1 MỞ ĐẦU Hệ thống Vệ tinh Quasi-Zenith Satellite System QZSS là một hệ thống định vị vệ tinh khu vực, được phát triển nhằm cung cấp dịch vụ định vị và cải thiện độ chính xác của các tí
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QZSS
HỆ THỐNG VỆ TINH QZSS
QZSS là tên viết tắt của Quasi-Zenith Satellite System (dịch theo tiếng Latinh – Quasi-Zenith có nghĩa là Gần đỉnh thiên đỉnh) QZSS có quy mô nhỏ, chỉ gồm có 4 vệ tinh.Là một dự án của chính phủ Nhật Bản để phát triển hệ thống truyền thời gian 4 vùng vệ tinh và tăng cường vệ tinh cho khu vực Châu Á- Thái Bình Dương
Từ "quasi-zenith" (gần thiên đỉnh) được dùng để mô tả quỹ đạo đặc biệt của các vệ tinh trong hệ thống này Thay vì di chuyển theo quỹ đạo tròn đồng đều quanh Trái Đất, các vệ tinh QZSS được đặt trên quỹ đạo hình elip nghiêng "System" nhấn mạnh rằng QZSS không chỉ bao gồm một vệ tinh đơn lẻ mà là một hệ thống gồm nhiều vệ tinh hoạt động cùng nhau để cung cấp dịch vụ định vị và các dịch vụ liên quan khác Tên gọi QZSS phản ánh nhiệm vụ chính của hệ thống này, đó là hỗ trợ và cải thiện độ chính xác của hệ thống định vị toàn cầu (như GPS) tại khu vực châu Á - Thái Bình Dương, đặc biệt là tại Nhật Bản QZSS đóng vai trò như một hệ thống "bổ sung" giúp giảm thiểu các vấn đề về tín hiệu yếu hoặc bị nhiễu, vốn là vấn đề thường gặp trong các khu vực đô thị đông đúc hoặc vùng núi
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
Năm 2002, chính phủ Nhật Bản đã cho phép phát triển QZSS, như một hệ thống truyền thông thời gian khu vực ba vệ tinh và một hệ thống tăng cường dựa trên tinh thần cho Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) cho Hoa Kỳ vận động hành động có thể được thu thập ở Nhật Bản, Chính phủ nhật ký hợp đồng và bàn giao cho tập đoàn Advanced Space Business Corporation (ASBC) phát triển và nghiên cứu.(ASBC là một tập đoàn bao gồm Mitsubishi Electric Corp, GNSS
Technologies Inc và Hitachi Ltd, với mục tiêu thúc đẩy các dự án không gian và dịch vụ định vị chính xác, đặc biệt tập trung vào các ứng dụng thương mại của hệ thống QZSS) Năm 2003, phát triển khái niệm về hệ thống vệ tinh QZSS 2004 - 2005: thiết kế kỹ thuật 2006: phát triển tài liệu Tới năm 2007, ASBC sụp đổ, dự án được bàn giao cho JAXA tiếp quản cùng với Trung tâm Nghiên cứu và Ứng dụng Định vị Vệ tinh (SPAC) Năm 2008, bắt đầu sản xuất chế tạo Đến năm 2010, hệ thống này mới chính thức được đi vào hoạt động lần đầu, bằng việc phóng các vệ tinh của QZSS lên quỹ đạo.Trải qua rất nhiều thử nghiệm, các nhà nghiên cứu đã có thể kết luận rằng, một thiết bị thu tín hiệu vệ tinh của QZSS và GPS đều đảm bảo độ chính xác cao hơn 10% so với thiết bị chỉ thu tín hiệu GPS Vì vậy, năm
2011, Chính phủ Nhật Bản đã đưa ra quyết định đẩy mạnh việc triển khai để có được 7 vệ tinh trong tương lai
Vệ tinh đầu tiên "Michibiki" được phóng vào ngày 11 tháng 9 năm 2010 Trạng thái hoạt động đầy đủ được mong đợi vào năm 2013 Vào tháng 3 năm 2013, Văn phòng Nội các Nhật Bản đã công bố việc mở rộng QZSS từ ba vệ tinh lên bốn Hợp đồng trị giá 526 triệu đô la Mỹ với Mitsubishi Electric để xây dựng ba vệ tinh đã được lên lịch phóng trước cuối năm 2017 Vệ tinh thứ ba được phóng lên quỹ đạo vào ngày 19 tháng 8 năm 2017, và vệ tinh thứ tư được phóng vào ngày 10 tháng 10 năm 2017 Hệ thống bốn vệ tinh cơ bản được công bố là hoạt động vào ngày 1 tháng 11 năm 2018
HỆ THỐNG QUỸ ĐẠO
Hình 1: Quỹ đạo của 4 vệ tinh
Nhật bản muốn tạo ra một hệ thống vệ tinh lý tưởng là có các vệ tinh đứng yên liên tục trên bầu trời Nhật Bản (thiên đỉnh nhìn từ bề mặt trái đất ở Nhật Bản) Tuy nhiên, các vệ tinh không thể đứng yên do các hướng khác nhau của lực ly tâm và lực hấp dẫn của trái đất
Hình 2: Quỹ đạo của 3 Geosynchronous orbit và 1 Geostationary satellite
− Hai loại quỹ đạo chính:
• Quỹ đạo Quasi-Zenith (Tundra): là một quỹ đạo elip nghiêng, có chu kỳ khoảng 24 giờ Độ nghiêng khoảng 43 độ cho phép vệ tinh di chuyển theo một quỹ đạo tạo ra một mô hình số 8 khi quan sát từ mặt đất Quỹ đạo này giúp vệ tinh duy trì vị trí cao trên bầu trời Nhật Bản trong hầu hết thời gian Cho phép vệ tinh duy trì vị trí gần đỉnh thiên khi nhìn từ Nhật Bản trong phần lớn thời gian, giúp tăng cường độ phủ sóng tín hiệu ở những khu vực đô thị hoặc địa hình phức tạp
• Quỹ đạo Địa tĩnh (Geostationary): là quỹ đạo có chu kỳ trùng với chu kỳ tự quay của Trái Đất Vệ tinh này nằm ở độ cao khoảng 35.786 km và "đứng yên" trên một điểm cố định trên bầu trời
Những quỹ đạo này được lựa chọn để đảm bảo luôn có ít nhất một vệ tinh ở vị trí thuận lợi trên bầu trời Nhật Bản, giúp duy trì tín hiệu mạnh và ổn định, đảm bảo độ phủ sóng liên tục và hiệu quả cho từng khu vực, đặc biệt là Nhật Bản
Các vệ tinh địa tĩnh được tạo ra để đứng yên trên bầu trời phía trên đường xích đạo ở một kinh độ cố định để chúng có thể được nhìn thấy bất cứ lúc nào từ bề mặt trái đất Khi chúng dao động từ bắc xuống nam, chúng nằm trên một "quỹ đạo địa tĩnh nghiêng (GEO)" - một quỹ đạo bắc - nam đối xứng có hình dạng như hình tám Trong số các vệ tinh trên GEO nghiêng, các vệ tinh trên quỹ đạo gần như thiên đỉnh (QZO) có tốc độ chậm hơn ở bán cầu bắc bằng cách di chuyển ra khỏi trái đất và tốc độ nhanh hơn ở bán cầu nam bằng cách đến gần trái đất hơn
Vì lý do đó, QZO của QZSS là một quỹ đạo hình số tám với sự bất đối xứng bắc- nam Các vệ tinh dành khoảng 13 giờ ở bán cầu bắc và khoảng 11 giờ ở bán cầu nam, cho phép chúng ở gần Nhật Bản trong một thời gian dài
Trong quỹ đạo hình elip này của QZSS thì điểm cận địa là 32000 km và điểm viễn địa là 40000 km (điểm viễn địa và cận địa là điểm nằm trên quỹ đạo xa nhất và gần nhất so với trái đất)
Hình 3: QZSS đã trở thành chòm sao 4 vệ tinh
Khi QZSS đã trở thành một chòm sao bốn vệ tinh, ba vệ tinh sẽ được triển khai trên QZO Nếu bạn theo dõi chuyển động của ba vệ tinh này trong một ngày từ gần Tokyo, bạn sẽ thấy chúng luân phiên tăng lên trong khoảng thời gian gần bằng nhau từ đường chân trời nam-đông nam Sau khi vẽ một vòng chậm gần thiên đỉnh, họ sẽ thiết lập đường chân trời nam-tây nam Ở khu vực gần Tokyo, các vệ tinh sẽ không đặt dưới đường chân trời Thay vào đó, chúng dường như sẽ lướt ra khỏi đường chân trời trước khi tăng trở lại
Nếu bạn quan sát một vệ tinh QZO từ khu vực gần Tokyo, nó sẽ duy trì trong tám giờ ở góc độ cao 70 ° trở lên, 12 giờ ở 50 ° trở lên và 16 giờ ở 20 ° trở lên
Ba vệ tinh sẽ xuất hiện theo thứ tự cứ sau tám giờ; Ít nhất một vệ tinh sẽ được đặt gần thiên đỉnh, với góc độ cao từ 70 ° trở lên Tuy nhiên, nó sẽ không phải lúc nào cũng đứng ở thiên đỉnh (trực tiếp trên cao); Đây là nơi mà cái tên "Quasi-Zenith" bắt nguồn QZSS bốn chòm sao bao gồm các vệ tinh này xoay quanh QZO, cũng như một vệ tinh trên GEO phía trên đường xích đạo
Các vệ tinh trong hệ thống QZSS được gọi là Juntenchou Eisei (Eisei: vệ tinh, Juntenchou: ngay trên đỉnh đầu) Cái tên này xuất phát từ việc ở bất kỳ thời điểm nào cũng sẽ có ít nhất 1 vệ tinh QZSS bay trên vùng trời Nhật Bản
Quỹ đạo của các vệ tinh QZSS được tính toán phù hợp nhất với thời gian bay trên bầu trời mà vẫn đảm bảo được các yêu cầu thông số kỹ thuật cũng như thuận lợi trong việc điều khiển Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã chọn quỹ đạo hình số 8 bất đối xứng làm quỹ đạo bay cho Quasi-Zenith
Với quỹ đạo hình số 8 bất đối xứng, thời gian trung bình mà một vệ tinh có mặt trên bầu trời là khoảng từ 7 - 9 tiếng/ngày Do đó, để đảm bảo hoạt động trong suốt 24h thì hệ thống QZSS cần phải có ít nhất 3 vệ tinh như vậy
TRẠM ĐIỀU KHIỂN DƯỚI MẶT ĐẤT
Trạm điều khiển trung tâm sẽ có nhiệm vụ giám sát hoạt động của toàn bộ hệ thống gồm: vệ tinh, trạm điều khiển trung tâm và trạm thí nghiệm giám sát Đồng thời trạm này, cũng sẽ tiếp nhận dữ liệu từ các trạm thí nghiệm giám sát để tính toán thời gian cũng như quỹ đạo di chuyển của các vệ tinh Từ đó, tổng hợp các thông tin làm cơ sở để tín hiệu định vị truyền dữ liệu đến vệ tinh
Trạm thí nghiệm giám sát gồm 9 trạm: trạm trong nước(Okinawa, Sarobetsu, Koganei, Ogasawara) và ở nước ngoài: Bangalore (Ấn Độ), Guam, Canberra (Úc), Bangkok (Thái Lan) và Hawaii (Hoa Kỳ) Tất cả đều có nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu từ vệ tinh, sau đó tính toán khoảng cách từ vệ tinh đến trạm thí nghiệm giám sát và gửi toàn bộ thông tin về trạm điều khiển trung tâm
Hệ thống QZSS sử dụng: nhiều trạm điều khiển đặt trên mặt đất để duy trì và điều hành hoạt động của các vệ tinh trong quỹ đạo Những trạm này được thiết kế để giám sát liên tục các vệ tinh và hỗ trợ trong việc điều chỉnh quỹ đạo và các thông số kỹ thuật khác
Trạm điều khiển chính có nhiệm vụ: chịu trách nhiệm điều phối tổng thể toàn bộ hệ thống QZSS Nó thực hiện các chức năng quan trọng:
• Giám sát và điều khiển vệ tinh: Theo dõi hoạt động của các vệ tinh, gửi lệnh để điều chỉnh hướng và vị trí quỹ đạo khi cần thiết
• Quản lý dữ liệu: Thu thập và xử lý dữ liệu từ các vệ tinh để tối ưu hóa dịch vụ định vị và truyền thông
• Phát lệnh điều chỉnh: Thực hiện phát lệnh điều chỉnh để đảm bảo vệ tinh hoạt động ổn định theo kế hoạch
Trạm điều khiển phụ có nhiệm vụ: hỗ trợ trạm chính bằng cách:
• Đảm bảo hoạt động liên tục: Đóng vai trò như một hệ thống dự phòng để duy trì sự liên tục trong trường hợp trạm chính gặp sự cố
• Theo dõi và thu thập dữ liệu: Phối hợp với trạm chính trong việc giám sát vệ tinh và ghi nhận thông tin cần thiết
Trạm tiếp nhận thông tin có nhiệm vụ:
• Theo dõi tín hiệu vệ tinh: Nhận và phân tích tín hiệu từ các vệ tinh để đảm bảo độ chính xác của dữ liệu định vị và thời gian
• Báo cáo trạng thái: Gửi thông tin về trạng thái vệ tinh và các lỗi kỹ thuật cho trạm chính để điều chỉnh và xử lý kịp thời
• Hỗ trợ hiệu chỉnh tín hiệu: Thực hiện việc theo dõi và đo lường hiệu suất của tín hiệu nhằm giúp cải thiện dịch vụ định vị
Hình 4: Hệ thống định vị QZSS
ƯU ĐIỂM CỦA QZSS
Trong những năm gần đây, nhiều quốc gia đang phát triển và thiết lập các hệ thống định vị vệ tinh gốc Tuy nhiên, QZSS vượt trội hơn các hệ thống này Vì nhiều quốc gia phóng vệ tinh định vị, chỉ có QZSS của Nhật Bản là tương thích cao với GPS và có thể được sử dụng với GPS theo cách tích hợp; QZSS và GPS có thể được sử dụng như một nhóm vệ tinh duy nhất Nói một cách đơn giản, với QZSS, giống như số lượng vệ tinh GPS đã được tăng lên Vì QZSS có thể được sử dụng theo cách tích hợp với GPS, nên số lượng vệ tinh có thể truyền tín hiệu vệ tinh cùng lúc được tăng lên, giúp có thể định vị chính xác và ổn định cao
Hình 5: Tần số và tín hiệu truyền các hệ thống vệ tinh
TRUYỀN TÍN HIỆU
GIỚI THIỆU CHUNG
QZSS bao gồm 7 vệ tinh:
• QZS-1R: (thay thế cho QZS-1 năm 2021): phóng vào ngày 11 tháng 9 năm
2010 và Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA) đã vận hành QZSS
• QZS-2 phóng vào ngày 1 tháng 6 năm 2017 cải thiện tấm pin mặt trời và tăng nhiên liệu
• QZS-3 phóng vào ngày 19 tháng 8 năm 2017 thiết kế nặng hơn với băng tần
S bổ sung trên đường đạo địa tĩnh
• QZS-4 phóng vào ngày 10 tháng 10 năm 2017
• Quỹ đạo gần thiên đỉnh (GZO) ( QZS-1R, QZS-2, QZS-4, QZS-5)
• Quỹ đạo địa tĩnh (GEO) (QZS-3, QZS-6)
• Quỹ đạo địa tĩnh gần đúng (QGO) (QZS-7)
QZSS sử dụng 5 loại tín hiệu truyền cho nhiều dịch vụ truyền tải khác nhau:
CHỨC NĂNG VÀ DẢI TẦN SỐ SỬ DỤNG KHI TRUYỀN TÍN HIỆU
• Dịch vụ định vị, dẫn đường và thời gian vệ tinh (PNT)
• Dịch vụ xác thực tín hiệu
− Gồm có 7 vệ tinh sử dụng L1C/A: QZS-1R, QZS-2, QZS-3, QZS-4, QZS-5, QZS-6, QZS-7
• Dịch vụ định vị, dẫn đường vầ thời gian vệ tinh (PNT)
• Dịch vụ xác thực tín hiệu
• Gồm có 4 vệ tinh sử dụng LC1/B: QZS-1R, QZS-5, QZS-6, QZS-7
• Dịch vụ định vị, dẫn đường vầ thời gian vệ tinh (PNT)
• Dịch vụ xác thực tín hiệu
− Gồm có 7 vệ tinh sử dụng L1C/A: QZS-1R, QZS-2, QZS-3, QZS-4, QZS-5, QZS-6, QZS-7
• Dịch vụ tăng cường mức phụ (SLAS)
• Báo cáo vệ tinh về quản lý thiên tai và khủng hoảng (Báo cáo DC)
− Gồm 4 vệ tinh sử dụng L1S: QZS-1R, QZS-5, QZS-6, QZS-7
− Dịch vụ: Dịch vụ truyền tải SBAS
− Gồm 3 vệ tinh sử dụng L1Sb: QZS-3, QZS-6, QZS-7
− Dịch vụ: Dịch vụ định vị, dẫn đường vầ thời gian vệ tinh (PNT)
− Gồm 4 vệ tinh sử dụng L2C: QZS-1R, QZS-2, QZS-3, QZS-4
• Dịch vụ định vị, dẫn đường vầ thời gian vệ tinh (PNT)
• Dịch vụ xác thực tín hiệu
− Gồm 7 vệ tinh sử dụng L5: QZS-1R, QZS-2, QZS-3, QZS-4, QZS-5, QZS-6, QZS-7
− Dịch vụ: Dịch vụ kiểm định công nghệ định vị
− Gồm 6 vệ tinh sử dụng L5: QZS-1R, QZS-2, QZS-3, QZS-4, QZS-6, QZS-7
− Dịch vụ: Dịch vụ tăng cường cấp độ Centimet (CLAS)
− Gồm 5 vệ tinh sử dụng: QZS-1R, QZS-2, QZS-3, QZS-4, QZS-5
− Dịch vụ: Tăng cường quỹ đạo và đồng hồ tiên tiến đa GNSS - Định vị điểm chính xác (MADOCA-PPP)
− Gồm 2 vệ tinh sử dụng: QZS-6, QZS-7
− Dịch vụ: Tăng cường quỹ đạo và đồng hồ tiên tiến đa GNSS - Định vị điểm chính xác (MADOCA-PPP)
− Gồm 7 vệ tinh sử dụng L5: QZS-1R, QZS-2, QZS-3, QZS-4, QZS-5, QZS-6, QZS-7
− Dịch vụ: Dịch vụ xác nhận an toàn QZSS
− Gồm 1 vệ tinh sử dụng dải S: QZS-3
CÁC LOẠI DỊCH VỤ
DỊCH VỤ ĐỊNH VỊ, ĐIỀU HƯỚNG VÀ THỜI GIAN PNT
Dịch vụ Định vị, Dẫn đường và Thời gian (Positioning, Navigation, and Timing - PNT) là dịch vụ cung cấp các thông tin quan trọng về vị trí, chuyển động và thời gian chính xác, dựa trên tín hiệu vệ tinh Dịch vụ này cung cấp các chức năng cốt lõi để hỗ trợ các hệ thống định vị và dẫn đường toàn cầu, tương tự như GPS Đây là một trong những chức năng chính của các hệ thống định vị toàn cầu (GNSS) như GPS, QZSS, Galileo và GLONASS
3.1.1 LỖI DO SỐ LƯỢNG VỆ TINH ÍT
Là lỗi xảy ra khi tín hiệu vệ tinh phản xạ từ các bề mặt xung quanh (như tòa nhà, núi, mặt nước) trước khi đến thiết bị nhận, dẫn đến tín hiệu bị trễ và sai lệch Điều này gây ảnh hưởng đến độ chính xác của vị trí mà hệ thống cung cấp Điều này dẫn đến việc tính toán ở xa hơn và lâu hơn, làm giảm độ chính xác của vị trí vệ tinh. Đối với tín hiệu vệ tinh được truyền bằng vệ tinh định vị có góc cao, hiệu ứng đa đường không dễ xảy ra vì sóng phản xạ không đến các vị trí xa Do đó, có thể giảm được lỗi định vị này, các vệ tinh có góc cao được đưa vào nhằm để cải thiện lỗi định vị
Hình 6: Lỗi đa đường dẫn
3.1.1.2 LỖI CHÒM SAO VỆ TINH
Là lỗi xảy ra khi số lượng vệ tinh khả dụng trong chòm sao không đủ hoặc phân bố không đều, dẫn đến hạn chế về khả năng định vị hoặc giảm độ chính xác làm chất lượng tín hiệu có thể bị ảnh hưởng Đối với định vị vệ tinh, độ chính xác được cải thiện khi các vệ tinh được phân bố đều trong phạm vi rộng trên bầu trời cao Mức độ mà các vệ tinh được sắp xếp trên bầu trời theo cách cân bằng được gọi là
"Độ pha loãng độ chính xác" (DOP) Đối với các vị trí nằm ngang, người ta biết rằng DOP được cải thiện khi các vệ tinh có góc độ cao thấp được đưa vào
Hình 7: Cải thiện độ chính xác định vị thông qua vệ tinh
3.1.1.3 CÁC BIỆN PHÁP ĐỐI PHÓ ĐỂ TĂNG SỐ LƯỢNG VỆ
TINH Để cải thiện lỗi định vị như lỗi đa đường và lỗi chòm sao vệ tinh, lý tưởng nhất là các vệ tinh dễ thấy hơn Tuy nhiên, GPS được sử dụng trên toàn thế giới, do đó số lượng vệ tinh không đủ ở mỗi vị trí QZS truyền cùng tín hiệu định vị như GPS (L1C/A, L2C và L5) và có đồng hồ được đồng bộ hóa với GPS, do đó chúng có thể được sử dụng như thể chúng là các vệ tinh GPS bổ sung QZS dành khoảng 16 giờ ở góc độ cao 20° trở lên Với sự kết hợp chòm sao bốn vệ tinh, nhiều vệ tinh hơn sẽ có thể nhìn thấy khi kết hợp với GPS, điều này sẽ giải quyết được lỗi đa đường và lỗi vị trí vệ tinh, cải thiện độ ổn định định vị ngay cả ở các khu vực miền núi và khu đô thị
Là một trong những yếu tố gây nhiễu và ảnh hưởng đến độ chính xác của tín hiệu GPS mà hệ thống QZSS hỗ trợ Tầng điện ly (ionosphere) là lớp khí quyển chứa các hạt ion và electron do bức xạ mặt trời gây ra Khi tín hiệu GPS đi qua tầng điện ly, nó bị ảnh hưởng bởi hiện tượng khúc xạ và tán xạ, gây ra sự trễ trong tín hiệu Điều này dẫn đến sai số về vị trí đo được so với vị trí thực tế
Hình 8: Sự trễ tín hiệu do tầng điện ly
3.1.2.1 CẢI THIỆN LỖI TẦNG ĐIỆN LY BẰNcairr G TÍN HIỆU ĐA TẦNG SỐ
Hiệu ứng của tầng điện ly đối với độ trễ tốc độ tín hiệu vệ tinh thay đổi tùy thuộc vào tần số của tín hiệu Tính năng này giúp ước tính và sửa phần lớn các lỗi phát sinh do độ trễ tầng điện ly bằng cách đồng thời gửi tín hiệu vệ tinh nhiều tần số từ một vệ tinh duy nhất Do đó, các vệ tinh có thể gửi tín hiệu với nhiều tần số có thể được sử dụng để cải thiện lỗi Tín hiệu L2C hoặc L5 có thể được sử dụng kết hợp với tín hiệu L1C/A trong trường hợp vệ tinh GPS và QZS để giảm lỗi tầng điện ly
Hình 9: Cải thiện độ chính xác định vị thông qua giảm sai số tầng điện ly
3.1.2.2 CẢI THIỆN LỖI TẦNG ĐIỆN LY BẰNG TÍN HIỆU TẦNG
SỐ ĐƠN Đối với các máy thu tần số đơn, hiệu chỉnh tầng điện ly có thể được thực hiện bằng cách truyền tín hiệu định vị L1C/A chuẩn bằng tham số mô hình Klobuchar
Mô hình Klobuchar ước tính các điều kiện trong tầng điện ly bằng một công thức Bằng cách gửi tín hiệu vị trí và tích hợp các giá trị tham số của công thức này với dữ liệu quỹ đạo, v.v., người dùng có thể hiệu chỉnh các lỗi tầng điện ly Các vệ tinh GPS cũng phát các giá trị tham số do chính phủ Hoa Kỳ tính toán ngoài QZS
DỊCH VỤ TĂNG CƯỜNG MỨC PHỤ SLAS
Là dịch vụ cải thiện độ chính xác của hệ thống định vị vệ tinh lên mức dưới 1 mét Dịch vụ này hoạt động bằng cách cung cấp các tín hiệu hiệu chỉnh cho hệ thống định vị vệ tinh, giúp giảm sai số vị trí gây ra bởi các yếu tố như nhiễu trong khí quyển, sự không chính xác trong đồng hồ vệ tinh, hoặc quỹ đạo vệ tinh
Hình 10: Tạo dữ liệu tăng cường dựa trên dữ liệu lỗi Để giảm lỗi định vị vệ tinh, thông tin có thể được sử dụng để giảm các lỗi này (thông tin tăng cường mức dưới một mét)—chẳng hạn như độ trễ tầng điện ly, lỗi quỹ đạo và lỗi đồng hồ—được truyền đi bởi Vệ tinh Quasi-Zenith (QZS) Hai yếu tố chính gây ra lỗi định vị vệ tinh là 1) lỗi độ trễ tầng điện ly và 2) lỗi do số lượng vệ tinh hạn chế Thông tin tăng cường mức dưới mét không thể cải thiện lỗi do số lượng vệ tinh ít Do đó, loại thông tin chính hỗ trợ giảm lỗi là độ trễ tầng điện ly
Dịch vụ này dự kiến sẽ được sử dụng chủ yếu cho các mục đích không bị ảnh hưởng nhiều bởi độ trễ thời gian, chẳng hạn như người đi bộ, xe đạp và tàu Đối với các chức năng định vị trên điện thoại di động, các trạm gốc điện thoại di động sẽ truyền các tín hiệu tăng cường ban đầu
DỊCH VỤ TĂNG CƯỜNG CẤP ĐỘ CENTIMET (CLAS)
Là dịch vụ cải thiện độ chính xác của hệ thống định vị vệ tinh, cho phép đạt được độ chính xác lên tới cấp độ centimet trong việc xác định vị trí CLAS hoạt động dựa trên việc cung cấp các tín hiệu hiệu chỉnh chi tiết qua các vệ tinh, thường là từ hệ thống QZSS giúp giảm sai số trong định vị, bao gồm việc điều chỉnh sai lệch do nhiễu khí quyển, sai sót về quỹ đạo và thời gian đồng hồ của các vệ tinh Để thực hiện định vị vệ tinh có độ chính xác cao, khoảng cách từ các trạm điều khiển dựa trên GNSS của Cơ quan Thông tin Địa không gian Nhật Bản được tính toán bằng cách sử dụng dữ liệu từ các trạm điều khiển này Thông tin được sử dụng để tìm kiếm chính xác vị trí hiện tại của một người (thông tin tăng cường ở cấp độ centimet) được truyền qua QZS Tín hiệu L6D gửi thông tin tăng cường ở cấp độ centimet không được truyền qua GPS, do đó cần có bộ thu chuyên dụng
Dự kiến dịch vụ này sẽ được sử dụng cho khảo sát, xây dựng thông minh (phương pháp xây dựng trong đó máy móc xây dựng được vận hành với độ chính xác cao) và nông nghiệp điện tử (phương pháp quản lý đất nông nghiệp trong đó máy móc nông nghiệp được vận hành với độ chính xác cao) Đối với việc lái xe trên đường công cộng, dịch vụ này sẽ được sử dụng theo cách phụ trợ
Hình 11: Áp dụng dịch vụ tăng cường cấp độ centimet vào thực tế
BÁO CÁO VỆ TINH VỀ QUẢN LÝ THIÊN TAI VÀ KHỦNG HOẢNG ( BÁO CÁO DC )
HOẢNG ( BÁO CÁO DC ) Đối với dịch vụ này, những thông tin quản lý về khủng hoảng được phát hành để phòng ngừa thiên tai, thảm họa bao gồm thông tin khi thảm họa như động đất hoặc sóng thần xảy ra - được truyền qua Vệ tinh Quasi-Zenith (QZS) Dịch vụ này sử dụng cùng tín hiệu L1S như Dịch vụ tăng cường mức phụ (SLAS)
Dự kiến dịch vụ này sẽ được sử dụng với các cơ sở ngoài trời được kết nối với nguồn điện (đèn đường, biển báo, v.v.) và các vật thể chuyển động như hệ thống dẫn đường ô tô, các thiết bị trên tàu
Hình 12: Báo cáo vệ tinh về thảm họa và khủng hoảng
DỊCH VỤ XÁC NHẬN AN TOÀN QZSS ( Q-ANPI )
Dịch vụ xác nhận an toàn QZSS (Q-ANPI) để truyền thông tin nơi trú ẩn sơ tán đến các trạm kiểm soát và thu thập thông tin qua Vệ tinh Quasi-Zenith (QZS) trong thời gian xảy ra thảm họa Trong số các QZS, Q-ANPI có thể được sử dụng với các vệ tinh được bố trí trên quỹ đạo địa tĩnh (GEO) Khi thiên tai, thảm họa xảy ra, dịch vụ này sẽ gửi thông báo qua vệ tinh về vị trí và thời điểm mở cửa các nơi trú ẩn sơ tán, số lượng người sơ tán và tình hình tại các nơi trú ẩn sơ tán Thông tin này rất cần thiết cho các hoạt động cứu hộ, bao gồm cả việc hiểu rõ hoàn cảnh của thảm họa và những người bị cô lập
Hình 13: Dịch vụ truyền thông tin an toàn
DỊCH VỤ KIỂM ĐỊNH CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ
Công nghệ định vị vệ tinh chưa hoàn thiện; Do đó, cần phải phát triển một công nghệ định vị có độ chính xác cao mới và xác minh nó với một vệ tinh thực tế để đưa công nghệ vào sử dụng thực tế QZSS cung cấp dịch vụ trình diễn công nghệ định vị để trình diễn.
DỊCH VỤ CÔNG CỘNG ĐƯỢC QUẢN LÝ
Dịch vụ này truyền các tín hiệu được ẩn và mã hóa mà chỉ những người dùng được chính phủ chấp thuận mới có thể sử dụng, với mục đích tránh tình trạng gây nhiễu và giả mạo tín hiệu (gửi tín hiệu định vị sai).
DỊCH VỤ TRUYỀN TẢI SBAS
Dịch vụ này truyền tín hiệu SBAS (Hệ thống tăng cường dựa trên vệ tinh) được sử dụng với các vệ tinh GEO để cung cấp thông tin tăng cường về hiệu chỉnh lỗi phạm vi và bất thường của vệ tinh dẫn đường cho máy bay Tín hiệu SBAS cũng được truyền ở Bắc Mỹ, Châu Âu và các khu vực khác như Nhật Bản được vận hành với sự cho phép của các cơ quan an toàn hàng không của mỗi quốc gia như một hệ thống dành cho máy bay Nó có thể thiết lập với các tuyến đường hàng không an toàn và hiệu quả để có thể điều hướng vị trí máy bay chính xác
DỊCH VỤ XÁC THỰC TÍN HIỆU
Dịch vụ này sử dụng công nghệ xác thực chữ ký số để cung cấp cơ chế xác minh tính xác thực của tín hiệu định vị Cụ thể, trạm điều khiển QZSS tạo dữ liệu chữ ký số bằng khóa riêng Dữ liệu chữ ký số được đưa vào thông tin tín hiệu định vị (tin nhắn dẫn đường) và được phân phối qua QZSS Người dùng có thể xác minh xem tin nhắn dẫn đường có bị giả mạo hay không bằng cách thực hiện xử lý số học bằng khóa công khai thu được trước, dữ liệu chữ ký số đã nhận và tin nhắn dẫn đường
Hình 14: Dịch vụ xác thực Signal
QZSS ĐANG TRỞ THÀNH CHÒM SAO 7 VỆ TINH
ĐẶC ĐIỂM
4.1.1 VỊ TRÍ Định vị vệ tinh yêu cầu bốn hoặc nhiều vệ tinh định vị Khi QZSS trở thành chòm sao bảy vệ tinh, ít nhất bốn vệ tinh QZSS sẽ luôn ở trên bầu trời Nhật Bản, giúp định vị liên tục có thể thực hiện chỉ bằng QZSS
Hình 15: QZSS khi trở thành chòm sao 7 vệ tinh
4.1.2 PHẠM VI DỊCH VỤ MỞ RỘNG
Một vệ tinh bán thiên đỉnh, một vệ tinh địa tĩnh và một vệ tinh bán địa tĩnh sẽ được thêm vào để tạo thành chòm sao bảy vệ tinh Điều này sẽ dẫn đến phạm vi lớn hơn nơi có thể nhận được tín hiệu QZSS
Hình 16: Phạm vi dịch vụ được mở rộng
4.1.3 THAY ĐỔI TÍN HIỆU TRUYỀN DẪN
Một số thông số kỹ thuật tín hiệu truyền dẫn sẽ được thay đổi khi có nhiều vệ tinh QZSS được vận hành hơn và chức năng của chúng được cải thiện
DỊCH VỤ MỚI
4.2.1 MADOCA – PPP ( TĂNG CƯỜNG QUỸ ĐẠO VÀ ĐỒNG
HỒ TIÊN TIẾN ĐA GNSS – ĐỊNH VỊ ĐIỂM CHÍNH XÁC )
Dịch vụ tăng cường mới này cho phép định vị cực kỳ chính xác trong khu vực Châu Á - Châu Đại Dương Có thể sử dụng với máy thu và ăng-ten hỗ trợ định vị MADOCA-PPP Dịch vụ này bao phủ rộng rãi khu vực Châu Á - Châu Đại Dương, bao gồm cả đại dương, với các ứng dụng dự kiến bên ngoài Nhật Bản và trong lĩnh vực hàng hải Hoạt động toàn diện bắt đầu vào tháng 4 năm 2024
4.2.2 DỊCH VỤ XÁC THỰC TÍN HIỆU Để giúp ngăn chặn hành vi trộm cắp danh tính trong các dịch vụ định vị vệ tinh, dịch vụ xác thực tín hiệu mới này sẽ thêm thông tin xác thực (chữ ký số) vào tin nhắn dẫn đường Người dùng nhận được tin nhắn có thể xác nhận chữ ký số để xác định xem tín hiệu nhận được có an toàn hay không Hoạt động toàn diện bắt đầu vào tháng 4 năm 2024
CẢI THIỆN CHỨC NĂNG VỚI CHÒM SAO 7 VỆ TINH
4.3.1 ĐỘ CHÍNH XÁC ĐỊNH VỊ TỐT HƠN CHO NGƯỜI DÙNG
“Khả năng đo khoảng cách giữa các vệ tinh” và “khả năng đo khoảng cách giữa vệ tinh và mặt đất” sẽ giảm lỗi vị trí quỹ đạo vệ tinh và lỗi đồng hồ, dẫn đến định vị tốt hơn Dịch vụ định vị vệ tinh sẽ chính xác hơn khi QZSS là chòm sao bảy vệ tinh
Hình 17: Cải thiện độ chính xác cho vệ tinh
TÀI LIỆU THAM KHẢO https://qzss.go.jp/en/overview/services/seven-satellite.html https://csurvey.vn/qzss-la- gi.html?srsltidmBOopq_ebx1hFQCfhvdj3JLhPDNMYMzqbcesXU5uEWazI2 QKV7FlkI https://en.wikipedia.org/wiki/Quasi-Zenith_Satellite_System https://novatel.com/an-introduction-to-gnss/gnss-constellations/qzss https://gssc.esa.int/navipedia/index.php/QZSS https://dathop.com/he-thong-ve-tinh-gps-glonass-galileo-beidou-irnss-qzss/