Nghiên cứu khai thác hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR

Vì sự khủng hoảng kinh tế cho nên người Nga đã gặp phải những khó khăn khi hoàn thiện hệ thống GLONASS;

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên: Lớp : Khoá : Chuyên ngành : Điện - Điện tử Tên đề tài Nghiên cứu khai thác hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR Hình thức đề tài Nghiên cứu khai thác sử dụng Mục đích đề tài - Hiểu khái quát chung hệ thống dẫn đường vệ tinh - Hiểu tính năng, kết cấu, nguyên lý làm việc đặc điểm khai thác hệ thống dẫn đường vệ tinh Boeing 777; - Củng cố hệ thống lại kiến thức trình học tập để làm sở cho q trình cơng tác sau Số liệu tài liệu cần sử dụng - Giáo trình hệ thống dẫn đường hàng khơng; - Global Positioning System, International Navigation and Intergration Mohinder S Grewal, Lawwrence R Well and Angus P Andrews; - Avionic Fundamentals; - Tài liệu hướng dẫn bảo dưỡng (Aircraft Maintenance Manual) máy bay Boeing 777, Version 01-2005 Nhiệm vụ a) Nội dung - Lời nói đầu - Chương 1: Khái quát chung hệ thống dẫn đường vệ tinh - Chương 2: Đặc điểm nguyên lý làm việc hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR - Chương 3: Đặc điểm khai thác hệ thống dẫn đường vệ tinh Boeing 777 - Kết luận b) Các vẽ kỹ thuật - Sơ đồ cấu trúc hệ thống dẫn đường vệ tinh; - Sơ đồ hệ thống dẫn đường vệ tinh máy bay Boeing 777; - Sơ đồ xử lý tín hiệu hệ thống NAVSTAR Thời gian Ngày giao : Ngày nộp : Ngày …… tháng HỌC VIÊN THỰC HIỆN năm NGƯỜI HƯỚNG DẪN ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP …………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… … Điểm hướng dẫn:………… Điểm phản biện:………… Điểm bảo vệ:…………… Điểm tổng hợp:………… Ngày … Tháng năm MỤC LỤCC LỤC LỤCC LỜI NÓI ĐẦU CÁC TỪ VIẾT TẮT .8 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH 1.1 Khái quát chung 1.2 Các hệ thống dẫn đường vệ tinh giới .11 1.2.1 Cơ sở chung lý thuyết dẫn đường 11 1.2.2 Hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR .12 1.2.3 Hệ thống Glonass 21 1.2.4 Hệ thống vệ tinh dẫn đường dân dụng bao phủ INMARSAT 24 1.3 Các hệ tọa độ sử dụng dẫn đường vệ tinh 26 1.3.1 Hệ tọa độ địa lý OzXdYdZd 26 1.3.2 Hệ tọa độ chuẩn địa tâm .27 1.3.3 Hệ tọa độ GPS 28 1.3.4 Hệ toạ độ địa lý cục ENU 30 1.4 Hệ thời gian 30 1.4.1 Giờ GPS .30 1.4.2 Giờ UTC .31 1.5 Lịch vệ tinh 33 1.6 So sánh hai hệ thống giải pháp lựa chọn 33 1.6.1 So sánh 33 1.6.2 Giải pháp lựa chọn giới Việt Nam 35 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH NAVSTAR 37 2.1 Nguyên lý dẫn đường hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR 37 2.2 Xác định khoảng cách giả để định vị phương pháp dẫn đường 38 2.2.1 Định nghĩa khoảng cách giả 38 2.2.2 Xác định vị trí từ khoảng cách giả 40 2.3 Định vị tương đối thời gian thực GPS 43 2.4 Tín hiệu dẫn đường từ vệ tinh hệ thống GPS 44 2.4.1 Cấu trúc tín hiệu 44 2.4.2 Tính chất thành phần tín hiệu GPS 47 2.5 Cấu trúc máy thu GPS 61 2.5.1 Lọc khuếch đại tín hiệu cao tần .61 2.5.2 Đổi tần khuếch đại trung tần 62 2.5.3 Số hố tín hiệu GPS .64 2.5.4 Xử lý tín hiệu băng sở .65 2.6 Độ xác hệ thống GPS lỗi đường truyền 67 2.6.1 Độ xác GPS 67 2.6.2 Sai số phần vệ tinh phần điều khiển 68 2.6.3 Sai số thời gian phát truyền 68 CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM KHAI THÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH TRÊN MÁY BAY BOEING 777 .70 3.1 Giới thiệu hệ thống dẫn đường vệ tinh máy bay Boeing 777 70 3.2 Máy thu tín hiệu vệ tinh GPS máy bay Boeing 777 .71 3.2.1 Sơ đồ khối máy thu GPS Boeing 777 71 3.2.2 Nguyên lý làm việc hệ thống GPS máy bay Boeing 777 72 3.3 Chức khối hệ thống GPS máy bay Boeing 777 75 3.3.1 Chức khối thu nhận đa phương thức MMR 75 3.3.2 Khối nguồn anten GPS 80 3.3.3 Hệ thống hiển thị 81 3.3.4 Khối liệu khơng khí dẫn đường qn tính ADIRU 84 3.3.5 Hệ thống cảnh báo gần mặt đất GPWC 86 3.3.6 Hệ thống tính tốn quản lý chuyến bay FMCF 86 3.4 Công tác kiểm tra mặt đất 87 3.5 Công tác bảo dưỡng cho hệ thống GPS máy bay Boeing 777 .88 3.5.1 Kiểm tra hiệu chỉnh hệ thống GPS Boeing 777 .88 3.5.2 Tháo lắp anten GPS 88 KẾT LUẬN 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO .90 LỜI NÓI ĐẦU Nhằm đáp ứng cho mục đích dẫn đường xác định vị trí cách xác, nhanh chóng thuận tiện, số quốc gia tổ chức quốc tế giới xây dựng nên hệ thống định vị dẫn đường có độ xác cao để thay cho phương pháp định vị dẫn đường truyền thống Đó hệ thống NAVSTAR-GPS, hay cịn gọi hệ thống GPS Đây hệ thống định vị dẫn đường tồn cầu Bộ Quốc Phịng Mỹ xây dựng phát triển vào năm 1973 hoàn thiện vào năm 1994, mặt đáp ứng cho mục đích quân mặt nhằm mục đích thương mại Bên cạnh đó, người Nga tự xây dựng hệ thống định vị dẫn đường toàn cầu nhằm đáp ứng cho mục đích quân thương mại để cạnh tranh với hệ thống GPS Mỹ, hệ thống định vị dẫn đường toàn cầu GLONASS Hệ thống xây dựng phát triển vào năm 1988 quan Nga hợp tác với Scientific/Production Group on Applied Mechanics Krasnoyarsk chịu trách nhiệm chế tạo vệ tinh, Scientific/Production Group on Space Device Engineering Moscow chịu trách nhiệm chế tạo thiết bị đo đạc dẫn đường vệ tinh, trạm điều khiển, trạm theo dõi, máy thu người sử dụng Russian Institute of Radionavigation and Time St Petersburg chịu trách nhiệm thiết lập hệ đồng cho GLONASS tiêu chuẩn tần số / thời gian mặt đất vệ tinh kiểu máy thu người sử dụng Về nguyên lý hoạt động cấu trúc hai hệ thống GPS GLONASS giống nhau, nhiên có khác đề cập chi tiết phần nội dung đồ án Vì khủng hoảng kinh tế người Nga gặp phải khó khăn hồn thiện hệ thống GLONASS; nữa, tính kinh tế sử dụng hệ thống số tính vượt trội hệ thống GPS nên hệ thống GPS sử dụng rộng rãi phổ biến Vì vậy, nội dung đồ án sâu vào khai thác dựa sở hệ thống NAVSTAR - GPS Mỹ Với thời gian có hạn hạn chế tài liệu, tài liệu lĩnh vực khó tiếp cận việc phổ biến sử dụng hệ thống GPS Việt Nam cịn hạn chế tính độc quyền bí mật cơng nghệ nước tư bản, việc khai thác hệ thống gặp nhiều khó khăn đề cập đầy đủ cách chi tiết Tuy nhiên, nỗ lực thân, học viên đáp ứng phần lớn yêu cầu đồ án đề ra, khơng có thiếu sót Nội dung đồ án bao gồm chương sau: Chương 1: Khái quát chung hệ thống dẫn đường vệ tinh quốc tế Chương 2: Nguyên lý làm việc hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR Chương 3: Đặc điểm khai thác hệ thống dẫn đường vệ tinh máy bay Boeing 777 Hà Nội, ngày tháng năm CÁC TỪ VIẾT TẮT ADIRS ADIRU AFDS AIMS ARINC CDU CMCF FCA FCM FIM FMCF GPS INS MAT MEC NCD ND NVM PFC  Air Data Inertial Reference System Hệ thống tham chiếu qn tính liệu khơng khí  Air Data Inertial Reference Unit Khối tham chiếu quán tính liệu khơng khí  Autopilot Flight Director System Hệ thống điều khiển dẫn đường tự động  Airplane Information Management System Hệ thống quản lý thông tin máy bay  Aeronautical Radio Inc Viện vô tuyến hàng không  Control Display Unit  Khối hiển thị điều khiển  Central Maintenance Computing Function  Hàm (chức năng) tính toán bảo dưỡng trung tâm  Fault Containment Area  Vùng có hỏng hóc  Fault Containment Module  Khối bị hỏng hóc  Faul Isolation Manual  Hướng dẫn xử lý hỏng hóc  Flight Management Computing Function  Hàm (chức năng) tính tốn quản lý chuyến bay  Global Positioning System  Hệ thống định vị toàn cầu  Inertial Navigation System  Hệ thống dẫn đường quán tính  Maintenance Access Terminal  Máy tính truy xuất thông tin phục vụ bảo dưỡng  Main Equipment Center  Khoang thiết bị  No Computed Data  Dữ liệu khơng tính tốn  Navigation Display  Màn hình dẫn đường  Non-Volatile Memory  Bộ nhớ cố định (không bị liệu nguồn)  Primary Flight Computer  Máy tính điều khiển chuyến bay chớnh CHƯƠNG 1: KHI QUT CHUNG V CC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH 1.1 Khái quát chung Bắt đầu vào thập niên 1960, hệ thống vệ tinh thiết lập có ý nghĩa quan trọng việc dẫn đường trái đất Hệ thống thiết kế chủ yếu cho việc xác định vị trí hàng ngày cho tàu bè Nhưng bắt đầu đặt móng cho việc sử dụng q trình dẫn đường cho phương tiện không Bắt đầu vào năm 1970, hệ thống dẫn đường vệ tinh máy bay phát triển nhanh Chúng đầu tư sử dụng công nghệ cao mang lại hiệu kinh tế cao Trong năm hệ thống sử dụng cách rộng rãi, năm 1996 hệ thống ứng dụng việc dẫn đường máy bay toàn giới Hiện nay, giới đồng thời triển khai hệ thống dẫn đường như:  Navigation Satellities Time and Ranging Global Positioning System (NAVSTAR-GPS) hay GPS: Là hệ thống định vị dẫn đường toàn cầu Được phát triển vào năm 1973 hoàn thiện vào năm 1994 “Bộ Quốc Phòng Mỹ”  Global Navigation Satellities System (GLONASS): Là hệ thống định vị dẫn đường toàn cầu quan Nga: Scientific/Production Group on Applied Mechanics Kranoyarsk, Scientific/Production Group on Space Device Engineering Moscow Russian Institute of Radio Navigation and Time xây dựng phát triển  INMARSAT Civil Navigation Satellite Overlay: hệ thống cung cấp phần không gian (Space segment) Tổ chức INMARSAT thực nghiên cứu thử nghiệm dẫn đến việc phát triển vùng phủ sóng vệ tinh địa tĩnh dân dụng cho GPS GLONASS, nhằm cung cấp liệu cho phép hệ thống dẫn đường vệ tinh đáp ứng yêu cầu liên quan đến độ tin cậy tích hợp thông tin nhà chức trách hàng không hàng hải Các hệ thống dẫn đường vệ tinh dùng để cung cấp thơng tin vị trí, tốc độ thời gian cho máy thu thời điểm trái đất, điều kiện thời tiết Hệ thống xác định vị trí với sai số từ vài trăm mét đến vài mét giảm xuống vài centimet Tất nhiên, độ xác cao máy thu GPS phức tạp giá thành tăng theo Hình 1.1: Các thành phần hệ thống dẫn đường vệ tinh Nhìn chung hệ thống bao gồm phần sau:  Phần khơng gian (Space Segment) bao gồm vệ tinh khơng gian Có nhiệm vụ thu nhận tín hiệu từ trạm điều khiển mặt đất, tín hiệu dùng để điều khiển sai lệch quỹ đạo vệ tinh bay, hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh Sau phát tín hiệu mang thơng tin vị trí vệ tinh, thời gian chuẩn tới thuê bao  Phần điều khiển (Control Segment) bao gồm: trạm mặt đất điều khiển trung tâm, số trạm theo dõi trạm hiệu chỉnh số liệu Nhiệm vụ phát thu tín hiệu dùng việc tính toán dự báo thời 10 ... 1: Khái quát chung hệ thống dẫn đường vệ tinh - Chương 2: Đặc điểm nguyên lý làm việc hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR - Chương 3: Đặc điểm khai thác hệ thống dẫn đường vệ tinh Boeing 777 -... Chương 1: Khái quát chung hệ thống dẫn đường vệ tinh quốc tế Chương 2: Nguyên lý làm việc hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR Chương 3: Đặc điểm khai thác hệ thống dẫn đường vệ tinh máy bay Boeing 777... THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH 1.1 Khái quát chung 1.2 Các hệ thống dẫn đường vệ tinh giới .11 1.2.1 Cơ sở chung lý thuyết dẫn đường 11 1.2.2 Hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR