Trên cơ sở có vị trí tàu, nó còn có thể dùng để xác định tốc độ tàu, quãng đường tàu chạy, vị trí tương đối giữa tàu và các mục tiêu khác… Cấu trúc chung của một hệ thống vô tuyến dẫn đư
Trang 1BÀI GIẢNG CHI TIẾT
MÔN MÁY VÔ TUYẾN ĐIỆN HÀNG HẢI 2
PHẦN 1: CÁC HỆ THỐNG VÔ TUYẾN DẪN ĐƯỜNG
Mở đầu
Các hệ thống vô tuyến dẫn đường trong hàng hải dùng để xác định vị trí tàu
và dẫn tàu theo đường đi định sẵn không phụ thuộc vào điều kiện khí tượng thủy văn Trên cơ sở có vị trí tàu, nó còn có thể dùng để xác định tốc độ tàu, quãng đường tàu chạy, vị trí tương đối giữa tàu và các mục tiêu khác…
Cấu trúc chung của một hệ thống vô tuyến dẫn đường bao gồm:
1 Các trạm phát đặt ở các vị trí cố định hoặc di động có tọa độ xác định trước
2 Các trạm điều khiển điều khiển hoạt động chung cho toàn bộ hệ thống Các trạm này có thể đặt ngay tại các trạm phát hoặc tại các vị trí bất kỳ tùy theo nhu cầu
3 Các máy thu chỉ báo đặt trên tàu, căn cứ vào tín hiệu thu được từ trạm phát, kết hợp với máy tính, hải đồ chuyên dụng, bảng tính chuyên dụng… cho phép xác định các thông số dẫn đường cần thiết, từ đó tính toán ra vị trí tàu
Các máy thu hiện đại ngày nay nói chung đều có thể tính toán ngay vị trí tàu theo kinh vĩ độ cho phép người sử dụng có thể thao tác trực tiếp vị trí trên hải đồ chạy tàu, tiết kiệm thời gian tính toán nhằm nâng cao hiệu quả dẫn tàu và dành thời gian để phân tích, xử lý vị trí tàu thu được cho phù hợp với hoàn cảnh dẫn tàu thực tế, đảm bảo an toàn hàng hải
Đối với các hệ thống VTDĐ, tin tức không truyền qua các máy phát mà hình thành trên đường lan truyền sóng Do khoảng cách từ trạm phát đến các máy thu khác nhau cũng khác nhau nên tín hiệu các máy thu thu được cũng khác nhau phụ thuộc vào khoảng cách Do đó từ tín hiệu thu được ta có thể suy ra các thông tin về khoảng cách
Có thể phân loại hệ thống vô tuyến dẫn đường theo nhiều cách Một trong các cách chính là phân loại theo số liệu hình học đo được Theo đó ta có:
- Các hệ thống đo góc,
Trang 2- Các hệ thống đo khoảng cách
- Các hệ thống đo góc và khoảng cách,
- Các hệ thống đo hiệu khoảng cách
Trước đây các hệ thống đo hiệu khoảng cách được sử dụng rộng rãi Tùy thuộc vào cách xác định đường đẳng trị Hyperbol mà ta có các hệ thống đo pha (như hệ thống Decca, Omega), hệ thống xung (Loran A), hệ thống xung-pha (Loran C) Ngày nay chỉ còn hệ thống Loran C và Decca là còn hoạt động, các
hệ thống khác đã dừng hoạt động do xuất hiện các hệ thống dẫn đường dùng vệ tinh ưu việt hơn
Giới thiệu một số hệ thống vô tuyến dẫn đường trước đây
1 Vô tuyến định hướng (Direction Finder-DF)
2 Hệ thống Consol
3 Hệ thống Decca
4 Hệ thống Omega
5 Hệ thống Loran-A (Long Range Navigation)
6 Hệ thống Transit (NNSS-Navy Navigation Satellite System)
CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG LORAN-C
Loran-C là hệ thống VTDĐ đo hiệu khoảng cách từ máy thu tới hai trạm phát
cố định thông qua việc đo hiệu thời gian truyền sóng Δt của hai tín hiệu tới từ hai trạm phát đó Việc đo thời gian thực hiện qua hai giai đoạn: ban đầu là làm trùng đường bao xung của các xung phát phát đi từ hai trạm, sau đó là làm trùng hợp các dao động sóng mang chứa trong đường bao tức là đo hiệu pha các sóng tới Như vậy hệ thống Loran-C kết hợp cả nguyên lý của hai hệ thống trước đó
là Decca và Loran-A nên còn gọi là hệ thống xung-pha
1 Nguyên lý xây dựng hệ thống Loran-C:
1.1 Bố trí các mắt xích Loran-C:
Hệ thống Loran-C bao gồm các trạm phát trên bờ, máy thu Loran và an ten trên tàu, các hải đồ chuyên dụng Loran Ngoài các trạm chính và trạm phụ còn
Trang 3có một hệ thống điều khiển và giám sát, tính toán thời gian Máy phát phát đi các xung tín hiệu đi theo một giãn cách thời gian chính xác, hay nói cách khác là theo một chu kỳ lặp xung nhất định Các trạm kiểm tra và điều khiển sẽ liên tục
đo và phân tích tín hiệu Loran, phát hiện những sự bất thường hoặc lệch các thông số, thực hiện các thao tác điều chỉnh thích hợp Một số trạm phát chỉ thực hiện chức năng trong phạm vi của một mắt xích Nhưng nói chung thường bố trí một trạm phát sẽ phát tín hiệu cho hai mắt xích liền kề nó Thuật ngữ này gọi là
Dual Rating
Máy thu Loran thực hiện các chức năng phức tạp hơn, nhưng quá trình xử lý tín hiệu thì như nhau Bước đầu tiên là tìm kiếm và thu nhận tín hiệu, theo đó máy thu sẽ tìm tín hiệu từ một mắt xích nhất định nào đó và xác lập hiệu thời gian sơ bộ giữa trạm chính và trạm phụ với độ chính xác đủ để thực hiện các thao tác theo dõi và tính toán tiếp theo
Sau khi đã tìm được trạm phát, máy thu sẽ đồng bộ pha Trong bước này, máy thu tìm kiếm để xác định thành trước của xung Loran Sau khi đã xác định được thành trước của xung thì tiếp tục điều chỉnh để lựa chọn các chu kỳ của xung đó để dồng bộ tiếp
Khi đã xác định được chu kỳ chính xác, máy thu sẽ tiếp tục truy theo và khóa đồng bộ pha, và máy thu sẽ liên tục đồng bộ với các tín hiệu thu nhận được Khi đã xong bước này, máy thu sẽ hiển thị hiệu thời gian của các tín hiệu hoặc kinh vĩ độ nếu như có máy tính để xử lý và tính toán được
Khác với hệ thống Loran-A trước đó là các trạm phát bố trí theo từng cặp, trong hệ Loran-C, các trạm phát được bố trí theo từng mắt xích Mỗi mắt xích Loran-C có 3-5 trạm, trong đó có 1 trạm chính và 2-4 trạm phụ Tất cả các trạm trong một mắt xích hoạt động đồng bộ với nhau trên cùng một tấn số lặp xung Các mắt xích khác nhau thì tần số lặp xung khác nhau, nhưng toàn bộ hệ thống hoạt động trên cùng một tần số sóng mang là 100 KHz Nhờ phương pháp phát tín hiệu động bộ theo mắt xích nên hệ Loran-C đảm bảo cùng một lúc có thể đo được hiệu khoảng cách tới hai cặp trạm trong mắt xích, tăng được độ chính xác định vị
Một mắt xích Loran-C gồm 1 trạm chính M và 2 đến 4 trạm phụ ký hiệu X,
Y, Z, W Khoảng cách từ trạm chính M đến trạm phụ khoảng 500-700 NM Việc
bố trí các trạm chính và trạm phụ sao cho phạm vi xác định vị trí của mắt xích được rộng và giảm bớt ảnh hưởng của môi trường tới đường truyền sóng Dưới đây là một số hình ảnh ví dụ về bố trí các trạm trong mắt xích
Trang 4Các trạm trong 1 mắt xích phát tín hiệu đồng bộ theo một trật tự nghiêm ngặt
từ trạm chính đến trạm phụ cuối cùng Tín hiệu của trạm phụ gồm một bó 8 xung, mỗi xung có chiều dài 200 μs, giãn cách các xung là 1000 μs Tín hiệu trạm chính gồm 9 xung (để phân biệt với tín hiệu trạm phụ) gồm 8 xung giống như trạm phụ và xung thứ 9 cách xung thứ 8 một khoảng 2000 μs (xem hình vẽ)
Bắt đầu chu trình phát, trạm chính phát tín hiệu của nó gồm 1 nhóm 9 xung Khi xung trạm chính truyền tới trạm phụ thứ nhất thì trạm phụ này giữ chậm lại một khoảng thời gian nhất định nào đó rồi phát tín hiệu của nó gồm một nhóm 8
Trang 5xung Khi xung tín hiêu trạm phụ thứ nhất này truyền tới trạm phụ thứ hai thì trạm phụ này cũng giữ chậm lại một khoảng thời gian rồi phát tín hiệu của nó gồm một nhóm 8 xung… cứ như vậy cho tới trạm phụ cuối cùng Khi xung trạm này truyền tới trạm chính thì trạm chính sẽ giữ chậm lại một khoảng thời gian rồi phát xung tín hiệu của nó gồm một nhóm 9 xung, bắt đầu chu trình phát tiếp theo
Tại máy thu, sau khi đã tiến hành đồng bộ với trạm
phát, với các loại máy thu cổ điển có màn ảnh hiện thị
xung của các trạm trong mắt xích thì trên màn ảnh sẽ
thu được tín hiệu của các trạm phát trong mắt xích
Xung tín hiệu trạm chính M sẽ luôn nằm tại đầu dòng
quét trên Tiếp theo là tín hiệu của các trạm phụ X, Y,
Z, W
Để phân biệt các mắt xích Loran-C, sử dụng tần số lặp xung và chu kỳ lặp
xung (GRI-Group Repetition Interval) Do các mắt xích phát chung một tần số
sóng mang là 100 KHz nên tấn số sóng mang sẽ là yếu tố duy nhất để phân biệt các mắt xích khác nhau Trong hệ Loran-C sử dụng 3 nhóm tần số lặp xung cơ
bản ký hiệu SS, SL, SH (SS: Slow Special; SL: Slow Low; SH: Slow High) Mỗi
nhóm tần số lặp xung cơ bản lại chia thành 8 tần số lặp xung riêng biệt ký hiệu
từ 0 đến 7 Với mỗi tần số lặp xung như trên ứng với một tần số lặp xung và chu
kỳ lặp xung cụ thể Ví dụ:
(600 N)100
T SH = − ; Đơn vị μs; tương ứng với
36 3
Chu kỳ lặp xung (thuật ngữ chuyên môn có tên là GRI-Group Repetition
Interval) là một thông số rất quan trọng của mắt xích Loran Chu kỳ lặp xung
GRI được chia cho 10 để hình thành tên gọi của mắt xích Ví dụ: giãn cách giữa các lần phát xung của trạm chính mắt xích Đông Bắc Mỹ là 99,600 μs, thì khi đó tên của mắt xích sẽ là 9960 Như trên đã nói, GRI phải đủ lớn để cho phép xung phát từ các trạm chính và trạm phụ trong một mắt xích có thể lan truyền và bao phủ toàn bộ vùng biển trong tầm hoạt động của nó, sau đó mới bắt đầu một chu
kỳ phát xung tiếp theo
Với mỗi cặp trạm chính và trạm phụ, đường thẳng nối trạm chính và một
trạm phụ gọi là đượng cơ sở của cặp trạm đó (Base line) Đường cơ sở, hay nói
cách khác, là một đoạn cung vòng lớn nối hai trạm với nhau Đường cơ sở kéo
dài (Base line extension) nằm về hai phía của hai trạm Khu vực gần đường cơ
Trang 6sở sẽ cho phép khả năng định vị hyperbol tối ưu Nhưng ở các khu vực gần đường cơ sở kéo dài thì phải hết sức lưu ý khi xác định vị trí
1.2 Quan hệ giữa hiệu thời gian Δt và hiệu pha ΔΦ:
cos
Trong đó: U(t) : hàm của đường bao xung
T: chu kỳ của dao động sóng mang chứa trong đường bao
Tại máy thu R cách A và B một khoảng cách D1 và D2, ta thu được tín hiệu của các trạm A và B có dạng:
( 1) ( 1)
2 cos t t T t
2 = ; c là tốc độ truyền sóng VTĐ trong không gian
Tại nơi thu, đo hiệu pha hai tín hiệu tới từ hai trạm A và B được:
T t t T t
t t t
=
2 1 2
Trang 7Nếu đo được hiệu pha ΔΦ thì sẽ xác định được Δt và xác định được ΔD=Δt.c
Từ đó sẽ xác định tàu nằm trên một đường đẳng trị Hyperbol nào đó
Ta có ΔΦ = n.2π + φ Trong đó n là một số nguyên; φ là phần lẻ của giá trị pha, có trị số nhỏ hơn 2π
2
Do φ < 2π nên t’ < T
Trong hệ Loran-C, tại máy thu, phần (n.T) được xác định bằng phương pháp làm trùng đường bao của xung tín hiệu, còn t’ xác định bằng phương pháp so sánh pha của sóng mang (làm trùng hợp các dao động sóng mang chứa trong đường bao xung)
Ứng với một giá trị ΔΦ cho ta một giá trị Δt xác định, ta có thể có được hai đường vị trí Hyperbol đối xứng nhau qua đường trung trực của đoạn thẳng nối hai trạm phát (hình vẽ) Tuy nhiên với phương pháp phát lần lượt theo thứ tự, giữ chậm xung của từng trạm phát trong mắt xích nên đã loại trừ được tính lưỡng trị này
2 Xác định vị trí tàu bằng máy thu Loran-C
Với các máy thu cổ điển, sử dụng màn chỉ thị để hiển thị tín hiệu các trạm chính và trạm phụ trên màn ảnh, muốn xác định được vị trí tàu, sau khi thu được hiệu thời gian của các cặp trạm trên máy thu, ta phải hiệu chỉnh sai số sóng truyền, sau đó đưa các giá trị hiệu thời gian này thao tác trên các hải đồ chuyên dụng có vẽ sẵn mạng lưới đưởng đẳng trị Hyperbol, từ đó có được vị trí tàu Nếu chạy tàu đại dương thì thường phải sử dụng hải đồ chuyên dụng Loran-C có tỉ lệ xích rất nhỏ, trên hải đồ này thường thiếu nhiều thông tin cần thiết để dẫn tàu
Do đó hải đồ chuyên dụng như vậy thường chỉ dùng để xác định vị trí, sau đó phải chuyển các vị trí này lên hải đồ đi biển để dẫn tàu Nếu chạy tàu ven biển, hải đồ chạy tàu cũng được in các mạng lưới Hyperbol của mắt xích Loran-C bao phủ khu vực đó, ta có thể thao tác trực tiếp trên hải đồ chạy tàu này để xác định vị trí bằng Loran-C
Trường hợp không có hải đồ chuyên dụng Loran-C, nhưng nếu có các bảng toán Loran-C thi ta có thể sử dụng để tính toán ra vị trí tàu Nguyên tắc của phương pháp này là sử dụng giá trị hiệu thời gian đo được trên máy thu để tính toán vẽ trực tiếp đường Hyperbol vị trí lên hải đồ Việc vẽ này được thực hiện bằng cách tìm giao của đường vị trí Hyperbol với hai đường kinh độ hoặc vĩ độ chẵn liên tiếp nằm gần với vị trí dự đoán tàu ta Sau đó nối hai giao điểm này để
có đường vị trí Hyperbol
Trang 8Phương pháp xác định vị trí bằng Loran-C như trên đòi hỏi phải có hải đồ chuyên dụng hoặc bảng toán Loran, đồng thời việc tính toán hoặc đồ giải đều tốn thời gian và dễ gây ra nhầm lẫn
Các máy thu Loran-C cải tiến ngày nay được gắn các máy tính để có thể nhanh chóng tính toán vị trí tàu và hiển thị liên tục vị trí tàu theo kinh vĩ độ khi tàu đang nằm trong tầm bao phủ của một mắt xích Loran-C và máy thu đã đồng
bộ được với mắt xích đó Người sử dụng có thêm thời gian để phân tích đánh giá
độ chính xác của vị trí thu được và xử lý, sử dụng các vị trí này để dẫn tàu
3 Độ chính xác của vị trí tàu xác định bằng Loran-C
Hẹ thống Loran-C làm việc trên dải sóng dài nên có thể truyền lan theo cả sóng trời và sóng đất Tầm hoạt động của Loran-C khá lớn Với sóng đất ban ngày có thể tới 1000 NM Ban đêm tầm vươn của sóng đất giảm xuống còn khoảng 600-700 NM, nhưng sóng trời có thể tới 1200-1400 NM
Độ chính xác thiết kế của hệ thống Loran-C là 0.25 NM trong phạm vi tầm bao phủ của mắt xích Tuy nhiên do nhiều nguyên nhân nên thực tế sai số có thể lớn hơn hay nhỏ hơn giá trị nói trên Sau đây là một số nguyên nhân ảnh hưởng đến độ chính xác của vị trí xác định bằng Loran-C:
- Góc giao giữa các đường vị trí và Gradient của các đường vị trí Loran
- Độ ổn định của tín hiệu phát đi từ trạm phát
- Các thông số điều khiển của mắt xích Loran (ví dụ thời gian trễ thực tế có đúng với thời gian trễ thiết kế không, đang sử dụng trạm kiểm tra của khu vực nào…)
- Mức nhiễu ồn trong không khí và nhân tạo xung quanh máy thu
- Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ truyền sóng (thời tiết, ảnh hưởng các mùa trong năm, ảnh hưởng ngày đêm )
- Các nhiễu loạn bất thường của tầng ion
- Chất lượng và độ nhạy máy thu
- Nhiễu ồn điện trên tàu
- Độ chính xác của mạng lưới đường vị trí Hyperbol trên hải đồ
- Độ chính xác của thuật toán máy tính trong máy thu trong việc chuyển đổi tọa độ
Trang 9- Sai số ở khâu người sử dụng Ngoài ra, việc lựa chọn các cặp trạm trong mắt xích sao cho có được góc giao tốt nhất giữa các đường vị trí cũng có ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác định vị
Trong các nguyên nhân trên thì các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ lan truyền sóng điện từ có tác động rất lớn đến độ chính xác định vị
Việc qui đổi từ hiệu thời gian truyền sóng sang hiệu khoảng cách đều tính cho trường hợp sóng lan truyền trong không gian tự do Thực tế tốc độ lan truyền sóng trên bề mặt Trái đất bị giảm đi do tác động của khí quyển và đặc tính truyền sóng của bề mặt đất và biển mà nó đi qua Để có tốc độ lan truyền chính xác trong Loran-C, cần có các giá trị hiệu chỉnh, gồm 3 số hiệu chỉnh tốc
Do mặt đất có tính truyền dẫn kém hơn so với mặt biển, nên tốc độ lan truyền sóng trên mặt đất sẽ giảm đi so với trên mặt biển Do vậy xuất hiện số
hiệu chỉnh thứ ba ASF (Additional Secondary Phase Factor) đặc trưng cho độ
trễ tín hiệu khi lan truyền qua bề mặt đất trong phép tính chuyển đổi từ thời gian sang khoảng cách và tọa độ địa lý Đây là số hiệu chỉnh quan trọng nhất Tùy thuộc vào vị trí của máy thu, tín hiệu từ các trạm phát Loran có thể đi vài trăm
NM qua mặt đất nên phải được hiệu chỉnh Về toán học, việc tính toán sự suy giảm tốc độ truyền lan sóng điện từ khi chúng đi qua trên bề mặt đất có đặc tính truyền dẫn đã xác định là không quá khó Nhưng trên thực tế, việc xác định chính xác số hiệu chỉnh ASF tương đối phức tạp
Có ít nhất 4 nguyên nhân dẫn đến sự phức tạp này Thứ nhất là đặc tính
truyền dẫn của mặt đất thay đổi theo từng khu vực, làm cho số hiệu chỉnh sẽ khác nhau tùy theo đường đi khác nhau của tín hiệu Ngoài ra, các số liệu hiện tại về đặc tính truyền dẫn của bề mặt không bao hàm các trị số dao động nhỏ
trong phạm vi từng khu vực Nguyên nhân thứ hai là các phương pháp để tính
toán ASF cũng khác nhau ASF có thể được tính toán bằng các mô hình toán học dựa trên các thông số truyền dẫn gần đúng, hoặc bằng cách xác định độ trễ thời gian theo kinh nghiệm tại các khu vực khác nhau, hoặc kết hợp cả hai cách trên Phương pháp kết hợp cho thấy kết quả chính xác hơn cả Một nhà sản xuất máy thu có thể không áp dụng phương pháp hiệu chỉnh giống như nhà sản xuất khác, cũng như không áp dụng cùng một phương pháp hiệu chỉnh trên các hải đồ mạng lưới đường Hyperbol khác nhau Do các sai lệch này là nhỏ nên người sử dụng nếu không biết thì có thể sẽ không thu được vị trí Loran chính xác nhất
Thứ ba, trong các khu vực cách bờ biển 10 NM, do số hiệu chỉnh ASF có sự
dao động đáng kể nên các mô hình tính toán ASF hiện tại không thể tính hết các yếu tố đó khi áp giá trị ASF trên một khu vực Qua nhiều năm, thậm chí các con
Trang 10số theo kinh nghiệm cũng sẽ thay đổi do sự xuất hiện của các tòa nhà, cầu và các
kiến trúc gần bờ biển khác Nguyên nhân thứ tư là, số hiệu chỉnh ASF thay đổi
theo mùa do sự thay đổi của mực nước, tuyết bao phủ hoặc các nguyên nhân tuơng tự khác
Hiệu thời gian thu nhận ban đầu trên máy thu cần phải được hiệu chỉnh trị số ASF, sau đó mới thao tác tìm vị trí
Trang 11CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU
(GPS-GLOBAL POSITIONING SYSTEM)
Khái niệm vệ tinh nhân tạo và hệ thống GPS
Vệ tinh nhân tạo được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và có vai trò ngày càng quan trọng trong khoa học cũng như trong đời sống Các lĩnh vực ứng dụng chủ yếu của vệ tinh gồm:
+) Thăm dò khí tượng, nghiên cứu khoa học
+) Thông tin liên lạc
Có thể sơ bộ phân loại vệ tinh nhân tạo theo một số phương pháp nhưu sau:
+) Phân loại theo góc nghiêng của mặt phẳng quĩ đạo đối với mặt phẳng xích đạo Trái đất (i)
Nếu i = 0o, vệ tinh có quĩ đạo xích đạo
Nếu i = 90o, vệ tinh có quĩ đạo cực
Nếu 0o < i < 90o, vệ tinh có quĩ đạo nghiêng
Trong hệ GPS sử dụng các vệ tinh có i ≈ 55o
+) Phân loại theo độ cao của quĩ đạo vệ tinh so với bề mặt Trái đất (h) Nếu h < 5000 km: gọi là vệ tinh bay thấp
Nếu h > 5000 km: gọi là các vệ tinh bay cao
Độ cao càng thấp thì chu kỳ bay quanh quĩ đạo của vệ tinh càng nhỏ
Trang 12Trong hệ GPS, các vệ tinh có độ cao 20200 km so với mặt đất Ở độ cao này,
vệ tinh có chu kỳ bay quanh quĩ đạo là ½ ngày sao (11h57m57,26s), tốc độ của vệ tinh khoảng 3,9 km/s
Nếu vệ tinh có độ cao 35780 km thì vệ tinh có chu kỳ bay quanh quĩ đạo là 1 ngày sao (23h56m4s) và vùng nhìn thấy của vệ tinh là 162o Nếu vệ tinh này có quĩ đạo xích đạo thì người quan sát trên bề mặt Trái đất sẽ nhìn thấy vệ tinh này gần như cố định tại một vị trí trên bầu trời với độ cao và phương vị không đổi không phụ thuộc chuyển động quay hàng ngày của Trái đất Những vệ tinh này
gọi là vệ tinh địa tĩnh (Geo-stationary satellite) thường sử dụng trong thông tin
liên lạc Nếu mặt phẳng quĩ đạo của các vệ tinh này lệch với mặt phẳng quĩ đạo một góc nhỏ thì trong chuyển động quay hàng ngày của Trái đất, người quan sát trên Trái đất sẽ nhìn thấy vệ tinh vẽ thành 1 hình số 8 hoặc một hình Parabol…
nhỏ (8-orbit satellite) Các vệ tinh này cũng được sử dụng để định vị hoặc thông
tin liên lạc trong một phạm vi hẹp trên bề mặt Trái đất (ví dụ một quốc gia, một vùng lãnh hải…)
Nếu vệ tinh có độ cao 1100 km thì chu kỳ của nó khoảng 103 phút, tốc độ bay 7,3 km/s Vùng nhìn thấy khoảng 60o Vệ tinh này gọi là các vệ tinh chuyển dịch nhanh, vệ tinh này được sử dụng trong hệ thống hàng hải vệ tinh cũ (Transit-NNSS) Ngày nay hệ thống Transit không sử dụng nữa, nhưng các vệ tinh chuyển dịch nhanh có quĩ đạo cực vẫn được sử dụng trong các hệ thống tìm kiếm cứu nạn (COSPAS-SARSAT) hoặc các hệ thống thông tin liên lạc, điện thoại vệ tinh…
Để xác định vị trí tàu bằng vệ tinh có các phương pháp sau:
+) Phương pháp đo độ cao và phương vị vệ tinh tương tự như trong thiên văn Phương pháp này hiện không sử dụng
+) Phương pháp đo độ dịch tần số Doppler, từ đó suy ra hiệu khoảng cách
từ tàu đến hai vị trí nhất định của vệ tinh Phương pháp này sử dụng trong hệ thống Tranzit cũ
+) Phương pháp đo khoảng cách tới vệ tinh, hiện đang sử dụng trong hệ GPS hiện tại
Trong các hệ thống hàng hải vệ tinh, vấn đề chính là phải luôn xác định được chính xác tọa độ của vệ tinh trong không gian 3 chiều tại bất kỳ thời điểm nào Công việc này do các máy tính đảm nhiệm Ngoài ra còn có các yêu cầu về độ
ổn định, đo thời gian chính xác
Hệ thống GPS xác định vị trí tàu bằng cách đo khoảng cách từ tàu đến vệ tinh Đo thời gian truyền tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu, nhân với tốc độ truyền sóng sẽ được khoảng cách và được 1 vòng tròn vị trí I Kết hợp với vệ tinh thứ
Trang 13hai có vòng tròn vị trí II Hai vòng tròn vị trí này
giao nhau trên bề mặt Trái đất cho ta vị trí tàu P
Để thực hiện việc đo khoảng cách được chính
xác cần giải quyết các vấn đề sau:
+) Xác định được mối quan hệ giữa đồng
hồ máy thu và đồng hồ vệ tinh, cụ thể là phải xác
định được sai số giữa đồng hồ máy thu và đồng
hồ vệ tinh Giả sử hai đồng hồ sai lệch nhau 1 μs
thì sai số đo khoảng cách đã là 300m
+) Đo thời gian truyền sóng với độ chính xác cao Máy thu phải sử dụng phương pháp đặc biệt để đo thời gian truyền sóng
I Cấu tạo của hệ thống GPS
Hệ thống GPS có tên đầy đủ là NAVSTAR GPS (Global Positioning System
NAVSTAR-NAVigation System using Timing And Ranging) là hệ thống hàng
hải vệ tinh đầu tiên của chính phủ Mỹ , do trung tâm phát triển hàng hải vệ tinh
liên bang (Federal Radionavigation Plan) thiết kế và phát triển
Hệ thống GPS hay bất kỳ một hệ thống vô tuyến dẫn đường nào, đều gồm 3 thành phần là: phần phát tín hiệu định vị, phần điều khiển và phần máy thu Cụ thể hệ thống GPS bao gồm:
- Khâu vệ tinh: bao gồm các vệ tinh trong không gian, bay theo các quĩ đạo nhất định
- Khâu điều khiển: ở trên
tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự
trữ có thể đưa vào hoạt động
P
D1
D2I
II Satellite 1
Satellite 2
Trang 14bất cứ lúc nào nhờ điều khiển từ mặt đất Nhưng hiện tại tổng số vệ tinh trên quĩ đạo đã lớn hơn con số 24, cụ thể năm 1999 đã là 28 vệ tinh Quĩ đạo các vệ tinh
có độ cao khoảng 20200 km, chia làm 6 mặt phẳng quĩ đạo, bán kính quĩ đạo khoảng 26560 km Chu kỳ bay 1 vòng quanh quĩ đạo của vệ tinh là 11h 57m57s Góc nghiêng của mặt phẳng quĩ đạo so với mặt phẳng xích đạo là 55o Các điểm nút lên và nút xuống của quĩ đạo lệch nhau 60o Các vệ tinh có một hệ thống đNy
để duy trì vị trí của nó trên quĩ đạo N hư vậy, bất kỳ thời điểm nào từ an ten máy thu cũng có thể nhìn được 10-11 vệ tinh nên cho phép máy thu lựa chọn được các vệ tinh có đặc tính hình học tốt nhất để xác định vị trí
Các vệ tinh phát sóng trên hai tần số L1 và L2 L1=1575.42 MHz; L2=1227.6 MHz Mỗi máy phát của vệ tinh đều có các bộ tạo dao động tần số 10.23 MHz
ổn định nhờ các đồng hồ nguyên tử Cesi (Cs) Tần số này đưa qua các bộ nhân, nhân 154 lần để tạo ra tần số L1 (λ=19 cm), nhân với 120 lần để tạo ra tần số L2
(λ=24 cm).Tín hiệu phát của GPS gồm 2 mã tín hiệu là mã C/A (Coarse Acquisition) và mã P (Precise hay Pseudo-random)
Trang 15Mã tín hiệu P (Pseudo-random) là một dãy các phần tử (chip) gồm các số 0
và 1, tần số các phần tử là 10.23 Mbit, chiều dài mỗi phần tử là 99.75 nanosecond (ns) Chiều dài của 1 dãy phần tử mã P là 1 tuần Hàng tuần vào 00h00 UTC thứ bảy/chủ nhật lại bắt đầu một dãy/chuỗi mới N hư vậy chuỗi phần tử của mã P rất dài và không lặp lại gây khó khăn cho việc đồng pha và xác định thời gian truyền sóng, nhưng nó có ưu điểm là nâng cao được độ chính xác
và có thể hạn chế việc sử dụng mã P chỉ cho một số đối tượng sử dụng nhất định, ví dụ như chỉ cho các mục đích quân sự Mã P cung cấp vị trí với độ chính
xác cao 10-16 m, tương ứng với chế độ định vị chính xác PPS (Precise Positioning Service) Chỉ có các máy thu đặc biệt mới có thể thu được tín hiệu
mã P và từ đó có được vị trí với độ chính xác cao Tín hiệu mã P được phát trên
cả hai tần số L1 và L2
Mã tín hiệu C/A (Coarse Acquisition) là một dãy các phần tử, tần số phNn tử
là 1.023 Mbit, chiều dài mỗi phần tử là 0.9975 micro second (gấp 10 lần so với
mã P), chiều dài dãy phần tử là 1 ms và dãy (chuỗi) phần tử được lặp lại sau mỗi
ms đó Mã C/A cung cấp vị trí với độ chính xác kém hơn so với mã P, khoảng 50m, tương ứng với chế độ định vị tiêu chuNn SPS (Standard Positioning Service) N hưng thực tế coi như độ chính xác này là 100m Mã C/A chỉ được phát trên tần số L1
Cả hai mã P và C/A đều chứa các bản tin vệ tinh (satellite message) có tốc độ
dữ liệu là 50 bps (bit per second)
§iÒu chÕ bëi m· P cã tÇn
sè c¸c phÇn tö lµ 10,23
§iÒu chÕ bëi c¶ m· P cã tÇn sè c¸c phÇn tö lµ
50 bit/s
m· ®iÒu chÕ P 10,23 Mbit/s
Trang 16N hư vậy, các máy thu dân dụng chỉ thu được mã tín hiệu C/A sẽ có độ chính xác định vị kém hơn so với mã P do các nguyên nhân sau:
- Chuỗi tín hiệu mã P rất dài và không lặp lại gây khó khăn cho việc đồng pha để xác định thời gian truyền sóng Các máy thu thông thường cũng không có khả năng tạo nên các chuỗi mô hình giống như chuỗi thật nên không thể thu được mã P
- Mã P được phát trên cả hai tấn số L1 và L2 Hai tần số này khác nhau nên sự khúc xạ của chúng khi truyền lan qua tầng khí quyển của Trái đất cũng khác nhau Máy thu quân sự có thể thu cả hai tần số này, so sánh và loại trừ được sai
số truyền sóng, tính toán được khoảng cách chính xác từ máy thu đến vệ tinh Trong khi đó máy thu thông thường chỉ thu được tần số L1 nên không thể loại trừ được sai số truyền sóng trên
- Mã tín hiệu C/A chịu một sai số do tín hiệu vệ tinh bị cố ý làm cho sai lệch
đi (S/A-Selective Availability) Máy thu không thể xác định chính xác thời gian truyền sóng từ vệ tinh tới máy thu, do đó độ chính xác bị suy giảm đi
Theo thông báo của Bộ Quốc Phòng Mỹ, từ 1-5-2000 thì Mỹ đã không còn phát sai số S/A trong bản tin vệ tinh GPS Tuy nhiên người đi biển vẫn phải coi như là sai số S/A vẫn tồn tại để nâng cao mức độ an toàn cho con tàu khi xác định vị trí tàu bằng GPS
- Đồng hồ của các máy thu đặc biệt đôi lúc cũng là đồng hồ nguyên tử có độ chính xác rất cao, cao hơn nhiều so với đồng hồ điện tử của máy thu thông thường Chiều dài chip của mã P chỉ bằng 1/10 so với mã C/A Do đó nó có thể
đo thời gian truyền sóng với độ chính xác cao hơn nhiều so với mã C/A
Để cải thiện độ chính xác của vị trí tàu xác định bằng GPS, có thể sử dụng kỹ thuật vi phân GPS (Differential GPS) sẽ trình bày ở phần sau Kỹ thuật này cho phép xác định vị trí tàu với độ chính xác cao dưới 10 m
2 Khâu điều khiển:
Gồm các trạm kiểm tra đặt rải rác các nơi trên Trái đất, trung tâm điều khiển đặt tại Colorado Springs (Mỹ) và các trạm dẫn động Các trạm kiểm tra có nhiệm vụ theo dõi vệ tinh khi chúng ở trong tầm nhìn, kiểm tra việc phát tín hiệu của vệ tinh, độ ổn định của đồng hồ, các thông số quĩ đạo vệ tinh… Sau đó truyền các dữ liệu thu được về trung tâm điều khiển Trung tâm điều khiển tính toán các thông số về quĩ đạo sắp tới của vệ tinh, các số hiệu chỉnh thời gian… tập hợp trong các bản tin phát cho vệ tinh 3 lần 1 ngày thông qua các trạm dẫn động Các vệ tinh lưu trữ những bản tin này, phát cho người sử dụng các thông tin cần thiết cho đến khi nhận được các số liệu thay thế
Trang 17Theo thiết kế thì máy thu thu mã tín hiệu C/A có thể cho vị trí với độ chính xác 10-25m Trạm điều khiển sẽ cố ý làm sai lệch các bản tin vệ tinh (sai số S/A) nhằm mục đích chỉ cho phép các đối tượng sử dụng dân sự xác định vị trí với độ chính xác kém hơn, khoảng 50m N gười sử dụng vẫn phải luôn giả định rằng tại bất kỳ thời điểm nào vị trí tàu cũng có thể đang chịu ảnh hưởng của sai
số S/A nói trên
3 Khâu máy thu:
Gồm tất cả các máy thu trên mặt đất, mặt biển, trên không, được trang bị anten và máy thu xử lý kết hợp máy tính điện tử Máy thu có thể thu nhận đồng thời hoặc liên tiếp tín hiệu từ ít nhất 4 vệ tinh Các máy thu xử lý sẽ lựa chọn ra các vệ tinh có đặc tính hình học tốt nhất Máy thu cũng có khả năng loại bỏ các
vệ tinh khi đặc tính hình học của nó không còn thích hợp nữa ngay sau khi thu được các vệ tinh có đặc tính hình học tốt hơn
Giá thành máy thu GPS có xu hướng giảm dần Máy thu GPS cũng ngày một
đa dạng hơn, đáp ứng mọi nhu cầu trong đời sống, ví dụ như đã xuất hiện nhiều máy thu GPS gắn trong đồng hồ đeo tay, điện thoại di động, máy thu GPS gắn với các thiết bị dẫn đường trên ô tô… Chức năng của máy thu cũng được mở rộng N gày nay các máy thu GPS gắn liền với máy đo sâu, máy thu GPS kèm theo chức năng hải đồ điện tử đã trở nên thông dụng Trên cơ sở có vị trí liên tục, hầu hết các máy thu GPS trong hàng hải đều có các chức năng phụ kèm theo như hàng hải theo điểm, hàng hải theo tuyến, các chức năng báo động trực neo, báo động lệch khỏi đường đi, báo động lệch hướng la bàn, báo vị trí người rơi xuống nước… Thiết bị la bàn vệ tinh cũng đã xuất hiện và trở thành một công cụ
hỗ trợ quan trọng trong hàng hải Vị trí từ máy thu GPS còn được đưa sang các thiết bị Radar-Arpa và hải đồ điện tử để thuận tiện dẫn tàu cũng như cảnh giới, điều động tránh va
Đặc tính hình học của các vệ tinh được thể hiện bằng thông số DOP
(Dilution of Precision) Thông số đặc tính hình học này biểu thị độ chính xác của vị trí tàu hiển
Sai số đo khoảng cách
Đặc tính hình học tốt, giá trị DOP nhỏ
R 2
R 2
Trang 18gần 90o trong hàng hải địa văn thì độ chính xác càng cao (xem hình minh họa)
Giá trị DOP càng nhỏ, độ chính xác vị trí càng cao Trong thực tế hàng hải,
hệ thống GPS hoạt động bình thường thì trị số DOP trong khoảng 1.0 - 2.0
N ếu máy thu sử dụng chế độ định vị 2 thông số 2D (2 dimension: Latitude và Longitude) thì đặc tính hình học biểu diễn bằng thông số HDOP (Horizontal DOP)
N ếu máy thu sử dụng chế độ định vị 3 thông số 3D (3 dimession: lattitude, longitude, altitude) thì thông số đó là PDOP (Position DOP)
Tổng thể cấu tạo của hệ thống GPS có thể biểu diễn trong hình vẽ dưới đây:
II Nguyên lý đo
Trang 19Ta có khoảng cách ( ) ( ) ( )2
1 2 2 1 2 2 1 2 2
2 Đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu:
Trạm điều khiển, trậm kiểm tra và vệ tinh được trang bị các đồng hồ có độ ổn định rất cao (đồng hồ nguyên tử Cesi hay đồng hồ Laser dùng Hydrô) N guyên
lý của nó là đếm số chu kỳ dao động sinh ra từ bộ tạo dao động tính từ một thời điểm nào đó Độ chính xác của đồng hồ này sẽ quyết định độ chính xác của việc
đo thời gian Độ ổn định của đồng hồ này là 2x10-13
chu kỳ/ngày Đơn vị đo của các đồng hồ này là nanosecond (10-9s)
Giờ tiêu chuNn của toàn bộ hệ thống là giờ GPS Thời gian của các đồng hồ
vệ tinh gọi là tsv (SV time hay Space Vehicle time)
Đồng hồ máy thu thường là loại đồng hồ điện tử có độ chính xác thấp hơn đồng hồ vệ tinh Yêu cầu phải xác định được sai số tbias của đồng hồ điện tử máy thu so với đồng hồ vệ tinh chính xác tới μs để đo thời gian truyền sóng được chính xác
N guyên lý đo thời gian dựa trên kỹ thuật tự động đồng pha đặc biệt correlation) Giả sử vệ tinh phát tới máy thu 1 chuỗi tín hiệu gồm các phần tử (chip) Trong máy thu sẽ sinh ra một chuỗi so sánh (chuỗi mô hình-replica) giống hệt như chuỗi tín hiệu của vệ tinh Chuỗi mô hình bắt đầu từ thời điểm
(auto-tu=0 theo như đồng hồ máy thu Ban đầu nó chưa cùng pha với chuỗi tín hiệu thu được từ vệ tinh N hưng chuỗi mô hình được dịch chuyển dần trên trục thời gian nhờ đồng hồ máy thu Khi đã đồng pha, bộ tự động đồng pha (auto-correlator) sẽ sinh ra một điện áp làm ngừng sự dịch pha và đưa thời gian đo được vào cơ cấu tính toán
Thời gian truyền = tu+tbias-tsv
máy thu là t bias , ở đó t u =0
t bias chậm hơn thời gian
gốc tsv=0 của đồng hồ vệ
tinh tu là thời gian trôi
qua tính từ thời gian gốc
của đồng hồ máy thu
Trang 20N ếu khoảng cách tàu và vệ tinh thay đổi làm chuỗi tín hiệu vệ tinh tới máy thu vào thời điểm khác đi, bộ tự động đồng pha đang ở trạng thái đồng pha sẽ bị lệch pha đi, nhưng nó sẽ tự động dịch chuyển chuỗi mô hình để duy trì trạng thái đồng pha (Thuật ngữ này gọi là đo và đồng bộ liên tục - pseudo range)
từ vệ tinh tới máy thu sẽ là c.(tu+tbias-tsv)
III Xác định vị trí máy thu:
Lập hệ tọa độ Đề các có tâm trùng với tâm
Trái đất, mặt phẳng (x,y) là mặt phẳng xích
đạo Trục x nằm trong mặt phẳng kinh tuyến
Greenwich Trong hệ này, khoảng cách giữa
máy thu P(xu,yu,zu) và vệ tinh 1(x1,y1,z1) theo
như tính toán ở phần trên sẽ là:
2 1 2 1 2
2 2 1 2 1 2
Trong phương trình trên, thời gian tsv của từng vệ tinh đã biết nhờ các bản tin
vệ tinh máy thu thu được N hư vậy còn lại 4 đại lượng chưa biết là xu, yu, zu, tbias
hay nói cách khác là có 4 Nn số Tọa độ vệ tinh đã biết (xem phần khái niệm GPS)
Để có thể xác định được các Nn số, ta cần có ít nhất 4 phương trình như trên, nghĩa là cần có 4 vệ tinh để đo khoảng cách Khi đó ta có hệ 4 phương trình như sau (tương ứng với các vệ tinh 1,2,3,4):
1 1
2 2 1 2 1 2
2 2
2 2 2 2 2 2
Trang 21( ) ( ) ( ) ( )2
3 3
2 2 3 2 3 2
4 4
2 2 4 2 4 2
N hư vậy để xác định được vị trí tàu máy thu phải thu tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh Giải hệ 4 phương trình 4 Nn sẽ cho tọa độ máy thu Máy thu sẽ chuyển tọa
độ này sang tọa độ trên Trái đất bằng cách sử dụng hệ trắc đạc WGS-84
N ếu xác định vị trí tàu trên mặt biển, ta có tương quan giữa các tọa độ của tàu là: ( 2 2 2 2)
R z y
x u + u + u = trong đó R là bán kính Trái đất Khi đó ta chỉ cần 3 phương trình tương ứng với đo khoảng cách tới 3 vệ tinh là có thể xác định được
vị trí tàu
N ếu máy thu có trang bị đồng hồ nguyên tử giống như các đồng hồ của vệ tinh thì sai số tbias sẽ không còn nữa, số Nn số chỉ còn lại 3 và ta chỉ cần có hai phương trình, nghĩa là chỉ cần có 2 vệ tinh là có thể xác định được vị trí tàu
Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác định vị bằng hệ thống GPS
- Máy thu có thể thu nhận được mã tín hiệu P hay mã C/A
- Sự phát kèm theo cả sai số SA của người sở hữu hệ thống nhằm làm tăng sai số định vị của các đối tượng dân sự lên một lượng nhất định
- Sai số trong tính toán quĩ đạo vệ tinh
- Sai số do không tính được chính xác độ trễ khi tín hiệu truyền qua tầng điện
ly
- Sai số do thời gian truyền từ vệ tinh đến máy thu
- Đặc tính hình học của các vệ tinh tại thời điểm xác định vị trí tàu
Về phía người sử dụng còn phải tính đến các yếu tố sau:
- Việc cài đặt các thông số ban đầu cho vệ tinh có chính xác hay không Các thông số quan trọng ảnh hưởng đến sai số vị trí GPS bao gồm:
+) Độ cao an ten,
+) Múi giờ,
+) Các trị số giới hạn độ cao của vệ tinh sử dụng (nếu độ cao vệ tinh giảm quá thấp làm tăng sai số khúc xạ thì máy thu sẽ loại bỏ vệ tinh này để thu tín hiệu các vệ tinh khác có độ cao lớn hơn),
Trang 22+) Hệ thống trắc đạc chuNn dùng cho hệ GPS là hệ WGS-84 Hiện nay theo qui định, tất cả các hải đồ chạy tàu đều phải lập trên cơ sở hệ trắc đạc WGS-84 Do đó đã loại trừ được sai số này trong vị trí GPS Tuy nhiên, nếu một số hải đồ cũ chưa chuyển được sang hệ WGS-84 thì khi thao tác vị trí
GPS lên hải đồ này sẽ có sai số thao tác (xem thêm phần IV: Hệ trắc đạc
WGS-84 sử dụng trong hệ thống GPS)
- Thực tế khi tàu hành trình trên biển, tại một số vùng biển nhất định, vì các
lý do khác nhau nên Bộ quốc phòng Mỹ có thể chủ ý làm sai lệch các bản tin vệ tinh Khi đó độ chính xác định vị trong những khu vực này rất kém và không thể
dự tính được, thậm chí máy thu không xác định được vị trí bằng GPS
- Khi tàu hành trình gần bờ, các khu công nghiệp chịu ảnh hưởng của nhiều loại nhiễu VTĐ cũng sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác định vị Cần phải dự kiến mức độ sai số, không được tin tưởng tuyệt đối vào vị trí GPS, kết hợp với nhiều phương pháp xác định vị trí địa văn khác
Có thể tóm tắt các sai số định vị bằng GPS trong bảng dưới đây Bảng này cho ta so sánh sai số định vị khi không sử dụng DGPS so với khi có sử dụng
DGPS (Neil Ackroyd and Robert Lorimer-Global Navigation, A GPS User’s
Guide-Lloyd’s of London Press Ltd., 1990):
Không dùng DGPS Có dùng DGPS
Sai số ở khâu không gian
Sai số ở khâu sử dụng
- Sai số truyền qua tầng ion 12 m 1 m
- Sai số truyền qua tầng đối lưu 3 m 0.5 m
- Sai số do đa đường truyền 2 m 2 m
Trang 23IV Hệ trắc đạc WGS-84 sử dụng trong hệ thống GPS
N gày nay độ chính xác định vị đã được cải thiện rất nhiều nhờ các hệ thống định vị vệ tinh, mà ứng dụng rộng rãi hiện nay nhất là hệ GPS Tháng 5/2000, sai số SA (Selective Availability) đã được loại bỏ khỏi tín hiệu SPS và nâng độ chính xác định vị lên khoảng 35m trong 95% thời gian N ếu sử dụng DGPS cho
độ chính xác tới 5-10m Do đó, các nhà hàng hải cần phải nhận biết được độ tin cậy của các số liệu trắc đạc hải đồ và các hạn chế của các số liệu ghi trên hải đồ
Hiện nay có rất nhiều hải đồ không được xây dựng trên hệ trắc đạc WGS-84, trong khi các số liệu trong hệ GPS được xây dựng trên hệ này N hư vậy, vị trí thu được trên máy thu GPS sẽ không phù hợp với các hải đồ này, nếu thao tác trực tiếp lên hải đồ mà không được hiệu chỉnh sẽ gây nên sai lệch rất rõ ràng Hiện nay theo qui định, các hải đồ đi biển đều phải xây dựng trên hệ WGS-84 Tuy nhiên vẫn còn nhiều khu vực trên thế giới chưa cập nhật hết các yêu cầu này hoặc chưa có điều kiện thực hiện đầy đủ
Một vài quốc gia có ngành hàng hải phát triển vẫn chấp nhận các hệ trắc đạc riêng của họ tương đương với hệ WGS-84 Ví dụ: hệ N orth American Datum
1983 (N AD83), hệ European Terrestrial Reference System 1989 (ETRS89) N ếu chỉ dùng cho hàng hải, ngoài các yêu cầu định vị chính xác như tự động vào đốc
ra thì sai lệch giữa các hệ trắc đạc trên là khá nhỏ và trong tiêu đề của các hải đồ trên thường có chú thích: WGS-84 POSITIONS can be plotted directly on this chart
Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về hệ trắc đạc Ấn phNm Mariner’s Handbook (N P 100) đã đưa ra định nghĩa sau:
Hệ trắc đạc là một hệ qui chiếu để tính toán vị trí trên bề mặt Trái đất Mỗi
hệ được gắn liền với một bề mặt cầu giả định khác nhau và các bề mặt này cũng khác nhau về kích thước, hướng và vị trí tuỳ theo các hệ trắc đạc khác nhau Các vị trí thu được trên các hệ trắc đạc khác nhau có thể sai lệch nhau tới vài trăm mét
N hư vậy, cùng một vị trí trên bề mặt Trái đất có thể có nhiều tọa độ khác nhau nếu đặt trong các hệ trắc đạc khác nhau Sai lệch các toạ độ này đôi khi tới hàng ngàn mét Các vị trí khác nhau thì cho sự sai lệch cũng khác nhau và sự khác nhau này cũng không theo một qui luật nhất định Trong một khu vực không lớn, cụ thể là trong phạm vi của một tờ hải đồ chạy tàu thì có thể coi sự sai lệch trên là như nhau và sai số đó không ảnh hưởng đến việc chạy tàu (xem hình minh hoạ)
Chỉ có hai phương pháp xác định toạ độ của một điểm trong hệ trắc đạc WGS-84 như sau:
Trang 24- Thu vị trí trực tiếp từ máy thu GPS hoặc một hệ định vị khác xây dựng theo
hệ trắc đạc WGS-84
- Chuyển toạ độ bằng phương pháp toán học từ hệ trắc đạc khác sang hệ WGS-84 dựa trên các thông số có sẵn (chính là toạ độ theo hệ trắc đạc kia), các thông số này phải biết được hoặc ước tính được độ chính xác của chúng
Trên thế giới, có nhiều khu vực không còn đầy đủ các thông tin để từ đó có thể xây dựng các hải đồ theo hệ WGS-84, một số khu vực thì phải đợi các kết quả khảo sát của chính quyền sở tại Do đó, các hải đồ Anh cho các khu vực trên vẫn phải xây dựng dựa trên các hệ trắc đạc cũ, và tên của các hệ này được nêu lên trong tiêu đề hải đồ N hiều hải đồ do không xác định được chính xác tương quan vị trí của hải đồ đó với bất kỳ một hệ trắc đạc nào khác nên thường phải có một dòng lưu ý trên tiêu đề của hải đồ đó: “Sai lệch giữa vị trí vệ tinh và vị trí trên hải đồ không thể xác định được” hay “Sai lệch vị trí CÓ THỂ RẤT RÕ RÀN G ẢN H HƯỞN G ĐẾN HÀN G HẢI” – “the differences between satellite-
“differences MAY BE SIGN IFICAN T TO N AVIGATION ”
Từ năm 1982, các hải đồ Anh thường có thêm một dòng lưu ý đưa ra giá trị dịch chuyển cần thiết Hiệu chỉnh giá trị này vào toạ độ thu được trên máy thu GPS (toạ độ theo hệ WGS-84), ta sẽ có toạ độ tương ứng với hệ trắc đạc của hải
đồ đang dùng và toạ độ này có thể thao tác trên hải đồ nói trên
Ví dụ: nếu có dòng thông báo trên hải đồ như sau: hải đồ BA1270
SATELLITE-DERIVED POSITION Positions obtained from satellite navigation systems Are normally refered to WGS Datum; such positions Should be moved 0.17 minutes SOUTHWARD and 0.12 minutes EASTWARD to agree with this chart
Giả sử vị trí thu được trên máy thu GPS là 37o02’55 N ; 126o14’38 E ta sẽ tiến hành hiệu chỉnh như sau: