Các hệ thống thiết bị dẫn đường hàng không

Các Hệ thống thiết bị dẫn đường hàng không bao gồm các thông tin về các đài dẫn đường vô hướng NDB, đài đo cự ly DME, ILS, các hệ thống định vị GPS............................................................................................................

Navigation DME NDB VOR ILS GNSS Hệ thống dẫn đường mặt đất I Tổng quan dẫn đường hàng không Chức Hệ thống thiết bị dẫn đường hàng không hệ thống thiết bị nhằm cung cấp thông tin cho tàu bay thông qua máy thu trang bị tàu bay, giúp người lái xác định thông tin sau: - Tàu bay đâu ? - Tàu bay bay hướng ? - Tàu bay cách đài dẫn đường/ sân bay dặm ? - Tàu bay bay ? Các phương pháp dẫn đường hàng không - Dẫn đường theo phương pháp đồ (Pilotting) - Dẫn đường theo phương pháp thiên văn (celestial) - Dẫn đường theo phương pháp dựa vào quán tính ( Inertial navigation) - Dẫn đường theo phương pháp dựa vào thiết bị vô tuyến mặt đất (Ground-based radio navigation aids) - Dẫn đường theo phương pháp dựa vào thiết bị không gian ( Space – based radio navigation aids) Phân loại thiết bị dẫn đường mặt đất a Thiết bị dẫn đường vô tuyến ( Non visual navigation aids): hệ thống thiết bị cung cấp cho tàu bay thông tin cần thiết để xác định vị trí tàu bay không gian theo phương thức phát sóng không gian Các hệ thống dẫn đường thông dụng như: - Đài dẫn đường vô tuyến (NDB): xác định hướng ( Bearing) - Đài dẫn ( Market): Xác định vị trí ( Location) - Đài dẫn đường đa hướng sóng cực ngắn ( VOR): xác định góc phương vị ( Azimuth) - Đài đo cự ly ( DME): Xác định cự ly - Hệ thống hướng dẫn hạ cánh xác (ILS): Xác định quĩ đạo hạ cánh b Thiết bị dẫn đường mắt ( Visual navigation aids): hệ thống thiết bị cung cấp hướng dẫn tàu bay tín hiệu ánh sáng, biển báo, tín hiệu sơn khu vực tiếp cận, tài sân - Hệ thống biển báo ( Guidance signs) - Hệ thống đèn hiệu hàng không ( ALS – Aviation Lighting System) - Hệ thống đèn hướng dẫn đường trượt hạ cánh (PAPI/VASIS –Precision Approach Path Indicator/Visual Approach Slope IndicatorSystem) II Đài dẫn đường vô hướng ( NDB) NDB máy phát tần số thấp, trung bình phát hướng, kèm theo đài hiệu nhằm giúp máy bay bay hướng đài NDB đặt theo không lộ nước quốc tế Đài NDB dùng làm nhiệm vụ dẫn đường dài, dẫn đường tiếp cận sân dùng làm đài hướng cho thiết bị ILS Nguyên tắc hoạt động đài NDB a Anten: máy phát có: Công suất nhỏ 1KW dùng anten hình chữ T Công suất lớn 1KW dùng anten trụ b Nguyên tắc hoạt động: dòng điện cao tần từ máy phát truyền tới anten xạ không gian theo hướng Các tiêu chuẩn ICAO đài NDB: a Giải tần làm việc ( Radio frequencies) - Giải tần làm việc đài NDB nằm khoảng (190 ÷1.750) KHz Với sai số tần số cho phép Δf ≈ 0,01% so với tần số làm việc Trong trường hợp đài NDB có công suất phát lớn 200W tần số làm việc lớn 1.606,5 KHz Δf yêu cầu 0,005 % - Với đài Locator làm nhiệm vụ kết hợp bổ trợ cho hệ thống ILS tần số làm việc hai đài phải cách khoảng Δfcr qui định: 15 KHz < Δfcr < 25 KHz b Công phát (Coverage) Công suất phát đài NDB phải đảm bảo phủ sóng ứng với cự ly định tùy thuộc vào nhiệm vụ đài - Trong chế độ “landing” : Từ (10 ÷ 25) nautical mile - Trong chế độ “en-route”: Từ (25 ÷ 150) nautical mile Công suất phát đài NDB không vượt 2dB so với mức cần thiết để đảm bảo tầm phủ sóng cự ly cho phép c Điều chế (Modulation): Tín hiệu âm tần điều chế đài NDB thoả mản tiêu chuẩn sau Tần số âm điều chế (The Modulating tone) : - Tiêu chuẩn 1.020 Hz ± 50 Hz - Tiêu chuẩn 400 Hz ± 25 Hz Độ sâu điều chế (The depth of modulation) ≈ 95% d Tín hiệu nhận dạng (Identification) - Sử dụng mã Morse quốc tế - Tốc độ Ident / phút - Nội dung : từ hai đến ba từ (chữ số) - Thời gian phép Ident : Không 60s e Hệ thống giám sát điều khiển (Monitoring) Tiêu chuẩn tối thiểu hệ thống giám sát điều khiển đài NDB gồm : - Công suất : Khi công suất giảm -3 dB phải tự động chuyển máy (hoặc tắt máy) - Mất tín hiệu nhận dạng : Phải tự động chuyển máy (hoặc tắt máy) - Hệ thống Giám sát có cố : Phải tự động chuyển máy (hoặc tắt máy) f Vị trí đặt đài (Siting): Tùy thuộc vào nhiệm vụ đài NDB mà vị trí đặt đài xác định Khi NDB đài điểm : - Nếu đài điểm chế độ “En-route” giao điểm hai Airway nằm Airway tâm Airway Chiều cao Ăng-ten tính toán phù hợp với công suất máy - Nếu đài điểm chế độ “Landing” đặt sân bay môt vị trí thuận lợi cho việc phát sóng, chiều cao Ăng-ten không vi phạm vào qui định chướng ngại vật sân bay Khi NDB đài gần, đài xa : - Nếu đài xa, chiều cao Ăng-ten tối thiểu 18 m, vị trí đài cách điểm chạm bánh đường CHC từ 6.500 m ÷ 11.100 m - Nếu đài gần, chiều cao Ăng-ten tối đa 12 m, vị trí đài cách điểm chạm bánh đường CHC 900 m ÷ 1.200 m Khi NDB làm nhiệm vụ đài locator kết hợp bổ trợ cho hệ thống ILS vị trí đặt vị trí đài Outer Middle marker nằm phía trục tâm đường cất hạ cánh Công dụng NDB: a Dùng để bay quy hướng: bay tới đài NDB b Xác định vị trí bay: dùng đài NDB c Dùng để vòng chờ d Dùng để đáp xuống sân bay Các phương thức khai thác đài NDB: a Đài NDB sử dụng cho dẫn đường trung cận - Các đài NDB bố trí dọc theo đường bay - Tầm phủ sóng phải thoả mãn tiêu chuẩn ICAO - Có độ xác cho phép ± 10° b Đài NDB sử dụng cho dẫn đường tiếp cận vùng chờ - Sử dụng tối thiểu hai đài NDB, cho hướng tiếp cận - Vùng chờ sử dụng hai đài NDB - Tầm phủ sóng phải thoả mãn tiêu chuẩn ICAO - Phương thức tiếp cận không linh hoạt - Có độ xác cho phép ± 5° Các đặc điểm đài NDB Ưu điểm: Đài NDB thiết bị hướng sử dụng rộng rãi nhiều năm, thao tác quen thuộc với phi công, hệ thống mặt đất đơn giản giá thành rẻ Nhược điểm: đìa NDB chịu ảnh hưởng mạnh địa vật, địa hình nhiễu tạp thời tiết, có trường hợp ảnh hưởng máy thu ADF thu thị sai làm kim thị lệch xa gây nguy hiểm cho máy bay Lỗi đài NDb xảy sét đánh nhiễu xạ sóng điện từ vào ban đêm Bộ hướng ADF trùng kim thị hướng máy bay so với đài người lái máy bay phải cân xác tránh sai lệch tĩnh kim thị Nói chung đìa NDB tới thông dụng làm đài hướng sân đài điểm cho ILS III - - - Đài dẫn đường vô tuyến đa hướng sóng cực ngắn (VOR): VOR máy phát phát tần số VHF có kèm đài hiệu va phát sóng hướng nhằm cung cấp cho máy bay góc phương vị muốn bay, góc độ phương vị tương đương với góc độ phương vị tính từ đài lấy hướng bắc từ làm chuẩn xoay theo chiều kim đồng hồ VOR hệ thống dẫn đường phụ trợ sóng radio phát sóng điện từ theo hướng không gian, giúp máy bay xác định phương vị máy bay với vị trí đài Đài VOR phân chia theo nhiệm vụ dẫn đường đường dài, đài VOR dẫn đường tiếp cận sân bay Có vài loại VOR sử dụng cho mục tiêu Theo nguyên lý làm có loại VOR : CVOR DVOR Đài VOR thường (CVOR – Conventional VOR): Hệ thống VOR tín hiệu 30Hz thay đổi điều chế AM sóng mang Nhược điểm lớn CVOR so với DVOR bị ảnh hưởng ngoại cảnh nhà cao , đường dây cao áp, tháp có vật liệu sắt, thép xung quanh vị trí đặt đài Đài CVOR gây số có ảnh hưởng phản xạ sóng điện từ vật cản Đài DOPPLER VOR (DVOR – Doppler VOR): Hệ thống DVOR tín hiệu 30Hz chuẩn điều chế AM sóng mang 30Hz thay đổi điều chế FM sóng mang phụ 9960Hz nhờ hiệu ứng Doppler gây hoạt động phát sóng đài Anten Sự dẫn biến sóng mang phụ đài DVOR hiệu ứng dịch dẫn Doppler tín hiệu Tín hiệu biến tần đưa 48 (50) Anten biến tần DVOR nằm đường tròn đường kính có 13m sinh độ dịch tần FM tương ứng cho tín hiệu phát xạ, pha biến thiên đài VOR chứa thông tin phương vị máy bay điều chế tần số sóng mang FM nên hệ thống ảnh hưởng vật cản quanh vị trí đặt đài CVOR Hệ thống DVOR có loại: SSB DSB Hệ thống DSB có đặc tính bị ảnh hưởng phản xạ địa SSB có giá thành cao đài SSB - Đài VOR chuẩn (SVOR – Standard VOR) Đài VOR DOPPLER xác ( PDVOR – Precision Doppler VOR) Nguyên tắc hoạt động đài VOR: Ngoài tần số 1020 Hz đài hiệu biến điều biên độ sóng mang Thường dùng hai tần số biến điệu 30 Hz - Một tần số 30Hz biến điệu sóng mang truyền tới anten lúc xạ không gian theo hướng có pha không đổi hướng nên chọn làm 30Hz chuẩn ( Reference signal) 30Hz chuẩn có 9960Hz ± 480Hz biến điệu biên độ sóng mang mức độ 30Hz - Tần số 30Hz lại Sideland tạo truyền tới cặp anten lúc lúc có pha thay đổi nên gọi 30Hz thay đổi ( Varable signal) - Tần số 30 Hz thay đổi đồng pha vs 30Hz chuẩn hướng bắc từ hướng bắc từ xoay theo chiều kim đồng hồ 30Hz thay đổi luôn trễ pha so với 30Hz chuẩn trễ pha độ 30Hz thay đổi kết hợp 30Hz chuẩn tạo thành nhiều tuyến phương vị khác tính độ để cung cấp cho máy bay tuyến hướng bay Các tiêu chuẩn ICAO đài VOR: a Giải tần số làm việc (Radio frequencies) - Giải tần số từ 112 MHz ÷ 118 MHz Với sai số tần số cho phép Δf ≈ 0,005% so với tần số làm việc - Số kênh tần số làm việc 160 kênh, với khoảng cách tần số hai kênh 50 KHz - Phân cực ngang b Tầm phủ sóng (Coverage) - Tầm phủ đài VOR chế độ En-route: 370 Km - Tầm phủ đài VOR chế độ Landing: 185 Km - Tầm phủ phải đạt góc ngẩng đến 40° c Điều chế ( Modulation) 1.Đối với đài CVOR: - Tín hiệu biến thiên (variable signal): Sóng mang bị điều chế biên độ với độ sâu điều chế 30% tín hiệu điều tần có tần số trung tần (tần số sóng mang phụ) 9.960 Hz Tín hiệu bị điều chế tần số 30 Hz với số điều tần 16, mang thông tin góc phương vị 0° hướng Bắc - Tín hiệu chuẩn (reference signal): Sóng mang bị điều chế biên độ với độ sâu điều chế 30% tín hiệu âm tần có tần số 30 Hz, mang thông tin góc phương vị điểm thu Đối với đài DVOR: Cách thực ngược lại d Vị trí đặt đài (Siting) - Nếu đài điểm chế độ “En-route” giao điểm hai Airway nằm Airway tâm Airway - Nếu đài phục vụ chế độ “Landing” bố trí cho phục vụ hạ cánh cho hai đầu - Mặt phản xạ tối thiểu đài CVOR 600m, DVOR 300m, mặt phản xạ phải bảo đảm độ phẳng không tồn chướng ngại vật e Hệ thống giám sát điều khiển (Monitoring) f Hệ thống giám sát thực việc chuyển máy tắt máy điều kiện sau xảy ra: - Sai số góc phương vị vượt giới hạn cho phép ±1° - Có suy giảm độ sâu điều chế đến 15% tín hiệu điều chế nêu Tín hiệu nhận dạng (Identification) - Sử dụng mã Morse quốc tế - Tốc độ Ident / phút - Nội dung bao gồm từ 2÷ từ - Thời gian phép Ident: Không 30s Công dụng đài VOR: a Bay quy hướng b Bay vòng chờ c Tránh khu vực cấm bay d Hạ cánh xuống đường băng Phương thức khai thác đài VOR: - Các phương thức khai thác đài VOR tương tự NDB, nhiên phương thức tiếp cận đài VOR, cần đài VOR sử dụng cho hai đầu đường CHC cho nhiều đường CHC - Phương thức tiếp cận tạo vùng chờ sử dụng đài VOR linh hoạt - Có thể sử dụng đài VOR cho phương thức khởi hành tiêu chuẩn (SID – Standard Instrument Departure) sử dụng thiết bị - Có độ xác cao hơn, sai số góc phương vị cho phép ± 2° Các đặc điểm đài VOR: Ưu điểm: - Cung cấp 360 tuyến phương vị với độ xác ± 2o cho tuyến - Ít bị nhiễu thời tiết dùng sóng VHF - Nếu kết hợp với DME VOR + DME hệ dẫn đường lí tưởng giúp cho máy bay thường xuyên xác định vị trí bay xác Khuyết điểm - Vì hoạt động băng tần VHF nên tầm hoạt động phụ thuộc vào độ cao máy bay, bay cao tầm hoạt động xa - Đói hỏi phải kiểm tra định kỳ máy bay có trang bị máy móc đo lường xác, trung bình tháng bay thử lần, tối thiểu tháng bay thử lần IV Đài đo cự ly (DME) Đài DME đài thu, phát tần số UHF, có nhiệm vụ thông báo cự ly bay từ đài máy bay cách liên tục Cự ly cự ly nghiêng khoảng cách từ đài đến máy bay DME hoạt động thành hệ thống gồm có hai thành phần Thành phần DME trang bị cho máy bay gọi máy hỏi ( Interrogator) DME đặt mặt đất gọi máy trả lời ( Transponder) Nguyên tắc hoạt động đài DME: Máy bay muốn biết cự ly phải phát cặp xung riêng mình, đài mặt đất thu hết đưa qua máy phát trở lại máy thu DME máy bay thu cặp sung đồng thời đồng hồ điện từ máy bay tính thời gian từ lúc phát đến lúc nhận cặp xung đổi thành cự ly xuất kim đồng hồ trước mặt phi công, TACAN: VOR DME đặt chung vị trí Các tiêu chuẩn ICAO đài DME: a Tầm phủ sóng (Coverage) - Khi sử dụng trạm DME/N kết hợp với đài VOR tầm phủ sóng DME phải đạt tầm phủ hiệu VOR - Khi sử dụng trạm DME/N kết hợp với hệ thống ILS tầm phủ sóng DME phải đạt tầm phủ sóng hệ thống ILS b Giải tần số làm việc (Radio frequencies) - - Phân cực đứng Giải tần : (960 - 1.215) MHz Các tần số kênh hỏi kênh trả lời cách 63 MHz, kênh lân cận cách 1MHz - Các máy hỏi làm việc 126 kênh với tần số làm việc nằm khoảng (1.025 1.150) MHz Các máy phát đáp làm việc 63 kênh với tần số làm việc nằm khoảng (962 1.024) MHz 63 kênh khác với tần số làm việc nằm khoảng (1.151 - 1.213) MHz - c Tín hiệu nhận dạng (Identification) - - Tất máy phát đáp phát tín hiệu nhận dạng theo hai cách, phát tín hiệu nhận dạng độc lập phát tín hiệu nhận dạng phụ thuộc Tín hiệu nhận dạng xung nhận dạng mã hoá theo mã Morse quốc tế - Tốc độ phát tín hiệu nhận dạng tín hiệu nhận dạng phút - Các xung nhận dạng phát 40s lần d Vị trí đặt đài (Siting) Sự kết hợp đồng trục: Các ăng-ten trạm VOR/DME hay ILS/DME đặt trục thẳng đứng Khi sử dụng trạm VOR/DME phục vụ cho mục đích en-route ăng-ten DME VOR tách riêng biệt khoảng cách không vượt 600m - Khi sử dụng trạm VOR/DME phục vụ cho mục đích Landing ăngten DME VOR tách riêng biệt khoảng cách không vượt 30m Đối với trạm DVOR khoảng cách lớn không vượt 80m Công dụng đìa DME: - - Cung cấp cự ly cho máy bay: ngày DME thường đặt kết hợp với VOR Có công dụng thêm qui hướng a Bay qui hướng VOR/DME b.Bay vòng chờ c Tránh khu vực cấm bay: xác định góc phương vị d.Hạ cánh Phương thức khai thác đài DME: - Một số Quốc gia xây dựng mạng DME dùng để xác định vị trí tàu bay (dùng ba đài DME), gọi phương thức Ro-Ro Không có phương thức khai thác đài DME độc lập Việt Nam - Khi DME kết hợp với trạm VOR thành trạm VOR/DME phương thức khai thác phụ thuộc trạm VOR - Khi DME kết hợp với hệ thống ILS thành trạm ILS/DME phương thức khai thác phụ thuộc hệ thống ILS Các đặc điểm đài DME Ưu điểm: Nhà cung cấp cự ly cho máy bay nên việc xác định máy bay xác việc kiểm soát không lưu dễ dàng Khuyết điểm: Phí tổn trang bị cao kỹ thuật phức tạp Chỉ có cự ly nghiêng từ máy bay đếm đến đài mặt đất V Hệ thống hướng dẫn hạ cánh xác ( ILS) - ILS (Instrument Landing System) với MLS (Microwave Landing System) hệ thống thiết bị nhằm mục đích hướng dẫn tàu bay tiếp cận hạ cánh thiết bị điều kiện thời tiết khó khăn (tầm nhìn bị hạn chế) Trong giai đoạn chuyển tiếp chương trình CNS/ATM, hệ thống ILS tiếp tục trì hệ thống phục vụ hạ cánh hiệu Nguyên tắc hoạt động đài DME: - Dòng điện cao tần từ máy phát truyền đến 15 anten alffor xạ không gian thành hai cánh sóng đối xứng qua trục đường băng - Cánh sóng bên trái biến điệu 90Hz - Cánh sóng bên phải biến điệu 150Hz Phương thức khai thác đài DME: - Không giống đài NDB, DME, VOR áp dụng cho dẫn đường trung cận lẫn tiếp cận hạ cánh; Hệ thống ILS sử dụng để hướng dẫn tiếp cận hạ cánh - Khác với phân cấp xác theo tiêu chuẩn kỹ thuật trình bày chương II, cấp xác khai thác phụ thuộc vào hai yếu tố tầm nhìn trần mây, mô tả sau: - Có thể áp dụng phương thức sử dụng đài xác định hướng (Localizer only) để phục vụ tiếp cận hạ cánh, lúc nhiệm vụ đài xác định hướng giống nhiệm vụ hai đài NDB, yếu tố khí tượng tầm nhìn, trần mây… áp dụng VI Hệ thống dẫn đường vệ tinh toàn cầu (GNSS) Hệ thông chưa dùng Việt Nam nằm số thiết bị dẫn đường đại lại hệ thống CNS/ATM Hệ thống LMS bao gồm thiết bị lắp đặt mặt đất gần sân bay thiết bị xử lý tín hiệu máy bay Nhiều tín hiệu dẫn đường phát từ hệ thống mặt đất thiết bị thu nhận thông tin cần thiết cho yêu cầu hạ cánh Các thiết bị cho hệ thống trợ giúp hạ cánh MLS bao gồm đài góc phương vị ( AZ – Azimuth Angle), đài góc ngẩng (Al – Dlevation Element) đài đo góc phương vị sau ( BAZ – Backamuth Angle ) thấy cần thiết Đài góc phương vị: Lắp đặt theo trục đường băng mở rộng có nhiệm vụ cung cấp cho máy bay chuẩn bị hạ cánh, thông tin hướng dẫn phương vị Đài phát liệu cần thiết phụ trợ tình trạng hoạt động thiết bị mặt đất, thời tiết vị trí thiết bị mặt đất Đài góc ngẩng: Lắp đặt theo trục đường băng Đài có nhiệm vụ cung cấp góc hạ cánh máy bay Góc phương vị sau: Lắp đặt khu vực cạnh phần đáp xuống đường băng Đài cung cấp cho máy bay vòng phương vị ( bay vòng trạng thái mà máy bay phải bay vòng quanh sân bay đường băng hết bận) Đài cung cấp thông tin phương vị cho máy bay bay ngang qua đài - CHƯƠNG VI NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG HIỆN TẠI Các tồn hệ thống dẫn đường bao gồm đài NDB, VOR, DME, ILS…có thể tóm tắt sau: - NDB VOR/DME có độ xác tầm phủ sóng bị hạn chế - Có nhiều khó khăn việc lắp đặt thiết bị NDB VOR/DME vùng sâu, vùng cao, sa mạc, đại dương nên thực dẫn đường vùng - Tồn vấn đề nhiễu FM khả phân kênh hệ thống thiết bị ILS - Việc lắp đặt hệ thống ILS dễ dàng tất cảng hàng không - Các thiết bị dẫn đường NDB, VOR, DME, ILS…đã có công nghệ cũ, tính - Việc điều khiển bảo trì từ xa khó thực cho tất thiết bị - Chi phí cho công tác bảo trì, hiệu chuẩn tốn - CHƯƠNG VII - HỆ THỐNG VỆ TINH DẪN ĐƯỜNG TOÀN CẦU ( GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM - GNSS ) - VII-1.Tổng quan 1.1.Định nghĩa: Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu ( GNSS ) hệ thống xác định vị trí thời gian toàn giới, bao gồm hay nhiều hệ vệ tinh, máy thu tàu bay hệ thống kiểm tra mức độ toàn vẹn tăng cường điều cần thiết để hổ trợ đặc tính dẫn đường theo yêu cầu cho hoạt động Chức năng: GNSS thực chức cung cấp liệu vị trí thời gian cho tàu bay Các thành phần GNSS: GNSS bao gồm thành phần khác - đặt mặt đất, vệ tinh tàu bay sau : • Hệ thống định vị toàn cầu – GPS • Hệ thống vệ tinh dẫn đường qũy đạo toàn cầu – GLONASS • Hệ thống vệ tinh dẫn đường tòan cầu – GALILEO • Hệ thống tăng cường tàu bay – ABAS • Hệ thống tăng cường vệ tinh – SBAS • Hệ thống tăng cường mặt đất – GBAS • Hệ thống tăng cường mặt đất diện rộng – GRAS • Máy thu GNSS tàu bay Hệ quy chiếu không gian thời gian: GNSS sử dụng hệ quy chiếu không gian thời gian sau: a Hệ quy chiếu không gian: - GNSS cung cấp thông tin vị trí cho người sử dụng theo hệ tọa độ - WGS-84 ( World Geodetic System – 1984 ) - Nếu thành phần GNSS sử dụng khác hệ tọa độ WGS – 84, tham số biến đổi thích hợp phải cung cấp b Hệ quy chiếu thời gian: GNSS cung cấp liệu thời gian cho ngừơi sử dụng theo hệ thời gian UTC (Universal Time Coordinated) Đặc tính tín hiệu GNSS (GNSS SIS /Signal-in space performance): Sự kết hợp thành phần GNSS máy thu người sử dụng phải đáp ứng yêu cầu tín hiệu không gian sau: Bảng 7-1: Đặc tính tín hiệu GNSS Loại - Độ Đ t M M Loại khai thác - Bay đường dài - Đường dài & Trung cận xác ngang - 3.7 km (2.0 Nm) - 0.74 km (0.4 - ộ xác dọc - - Mức độ vẹn - -7 1-10 /h - -7 1-10 /h - hời gian báo động 15 s ức độ liên tục - -4 -10 /h to - -4 -10 /h to -8 1-10 /h ức độ sẳn sàng RNP tương ứng đến 10 - 0.99 to - 999 to - đến - Tiếp cận đầu/giữa,NPA, hạ NPA với dẫn đường dọc NPA với dẫn đường dọc Tiếp cận xác cấp (8) - m m 220 - (720 220 - 0m - (720 16 m (52 ft) - 16 m (52 ft) - - m (26 ft) - 6.0m đến 4.0m - - -7 1-10 /h ( - -2x10 -2x10 -2x10 (20 -7 -7 -7 1l 1l 1- l ần tiếp cận 10 s 10 s 6s 6s - -10 /h to -8 1-10 /h - -6 -8x10 / -4 -6 -8x10 / -6 -8x10 / - k k k hoảng 15s - 0.99 to 0.99999 - 99 đến 0.99999 - 99 đến 0.99999 - 99 đến 0.99999 đến 0.3 - - - 0.5 3/125 03/50 02/40 0 - Giải thích ý: (1) : Các giá trị 95% lỗi vị trí tín hiệu GNSS yêu cầu cho hoạt động điểm có cao độ thấp thềm (HAT) cung cấp (2) : Định nghĩa mức độ vẹn toàn bao gồm yêu cầu thời gian báo động thời gian chậm phải đưa cảnh báo kể từ phát thấy lỗi (vượt qúa giới hạn báo động) hệ thống Các giới hạn báo động là: Bảng 7-2: Các mức giới hạn báo động - Loại khai Loại RNP - Giới hạn báo Giới hạn báo thác Bay đường dài Bay đường dài động ngang 7.4 km Bay đường dài trung cận - NPA -1.85 - - - APV-I - APV- II Tiếp cận xác - 3.7 km km (1 - 556 m - (0.3 - 556 m - (0.3 40.0 m - 40.0 m động dọc (VAL) - N/A - N/A - - N/A 50 m -20.0 m - 15.0 m đến 10.0 m đến - N/A - tương ứng 20 đến 10 - - 0.5 đến 0.3 - 0.3/125 - 0.03/50 - 0.02/40 (50 ft đến 33 ft) (3) : Các yêu cầu độ xác thời gian báo động bao gồm đặc tính danh định máy thu không lỗi (4) : Giá trị phụ thuộc vào hệ số khai thác bao gồm mật độ không vận, tính phức tạp không phận, mức độ sẳn sàng phương tiện dẫn đường khác (5) : Giá trị phụ thuộc vào hệ số khai thác bao gồm: tần suất khai thác, điều kiện mội trường, phạm vi thời gian yếu kém, tầm phủ Radar, mật độ không vận phương thức khai thác, mức độ sẳn sàng phương tiện dẫn đường khác (6) : Yêu cầu chặt chẽ độ xác đòi hỏi dạng RNP - kết hợp (7) : Một giải giá trị mô tả tiếp cận xác cấp I (8) : Các yêu cầu đặc tính tín hiệu GNSS cấp II & III phát triển sau - VII-2.Hệ định vị toàn cầu GPS 2.1.Khái quát: a.Thành phần: Hệ GPS hệ thống dẫn đường vệ tinh Hoa Kỳ kiểm soát trì hoạt động Hệ bao gồm ba phận Chùm vệ tinh, Hệ thống điều khiển mặt đất Bộ phận người sử dụng Chùm vệ tinh: Chùm vệ tinh hệ GPS có tất 28 vệ tinh làm việc dự phòng Các vệ tinh xếp sáu mặt phẳng quĩ - đạo nghiêng 55 so với mặt phẳng xích đạo Quĩ đạo chùm vệ tinh hệ GPS gần tròn với cao độ 20.200 Km (11.900 NM) Khoảng thời gian cần thiết để bay hết vòng quĩ đạo tương ứng 12 nưả thời gian quay trái đất Mỗi vệ tinh phát hai tần số vô tuyến phục vụ mục đích định vị, L1 tần số 1.575,42 MHz phục vụ cho dân L2 tần số 1.227,6 MHz phục vụ cho quân Các tần số sóng mang điều chế tín hiệu giả ngẫu nhiên C/A, P điện văn dẫn đường Các tần số sóng mang tín hiệu điều chế điều khiển đồng hồ nguyên tử đặt vệ tinh Hệ thống điều khiển mặt đất: bao gồm bốn trạm giám sát đặt Diego Garreia, Đảo Ascension, Đảo Kwajalein Đảo Hawail; trạm điều khiển trung tâm điều hành không gian Colorado – Hoa Kỳ Mục đích hệ thống điều khiển điều khiển hoạt động vệ tinh, xác định quĩ đạo, xử lý đồng hồ nguyên tử, truyền điện văn cần thông báo lên vệ tinh Bộ phận người sử dụng: Bao gồm tất đối tượng sử dụng cho mục đích dân quân Các máy thu riêng biệt theo dõi mã pha sóng mang (hoặc hai) thu nhận điện văn thông báo Bằng cách so hàng tín hiệu đến từ vệ tinh với mã phát lưu giữ máy thu, ta xác định cự ly đến vệ tinh Nếu cự ly tới bốn vệ tinh liên kết với thông số quĩ đạo vệ tinh máy thu xác định ba giá trị toạ độ địa tâm vị trí b.Các ưu điểm hệ GPS: Hệ GPS có ưu điểm - sau - - Độ xác cao - 95% thời - 99,99% thời Lỗi vị trí theo phương - gian 100m - gian 300m -ngangLỗi vị trí theo phương dọc - 156m - 500m - Giá thành hạ: Khi so sánh với phép đo đòi hỏi ngắm thông, phép đo GPS loại bỏ hẳn việc ngắm thông trạm đo, giảm thiểu số lượng trạm đo cần xây dựng cho phép lựa chọn vị trí trạm đo cách thuận tiện hợp lý Bản thân giá thiết bị GPS rẻ - Hệ tọa độ thống nhất: Trước tháng 07/1985, hệ tọa độ trắc địa giới WGS – 72 sử dụng Từ tháng 07/1985 đến tháng 09/1986 hệ toạ độ WGS – 84 dùng cho tính toán dự đoán lịch thiên văn, sau lại chuyển đổi trở hệ WGS – 72 Từ tháng 01/1987 hệ toạ độ WGS – 84 thức sử dụng ứng dụng Sử dụng hệ toạ độ WGS – 84 đặc điểm có ảnh hưởng rộng rãi hệ GPS làm sở thống số liệu nhận từ nguồn ngoại lai hệ thống định vị tương đối khác Chức quĩ đạo vệ tinh GPS: Mười vệ tinh (SV) thuộc Block I chế tạo phóng khoảng từ năm 1978 đến 1985 với mục đích thử nghiệm cung cấp dịch vụ dẫn đường hai chiều (2D) Các vệ tinh thuộc Block I đặc điểm giáng cấp độ xác định vị tương mã C/A gọi SA (Selective Available) Chòm 24 vệ tinh thuộc Block II ( II-1 đến II-24 ) đưa vào hoạt động từ năm 1989 đến 1994, cung cấp tính hoạt động đầy đủ vào năm 1995 mở đầu kỷ nguyên hoạt động hệ thống định vị GPS Các vệ tinh thuộc Block II thiết kế để làm việc vòng 7,5 năm Ban đầu vệ tinh sử dụng SA, ngày 01/05/2000, chức bị hủy bỏ hoàn toàn Các vệ tinh Block IIR phóng từ năm 1996 để thay vệ tinh Block II Các vệ tinh thay có khả tự động tạo điện văn dẫn đường Từ năm 2001, Boeing phát triển vệ tinh thuộc Block IIF bao gồm 33 vệ tinh phóng lên để trì hoạt động hệ thống GPS cho giai đoạn tiếp sau Chức chủ yếu chùm vệ tinh GPS là: Ghi nhận lưu trữ thông tin truyền từ (a) phận kiểm soát Thực phép xử lý liệu có chọn lọc vệ tinh -(b) Duy trì khả xác cao đồng hồ thời gian -(c) Thông báo điện văn dẫn đường đến người sử dụng (d) tín hiệu khác Thay đổi quĩ đạo bay nhờ tên lửa đẩy điều khiển (e) hệ thống điều khiển mặt đất Vị trí danh định chùm vệ tinh GPS quĩ đạo thể - hình 7-1 Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh http://www.ebook.edu.vn Hình vẽ 7-1: Vị trí danh định chùm vệ tinh GPS - VII-3.Hệ thống vệ tinh dẫn đường qũy đạo toàn cầu – GLONASS 3.1.Khái quát: a.Thành phần: Tương tự hệ GPS, hệ thống vệ tinh dẫn đường qũy đạo toàn cầu GLONASS hệ thống dẫn đường vệ tinh Nga kiểm soát trì hoạt động Hệ bao gồm ba phận Chùm vệ tinh, Hệ thống điều khiển mặt đất Bộ phận người sử dụng Chùm vệ tinh: Chùm vệ tinh hệ GLONASS bao gồm tất 24 vệ tinh làm việc dự phòng Các vệ tinh xếp ba mặt phẳng quĩ đạo (tám vệ tinh qũy đạo) cách 120  quanh xích đạo nghiêng 64,8 so với mặt phẳng xích đạo Quĩ đạo vệ tinh hệ GLONASS gần tròn với cao độ 19.100 Km (10.300 NM) Khoảng thời gian cần thiết để bay hết vòng quĩ đạo tương ứng 11h15' b Các ưu điểm hệ GLONASS: GLONASS cung cấp tín hiệu dẫn đường kênh tiêu chuẩn (CSA), có độ - xác theo yêu cầu sau: - 95% thời 99,99% gianm Lỗi vị trí theo phương - gian 28 m - thời 140 -ngangLỗi vị trí theo phương dọc - 60 m 585 m GLONASS nâng cấp để trở thành hệ thống GLONASS - đại (hệ thống GLONASS-M) Chức quĩ đạo vệ tinh GLONASS: Các vệ tinh đặt vào khe qũy đạo hình 7-2 Dựa tình trạng 24 vệ tinh GLONASS, trung tâm điều khiển mặt đất xác định 21 vệ tinh tốt chế độ làm việc Phân cách vĩ độ pha qũy đạo mặt phẳng số nhân 45 Các vệ tinh mặt phẳng qũy đạo thứ thứ dịch chuyển  30 so với mặt phẳng qũy đạo thứ - - - Hình vẽ 7-2: Qũi đạo vệ tinh GLONASS Hệ quy chiếu thời gian: Thời gian GLONASS trì khoảng sai lệch 1ms so với thang thời gian quốc gia Nga UTC (SU): - | tGLONASS – ( UTC + 03 00 phút ) | < 1ms Độ xác việc đồng thời gian vệ tinh 20 ns ( 1 ) Hệ quy chiếu không gian: Lịch thiên văn GLONASS phát theo hệ toạ độ địa tâm cố định PZ 90 Việc chuyển đổi hệ toạ độ PZ 90 WGS – 84 xác định theo biểu - thức: - - Các lỗi chuyển đổi không vượt 1,5 m (1 sigma) dọc theo trục toạ độ X, Y Z biểu diễn m - VII-4 Các hệ thống tăng cường Để khắc phục hạn chế cố hữu hệ thống đáp ứng yêu cầu đặc tính tín hiệu (như độ xác, độ tin cậy, khả sẳn sàng tính liên tục) tất giai đoạn hành trình bay Hệ thống GPS GLONASS yêu cầu độ tăng cường khác nhau, chia làm ba loại sau: Hệ thống tăng cường tàu bay (ABAS – Aircraft Based Augmentation System): Một dạng hệ thống tăng cường tàu bay gọi máy thu tự động theo dõi tính toàn vẹn (RAIM – Receiver Autonomous Integrity Monitoring), máy thu sử dụng bốn vệ tinh Với vệ tinh ước tính vị trí độc lập, vị trí không phù hợp, suy luận có vệ tinh đưa thông tin không xác Nếu có vệ tinh, tính toán nhiều vị trí độc lập máy thu sau xác định vệ tinh bị lỗi loại khỏi việc áp dụng để xác định vị trí Hệ thống tăng cường mặt đất (GBAS – Ground Based Augmentation System): Đối với hệ thống tăng cường mặt đất, máy giám sát đặt gần sân bay nơi đáp ứng yêu cầu khai thác xác mong muốn Các tín hiệu chuyển trực tiếp lên tàu bay vùng phụ cận sân bay khoảng 37 Km (20 Nm) Các tín hiệu cung cấp thông tin xác nhằm tăng độ xác vị trí với thông tin độ tin cậy vệ tinh, khả yêu cầu đường truyền liệu mặt đất tàu bay Hệ thống tăng cường vệ tinh (SBAS – Satellite Based Augmentation System ): - Sẽ không thực tế cung cấp tầm phủ cho tất giai đoạn hành trình bay hệ thống tăng cường mặt đất Có cách để cung cấp tăng cường tầm phủ khu vực rộng sử dụng vệ tinh để truyền thông tin tăng cường Điều gọi tăng cường vệ tinh - Việc cung cấp tăng cường vệ tinh vệ tinh địa tĩnh có hạn chế định, trợ giúp tất giai đoạn hành trình bay, đặc biệt giai đoạn tiếp cận xác hạ cánh cấp cao Khi qũy đạo vệ tinh nằm đường xích đạo, vùng Bắc cực không thu tín hiệu bị che khuất thân tàu bay địa hình Điều có nghĩa qũy đạo vệ tinh tăng cường cho GNSS khác hệ thống - tăng cường mặt đất cần thiết xem xét nhằm làm giảm hạn chế VII-5 Các phương thức khai thác hệ thống GNSS Tất giai đoạn hành trình bay bao gồm: Di chuyển sân (Surface), Cất cánh (Departure), Bay đường dài (En-route), Bay qua đại dương(Ocean),Tiếp cận (Approach), Hạ cánh (Landing)…đều sử dụng GNSS để dẫn đường - Từng giai đoạn thoả mãn đặc tính tín hiệu sai số cho phép - Sử dụng GNSS tạo đường bay linh hoạt, khai thác hiệu bầu trời - Hiện thiết bị GNSS đạt độ xác cấp I - GNSS phương tiện dẫn đường tương lai - - ... VỀ DẪN ĐƯỜNG HÀNG KHÔNG I-1.Chức hệ thống thiết bị dẫn đường hàng không Hệ thống thiết bị dẫn đường hàng không hệ thống thiết bị nhằm cung cấp thông tin cho tàu bay thông qua máy thu trang bị. .. Tổng quan dẫn đường hàng không I-1.Chức dẫn đường hàng không I-2 .Các phương pháp dẫn đường hàng không I-3.Phân lọai thiết bị dẫn đường mặt đất I-4.Đánh giá thành tựu thiết bị dẫn đường không gian...I Tổng quan dẫn đường hàng không Chức Hệ thống thiết bị dẫn đường hàng không hệ thống thiết bị nhằm cung cấp thông tin cho tàu bay thông qua máy thu trang bị tàu bay, giúp người lái