu cã thÓ ®­îc phôc håi b»ng c¸ch cho tÝn hiÖu qua mét bé läc d¶i th«ng hÑp ®Ó lo¹i bá tÝn hiÖu nhiÔu cã d¶i th«ng réng. - Vai trß cña viÖc nÐn phæ tÝn hiÖu trong viÖc khö nhiÔu T¹i cïng mét thêi ®iÓm mµ phæ cña tÝn hiÖu GPS yªu cÇu bÞ nÐn l¹i bëi qu¸ tr×nh nÐn phæ, mäi tÝn hiÖu nhiÔu mµ kh«ng ®­îc ®iÒu chÕ bëi m· C/A sÏ bÞ tr¶i phæ tíi ®é réng Ýt nhÊt 2MHz, nh­ vËy cã thÓ chØ cã mét phÇn nhá cña c«ng suÊt tÝn hiÖu nhiÔu kh«ng qua bé läc phôc håi tÝn hiÖu. Sè l­îng/møc nhiÔu khö ®­îc b»ng c¸ch sö dông m· C/A phô thuéc vµo ®é réng d¶i th«ng cña bé läc kh«i phôc, d¶i th«ng cña tÝn hiÖu nhiÔu vµ d¶i th«ng cña m· C/A. §èi víi c¸c tÝn hiÖu nhiÔu cã d¶i tÇn hÑp th× c¸c tÝn hiÖu nµy cã thÓ ®­îc ®iÒu chÕ bëi d¹ng sãng gÇn sin vµ mét bé läc kh«i phôc tÝn hiÖu cã ®é réng d¶i th«ng 1000Hz hoÆc lín h¬n, l­îng khö nhiÔu theo dB ®­îc cho xÊp xØ bëi: h = 10. (DB) Víi Wc vµ Wf lµ ®é réng d¶i th«ng m· C/A vµ bé läc phôc håi tÝn hiÖu. NÕu Wf = 2000Hz th× kh¶ n¨ng khö nhiÔu cã thÓ ®¹t ®­îc 30dB ®èi víi c¸c tÝn hiÖu nhiÔu cã d¶i th«ng hÑp. Khi bé läc kh«i phôc cã d¶i th«ng nhá h¬n 1000Hz th× tr­êng hîp nµy sÏ phøc t¹p h¬n. Khi ®ã, viÖc nÐn phæ tÝn hiÖu nhiÔu cã d¹ng sin sÏ cã c¸c thµnh phÇn phæ rêi r¹c víi kho¶ng c¸ch 1000Hz. Khi d¶i th«ng cña tÝn hiÖu nhiÔu t¨ng th× qu¸ tr×nh nÐn phæ m· C/A lµm gi¶m l­îng khö nhiÔu. §èi víi c¸c nhiÔu cã d¶i th«ng lín h¬n d¶i th«ng cña bé läc kh«i phôc tÝn hiÖu th× l­îng nhiÔu khö ®­îc theo dB ®­îc t¹o bëi m· C/A lµ xÊp xØ: h = 10. (DB) Víi WI lµ d¶i th«ng cña nhiÔu. Khi WI >> WC th× m· kh«ng thÓ khö ®­îc mét chót nhiÔu nµo. - §Æc tÝnh cña sù ®a truy nhËp ph©n chia theo m· C¸c m· C/A tõ c¸c vÖ tinh kh¸c nhau lµ trùc giao, cã nghÜa lµ víi bÊt cø 2 m· c1(t) vµ c2(t) tõ 2 vÖ tinh kh¸c nhau cã sù hiÖp ph­¬ng sai chÐo: ®èi víi mäi t Nh­ vËy, khi tÝn hiÖu tõ vÖ tinh ®­îc chän ®Ó nÐn phæ b»ng c¸ch sö dông b¶n sao m· cña nã th× tÝn hiÖu tõ c¸c vÖ tinh kh¸c coi nh­ lµ tÝn hiÖu nhiÔu cã d¶i tÇn réng, chóng sÏ ë d­íi møc nhiÔu. §iÒu nµy cho phÐp mét m¸y thu GPS t¹o ra ®­îc nhiÒu d¹ng kh¸c nhau cña c¸c tÝn hiÖu vÖ tinh riªng lÎ vµ xö lý chóng mét c¸ch riªng rÏ, mÆc dï mäi tÝn hiÖu ®Òu ®­îc ph¸t ë cïng mét tÇn sè. Qu¸ tr×nh nµy ®­îc gäi lµ ®a truy nhËp ph©n chia theo m·. M· P vµ c¸c ®Æc tÝnh cña m· P Kh¸i qu¸t M· P chñ yÕu ®­îc sö dông cho nh÷ng øng dông trong qu©n sù, cã c¸c chøc n¨ng sau: T¨ng kh¶ n¨ng chèng c¸c tÝn hiÖu can nhiÔu. V× d¶i th«ng cña m· P lín h¬n gÊp 10 lÇn d¶i th«ng cña m· C/A, nã cho phÐp t¨ng kh¶ n¨ng chèng nhiÔu d¶i tÇn hÑp xÊp xØ 10dB. Trong c¸c øng dông qu©n sù th× nhiÔu ®­îc sö dông nh­ lµ lîi ®iÓm: Cung cÊp kh¶ n¨ng chèng l¹i sù b¾t ch­íc tÝn hiÖu. Ngoµi c¸c tÝn hiÖu can nhiÔu, mét chiÕn thuËt qu©n sù kh¸c lµ kÎ thï cã thÓ tËn dông nã ®Ó ph¸t ra mét tÝn hiÖu mµ tÝn hiÖu ®ã nh­ lµ mét tÝn hiÖu GPS, nh­ng trong thùc tÕ nã ®­îc thiÕt kÕ ®Ó lµm nhiÔu m¸y thu GPS. §iÒu nµy cã thÓ ®­îc ng¨n chÆn b»ng viÖc m· ho¸ tÝn hiÖu bëi m· P. KÎ gi¶ m¹o sÏ kh«ng thÓ biÕt ®­îc tiÕn tr×nh gi¶i m· vµ kh«ng thÓ t¹o mét tÝn hiÖu c¹nh tranh gièng nh­ lµ mét tÝn hiÖu ®· ®­îc gi¶i m· thÝch hîp. V× vËy, m¸y thu cã thÓ lo¹i bá tÝn hiÖu sai vµ gi¶i m· tÝn hiÖu yªu cÇu. T¨ng ®é chÝnh x¸c ®o cù ly: §é chÝnh x¸c trong ®o l­êng cù ly ®­îc c¶i thiÖn khi mµ d¶i th«ng tÝn hiÖu t¨ng. Nh­ vËy, m· P lµm cho ®é chÝnh x¸c ®o l­êng cù ly t¨ng. Do m· P lµm t¨ng d¶i th«ng tÝn hiÖu nªn nã còng h¹n chÕ ®­îc nhiÒu h¬n c¸c lçi do ®a ®­êng truyÒn g©y ra. C¸c ®Æc tÝnh cña m· P Kh«ng gièng nh­ m· C/A, m· P ®iÒu chÕ c¶ hai sãng mang L1 vµ L2. TÇn sè chip cña m· P lµ 10,23MHz, nã chÝnh x¸c gÊp 10 lÇn tÇn sè chip cña m· C/A vµ nã cã chu kú lµ 1 tuÇn. Nã ®­îc ph¸t mét c¸ch ®ång bé víi m· C/A vµ viÖc truyÒn mçi chip m· C/A lu«n t­¬ng øng víi viÖc truyÒn mçi chip m· P. Gièng nh­ m· C/A, chøc n¨ng tù ®éng t­¬ng quan cña m· P cã ®Ønh ë gi÷a tam gi¸c, t¹i t = 0, nh­ng víi 1/10 ®é réng gèc. C«ng suÊt phæ còng cã ®Æc tÝnh sin2x/x2, nh­ng víi d¶i th«ng réng h¬n 10 lÇn. V× chu kú cña m· P th× qu¸ dµi, do ®ã phæ c«ng suÊt cã thÓ coi nh­ lµ liªn tôc cho c¸c môc ®Ých thùc tÕ. Mçi vÖ tinh chØ ph¸t mét m· P duy nhÊt, kü thuËt ®­îc sö dông ®Ó ph¸t th× t­¬ng tù nh­ kü thuËt ph¸t m· C/A. M· Y vµ c¸c ®Æc tÝnh M· Y ®­îc m· ho¸ tõ m· P ®Ó chèng l¹i sù b¾t ch­íc vµ sù tõ chèi cña m· P ®èi víi nh÷ng ng­êi sö dông kh«ng ®­îc chÊp thuËn. M· Y ®­îc t¹o ra b»ng c¸ch ®a hîp m· P víi mét m· kh¸c gäi lµ m· W. M· W lµ mét chuçi c¸c chip tuÇn tù cã vÎ ngÉu nhiªn xuÊt hiÖn víi tÇn sè 511,5KHz. Nh­ vËy cã 20 chip m· P cho mçi chip m· W. Khi mµ gi¸ trÞ chip cña c¶ hai m· Y vµ P lµ ±1 th× kÕt qu¶ lµ m· Y cã d¹ng gièng víi m· P, ®ã lµ nã còng cã tÇn sè chip lµ 10,23MHz. Tuy nhiªn, m· Y kh«ng thÓ nÐn phæ bëi mét b¶n sao cña m· P ë m¸y thu trõ phi nã ®­îc gi¶i m·. ViÖc gi¶i m· bao gåm viÖc ®a hîp m· Y víi b¶n sao cña m· W do m¸y thu t¹o ra mµ chØ nh÷ng m¸y thu ®­îc cho phÐp míi t¹o ra ®­îc. CÊu tróc m¸y thu GPS Trong thùc tÕ hiÖn nay ng­êi ta sö dông nhiÒu lo¹i m¸y thu ®Ó thu vµ xö lý tÝn hiÖu GPS phôc vô dÉn ®­êng cho phï hîp víi nhiÒu lo¹i thiÕt bÞ kh¸c nhau trong nhiÒu lÜnh vùc. Nh­ng nh×n chung ®Ó ®¸p øng viÖc thu ®­îc tÝn hiÖu GPS th× c¸c m¸y thu ®Òu cã s¬ ®å khèi sau: Läc vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu cao tÇn §æi tÇn vµ khuÕch ®¹i trung tÇn Sè ho¸ tÝn hiÖu GPS Xö lý tÝn hiÖu b¨ng c¬ së Läc vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu cao tÇn Trong m¸y thu GPS tÇng ®Çu tiªn cña m¸y thu lµ tÇng cao tÇn cã nhiÖm vô läc vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu GPS thu ®­îc tõ Anten m¸y thu. Do n¨ng l­îng tÝn hiÖu ë cña vµo m¸y thu GPS (sau Anten) rÊt thÊp vµ dÔ bÞ c¸c tÝn hiÖu cã b¨ng th«ng kÕ cËn cã n¨ng l­îng lín h¬n “che khuÊt” nªn ng­êi ta ph¶i khuÕch ®¹i tÝn hiÖu cao tÇn thªm lªn tõ 35dB ®Õn 55dB ®Ó cã thÓ xö lý tÝn hiÖu mét c¸ch hiÖu qu¶ ë c¸c tÇng sau. MÆt kh¸c, tÇng cao tÇn cßn cã bé läc th«ng d¶i (BPF - Band Pass Fiter) ®Ó triÖt nhiÔu ngo¹i b¨ng mµ vÉn kh«ng ¶nh h­ëng g× ®Õn ®Æc tuyÕn tÝn hiÖu GPS. B¨ng th«ng danh ®Þnh cña tÝn hiÖu GPS c¶ hai b¨ng tÇn lµ 20 MHz (+- 10 MHZ cho mçi phÝa sãng mang) vµ ng­êi ta mong muèn sö dông mét bé läc th«ng d¶i cã b¨ng th«ng 20MHz ®Ó lo¹i bá hoµn toµn nhiÔu ngo¹i b¨ng. Tuy nhiªn, xÐt trªn ph­¬ng diÖn kü thuËt th× khã cã thÓ x©y dùng ®­îc bé läc cã tØ lÖ b¨ng th«ng trªn tÇn sè sãng mang thÊp nh­ thÕ. Nªn trªn thùc tÕ ng­êi ta sö dông nhiÒu bé läc cã b¨ng th«ng réng ®Ó lo¹i ¶nh h­ëng g©y nªn nhiÔu cao tÇn. Cßn bé läc b¨ng th«ng hÑp (b¨ng th«ng ®óng 20MHz) cã ®Æc tuyÕn dèc ®ã lµ bé läc SCF (Sharp Cutoff Filter) sÏ ®­îc sö dông sau nµy khi ®· ®­îc ®­a xuèng tÇn sè trung tÇn. §æi tÇn vµ khuÕch ®¹i trung tÇn Sau khi ®­îc khuÕch ®¹i ë tÇng cao tÇn, tÝn hiÖu GPS ®­îc ®­a xuèng tÇn sè thÊp h¬n gäi lµ tÇn sè trung tÇn ®Ó tiÕp tôc läc vµ khuÕch ®¹i. Qu¸ tr×nh ®­a tõ tÝn hiÖu tÇn sè cao xuèng mét tÇn sè thÊp h¬n (tÇn sè trung tÇn) ®­îc gäi lµ qu¸ tr×nh ®æi tÇn. §æi tÊn tÝn hiÖu GPS nh»m ®¹t ®­îc c¸c môc tiªu sau : N©ng cao hÖ sè khuÕch ®¹i tæng v­ît qu¸ ng­ìng khuÕch ®¹i ®· ®¹t ®­îc ë tÇng cao tÇn. NÕu chóng ta n©ng hÖ sè khuÕch ®¹i ë tÇng cao tÇn lªn qu¸ cao th× sÏ xuÊt hiÖn dao ®éng ký sinh g©y khã kh¨n cho viÖc ®iÒu khiÓn. MÆt kh¸c, v× bä läc b¨ng th«ng hÑp SCF kh«ng thÓ sö dông ®­îc ë tÇn sè cao tÇn nªn khi hÖ sè khuÕch ®¹i cao tÇn qu¸ cao sÏ lµm cho tÇng trung tÇn cuèi chÞu ¶nh h­ëng nÆng nÒ bëi nhiÔu cËn b¨ng. §Ó kh¾c phôc nh­îc ®iÓm nµy, ng­êi ta thiÕt kÕ nhiÒu bé khuÕch ®¹i ë c¸c tÇng trung tÇn nh»m n©ng cao hÖ sè khuÕch ®¹i tæng mµ kh«ng hÒ g©y ¶nh h­ëng xÊu ®èi víi tÝn hiÖu GPS. Sau khi ®æi tÇn, tØ lÖ b¨ng th«ng tÝn hiÖu trªn tÇn sè trung t©m sÏ t¨ng lªn, cho phÐp x©y dùng nh÷ng bé läc b¨ng th«ng hÑp SCF. Nh÷ng bé läc nµy th­êng ®­îc ®Æt tr­íc c¸c bé khuÕch ®¹i trung tÇn nh»m tr¸nh bÞ xuyªn nhiÔu bëi nh÷ng tÝn hiÖu ngo¹i b¨ng. C¸c bé läc ë ®©y th­êng lµ c¸c bé läc song mÆt SAW ( Surface Acoustic Wave). §æi tÇn sÏ ®­a tÝn hiÖu GPS xuèng tÇn sè thÊp h¬n lµm cho viÖc lÊy mÉu tÝn hiÖu trë nªn ®¬n gi¶n h¬n. Qu¸ tr×nh ®æi tÇn ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸ch nh©n tÝn hiÖu GPS víi tÝn hiÖu d¹ng Sin lÊy tõ bé dao ®éng néi (LO- Local Oscillator) ë trong bé trén (Mix –Mixer) nh­ ë s¬ ®å (h×nh 2.12). TÇn sè tÝn hiÖu ë bé dao ®éng cã thÓ lín h¬n hoÆc nhá h¬n tÇn sè sãng mang GPS vµ hiÖu hai tÇn sè trung tÇn (IF - Intermediate Frequency). Sau bé trén sÏ cã hai tÝn hiÖu trung tÇn (mét tÝn hiÖu sinh ra do lÊy tÇn sè sãng mang trõ ®i tÇn sè bé dao ®éng néi vµ tÝn hiÖu cßn l¹i lµ do lÊy tÇn sè bé dao ®éng néi trõ ®i tÇn sè sãng mang thu ®­îc), nh­ng ng­êi ta chØ dïng mét tÝn hiÖu, cßn tÝn hiÖu kh«ng sö dông kia ®­îc gäi lµ “tÝn hiÖu ¶nh”. Chóng ta cã thÓ läc bá tÝn hiÖu ¶nh nh­ng viÖc thùc hiÖn läc bá kh¸ khã kh¨n v× kho¶ng c¸ch gi÷a hai tÝn hiÖu chØ lµ hai lÇn tÇn sè trung tÇn. ChÝnh v× lý do ®ã, chóng ta cÇn ph¶i ®æi tÇn nhiÒu lÇn ®Ó dÔ dµng lo¹i bá tÝn hiÖu ¶nh kh«ng mong muèn. Th«ng th­êng, ng­êi ta hay thùc hiÖn hai lÇn ®æi tÇn ®­a tÝn hiÖu GPS xuèng trung tÇn tõ 4 ®Õn 20MHz ®Ó cã thÓ thùc hiÖn lÊy mÉu ë tèc ®é hîp lý. Tuy nhiªn, ®èi víi m¸y thu ®Æc chñng, trung tÇn l¹i ®­îc gi÷ ë møc kh¸ cao (tõ 30 ®Õn 100MHz) víi mét lÇn ®æi tÇn bëi v× c«ng nghÖ hiÖn ®¹i cho phÐp lÊy mÉu vµ sè ho¸ tÝn hiÖu ë møc tÇn sè nµy. Tû lÖ tÝn hiÖu trªn t¹p ©m: Mét th«ng sè cã ý nghÜa rÊt quan träng ®èi víi viÖc ®¸nh gi¸ chÊt l­îng tÝn hiÖu lµ tØ lÖ tÝn trªn t¹p (SNR - Signal to Noise ratio). B¨ng th«ng tÝn hiÖu trung tÇn cã thÓ lµ 2MHz ®èi víi tÝn hiÖu lo¹i th­êng (tÝn hiÖu chØ chøa m· C/A ), hoÆc lµ 20MHz ®èi víi m¸y thu hai kªnh (m¸y thu c¶ hai tÝn hiÖu m· C/A vµ m· P). T¹p ©m chÝnh ë m¸y thu GPS xuÊt hiÖn lµ t¹p nhiÖt trong bé khuÕch ®¹i cao tÇn hoÆc trong bé tÇn khuÕch ®¹i anten. N¨ng l­îng t¹p ©m ë b¨ng th«ng trung tÇn ®­îc tÝnh nh­ sau: N= k*TC*B Trong ®ã: k = 1,3806* J/K B : lµ b¨ng th«ng tÝn hiÖu (Hz) TC : lµ hÖ sè t¹p nhiÖt hiÖu dông( K) HÖ sè t¹p nhiÖt hiÖu dông TC phô thuéc rÊt nhiÒu yÕu tè nh­ t¹p ©m khÝ quyÓn, t¹p ©m nhiÖt anten, suy hao theo cù ly, t¹p nhiÖt m¸y thu vµ nhiÖt ®é m«i tr­êng. Ng­êi ta th­êng lÊy TC = 513 K vµ do ®ã, t¹p ©m ë b¨ng th«ng 2MHz sÏ lµ - 138,5 dBW, cßn t¹p ©m ë b¨ng th«ng 20MHz lµ - 128,5 dBW. LÊy møc n¨ng l­îng tÝn hiÖu thu ®­îc lµ - 154,6 dBW. Nh­ vËy tØ lÖ SNR ë b¨ng th«ng 20MHz sÏ lµ: -154,6 –è-128,5) = -26,6 (dB) TØ lÖ tÝn trªn t¹p SNR cña tÝn hiÖu b¨ng th«ng 2MHZ sÏ lµ: (-154,6 –è0.5) – (-138,5) = -16,6 (dB) Sè ho¸ tÝn hiÖu GPS Trong m¸y thu GPS hiÖn ®¹i, qu¸ tr×nh xö lý tÝn hiÖu sè ®­îc vËn dông ®Ó b¸m tÝn hiÖu vÖ tinh, ®o tùa cù ly, tÇn sè Doppler vµ gi¶i ®iÒu chÕ d÷ liÖu tèc ®é 50 bit/s. ChÝnh v× nh÷ng ­u ®iÓm cña tÝn hiÖu sè nªn ng­êi ta ph¶i lÊy mÉu vµ sè ho¸ tÝn hiÖu GPS b»ng bé chuyÓn ®æi t­¬ng tù - sè (ADC - Analog to Digital Converter). ViÖc lÊy mÉu tÝn hiÖu th­êng ®­îc thùc hiÖn ë trung tÇn cuèi. Tuy nhiªn, trong mét sè tr­êng hîp , tÝn hiÖu nµy cßn ®­îc ®æi tÇn mét lÇn n÷a xuèng b¨ng c¬ së (base hand) råi míi thùc hiÖn lÊy mÉu. Tèc ®é lÊy mÉu ph¶i tu©n theo ®Þnh luËt Nyquist, nghÜa lµ ph¶i lín h¬n Ýt nhÊt hai lÇn tÇn sè tÝn hiÖu trung tÇn. HÇu hÕt c¸c m¸y thu ®Òu sö dông ph­¬ng thøc l­îng tö ho¸ 1 bit khi lÊy mÉu bëi kh«ng nh÷ng ®©y lµ ph­¬ng thøc lÊy mÉu ®¬n gi¶n nhÊt mµ nã cßn Ýt chÞu ¶nh h­ëng bëi sù thay ®æi møc ®iÖn ¸p. ChÝnh v× thÕ, m¸y thu lo¹i nµy kh«ng cÇn sö dông bé tù ®éng ®iÒu chØnh hÖ sè khuÕch ®¹i AGC ( Automatic Gain Control). Tuy vËy, khi xuÊt hiÖn t¹p tr¾ng cã møc n¨ng l­îng cao h¬n møc n¨ng l­îng tÝn hiÖu th× viÖc lÊy mÉu (chän lùa bit 0 hay 1) sÏ rÊt khã kh¨n. Thªm vµo ®ã, l­îng tö ho¸ 1 bit còng g©y ra suy gi¶m tØ lÖ tÝn trªn t¹p kho¶ng 2dB vµ “hiÖu øng gi÷ chç” ®èi víi nhiÔu n¨ng l­îng cao lµm tÝn hiÖu dÔ bÞ ¶nh h­ëng bëi nhiÔu. M¸y thu ®Æc chñng th­êng sö dông phÐp l­îng tö ho¸ 1,5 bit (3 møc) cho ®Õn 3 bit(8 møc). L­îng tö ho¸ 3 bit cã kh¶ n¨ng chèng nhiÔu rÊt tèt h¬n l­îng tö ho¸ 1 bit rÊt nhiÒu. Tuy nhiªn, ®Ó tèi ­u ho¸ qu¸ tr×nh l­îng tö ho¸ ®a bit th× møc tÝn hiÖu tèi ®a ®­a vµo bé chuyÓn ®æi ADC ph¶i ®óng b»ng kho¶ng cho phÐp cña bé chuyÓn ®æi. Do ®ã, m¸y thu GPS ph¶i cã bé tù ®éng ®iÒu chØnh hÖ sè khuÕch ®¹i AGC ®Ó gi÷ møc tÝn hiÖu ®Çu vµo bé ADC kh«ng v­ît qu¸ ng­ìng cho phÐp. Xö lý tÝn hiÖu b¨ng c¬ së Xö lý tÝn hiÖu lµ qu¸ tr×nh thùc hiÖn c¸c thuËt to¸n trong thêi gian thùc, sö dông c¸c phÇn cøng vµ c¸c phÇn mÒm cña m¸y thu nh»m cung cÊp, t×m vµ b¸m tÝn hiÖu tÝn hiÖu GPS, sau ®ã tiÕn hµnh gi¶i m· b¶n tin dÉn ®­êng ®Ó ®o ®¹c tùa cù ly theo m· hoÆc pha sãng mang vµ tÝnh to¸n tÇn sè Doppler. Tõ ®ã, x¸c ®Þnh chÝnh x¸c vÞ trÝ m¸y bay trong kh«ng gian. §Ó lµm râ h¬n ta lÇn l­ît t×m hiÓu vÒ qu¸ tr×nh t×m vµ b¸m tÝn hiÖu tÝn hiÖu GPS trong m¸y thu. Ta cã thÓ chia nhá quy tr×nh hai phÇn: B¸m tÇn sè vµ pha sãng mang B¸m m· vµ gi¶i tr¶i phæ tÝn hiÖu Amp Mix.1 BPF Amp Mix.2 BPF BPF Amp ADC Tæng hîp tÇn sè Dao ®éng chuÈn Th«ng tin dÉn ®­êng ( vÞ trÝ, tèc ®é, thêi gian, tÇn sè) Truy cËp vµ b¸m m· tÝn hiÖu GPS Truy cËp vµ b¸m sang mang §ång bé bit d÷ liÖu Gi¶i ®iÒu chÕ b¶n tin dÉn ®­êng §o tùa cô ly theo m· hoÆc theo sãng mang Xö lý th«ng tin dÉn ®­êng (cã thÓ cã chøa bä läc Kalman) D÷ liÖu phô trî ( hÖ thèng dÉn ®­êng qu¸n tÝnh, ®ång hå ®o cao, LORAN C TÝn hiÖu trung tÇn ®· ®­îc sè ho¸ LO LO §iÒu khiÓn ng¾t §Þnh thêi TÇng cao tÇn Anten TÇng trung tÇn thø hai TÇng trung tÇn thø nhÊt H×nh 2.12: S¬ ®å khèi nguyªn lý cña 1 m¸y thu GPS §é chÝnh x¸c cña hÖ thèng GPS vµ c¸c lçi ®­êng truyÒn §é chÝnh x¸c cña GPS Tr­íc khi cã bÊt kú mét sù so s¸nh nµo gi÷a GPS víi c¸c hÖ thèng kh¸c, chóng ta cÇn hiÓu vÒ GPS. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña GPS rÊt ®¬n gi¶n, biÕt kho¶ng c¸ch tíi 3 ®iÓm ®· biÕt sÏ cho ta mét vÞ trÝ chÝnh x¸c, trong GPS nh÷ng ®iÓm ®· biÕt lµ c¸c vÖ tinh. Mçi vÖ tinh ph¸t mét bé m· duy nhÊt trªn d¶i tÇn L ë hai tÇn sè lµ L1 vµ L2. C¸c th«ng sè quü ®¹o vµ ®ång hå chÝnh x¸c ®­îc c¸c tr¹m mÆt ®Êt cña kh©u ®iÒu khiÓn ®o ®¹c vµ ®iÒu khiÓn. LÞch vÖ tinh chÝnh x¸c vµ th«ng tin hiÖu chØnh ®ång hå lµ d÷ liÖu ®­îc ph¸t cho tõng vÖ tinh, v× nã ®­îc ph¸t tõ tr¹m ®iÒu khiÓn chñ ®Ó mçi vÖ tinh biÕt thêi gian vµ lÞch vÖ tinh cho chÝnh x¸c. Do vËy, d÷ liÖu nµy liªn tôc ®­îc chuyÓn tíi tõng vÖ tinh. §èi víi ng­êi sö dông hÖ thèng th× muèn cã ®­îc vÞ trÝ chÝnh x¸c cÇn ph¶i x¸c ®Þnh kho¶ng c¸ch tíi Ýt nhÊt 3 vÖ tinh. Kü thuËt ®­îc sö dông ®Ó ®o kho¶ng c¸ch nµy lµ t¹o ra c¸c b¶n sao m· nhËn d¹ng vÖ tinh trong m¸y thu råi dÞch chuyÓn nã theo thêi gian cho ®Õn khi thu ®­îc t­¬ng quan víi tÝn hiÖu vÖ tinh. Gi¸ trÞ ®o ®¹c nµy ®­îc gäi lµ kho¶ng c¸ch gi¶, ®o tõ 4 vÖ tinh ph¶i ®­îc thùc hiÖn ®Ó gi¶i 4 Èn ch­a biÕt trong c¸c ph­¬ng tr×nh, ®ã lµ to¹ ®é X, Y, Z cña vÞ trÝ vµ T lµ thêi gian chÝnh x¸c. Sai sè trong viÖc x¸c ®Þnh vÞ trÝ phô thuéc vÞ trÝ cña 4 vÖ tinh ®­îc biÕt nh­ thÕ nµo, ®Æc tÝnh h×nh häc cña vÖ tinh vµ ®é chÝnh x¸c kho¶ng c¸ch gi¶ ®ã ®­îc ra sao? Nh­ vËy, thùc sù cã 4 nguån sai sè chÝnh ¶nh h­ëng ®Õn ®é chÝnh x¸c cña viÖc x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña hÖ thèng GPS. §ã lµ sai sè trong phÇn vÖ tinh vµ phÇn ®iÒu khiÓn, sai sè do thêi gian ph¸t truyÒn, sai sè ®o ®¹c cña m¸y thu, sai sè cña ng­êi sö dông UERE. UERE g©y ¶nh h­ëng ®Õn sai sè vÞ trÝ ng­êi sö dông th«ng qua ®Æc tÝnh h×nh häc cña chßm vÖ tinh vµ ®­îc gäi lµ sù suy gi¶m h×nh häc cña ®é chÝnh x¸c GDOP. GDOP lµ mét gi¸ trÞ x¸c ®Þnh xem tÝnh h×nh häc cña vÖ tinh ¶nh h­ëng ®Õn ®é chÝnh x¸c nh­ thÕ nµo vµ ¶nh h­ëng nhiÒu hay Ýt ®Õn sai sè ®o kho¶ng c¸ch gi¶ trong sai sè vÞ trÝ ng­êi sö dông. Chó ý quan träng nhÊt trong viÖc thiÕt kÕ hÖ thèng GPS lµ gi¶m nh÷ng ¶nh h­ëng cña c¸c sai sè ®ã vµ cã ®­îc sù suy gi¶m h×nh häc cña ®é chÝnh x¸c nhá nhÊt ®Ó c¸c sai sè kh«ng cßn më réng qu¸ trong viÖc dù ®o¸n vÞ trÝ cña vÖ tinh. Sau ®©y lµ tõng nguån sai sè vµ c¸c ph­¬ng ph¸p lµm gi¶m ¶nh h­ëng cña chóng. Sai sè phÇn vÖ tinh vµ phÇn ®iÒu khiÓn PhÇn vÖ tinh vµ phÇn ®iÒu khiÓn g©y ra mét phÇn quan träng trong toµn bé sai sè kho¶ng c¸ch t­¬ng ®­¬ng ng­êi sö dông UERE. Sai sè phÇn vÖ tinh vµ phÇn ®iÒu khiÓn bao gåm sai sè cña ®ång hå vÖ tinh vµ sai sè cña lÞch vÖ tinh. Sai sè vÖ tinh cã thÓ dù ®o¸n trong 10ns, t­¬ng ®­¬ng kho¶ng 3m. TÊt c¶ c¸c vÖ tinh ®Òu ®­îc trang bÞ ®ång hå nguyªn tö, chóng rÊt æn ®Þnh vµ chØ sai lÖch víi thêi gian cña hÖ thèng ®Þnh vÞ toµn cÇu kho¶ng 1ms. §ång hå nguyªn tö lµ tÇn sè chuÈn ®iÒu khiÓn toµn bé ho¹t ®éng cña vÖ tinh. Do vËy nªn sù chªnh lÖch gi÷a ®ång hå nguyªn tö víi thêi gian cña hÖ thèng lµ kh«ng ®­îc dù ®o¸n chÝnh x¸c g©y nªn sai sè ®ång hå vÖ tinh. Trªn c¬ së quan s¸t vÖ tinh, tr¹m ®iÒu khiÓn chñ dù ®o¸n vÞ trÝ quü ®¹o trong t­¬ng lai. Sai sè lÞch vÖ tinh còng g©y trë ng¹i trong viÖc dù ®o¸n sè hiÖu chØnh quü ®¹o, quü ®¹o vÖ tinh còng chÞu ¶nh h­ëng cña tr­êng hÊp dÉn tr¸i ®Êt, giã mÆt trêi, sai sè cña c¸c ®ång hå trªn vÖ tinh, sai sè cña c¸c ®ång hå ë tr¹m ®iÒu khiÓn vµ mét vµi yÕu tè kh¸c. TÊt c¶ c¸c yÕu tè trªn g©y ra sai sè quü ®¹o kho¶ng 5m hoÆc h¬n so víi vÞ trÝ quy ®Þnh. GPS vi ph©n ®­îc sö dông ®Ó hiÖu chØnh sai sè ®ång hå vÖ tinh vµ sai sè lÞch vÖ tinh. Sai sè thêi gian ph¸t truyÒn ( Sai sè do ®é trÔ tÇng ®iÖn ly) Trong tÇng ®iÖn ly, c¸c chÊt khÝ bÞ ion ho¸ bëi sù bøc x¹ cña m¾t trêi t¹o c¸c ®¸m m©y ®iÖn tÝch tù do cã ¶nh h­ëng rÊt m¹nh tíi bÊt kú tÝn hiÖu ®iÖn tõ tr­êng nµo trong d¶i tÇn sè cña GPS. Tèc ®é truyÒn lan lµ mét hµm cña tÇn sè. Mét vÞ trÝ nµo ®ã trong tÇng ®iÖn ly ®­îc lu©n phiªn bÞ chiÕu s¸ng bëi mÆt trêi vµ sù che khuÊt cña tr¸i ®Êt theo chu kú hµng ngµy, mét c¸ch tuÇn tù. C¸c ®Æc tÝnh cña tÇng ®iÖn ly thay ®æi theo ngµy, trong ®ã sù ion ho¸ th«ng th­êng ®¹t cùc ®¹i vµo gi÷a tr­a vµ cùc tiÓu vµo lóc nöa ®ªm. Ngoµi ra cßn cã sù thay ®æi do sù ho¹t ®éng cña mÆt trêi. ¶nh h­ëng chñ yÕu cña tÇng ®iÖn ly ®Õn tÝn hiÖu GPS lµ lµm thay ®æi tèc ®é truyÒn lan. ¶nh h­ëng cña tÇng ®iÖn ly tû lÖ víi tæng sè l­îng c¸c ®iÖn tö däc theo ®­êng truyÒn tÝn hiÖu vµ do ®ã phô thuéc vµo c­êng ®é bøc x¹ cña mÆt trêi, vÞ trÝ m¸y thu, h­íng quan s¸t vµ thêi gian trong ngµy; ®é trÔ tÇng ®iÖn ly cã thÓ ®¹t tíi 5¸15m vµo ban ngµy vµ kho¶ng 1m vµo ban ®ªm. T¹i gãc ngÈng bÐ th× ®­êng truyÒn qua tÇng ®iÖn ly dµi h¬n, v× vËy ®é trÔ cã thÓ t¨ng lªn ®Õn vµi mÐt vµo ban ®ªm vµ ®Õn 50m vµo ban ngµy. Sai sè tÇng ®iÖn ly t¹i gãc ngÈng bÐ cã thÓ lµm gi¶m ®­îc b»ng c¸ch kh«ng thu tÝn hiÖu tõ c¸c vÖ tinh n»m d­íi gãc ngÈng ®­îc ®¸nh dÊu. Tuy nhiªn, trong mét sè tr­êng hîp th× ng­êi sö dông buéc ph¶i sö dông gãc ngÈng bÐ. V× vËy, ®Ó tho¶ m·n yªu cÇu th× ng­êi ta th­êng chän gãc dÊu tõ 50¸7,50. §Æc ®iÓm khai th¸c hÖ thèng dÉn ®­êng vÖ tinh trªn m¸y bay boeing 777 Giíi thiÖu hÖ thèng dÉn ®­êng vÖ tinh trªn m¸y bay Boeing 777 VÖ tinh 2 HÖ thèng GPS trªn m¸y bay Boeing 777 ho¹t ®éng dùa trªn nguyªn lý dÉn ®­êng hÖ thèng dÉn ®­êng vÖ tinh NAVSTAR, ë ®©y “ng­êi sö dông” (user segment) chÝnh lµ hÖ thèng thu tÝn hiÖu dÉn ®­êng ®­îc ®Æt trªn m¸y bay, ®ã còng chÝnh lµ khèi thu nhËn ®a ph­¬ng thøc MMR (multi-mode receiver). VÖ tinh 3 VÖ tinh 4 VÖ tinh 1 M¸y bay H×nh 3.1: M« h×nh hÖ thèng sö dông vÖ tinh dÉn ®­êng HÖ thèng ®Þnh vÞ toµn cÇu (GPS) trªn m¸y bay Boeing 777 sö dông vÖ tinh dÉn ®­êng víi môc ®Ých: X¸c ®Þnh chÝnh x¸c vÞ trÝ cña m¸y bay Cung cÊp d÷ liÖu cho c¸c hÖ thèng trªn m¸y bay Cung cÊp th«ng tin cho tæ l¸i. Sau khi thu nhËn nh÷ng th«ng tin vÒ vÞ trÝ tõ 4 vÖ tinh trong vïng quan s¸t hÖ thèng GPS sÏ tÝnh to¸n vµ ®­a ra chÝnh x¸c nh÷ng th«ng sè sau: Kinh ®é VÜ ®é §é cao Thêi gian chÝnh x¸c VËn tèc ®Þa h×nh M¸y thu tÝn hiÖu vÖ tinh GPS trªn m¸y bay Boeing 777 S¬ ®å khèi m¸y thu GPS trªn Boeing 777 HÖ thèng thu nhËn tÝn hiÖu GPS trªn m¸y bay bao gåm: 2 Anten GPS: anten GPS bªn tr¸i vµ anten GPS bªn ph¶i; 2 Bé thu nhËn ®a ph­¬ng thøc MMR tr¸i vµ ph¶i; Khèi m¸y tÝnh c¶nh b¸o gÇn mÆt ®Êt GPWC; 2 Tñ hÖ thèng qu¶n lý th«ng tin m¸y bay AIMS; Khèi tham chiÕu qu¸n tÝnh d÷ liÖu kh«ng khÝ ADIRU; 2 §ång hå hiÓn thÞ; Bus d÷ liÖu theo chuÈn ARINC 629. HÖ thèng bao gåm 2 anten GPS. Khèi MMR cÊp nguån ®Õn m¹ch khuÕch ®¹i anten. Anten bªn tr¸i thu nhËn tÝn hiÖu vÖ tinh vµ gëi th«ng tin ®Õn bé thu nhËn ®a ph­¬ng thøc (MMR) bªn tr¸i. Anten GPS bªn ph¶i sÏ ®­îc kÕt nèi víi bé thu nhËn ®a ph­¬ng thøc bªn ph¶i. C¸c bé thu nhËn ®a ph­¬ng thøc tÝnh to¸n ®­a ra vÞ trÝ cña m¸y bay vµ thêi gian chÝnh x¸c. D÷ liÖu ®ã ®i ®Õn c¸c tñ cña hÖ thèng qu¶n lý th«ng tin m¸y bay AIMS (airplane information management system) vµ m¸y tÝnh c¶nh b¸o tr¹ng th¸i gÇn mÆt ®Êt GPWC (ground proximity warning computer). Hµm FMCF (flight management computer function) trong AIMS sö dông d÷ liÖu GPS ®Ó tÝnh vÞ trÝ m¸y bay. C¸c tñ AIMS gëi d÷ liÖu GPS ®Õn khèi ADIRU. Khèi ADIRU sö dông d÷ liÖu GPS ®Ó hiÖu chØnh l¹i c¸c c¶m biÕn bªn trong. §iÒu ®ã lµm gi¶m bít ®é tr«i cña c¸c c¶m biÕn. Thêi gian GPS ®­a ®Õn hµm tÝnh to¸n thêi gian UTCF (universal time coordinated function) trong hÖ thèng AIMS. Thêi gian GPS ®­a ®Õn ®ång hå trong buång l¸i th«ng qua c¸c tö AIMS. C¸c ®ång hå sÏ hiÓn thÞ thêi gian GPS. H×nh 3.2: S¬ ®å khèi hÖ thèng m¸y thu GPS trªn Boeing 777 Nguyªn lý lµm viÖc hÖ thèng GPS trªn m¸y bay Boeing 777 S¬ ®å nguyªn lý hÖ thèng C¸c thµnh phÇn truyÒn d÷ liÖu trong hÖ thèng: Mçi MMR cã mét m¸y c¾t. Nguån 115 Vac ®­îc ®­a ®Õn c¸c MMR th«ng qua c¸c 115 VAC standby bus vµ transfer bus. Nã cÊp nguån 12Vdc cho tõng anten t­¬ng øng th«ng qua c¸p ®ång trôc. C¸c bé khuÕch ®¹i trong anten dïng nguån nµy ®Ó khuÕch ®¹i tÝn hiÖu thu ®­îc tõ vÖ tinh. Anten GPS thu c¸c tÝn hiÖu b¨ng tÇn L víi trë kh¸ng sãng lµ 50 ohm. H×nh 3.3: Giao tiÕp gi÷a c¸c khèi trong hÖ thèng GPS Bus d÷ liÖu IDS: C¸c bé thu nhËn ®a ph­¬ng thøc MMR nhËn d÷ liÖu tham chiÕu qu¸n tÝnh tõ khèi chøc n¨ng qu¶n lý chuyÕn bay FMCF trong mçi tñ cña hÖ thèng AIMS th«ng qua bus d÷ liÖu IDS. C¸c bé thu nhËn ®a ph­¬ng thøc sö dông chÝnh d÷ liÖu nµy ®Ó khëi ®éng hÖ thèng vµ duy tr× ho¹t ®éng cña hÖ thèng trong vïng tÝn hiÖu vÖ tinh kÐm. D÷ liÖu b¶o d­ìng trung t©m: C¸c khèi MMR tr¸i vµ ph¶i nhËn d÷ liÖu tõ hÖ thèng m¸y tÝnh phôc vô b¶o d­ìng trung t©m CMCS th«ng qua c¸c tñ cña hÖ thèng AIMS. D÷ liÖu tõ CMCS cung cÊp ID m¸y bay vµ th«ng tin cña chuyÕn bay. Bus d÷ liÖu ®Çu ra GPS: Khèi MMR tr¸i vµ ph¶i gëi d÷ liÖu GPS ®Õn c¶ hai tñ cña hÖ thèng AIMS. Nh÷ng d÷ liÖu ®ã dïng ®Ó: - B¸o c¸o vÞ trÝ GPS - B¸o c¸o tæng qu¸t d÷ liÖu GPS - B¸o c¸o th«ng tin vÒ lçi hÖ thèng C¶ hai bé thu nhËn ®a ph­¬ng thøc tr¸i vµ ph¶i gëi d÷ liÖu vÒ vÞ trÝ ®Õn m¸y tÝnh c¶nh b¸o gÇn mÆt ®Êt GPWC. M¸y tÝnh GPWC sö dông d÷ liÖu nµy ®Ó nhËn biÕt ®Þa h×nh vµ chøc n¨ng quan s¸t bÒ mÆt ®Þa h×nh. §¸nh dÊu thêi gian: Khèi MMR tr¸i vµ ph¶i cung cÊp xung thêi gian chuÈn ®Õn mçi tñ cña hÖ thèng AIMS. Xung thêi gian chuÈn xuÊt hiÖn 1 lÇn trong 1 gi©y vµ cã biªn ®é kho¶ng 4V. C¸c xung nµy còng chÝnh x¸c gièng nh­ thêi gian chuÈn UTC. Nguyªn lý ho¹t ®éng hÖ thèng GPS trªn Boeing 777 C¸c khèi MMR sö dông nguyªn lý ®o kho¶ng c¸ch ®Ó x¸c ®Þnh kho¶ng c¸ch gi÷a MMR trªn m¸y bay vµ vÖ tinh. Trong bé nhí cña MMR cã l­u c¸c th«ng tin vÒ vÞ trÝ cña vÖ tinh t¹i bÊt kú thêi ®iÓm nµo øng víi quü ®¹o cña vÖ tinh ®ã. MMR cã thÓ biÕt ®­îc vÞ trÝ cña c¸c vÖ tinh v× chóng chuyÓn ®éng theo mét quü ®¹o ®· ®­îc biÕt tr­íc. VÖ tinh Khèi MMR ®o thêi gian kÓ tõ khi tÝn hiÖu v« tuyÕn ph¸t tõ vÖ tinh ®Õn ®­îc m¸y bay. Bëi v× MMR ®· biÕt vÞ trÝ cña vÖ tinh vµ qu¸ tr×nh truyÒn tÝn hiÖu radio víi tèc ®é ¸nh s¸ng, nªn nã cã thÓ tÝnh ®­îc kho¶ng c¸ch. VÖ tinh 4 VÖ tinh 1 VÖ tinh 3 VÖ tinh 2 H×nh 3.4: S¬ ®å nguyªn lý ho¹t ®éng cña GPS Tuy nhiªn, v× ®©y lµ phÐp ®o kho¶ng c¸ch theo ph­¬ng ph¸p thô ®éng, nªn khèi MMR cÇn ph¶i biÕt chÝnh x¸c t¹i thêi ®iÓm nµo vÖ tinh gëi tÝn hiÖu. MMR so s¸nh tÝn hiÖu vÖ tinh vµ tÝn hiÖu do MMR t¹o ra cïng lóc víi vÖ tinh ph¸t tÝn hiÖu. Sù kh¸c biÖt gi÷a 2 tÝn hiÖu (gäi lµ thêi gian tr«i) chÝnh lµ thêi gian cÇn thiÕt ®Ó tÝn hiÖu tõ vÖ tinh ®Õn ®­îc MMR. Mçi vÖ tinh ®Òu cã ®ång hå nguyªn tö dïng ®Ó gi÷ cho thêi gian ®­îc chÝnh x¸c. TÊt c¶ c¸c vÖ tinh cïng ®é chÝnh x¸c vÒ thêi gian. Bªn trong khèi MMR còng cã mét ®ång hå, nh­ng kh«ng ph¶i lµ ®ång hå nguyªn tö nªn cã ®é chÝnh x¸c kh«ng b»ng c¸c ®ång hå nguyªn tö trªn vÖ tinh. Do ®ã, khèi MMR kh«ng thÓ cã cïng ®é chÝnh x¸c vÒ thêi gian nh­ cña vÖ tinh. Khèi MMR cho r»ng ®ång hå cña m×nh bÞ háng do ®é tr«i ®ång hå. §é tr«i nµy lµ mét ®¹i l­îng kh«ng biÕt tr­íc mµ MMR ph¶i x¸c ®Þnh. §é tr«i ®ång hå chÝnh lµ sù kh¸c biÖt gi÷a thêi gian cña MMR vµ thêi gian GPS. Nh­ vËy ®Ó tÝnh to¸n vÞ trÝ cña m¸y bay (kinh ®é, vÜ ®é, vµ ®é cao) vµ ®é tr«i ®ång hå th× MMR cÇn ph¶i biÕt vÞ trÝ cña Ýt nhÊt 4 vÖ tinh. Khi ®ã MMR sÏ tÝnh kho¶ng c¸ch ®Õn tÊt c¶ c¸c vÖ tinh t¹i cïng mét thêi ®iÓm vµ gi¶i 4 ph­¬ng tr×nh cù ly t­¬ng øng ®Ó cã ®­îc 4 nghiÖm lµ gi¸ trÞ: Kinh ®é; VÜ ®é; §é cao; §é tr«i ®ång hå. TÊt c¶ c¸c vÖ tinh ®Òu ®­îc ®ång bé theo thêi gian chuÈn UTC. C¸c vÖ tinh göi thêi gian chuÈn nµy ®Õn MMR. §é chÝnh x¸c cña thêi gian chuÈn UTC kho¶ng 100 ns. MMR sÏ truyÒn tÝn hiÖu UTC theo chuÈn ARINC 429 vµ cø mçi gi©y MMR l¹i truyÒn mét xung mèc cã ®é chÝnh x¸c thêi gian cao Chøc n¨ng c¸c khèi trong hÖ thèng GPS trªn m¸y bay Boeing 777 Chøc n¨ng khèi thu nhËn ®a ph­¬ng thøc MMR VÞ trÝ ®Æt MMR (Multi- Mode Receiver) VÞ trÝ khèi MMR tr¸i ë trªn kÖ E1-2, khèi MMR trung t©m ë trªn kÖ E1-3 vµ khèi MMR ph¶i lµ ë trªn kÖ E2-3 H×nh 3.5: VÞ trÝ ®Æt MMR trªn khoang thiÕt bÞ chÝnh S¬ ®å chøc n¨ng cña khèi MMR Bé cung cÊp nguån t¹o ra c¸c ®iÖn ¸p mét chiÒu thay ®æi tõ ®Çu vµo 28 VDC ®­a ®Õn khèi MMR. MMR ®­a ®iÖn ¸p 12VDC ®Õn d©y chÝnh gi÷a cña c¸p ®ång trôc anten ®Ó cÊp nguån cho bé khuÕch ®¹i trong anten GPS. Bé khuÕch ®¹i nhiÔu thÊp LNA (low noise amplifier) nhËn vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu vÖ tinh thu ®­îc tõ anten GPS. M¸y thu tiÕp tôc t¸ch sãng tÝn hiÖu vÖ tinh vµ ®­a ®Õn bé chuyÓn ®æi chuyÓn ®æi t­¬ng tù - sè A/D. Qua bé chuyÓn ®æi A/D tÝn hiÖu sè ®­îc ®­a ®Õn bé vi xö lý. T¹i ®©y, bé vi xö lý sÏ tÝnh to¸n vÞ trÝ cña m¸y bay vµ c¸c d÷ liÖu GPS kh¸c. D÷ liÖu GPS ®i tíi hµm tÝnh to¸n th«ng sè qu¶n lý chuyÕn bay FMCF n»m trong tñ cña hÖ thèng AIMS bªn tr¸i vµ bªn ph¶i. Bé cung cÊp nguån t¹o ra c¸c ®iÖn ¸p mét chiÒu thay ®æi tõ ®Çu vµo 28 VDC ®­a ®Õn khèi MMR. MMR ®­a ®iÖn ¸p 12VDC ®Õn d©y chÝnh gi÷a cña c¸p ®ång trôc anten ®Ó cÊp nguån cho bé khuÕch ®¹i trong anten GPS. Bé khuÕch ®¹i nhiÔu thÊp LNA (low noise amplifier) nhËn vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu vÖ tinh thu ®­îc tõ anten GPS. M¸y thu tiÕp tôc t¸ch sãng tÝn hiÖu vÖ tinh vµ ®­a ®Õn bé chuyÓn ®æi chuyÓn ®æi t­¬ng tù - sè A/D. Qua bé chuyÓn ®æi A/D tÝn hiÖu sè ®­îc ®­a ®Õn bé vi xö lý. T¹i ®©y, bé vi xö lý sÏ tÝnh to¸n vÞ trÝ cña m¸y bay vµ c¸c d÷ liÖu GPS kh¸c. D÷ liÖu GPS ®i tíi hµm tÝnh to¸n th«ng sè qu¶n lý chuyÕn bay FMCF n»m trong tñ cña hÖ thèng AIMS bªn tr¸i vµ bªn ph¶i. Khèi MMR t¹o ra 1 xung mèc trong 1 gi©y vµ ®­a ®Õn c¸c tñ cña AIMS. C¸c tñ cña AIMS sö dông d÷ liÖu tham chiÕu qu¸n tÝnh tõ FMFC trong c¸c tñ AIMS bªn tr¸i vµ bªn ph¶i ®Ó khëi ®éng. Khèi MMR dïng c¸c d÷ liÖu nµy trong chÕ ®é trî gióp (aided mode) vµ chÕ ®é trî gióp ®é cao (altitude aided mode) Khèi MMR tr¸i thu nhËn nh÷ng tÝn hiÖu yªu cÇu kiÓm tra vµ b¸o c¸o lçi cña hÖ thèng trªn bus CMCS (hÖ thèng m¸y tÝnh phôc vô b¶o d­ìng trung t©m) tõ khèi AIMS bªn tr¸i tíi. M¹ch tù kiÓm tra g¾n trong hÖ thèng sÏ kiÓm tra vµ gëi b¸o c¸o lçi ®Õn khèi AIMS . §Çu ra cña khèi MMR bªn tr¸i vµ bªn ph¶i gëi d÷ liÖu vÒ vÞ trÝ vµ tÝn hiÖu thêi gian chuÈn ®Õn c¸c tñ cña khèi AIMS tr¸i vµ ph¶i. Khèi c¶m biÕn GPSSU còng göi d÷ liÖu vÞ trÝ ®Õn m¸y tÝnh c¶nh b¸o gÇn mÆt ®Êt GPWC. M¸y tÝnh GPWC sö dông chÝnh d÷ liÖu nµy ®Ó nhËn biÕt ®Þa h×nh vµ chøc n¨ng quan s¸t bÒ mÆt ®Þa h×nh. H×nh 3.6: S¬ ®å chøc n¨ng khèi MMR C¸c chÕ ®é lµm viÖc cña MMR Bé thu nhËn ®a ph­¬ng thøc ho¹t ®éng ë c¸c chÕ ®é sau: - ChÕ ®é thu (Acquisition mode) - ChÕ ®é dÉn ®­êng (Navigation mode) - ChÕ ®é trî gióp ®é cao (Altitude aided mode) - ChÕ ®é trî gióp (Aided mode) ChÕ ®é thu (Acquisition mode) B« thu nhËn ®a ph­¬ng thøc MMR t×m kiÕm vµ chèt tÝn hiÖu vÖ tinh. Bé MMR ph¶i t×m thÊy tèi thiÓu Ýt nhÊt 4 vÖ tinh tr­íc khi b¾t ®Çu c«ng viÖc tÝnh to¸n d÷ liÖu GPS. Bé MMR nhËn c¸c d÷ liÖu sau ®©y tõ hµm FMCF bªn trong hÖ thèng AIMS khi bé MMR ë chÕ ®é thu: - VÞ trÝ; - VËn tèc; - Thêi gian; - Ngµy th¸ng. Bé MMR sö dông d÷ liÖu tõ FMCF ®Ó tÝnh to¸n vÖ tinh nµo cã thÓ sö dông ngay ë vÞ trÝ hiÖn t¹i cña m¸y bay. §iÒu nµy gióp cho khèi MMR nhËn ®­îc tÝn hiÖu tõ nh÷ng vÖ tinh thÝch hîp. NÕu kh«ng cã d÷ liÖu tõ hÖ thèng AIMS, khèi MMR vÉn cã thÓ dß t×m ra tÝn hiÖu vÖ tinh. Tuy nhiªn, viÖc dß t×m tÝn hiÖu sÏ mÊt nhiÒu thêi gian h¬n v× khèi MMR ph¶i t×m tÊt c¶ c¸c vÖ tinh. Khi bé MMR t×m thÊy c¸c vÖ tinh, nã sÏ tÝnh to¸n xem cã thÓ dïng vÖ tinh nµo. Bé thu nhËn ®a ph­¬ng thøc MMR mÊt kho¶ng 75s ®Ó thu ®­îc c¸c tÝn hiÖu vÖ tinh khi cã sù hç trî tõ d÷ liÖu cña AIMS. Bé MMR ph¶i mÊt kho¶ng 4 phót (tèi ®a lµ 10 phót) ®Ó t×m kiÕm vÖ tinh khi kh«ng cã d÷ liÖu tõ AIMS. ChÕ ®é dÉn ®­êng (Navigation mode) Bé thu nhËn ®a ph­¬ng thøc MMR chuyÓn sang chÕ ®é dÉn ®­êng sau khi nã t×m thÊy vµ chèt Ýt nhÊt 4 vÖ tinh. Trong chÕ ®é nµy, MMR tÝnh to¸n d÷ liÖu GPS. §Çu ra bé MMR trë thµnh “d÷ liÖu th«” (no computed data) khi ®é chÝnh x¸c v­ît qu¸ 16 nm so víi vÞ trÝ hiÖn t¹i. ChÕ ®é trî gióp ®é cao (Altitude aided mode) Víi 4 vÖ tinh ®­îc sö dông, bé MMR l­u l¹i sù kh¸c biÖt vÒ ®é cao do khèi ph©n tÝch d÷ liÖu kh«ng khÝ vµ dÉn ®­êng qu¸n tÝnh ADIRU vµ ®é cao theo GPS tÝnh ®­îc. Môc ®Ých cña viÖc l­u sù kh¸c biÖt nµo lµ gióp cho MMR cã thÓ ­íc tÝnh ®é cao GPS khi chØ tÝn hiÖu tõ 3 vÖ tinh. Trong chÕ ®é nµy, bé MMR sö dông ®é cao cña m¸y bay tõ khèi ADIRU vµ chiÒu dµi b¸n kÝnh tr¸i ®Êt thay cho “th«ng tin cù ly” tõ vÖ tinh thø 4. Bé MMR chØ chuyÓn sang lµm viÖc ë chÕ ®é trî gióp ®é cao khi x¶y ra ®ång thêi 3 ®iÒu kiÖn sau ®©y: - Bé thu nhËn ®a ph­¬ng thøc ®ang ë chÕ ®é dÉn ®­êng; - HÖ thèng chØ sö dông ®­îc 3 vÖ tinh cã vÞ trÝ h×nh häc tèt ®Ó x¸c ®Þnh hiÖu chØnh vÞ trÝ; - Bé nhí cña MMR ®· l­u sù kh¸c biÖt gi÷a ®é cao qu¸n tÝnh vµ ®é cao GPS. - Bé MMR b¾t ®Çu trë l¹i chÕ ®é lµm viÖc b×nh th­êng khi vÖ tinh thø t­ “xuÊt hiÖn”. ChÕ ®é trî gióp (Aided mode) Bé thu nhËn ®a ph­¬ng thøc MMR chuyÓn sang chÕ ®é trî gióp trong suèt nh÷ng kho¶ng thêi gian ng¾n (< 30s) mµ m¸y bay n»m trong vïng phñ sãng kÐm chÊt l­îng. VÖ tinh cã vÞ trÝ h×nh häc kÐm lµ mét vÝ dô vÒ vïng phñ sãng kÐm chÊt l­îng, nghÜa lµ dï MMR “thÊy” ®­îc Ýt nhÊt 4 vÖ tinh, nh­ng tÝn hiÖu tõ vÖ tinh kh«ng ®i xa ®ñ ®Ó MMR thùc hiÖn hiÖu chØnh vÞ trÝ. Trong chÕ ®é nµy, bé MMR nhËn ®é cao, h­íng vµ tèc ®é tõ hµm FMCF cña hÖ thèng AIMS. Bé MMR sö dông d÷ liÖu FMCF ®Ó nhanh chãng trë vÒ chÕ ®é dÉn ®­êng khi m¸y bay bay vµo vïng phñ sãng tèt. §Çu ra cña MMR trong chÕ ®é nµy ë d¹ng NCD. Bé thu nhËn ®a ph­¬ng thøc MMR cã hµm gi¸m s¸t toµn bé tÝn hiÖu thu RAIM. Khèi RAIM sÏ gi¸m s¸t tr¹ng th¸i c¸c cña vÖ tinh ®ang ®­îc MMR sö dông ®Ó tÝnh to¸n. §Çu ra cña bé hµm RAIM lµ gi¸ trÞ ­íc tÝnh sai sè vÞ trÝ GPS. Gi¸ trÞ nµy ®­îc ®­a ®Õn hµm FMCF cña hÖ thèng AIMS. Hµm FMFC sö dông gi¸ trÞ ­íc tÝnh nµy ®Ó quyÕt ®Þnh xem nã cã thÓ sö dông d÷ liÖu GPS cho viÖc dÉn ®­êng hay kh«ng. D­íi ®©y lµ c¸c gi¸ trÞ mµ khèi MMR cã thÓ x¸c ®Þnh -VÜ ®é - Kinh ®é - §é cao - Thêi gian chuÈn UTC - Ngµy - VËn tèc theo h­íng §«ng/T©y - VËn tèc th¼ng ®øng - Track angle - Sai sè vÞ trÝ GPS ­íc tÝnh (autonomous integity limit) - VÞ trÝ vÖ tinh - Tr¹ng th¸i cña MMR Khèi nguån vµ anten GPS Mçi bé thu nhËn ®a ph­¬ng thøc MMR ®Òu cã 1 m¸y c¾t. §iÖn ¸p 115VAC nguån cña m¸y bay sö dông biÕn ®æi cung cÊp 28VDC cho MMR, võa lµ nguån ®iÖn chÝnh võa lµm dù phßng Nguån 12VDC cung cÊp cho 2 khèi anten GPS ®­îc MMR cung cÊp th«ng qua c¸p ®ång trôc ®­a ®Õn. Bé khuÕch ®¹i trong anten GPS sö dông nguån nµy ®Ó khuÕch ®¹i tÝn hiÖu GPS thu ®­îc tõ vÖ tinh tr­íc khi ®­a ®Õn MMR. H×nh 3.7: VÞ trÝ l¾p ®Æt anten trªn m¸y bay Boeing 777 VÞ trÝ l¾p ®Æt anten GPS n»m trªn phÇn th©n cña m¸y bay. NhiÖm vô anten GPS dïng ®Ó thu tÝn hiÖu tÇn sè b¨ng tÇn L vµ gëi chóng ®Õn bé thu nhËn ®a ph­¬ng thøc MMR Trë kh¸ng cña anten GPS lµ 50 ohms HÖ thèng hiÓn thÞ HiÓn thÞ 1 H×nh 3.9: Trang ®Þnh vÞ trÝ GPS Hµm FMCF cña hÖ thèng AIMS hiÓn thÞ trang tham chiÕu vÞ trÝ vµ khëi ®éng vÞ trÝ trªn khèi ®iÒu khiÓn hiÓn thÞ CDU (the control display unit). C¸c bé thu nhËn ®a ph­¬ng thøc MMR gëi d÷ liÖu GPS ®Õn AIMS. D÷ liÖu GPS ®­îc hiÓn thÞ trªn khèi ®iÒu khiÓn hiÓn thÞ CDU. Trang khëi ®éng vÞ trÝ ®­a ra vÞ trÝ cña GPS vµ thêi gian GPS. Tæ bay cã thÓ sö dông vÞ trÝ cña GPS ®Ó nhËp c¸c gi¸ trÞ khëi ®éng cho khèi ADIRU. Thêi gian chuÈn UTC hiÓn thÞ lªn CDU khi thêi gian GPS lµ hîp lý. HiÓn thÞ 2 H×nh 3.10: Trang – 2 tham chiÕu vÞ trÝ Trang tham chiÕu vÞ trÝ thø 2 hiÓn thÞ vÞ trÝ m¸y bay theo hµm FMCF. Hµm FMCF dïng d÷ liÖu vÞ trÝ GPS ®Ó tÝnh to¸n ra vÞ trÝ cña m¸y bay. Ngoµi ra hµm nµy cßn dïng c¸c d÷ liÖu tõ c¸c hÖ thèng hç trî kh¸c sau ®©y ®Ó x¸c ®Þnh vÞ trÝ m¸y bay: Khèi tham chiÕu qu¸n tÝnh d÷ liÖu khÝ (ADIRU) HÖ thèng ®o cù ly (DME) HÖ thèng dÉn ®­êng gÇn VOR §µi chuÈn h­íng (LOC) Hµm FMFC tÝnh to¸n ®é chÝnh x¸c cña d÷ liÖu dÉn ®­êng øng víi tõng hÖ thèng. Gi¸ trÞ tÝnh to¸n nµy ®­îc hiÓn thÞ trªn mµn h×nh lµ ch÷ ACTUAL, phÝa tr­íc lµ ch÷ x¸c ®Þnh lo¹i hÖ thèng d÷ liÖu (qu¸n tÝnh, v« tuyÕn hay GPS). Trªn trang POS REF 2/3. §é chÝnh x¸c biÓu diÔn b»ng nautical miles Sö dông c¸c phÝm chän dßng 2R- 4R ®Ó yªu cÇu hµm FMCF tÝch cùc sö dông d÷ liÖu lùa chän ®Ó cËp nhËt vÞ trÝ cho FMCF. FMCF bªn tr¸i sö dông MMR bªn tr¸i vµ FMCF bªn ph¶i sö dông MMR bªn ph¶i. NÕu MMR mét bªn bÞ háng th× c¸c FMCF cã thÓ sö dông MMR bªn kia. Sö dông phÝm chän dßng 6R ®Ó xem ®Þnh d¹ng vÒ h­íng/kho¶ng c¸ch hoÆc ®Þnh d¹ng kinh ®é/vÜ ®é. HiÓn thÞ 3 H×nh 3.11: Trang – 3 tham chiÕu vÞ trÝ Trang tham chiÕu vÞ trÝ thø 3 hiÓn thÞ nh÷ng th«ng tin sau: VÞ trÝ GPS; H­íng vµ kho¶ng c¸ch tõ vÞ trÝ GPS ®Õn vÞ trÝ m¸y bay theo FMCF. Ta cã thÓ kh«ng ®­a d÷ liÖu GPS vµo hµm FMCF: Khi trªn mµn h×nh hiÓn thÞ ON, chän phÝm 5R ®Ó lo¹i d÷ liÖu GPS ra khái hµm FMCF; Khi trªn mµn h×nh hiÓn thÞ OFF, chän phÝm 5R ®Ó ®­a d÷ liÖu GPS vµo hµm FMCF; NhÊn phÝm 6R ®Ó xem vÞ trÝ m¸y bay theo kÕt qu¶ cña hµm FMCF d­íi d¹ng h­íng/ kho¶ng c¸ch hoÆc kinh ®é/vÜ ®é . Khèi d÷ liÖu kh«ng khÝ vµ dÉn ®­êng qu¸n tÝnh ADIRU Giíi thiÖu khèi ADIRU (Air Data Inertial Reference Unit) Trªn m¸y bay cã 3 Khèi ADIRU, chóng cã 2 chøc n¨ng (hµm) dïng ®Ó cung cÊp: d÷ liÖu kh«ng khÝ vµ d÷ liÖu tham chiÕu qu¸n tÝnh. ADIRU cã thiÕt bÞ dù phßng bªn trong vµ tù ®éng ®­îc kÝch ho¹t khi cã háng hãc x¶y ra sao cho vÉn gi÷ ®­îc tÝnh n¨ng cña c¶ khèi. H×nh 3.12: Miªu t¶ h×nh d¸ng bªn ngoµi ADIRU ADIRU cã thÓ ®­îc n¹p phÇn mÒm ®iÒu khiÓn tõ c¸c tñ AIMS th«ng qua c¸c bus ARINC 629. Nã sö dông d÷ liÖu tõ c¸c truyÒn c¶m kh«ng khÝ ®Ó tÝnh c¸c tham sè khÝ ®éng vµ sö dông d÷ liÖu tõ gia tèc kÕ vµ con quay ®Ó tÝnh c¸c tham sè dÉn ®­êng qu¸n tÝnh. Thanh kho¸ dïng ®Ó ng¨n viÖc th¸o khèi ADIRU khi ch­a th¸o c¸c ®Çu nèi d÷ liÖu chuÈn ARINC 629 vµ ng¨n viÖc l¾p c¸c cæng giao tiÕp khi ch­a l¾p vµ siÕt chÆt ADIRU. Khi l¾p ®Æt kh«ng ®óng, khèi ADIRU sÏ kh«ng ho¹t ®éng. Th«ng sè d÷ liÖu tham chiÕu qu¸n tÝnh cña ADIRU Hµm tÝnh to¸n d÷ liÖu tham chiÕu qu¸n tÝnh ADIRU sö dông d÷ liÖu tõ hµm tÝnh to¸n qu¶n lý chuyÕn bay FMCF trong c¸c tñ AIMS ®Ó thùc hiÖn c¸c hµm (tÝnh n¨ng) sau: TÝnh to¸n vÞ trÝ khëi ®éng cña m¸y bay; C©n chØnh con quay vµ gia tèc kÕ. Hµm FMCF göi c¸c d÷ liÖu sau ®©y ®Õn hµm tham chiÕu qu¸n tÝnh trong khèi ADIRU: VÞ trÝ khëi ®éng: Khi tæ bay nhËp vÞ trÝ ban ®Çu tõ khèi CDU th× gi¸ trÞ nµy ®i ®Õn hµm FMCF cña khèi AIMS. Khèi AIMS göi d÷ liÖu nhËp ®Õn ADIRU. M¹ch ®¸nh gi¸ vÞ trÝ ban ®Çu cña ADIRU thùc hiÖn: X¸c ®Þnh l¹i tÝnh hîp lý cña vÞ trÝ ban ®Çu ®­îc nhËp; So s¸nh gi¸ trÞ nhËp víi gi¸ trÞ tõ GPS hoÆc so víi gi¸ trÞ vÞ trÝ cuèi cïng ®· ®­îc l­u trong ADIRU nÕu d÷ liÖu GPS kh«ng cã; NÕu gi¸ trÞ nhËp vµo lµ tèt th× ADIRU sö dông nã ®Ó c©n chØnh. C©n chØnh con quay vµ gia tèc kÕ: VÞ trÝ vµ vËn tèc tõ GPS ®­îc ®­a ®Õn m¹ch logic ®Ó c©n chØnh c¸c c¶m biÕn. M¹ch logic nµy ®­a ra d÷ liÖu c©n chØnh cho con quay vµ gia tèc kÕ. ViÖc c©n chØnh nµy kh«ng hiÖu chØnh ®­îc sai sè cña khèi ADIRU, mµ chØ lµm gi¶m sai sè d¹t khi m¸y bay bay. NÕu kh«ng cã th«ng tin vÒ vÞ trÝ tõ GPS th× kh«ng cã d÷ liÖu nµo ®Ó c©n chØnh con quay vµ gia tèc kÕ. Con quay göi tèc ®é quay vµ gia tèc kÕ göi c¸c gi¸ trÞ gia tèc th¼ng ®Õn m¹ch tÝnh to¸n tham chiÕu qu¸n tÝnh (h×nh 3.13). H×nh 3.13 Hµm tÝnh to¸n d÷ liÖu tham chiÕu qu¸n tÝnh HÖ thèng c¶nh b¸o gÇn mÆt ®Êt GPWC (ground proximity warning computer) HÖ thèng nµy cung cÊp cho tæ l¸i c¸c c¶nh b¸o b»ng ©m thanh hoÆc h×nh ¶nh vÒ cù ly cña m¸y bay so víi ®Þa h×nh bªn d­íi. Nã còng tÝnh to¸n c¸c thµnh phÇn giã theo ph­¬ng ngang vµ ph­¬ng th¼ng ®øng ®Ó c¶nh b¸o vÒ sù hiÖn diÖn cña giã lèc cho tæ bay d­íi d¹ng ©m thanh hoÆc h×nh ¶nh. HÖ thèng tÝnh to¸n vµ qu¶n lý chuyÕn bay FMCF (flight management computing function) HÖ thèng nµy cung cÊp c¸c th«ng tin ®Ó qu¶n lý c¸c th«ng sè, h­íng dÉn vµ dÉn ®­êng tíi hÖ thèng tù ®éng l¸i vµ c¸c ®ång hå hiÓn thÞ. M¸y tÝnh qu¶n lý bay chøa tÊt c¶ c¸c th«ng sè cña m¸y bay vµ c¸c d÷ liÖu liªn quan ®Õn dÉn ®­êng. C«ng t¸c kiÓm tra mÆt ®Êt ChØ cã thÓ tiÕn hµnh c¸c kiÓm tra liªn quan ®Õn khèi GPS t¹i mÆt ®Êt, bao gåm viÖc kiÓm tra: HÖ thèng ®Þnh vÞ toµn cÇu bªn tr¸i HÖ thèng ®Þnh vÞ toµn cÇu bªn ph¶i ViÖc tiÕn hµnh kiÓm tra 2 hÖ thèng nµy cho phÐp ta x¸c ®Þnh l¹i tÝnh n¨ng cña c¸c bé thu nhËn ®a ph­¬ng thøc MMR.C¸c bé thu nhËn ®a ph­¬ng thøc MMR lu«n lu«n b¸o c¸o tÊt c¶ t×nh tr¹ng ho¹t ®éng cña chóng ®Õn hÖ thèng m¸y tÝnh phôc vô b¶o d­ìng trung t©m CMCS kÓ tõ khi ®­îc cÊp nguån. C¸c bé thu nhËn ®a ph­¬ng thøc MMR kh«ng thùc hiÖn thªm bÊt kú viÖc kiÓm tra nµo khi ta tiÕn hµnh kiÓm tra m¸y tÝnh b¶o d­ìng MAT. Trong thêi gian cÊp nguån, c¸c bé thu nhËn ®a ph­¬ng thøc MMR thùc hiÖn kiÓm tra anten. Khi ®ã, c¸c bé thu nhËn ®a ph­¬ng thøc MMR sÏ kiÓm tra sù liÒn m¹ch ë c¸c ®Çu nèi anten. C¸c bé thu nhËn ®a ph­¬ng thøc kh«ng thùc hiÖn kiÓm tra anten sau khi ®· khëi ®éng cÊp nguån xong. H×nh 3.13: KiÓm tra hÖ thèng ë mÆt ®Êt C«ng t¸c b¶o d­ìng cho hÖ thèng GPS trªn m¸y bay Boeing 777 KiÓm tra vµ hiÖu chØnh hÖ thèng GPS trªn Boeing 777 ViÖc kiÓm tra vµ hiÖu chØnh hÖ thèng GPS bao gåm 2 quy tr×nh: KiÓm tra ho¹t ®éng cña hÖ thèng GPS: TASK 34-58-00-710-801 KiÓm tra hÖ thèng GPS: TASK 34-58-00-730-801 Chó ý: M¸y bay cÇn ®­îc chuyÓn tíi vÞ trÝ mµ anten cã tÇm quan s¸t vÖ tinh lµ tèt nhÊt. §iÒu ®ã rÊt cÇn thiÕt khi thùc hiÖn kiÓm tra. Th¸o l¾p anten GPS Th¸o anten tr¸i vµ ph¶i ®Òu sö dông chung mét quy tr×nh: Thùc hiÖn TASK 34-58-02-400-801 L¾p anten tr¸i vµ ph¶i ®Òu sö dông chung mét quy tr×nh: Thùc hiÖn TASK 34-58-02-000-801. Chó ý: Khi thùc hiÖn thao t¸c l¾p ph¶i cÇn chó ý kh«ng ®Ó 1 ng­êi cïng l¾p 2 anten. Nh»m tr¸nh x¶y ra nh÷ng lçi (nÕu cã) ®· m¾c ë lÇn thao t¸c l¾p anten thø nhÊt. KÕt luËn MÆc dï hÖ thèng dÉn ®­êng ®Þnh vÞ toµn cÇu GPS lµ mét hÖ thèng cã nhiÒu ­u ®iÓm trong viÖc dÉn ®­êng vµ ®Þnh vÞ, nh­ng nã còng kh«ng thÓ lo¹i trõ hÕt c¸c sai sè, v× vËy, ®Ó gi¶m bít c¸c sai sè nµy mét hÖ thèng míi ®­îc ph¸t triÓn dùa trªn c¬ së lµ hÖ thèng GPS, ®ã chÝnh lµ hÖ thèng GPS vi ph©n hay cßn gäi lµ DGPS. V× thêi gian h¹n chÕ nªn häc viªn ch­a thÓ ®Ò ®Ò cËp tíi viÖc dÉn ®­êng b»ng hÖ thèng DGPS, ®©y còng chÝnh lµ c¸c thiÕu sãt mµ häc viªn ch­a thùc hiÖn ®­îc vµ mong r»ng c¸c häc viªn sau nµy nÕu cã lµm ®Ò tµi vÒ lÜnh vùc nµy sÏ ®Ò cËp ®­îc ®Çy ®ñ h¬n, còng nh­ chØ ra ®­îc nh÷ng ­u ®iÓm cña hÖ thèng DGPS so víi hÖ thèng GPS. T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n c¸c thÇy trong häc viÖn ®· truyÒn d¹y cho nh÷ng kiÕn thøc rÊt cÇn thiÕt trong lÜnh vùc hµng kh«ng ®Ó phôc vô cho c«ng t¸c sau nµy. T«i còng xin ®­îc c¶m ¬n thÇy Bïi Xu©n H¶i lµ ng­êi ®· trùc tiÕp lµ ng­êi ®· trùc tiÕp h­íng dÉn t«i trong suèt qu¸ tr×nh lµm ®å ¸n. Vµ gióp t×m mét sè tµi liÖu vÒ hÖ thèng ®Þnh vÞ toµn cÇu GPS, còng nh­ ®· më h­íng cho häc viªn tiÕp cËn ®Õn mét hÖ thèng hiÖn ®¹i, cÇn thiÕt cho lÜnh vùc hµng kh«ng vµ ®ang ®­îc ¸p dông ngµy cµng phæ biÕn ë ViÖt Nam còng nh­ trªn toµn thÕ giíi. Tuy ®· cè g¾ng hÕt søc nh­ng ®å ¸n kh«ng thÓ kh«ng cã nh÷ng thiÕu sãt, v× vËy, t«i rÊt mong ®­îc sù chØ b¶o thªm cña c¸c thÇy ®Ó ®å ¸n ®­îc hoµn thiÖn h¬n. Tµi liÖu tham kh¶o TS. Vâ Yªn Ch­¬ng: Bµi gi¶ng V« tuyÕn ®iÖn dÉn ®­êng. PGS.PTS. TrÇn §¾c Söu: Nghiªn cøu øng dông ®Þnh vÞ toµn cÇu trong ngµnh hµng h¶i ViÖt Nam. Nghiªn cøu triÓn khai øng dông hÖ thèng th«ng tin dÉn ®­êng gi¸m s¸t b»ng vÖ tinh trong ngµnh hµng kh«ng ViÖt Nam, Côc Hµng kh«ng d©n dông - ViÖn KHHK. Tµi liÖu h­íng dÉn sö dông AMM, CMM cña m¸y bay Boeing 777. C«ng nghÖ th«ng tin vÖ tinh, Tæng côc B­u ®iÖn. Global Positioning System, International Navigation and Intergration. Mohinder S. Grewal, Lawwrence R. Well and Angus P. Andrews. CNS/ATM. International Aviation Centre. Www.garmin.Com/manuals/gps4beg.Pdf. www.Aero.org/publications/gpsprimer/index.Html. www.Nasm.si.Edu/galleries/gps/. Www.mercat.Com/quest/gpstutor.Html. www.Topconps/gpstutorial/toc.Html. www.Redword.com/gps/apps/operation/summary.Html. www.Colorado.edu/geography/craft/notes/gps/gps ftoc.html.