Hệ thống dẫn đường hàng không

Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không NỘI DUNG Chương I: Tổng quan dẫn ñường hàng không I-1.Chức dẫn ñường hàng không I-2.Các phương pháp dẫn ñường hàng không I-3.Phân lọai thiết bị dẫn ñường mặt ñất I-4.Đánh giá thành tựu thiết bị dẫn ñường không gian Phần I: CÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG HIỆN TẠI Chương II: Đài dẫn ñường vô hướng (NDB) II-1.Chức năng, nhiệm vụ ñài dẫn ñường vô hướng II-2.Mạng NDB Việt Nam II-3.Các tiêu chuẩn ICAO ñối với ñài NDB II-4.Các phương thức khai thác ñài NDB Chương III: Đài dẫn ñường vô tuyến ña hướng sóng cực ngắn (VOR) III-1.Chức năng, nhiệm vụ ñài dẫn ñường vô tuyến ña hướng sóng cực ngắn (VOR) III-2.Mạng VOR Việt Nam III-3.Các tiêu chuẩn ICAO ñối với ñài VOR III-4.Các phương thức khai thác ñài VOR Chương IV: Đài ño cự ly (DME) IV-1.Chức năng, nhiệm vụ ñài ño cự ly IV-2.Mạng DME Việt Nam IV-3.Các tiêu chuẩn ICAO ñối với ñài DME IV-4.Các phương thức khai thác ñài DME Chương V: Hệ thống hướng dẫn hạ cánh xác (ILS) V-1.Chức năng, thành phần hệ thống ILS V-2.Mạng ILS Việt Nam V-3.Các tiêu chuẩn ICAO ñối với hệ thống ILS V-4.Các phương thức khai thác hệ thống ILS Chương VI: Nhược ñiểm hệ thống dẫn ñường Phần II: HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG TƯƠNG LAI Chương VII: Hệ thống dẫn ñường vệ tinh toàn cầu (GNSS) VII-1.Chức năng, thành phần hệ thống GNSS VII-2.Hệ thống ñịnh vị toàn cầu GPS VII-3.Hệ thống vệ tinh ñịnh vị qũy ñạo toàn cầu GLONASS VII-4 Các hệ thống tăng cường VII-5.Các phương thức khai thác hệ thống GNSS Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ DẪN ĐƯỜNG HÀNG KHÔNG I-1.Chức hệ thống thiết bị dẫn ñường hàng không Hệ thống thiết bị dẫn ñường hàng không hệ thống thiết bị nhằm cung cấp thông tin cho tàu bay thông qua máy thu ñược trang bị tàu bay, giúp người lái xác ñịnh ñược thông tin sau: - Tàu bay ñang ñâu ? - Tàu bay ñang bay hướng ? - Tàu bay ñang cách ñài dẫn ñường/sân bay dặm ? - Tàu bay bay ? I-2.Các phương pháp dẫn ñường hàng không 2-1.Dẫn ñường theo phương pháp ñồ (Pilotting): quan sát, theo dõi dựa vào ñịa vật cố ñịnh núi cao, sông hồ, cao, nhà cao tầng 2-2.Dẫn ñường theo phương pháp thiên văn (Celestial): quan sát dựa vào chòm hành tinh vũ trụ Bắc ñẩu ñể xác ñịnh vị trí 2-3.Dẫn ñường theo phương pháp quán tính (Inertial navigation): sử dụng dụng cụ dẫn ñường quán tính ñặt tàu bay (gia tốc kế), xác ñịnh ñược vị trí tàu bay, tốc ñộ, gia tốc, vĩ ñộ hướng mũi tàu bay (heading) 2-4.Dẫn ñường theo phương pháp dựa vào thiết bị vô tuyến mặt ñất (Ground-based radio navigation aids): sử dụng máy thu, thu tín hiệu dẫn ñường không gian ñược phát thiết bị vô tuyến mặt ñất 2-5.Dẫn ñường theo phương pháp dựa vào thiết bị không gian (Spacebased radio navigation aids): sử dụng máy thu GNSS ñể thu tín hiệu dẫn ñường phát từ chòm vệ tinh thiết bị tăng cường I-3.Phân lọai thiết bị dẫn ñường mặt ñất 3-1.Thiết bị dẫn ñường vô tuyến (Non visual navigation aids): hệ thống thiết bị cung cấp cho tàu bay thông tin cần thiết ñể xác ñịnh vị trí tàu bay không gian theo phương thức phát sóng không gian Các hệ thống dẫn ñường thông dụng (Conventional navigation aids): Là hệ thống phổ biến ñang sử dụng như: + Đài dẫn ñường vô hướng (NDB): Xác ñịnh hướng (Bearing) + Đài chuẩn (Marker): Xác ñịnh vị trí (Location) + Đài dẫn ñường ña hướng sóng cực ngắn (VOR): Xác ñịnh góc phương vị (Azimuth) + Đài ño cự ly (DME): Xác ñịnh cự ly + Hệ thống hướng dẫn hạ cánh xác (ILS): Xác ñịnh qũi ñạo hạ cánh 3-2.Thiết bị dẫn ñường 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, sân Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không - Hệ thống biển báo (Guidance signs): Chỉ dẫn tàu bay cất hạ cánh ñúng hướng vị trí, di chuyển khu bay, cảnh báo chướng ngại vật - Hệ thống ñèn hiệu hàng không (ALS – Aviation Lighting System): Cung cấp thông tin ánh sáng ñể dẫn tàu bay hoạt ñộng khu vực tiếp cận, hạ cánh khu bay - Hệ thống ñèn hướng dẫn ñường trượt hạ cánh (PAPI/VASIS – Precision Approach Path Indicator/Visual Approach Slope Indicator System): Giúp tàu bay xác ñịnh ñường trượt hạ cánh theo góc xác ñịnh, ñược qui ñịnh theo tiêu chuẩn ICAO I-4.Đánh giá thành tựu thiết bị không gian Trong kỷ thứ 20, có ba thành tựu lớn lĩnh vực kỹ thuật quốc phòng Hoa kỳ là: - Phát triển từ vũ khí thông thường sang vũ khí hạt nhân - Phát triển từ văn phòng cổ ñiển sang Internet - Phát triển từ phương pháp dẫn ñường dựa vào thiết bị mặt ñất sang thiết bị không gian Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không CHƯƠNG II ĐÀI DẪN ĐƯỜNG VÔ HƯỚNG –NDB II-1 Chức nhiệm vụ ñài NDB 1-1 Mở ñầu NDB (Non Directional radio Beacon) với ILS (Instrument Landing System), VOR/DME (VHF Omnidirectional radio Range / Distance Measuring Equipment), hệ thống thiết bị dẫn ñường nhằm mục ñích phù trợ không vận hai chế ñộ : - Hạ cánh (Landing) (Hình 2-1) Hình 2-1: Đài NDB sử dụng phục vụ hạ cánh - Dẫn ñường (Enroute) (Hình 2-2) Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không ∆ Airway W1 NDB “PK” D ∆ NDB “BU” NDB “AC” D = 20 Km (Nội ñịa) D = 30 Km (Quốc tế) ∆ Hình 2-2: Đài NDB sử dụng phục vụ dẫn ñường 1-2 Chức – Nhiệm vụ ñài NDB a.Chức năng: Còn gọi ñài tự tìm mục tiêu, làm việc giải tần trung bình thấp, phát tín hiệu vô hướng mà nhờ ñó người lái tàu bay ñược trang bị máy thu ăng-ten ñịnh hướng phù hợp, ñịnh ñược hướng (Bearing) ñối với trạm mặt ñất (ñài NDB) tàu bay, xem hình vẽ 2-3 Hình 2-3: Xác ñịnh hướng ñài NDB b.Nhiệm vụ: Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không b1.Khi NDB làm nhiệm vụ ñài gần, ñài xa (Locator) : Nó giúp cho tàu bay xác ñịnh ñược trục tâm (Center line) ñường CHC kéo dài (chế ñộ Landing) (xem lại hình vẽ 2-1) - Đài TD, ñài GV xác ñịnh trục tâm ñường CHC 25R (TSN) - Đài SG, Đài GN xác ñịnh trục tâm ñường CHC 25L (TSN) - Đài BU, ñài HT xác ñịnh trục tâm ñường CHC 09 (BMT) b2.Khi NDB làm nhiệm vụ ñài ñiểm cho sân bay: Nó giúp cho tàu bay xác ñịnh ñược hướng bay sân bay sau ñó hạ cánh theo phương thức mắt, xem Hình 2-4 Hình 2-4: Bay ñài NDB b3 Khi NDB làm nhiệm vụ ñài ñiểm cho ñường bay (chế ñộ Enroute): Nó ñược ñặt nơi giao ñiểm ñường hàng không (Airway) hay ñường hàng không, giúp tàu bay bay ñúng ñường hàng không ñó, xem lại hình 2-2 Đài NDB xác ñịnh vị trí tàu bay hình vẽ 25 Hình 2-5: Sử dụng hai ñài NDB II-2.Mạng NDB Việt nam : Xem phụ lục 2-1 Phụ lục 2-1 Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không HỆ THỐNG ĐÀI NDB KHU VỰC TCT CẢNG HKMN STT Tên Khu Vực Nhiệm vụ Sân bay TSN 25 R Đài xa Đài gần 25 L Đài xa Đài gần Sân bay LK Đài xa, ñiểm Đài gần Sân bay Đài xa, BMT ñiểm Đài gần Sân bay CL Đài gần Sân bay PQ Đài gần Sân bay RG Đài gần Sân bay QL Đài gần Sân bay CS Đài gần Sân bay CT Đài xa Đài gần Đài xa Đài gần Thiết bị ND 500 ND 500 ND 500 ND 500 ND 4000 ND 500 ND 4000 ND 500 XLA 50 ND 500 ND 500 ND 500 UCFR Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh fct (Khz) Công suất (W) Ident Ghi Chú 358 375 326 343 330 50/125 30/125 50/125 30/125 1000 TD GV SG GN DL H24 H24 H24 H24 H12 312 386 50/125 HYD 1000 BU Off H24 370 350 278 335 305 330 244 408 244 408 50/125 50 50/125 50/125 50/125 100 HS Off HS HS HS HS HS HS HS HS HT CL PQ RG QL CS MT M PL P Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không HỆ THỐNG ĐÀI NDB KHU VỰC TCT CẢNG HKMB STT Tên Khu Vực Nhiệm vụ Thiết bị fct ( Khz) Công suất (W) Ident Ghi Chú Sân bay Nội Bài Đài xa Đài gần 320 230 KW K H24 H24 Đài xa Đài gần 274 327 BK B HS HS Đài xa Đài gần Đài gần 218 448 349 XW X BQ HS HS HS Đài gần 380 DB HS Đài gần 408 GL HS Sân bay Cát Bi Sân bay Vinh Sân bay Nà sản Sân bay Điện Biên Sân bay Gia Lâm Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không HỆ THỐNG ĐÀI NDB KHU VỰC TCT CẢNG HKMT STT Tên Khu Vực Sân bay Đà Nẵng 35 R Nhiệm vụ Đài xa Đài gần Đài gần Ident Ghi Chú 212 1000 DJ H24 234 50/125 D H24 ND 2000 ND 500 440 500 PB H24 348 125 P HS 250 500 PC H24 388 282 50/125 1000 C PK HS HS 200 150 TH HS 289 200 NG HS 414 500 CR H24 300 100 CQ HS Sân bay Phù Cát Đài xa ND 4000 ND 500 Công suất (W) Sân bay Phú Bài Đài xa Thiết bị fct ( Khz) Sân bay Pleiku Sân bay Đông Tác Sân bay Nha Trang Sân bay Cam Ranh Sân bay Chu Lai Đài gần Đài gần Đài gần Đài gần Đài gần Đài gần ND 2000 ND 500 ND 4000 LX 4000 ND 2000 ND 2000 UCFR Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không HỆ THỐNG ĐÀI NDB KHU VỰC QUẢN LÝ BAY STT Tên Khu Vực Nhiệm vụ Khu vực MN Đài An Lộc Đài ñiểm Khu vực MB Đài Ninh Đài ñiểm Bình Khu vực MB Đài Mộc Đài ñiểm Châu fct ( Khz) Công suất (W) Ident Ghi Chú SA 1000 320 1000 AC H24 SA 1000 304 1000 HL H24 SA 1000 514 1000 MC H24 Thiết bị Lưu ý: Thuật ngữ ñường hàng không (airway) (xem Điều 3, Chương 2, Nghị ñịnh 94/CP Quản lý hoạt ñộng bay) Đường hàng không bao gồm ñường hàng không quốc tế, ñường hàng không nội ñịa, ñược thiết lập sở sau ñây: a) Nhu cầu giao lưu hàng không quốc tế; b) Yêu cầu hoạt ñộng bay nội ñịa; c) Yêu cầu, khả cung cấp dịch vụ bảo ñảm hoạt ñộng bay, bảo ñảm an ninh, an toàn hàng không; d) Yêu cầu, khả quản lý bảo vệ vùng trời; bảo ñảm quốc phòng an ninh quốc gia; ñ) Phù hợp quy hoạch phát triển ngành hàng không dân dụng Việt Nam kế hoạch không vận Tổ chức Hàng không dân dụng quốc tế Đường hàng không nội ñịa ñường hàng ñiểm ñầu ñiểm cuối nằm lãnh thổ Việt Nam; chiều rộng 20 km, trường hợp ñặc biệt ñến 30 km; giới hạn thấp ñộ cao bay an toàn thấp Đường hàng không nội ñịa ñược ký hiệu chữ W ñánh số thứ tự chữ số Ả Rập Đường hàng không quốc tế ñường hàng không vùng trời Việt Nam có chiều rộng 30 km, phần vùng thông báo bay biển quốc tế Việt Nam quản lý 90 km; giới hạn thấp ñộ cao bay an toàn thấp Đường hàng không quốc tế ñược ký hiệu chữ A, B, G, L, M, N, P, R ñánh số chữ số Ả Rập II-3.Các tiêu chuẩn ICAO ñối với ñài NDB 3-1.Các khái niệm Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 10 Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không (MHz) 108,1 108,15 … 108,3 108,35 108,5 (MHz) 334,7 334,55 … 334,1 333,95 329,9 (MHz) 111,35 111,5 … 111,55 111,7 111,75 (MHz) 332,15 332,9 … 332,75 333,5 333,35 b Ở khu vực có 20 hệ thống ILS trở xuống, việc kết hợp tần số làm việc ñài Localizer ñài Glidepath ñường CHC phải tuân thủ theo tiêu chuẩn sau: Localizer (MHz) 110,3 109,9 109,5 110,1 109,7 109,3 109,1 110,9 110,7 110,5 Glidepath (MHz) 335.0 333,8 332,6 334,4 333,2 332,0 331,4 330,8 330,2 329,6 Localizer (MHz) 108,1 108,3 108,5 108,7 108,9 111,1 111,3 111,5 111,7 111,9 Glidepath (MHz) 334,7 334,1 329,9 330,5 329,3 331,7 332,3 332,9 333,5 331,1 c.Sự kết hợp tần số ñài Localizer ñài DME Khi DME ñược sử dụng hệ thống ILS phải có kết hợp tần số DME ñài Localizer Sự kết hợp phải tuân thủ theo tiêu chuẩn ICAO Localizer (MHz) 108,1 108,15 108,3 108,35 108,5 DME (No.channel) 18X 18Y 20X 20Y 22X Localizer (MHz) 110,3 110,35 110,5 110,55 110,6 DME (No.channel) 40X 40Y 42X 42Y 43X 3-6.VHF marker beacons 1.Khái niệm chung (General): - Phải có hai ñài marker ñược sử dụng cấu hình hệ thống ILS Đài marker thứ ba ñược sử dụng phụ thuộc vào ñịa hình nơi lắp ñặt Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 39 Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không - Hai ñài marker tối thiểu ñược sử dụng cấu hình hệ thống ILS ñài Outer marker Middle marker - Các ñài marker phải có giản ñồ xạ sóng ñiện từ nhằm xác ñịnh cự ly ñã ñược qui ñịnh so với ngưỡng thềm dọc theo ñường Glidepath 2.Tần số làm việc (radio frequency): - Tần số làm việc ñài marker 75 MHz, với sai số tần số cho phép ± 0,005% - ∆F = ± 0,005% × 75 MHz = 3.750 Hz Tầm phủ sóng (Coverage): Tầm phủ sóng ñài VHF marker ñược ño lường ñường “Course” (ñài localizer) ñường “Glidepath” (ñài Glidepath) - Với ñài INNER MARKER : 150 m ± 50 m - Với ñài MIDDLE MARKER : 300 m ± 100 m - Với ñài OUTER MARKER : 600 m ± 200 m 4.Điều chế sóng mang (Modulation): Tần số âm tần ñiều chế cho ñài marker : - Với ñài INNER MARKER : 3.000 Hz - Với ñài MIDDLE MARKER : 1.300 Hz - Với ñài OUTER MARKER : 400 Hz Độ sâu ñiều chế ñài marker 95% ± 4% Sai số tần số tín hiệu âm tần ± 2,5% 5.Tín hiệu nhận dạng (Identification): a.Tín hiệu nhận dạng ñài marker ñược quy ñịnh sau: - Với ñài INNER MARKER : Phát sáu dot giây, phát liên tục - Với ñài MIDDLE MARKER : Phát liên tục dot dash, tốc ñộ dash dash giây, tốc ñộ dot dot giây, - Với ñài OUTER MARKER : Phát hai dash giây, phát liên tục b.Tốc ñộ phát tín hiệu nhận dạng có sai số ± 15% 6.Lắp ñặt (Siting): a.Với ñài INNER MARKER : Giản ñồ xạ giản ñồ ñứng - Trong khoảng từ 75m (250 ft) ñến 450m (1.500 ft) từ ngưỡng ñường CHC - Không lệch tâm ñường CHC 30 m (100 ft) b.Với ñài MIDDLE MARKER : Giản ñồ xạ giản ñồ ñứng - Cách khoảng 1.050 m (3.500 ft) ± 150 m (500 ft) từ ngưỡng ñường CHC - Không lệch tâm ñường CHC 75 m (250 ft) c.Với ñài OUTER MARKER : Giản ñồ xạ giản ñồ ñứng Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 40 Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không - Cách khoảng 7,2 Km (3,9 Nm), khoảng (6,5 ÷ 11,1) Km (3,5 Nm ÷ Nm) từ ngưỡng ñường CHC ñiều kiện ñịa hình phức tạp - Không lệch tâm ñường CHC 75 m (250 ft) d.Một ñài DME ñược sử dụng ñể thay phần hay toàn ñài marker hệ thống ILS e.Khi sử dụng DME DME cung cấp thông tin cự ly tương ñương ñài marker cung cấp f Khi sử dụng DME ñài thay cho ñài middle marker tần số làm việc DME phải ñược phù hợp với tần số làm việc ñài Localizer ñược ñặt vị trí cho có lỗi thông tin cự ly nhỏ 7.Hệ thống giám sát (Monitoring): Hệ thống giám sát ñài marker chuyển tắt máy khi: - Công suất giảm dB - Mất tín hiệu nhận dạng - Độ sâu ñiều chế giảm dB 3-7.Các vùng giới hạn hệ thống ILS 1.Các tác nhân gây nhiễu ñến hệ thống ILS: Do sử dụng nguyên lý ñiều chế không gian, nên hệ thống ILS bị ảnh hưởng tác ñộng sau : - Hệ thống ñịa vật khu vực ñặt ILS - Môi trường mặt phản xạ - Nhiễu tác ñộng tàu bay vật thể chuyển ñộng - Nhiễu tác nhân công nghiệp, ñiện từ trường Các tác ñộng ñó làm sai lệch vùng phủ sóng, làm tham số không gian bị thay ñổi tức thời hay liên tục 2.Các khái niệm vùng giới hạn: a.Vùng giới hạn tuyệt ñối (Critical area): Tất chướng ngại vùng ñều gây thay ñổi ñáng kể ñến tham số hệ thống b.Vùng nhạy cảm (Sensitive area): Vùng có khả gây sai số cho tham số hệ thống 3.Một số qui ñịnh vùng giới hạn: Các yếu tố ñịnh kích thước vùng giới hạn vùng nhạy cảm bao gồm : - Kích thước tàu bay - Góc mở ăngten ñài Localizer - Dạng ăngten - Thiết bị tần số , hai tần số - Chiều dài ñường CHC - Cấp hoạt ñộng hệ thống (Xem hình vẽ 5-6) Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 41 Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không Hình vẽ 5-6a: Sự thay ñổi kích thước vùng tới hạn vùng nhạy cảm ñài hướng với ñường CHC dài 10.000 ft Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 42 Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không Hình vẽ 5-6b: Sự thay ñổi kích thước vùng tới hạn vùng nhạy cảm ñài tầm V-4.Các phương thức khai thác hệ thống ILS - Không giống ñài NDB, DME, VOR áp dụng cho dẫn ñường trung cận lẫn tiếp cận hạ cánh; Hệ thống ILS ñược sử dụng ñể hướng dẫn tiếp cận hạ cánh - Khác với phân cấp xác theo tiêu chuẩn kỹ thuật ñã trình bày chương II, cấp xác khai thác phụ thuộc vào hai yếu tố tầm nhìn trần mây, ñược mô tả sau: Cấp I Độ cao ñịnh (Decision height) Không thấp 60 m Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 43 Tầm nhìn ñường CHC (RVR) Không 550 m Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không Cấp II Cấp IIIA Cấp IIIB Cấp IIIC Thấp 60 m không thấp 30 m Thấp 30 m Thấp 15 m Không có Không 350 m Không 200 m Dưới 200 m không 50 m Không hạn chế - Có thể áp dụng phương thức sử dụng ñài xác ñịnh hướng (Localizer only) ñể phục vụ tiếp cận hạ cánh, lúc nhiệm vụ ñài xác ñịnh hướng giống nhiệm vụ hai ñài NDB, yếu tố khí tượng tầm nhìn, trần mây… ñược áp dụng - Hình vẽ phương thức áp dụng ILS CHƯƠNG VI NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG HIỆN TẠI Các tồn hệ thống dẫn ñường bao gồm ñài NDB, VOR, DME, ILS…có thể ñược tóm tắt sau: Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 44 Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không - NDB VOR/DME có ñộ xác tầm phủ sóng bị hạn chế - Có nhiều khó khăn việc lắp ñặt thiết bị NDB VOR/DME vùng sâu, vùng cao, sa mạc, ñại dương nên thực dẫn ñường vùng - Tồn vấn ñề nhiễu FM khả phân kênh hệ thống thiết bị ILS - Việc lắp ñặt hệ thống ILS dễ dàng ñối với tất cảng hàng không - Các thiết bị dẫn ñường NDB, VOR, DME, ILS…ñã có công nghệ cũ, tính - Việc ñiều 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 ñường toàn cầu ( GNSS ) hệ thống xác ñịnh vị trí thời gian toàn giới, bao gồm hay nhiều hệ Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 45 Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không vệ tinh, máy thu tàu bay hệ thống kiểm tra mức ñộ toàn vẹn ñược tăng cường ñiều cần thiết ñể hổ trợ ñặc tính dẫn ñường theo yêu cầu cho hoạt ñộng 1.2.Chức năng: GNSS thực chức cung cấp liệu vị trí thời gian cho tàu bay 1.3.Các thành phần GNSS: GNSS bao gồm thành phần khác ñược ñặt mặt ñất, vệ tinh tàu bay sau : • Hệ thống ñịnh vị toàn cầu – GPS • Hệ thống vệ tinh dẫn ñường qũy ñạo toàn cầu – GLONASS • Hệ thống vệ tinh dẫn ñường tòan cầu – GALILEO • Hệ thống tăng cường tàu bay – ABAS • Hệ thống tăng cường vệ tinh – SBAS • Hệ thống tăng cường mặt ñất – GBAS • Hệ thống tăng cường mặt ñất diện rộng – GRAS • Máy thu GNSS tàu bay 1.4.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 ñộ WGS-84 ( World Geodetic System – 1984 ) - Nếu thành phần GNSS sử dụng khác hệ tọa ñộ WGS – 84, tham số biến ñổi thích hợp phải ñược 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) 1.5 Đặc tính tín hiệu GNSS (GNSS SIS /Signal-in space performance): Sự kết hợp thành phần GNSS máy thu người sử dụng phải ñáp ứng yêu cầu ñối với tín hiệu không gian sau: Bảng 7-1: Đặc tính tín hiệu GNSS Loại khai thác Bay ñường dài Đường dài & Trung cận Tiếp cận ñầu/giữa,NPA, hạ cánh NPA với dẫn ñường dọc (APV-I) NPA với dẫn ñường dọc (APV-II) Tiếp cận xác cấp (8) Độ xác ngang 95% (1) 3.7 km (2.0 Nm) (6) 0.74 km (0.4 Nm) 220 m (720 ft) Độ xác dọc 95% (1) - Mức ñộ vẹn toàn (2) 1-10-7/h thời gian báo ñộng (3) - 1-10-7/h 15 s - 1-10-7/h 10 s 220 m (720 ft) 20 m (66 ft) 10 s 16.0 m (52 ft) 8.0 m (26 ft) 16.0 m (52 ft) 6.0m ñến 4.0m (20 ft ñến 13 ft) (7) 1-2x10-7 lần tiếp cận 1-2x10-7 lần tiếp cận 1-2x10-7 lần tiếp cận Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 46 6s 6s Mức ñộ liên tục (4) 1-10-4/h to 1-10-8/h 1-10-4/h to 1-10-8/h 1-10-4/h to 1-10-8/h Mức ñộ sẳn sàng (5) 0.99 to 0.99999 0.999 to 0.99999 0.99 to 0.99999 Loại RNP tương ứng 1-8x10-6 / khoảng 15s 1-8x10-6 / khoảng 15s 1-8x10-6 / khoảng 15s 0.99 ñến 0.99999 0.3/125 0.99 ñến 0.99999 0.03/50 0.99 ñến 0.99999 0.02/40 20 ñến 10 ñến 0.5 ñến 0.3 Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không Giải thích ý: (1) : Các giá trị 95% ñối với lỗi vị trí tín hiệu GNSS ñược yêu cầu cho hoạt ñộng ñiểm có cao ñộ thấp thềm (HAT) ñược cung cấp (2) : Định nghĩa mức ñộ vẹn toàn bao gồm yêu cầu thời gian báo ñộng thời gian chậm phải ñưa cảnh báo kể từ phát thấy lỗi (vượt qúa giới hạn báo ñộng) hệ thống Các giới hạn báo ñộng là: Bảng 7-2: Các mức giới hạn báo ñộng Loại khai thác Bay ñường dài Bay ñường dài Bay ñường dài trung cận NPA APV-I APV- II Tiếp cận xác Cấp Giới hạn báo ñộng ngang (HAL) 7.4 km (4 NM) 3.7 km (2 Nm) 1.85 km (1 Nm) 556 m (0.3 Nm) 556 m (0.3 Nm) 40.0 m (130 ft) 40.0 m (130 ft) Giới hạn báo ñộng dọc (VAL) N/A Loại RNP tương ứng N/A ñến N/A N/A 0.5 ñến 0.3 50 m (164 ft) 20.0 m (66 ft) 15.0 m ñến 10.0 m (50 ft ñến 33 ft) 0.3/125 20 ñến 10 0.03/50 0.02/40 (3) : Các yêu cầu ñộ xác thời gian báo ñộng bao gồm ñặc tính danh ñịnh máy thu không lỗi (4) : Giá trị phụ thuộc vào hệ số khai thác bao gồm mật ñộ không vận, tính phức tạp không phận, mức ñộ sẳn sàng phương tiện dẫn ñường khác (5) : Giá trị phụ thuộc vào hệ số khai thác bao gồm: tần suất khai thác, ñiều kiện mội trường, phạm vi thời gian yếu kém, tầm phủ Radar, mật ñộ không vận phương thức khai thác, mức ñộ sẳn sàng phương tiện dẫn ñường khác (6) : Yêu cầu chặt chẽ ñộ xác ñòi hỏi ñối với dạng RNP ñược kết hợp (7) : Một giải giá trị ñược mô tả ñối với tiếp cận xác cấp I (8) : Các yêu cầu ñặc tính tín hiệu GNSS cấp II & III ñược phát triển sau VII-2.Hệ ñịnh vị toàn cầu GPS 2.1.Khái quát: a.Thành phần: Hệ GPS hệ thống dẫn ñường vệ tinh Hoa Kỳ kiểm soát trì hoạt ñộng Hệ bao gồm ba phận Chùm vệ tinh, Hệ thống ñiều khiển mặt ñất 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 ñược xếp sáu mặt phẳng quĩ Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 47 Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không ñạo nghiêng 55° so với mặt phẳng xích ñạo Quĩ ñạo chùm vệ tinh hệ GPS gần tròn với cao ñộ 20.200 Km (11.900 NM) Khoảng thời gian cần thiết ñể bay hết vòng quĩ ñạo tương ứng 12 nưả thời gian quay trái ñất Mỗi vệ tinh phát hai tần số vô tuyến phục vụ mục ñích ñịnh 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 ñược ñiều chế tín hiệu giả ngẫu nhiên C/A, P ñiện văn dẫn ñường Các tần số sóng mang tín hiệu ñiều chế ñược ñiều khiển ñồng hồ nguyên tử ñặt vệ tinh Hệ thống ñiều khiển mặt ñất: bao gồm bốn trạm giám sát ñặt Diego Garreia, Đảo Ascension, Đảo Kwajalein Đảo Hawail; trạm ñiều khiển trung tâm ñiều hành không gian Colorado – Hoa Kỳ Mục ñích hệ thống ñiều khiển ñiều khiển hoạt ñộng vệ tinh, xác ñịnh quĩ ñạo, xử lý ñồng hồ nguyên tử, truyền ñiện văn cần thông báo lên vệ tinh Bộ phận người sử dụng: Bao gồm tất ñối tượng sử dụng cho mục ñích dân quân Các máy thu riêng biệt theo dõi mã pha sóng mang (hoặc hai) ñều thu nhận ñiện văn thông báo Bằng cách so hàng tín hiệu ñến từ vệ tinh với mã phát ñược lưu giữ máy thu, ta xác ñịnh ñược cự ly ñến vệ tinh Nếu cự ly tới bốn vệ tinh ñược liên kết với thông số quĩ ñạo vệ tinh máy thu xác ñịnh ba giá trị toạ ñộ ñịa tâm vị trí b.Các ưu ñiểm hệ GPS: Hệ GPS có ưu ñiểm sau - Độ xác cao Lỗi vị trí theo phương ngang Lỗi vị trí theo phương dọc 95% thời gian 100m 156m 99,99% thời gian 300m 500m - Giá thành hạ: Khi so sánh với phép ño ñòi hỏi ngắm thông, phép ño GPS ñã loại bỏ hẳn việc ngắm thông trạm ño, giảm thiểu số lượng trạm ño cần xây dựng cho phép lựa chọn vị trí trạm ño cách thuận tiện hợp lý Bản thân giá thiết bị GPS rẻ - Hệ tọa ñộ thống nhất: Trước tháng 07/1985, hệ tọa ñộ trắc ñịa giới WGS – 72 ñược sử dụng Từ tháng 07/1985 ñến tháng 09/1986 hệ toạ ñộ WGS – 84 ñược dùng cho tính toán dự ñoán lịch thiên văn, sau ñó lại chuyển ñổi trở hệ WGS – 72 Từ tháng 01/1987 hệ toạ ñộ WGS – 84 thức ñược sử dụng ứng dụng Sử dụng hệ toạ ñộ WGS – 84 ñặc ñiểm có ảnh hưởng rộng rãi hệ GPS làm sở thống số liệu nhận ñược từ nguồn ngoại lai hệ thống ñịnh vị tương ñối khác Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 48 Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không 2.2.Chức quĩ ñạo vệ tinh GPS: Mười vệ tinh (SV) thuộc Block I ñược chế tạo phóng khoảng từ năm 1978 ñến 1985 với mục ñích thử nghiệm cung cấp dịch vụ dẫn ñường hai chiều (2D) Các vệ tinh thuộc Block I ñặc ñiểm giáng cấp ñộ xác ñịnh vị tương ñối với mã C/A ñược gọi SA (Selective Available) Chòm 24 vệ tinh thuộc Block II ( II-1 ñến II-24 ) ñược ñưa vào hoạt ñộng từ năm 1989 ñến 1994, cung cấp tính hoạt ñộng ñầy ñủ vào năm 1995 mở ñầu kỷ nguyên hoạt ñộng hệ thống ñịnh vị GPS Các vệ tinh thuộc Block II ñược thiết kế ñể làm việc vòng 7,5 năm Ban ñầu vệ tinh sử dụng SA, cho ñến ngày 01/05/2000, chức ñã bị hủy bỏ hoàn toàn Các vệ tinh Block IIR ñược phóng từ năm 1996 ñể thay vệ tinh Block II Các vệ tinh thay có khả tự ñộng tạo ñiện văn dẫn ñường Từ năm 2001, Boeing phát triển vệ tinh thuộc Block IIF bao gồm 33 vệ tinh ñược phóng lên ñể trì hoạt ñộng hệ thống GPS cho giai ñoạn tiếp sau Chức chủ yếu chùm vệ tinh GPS là: (a) (b) (c) (d) (e) Ghi nhận lưu trữ thông tin ñược truyền ñi từ phận kiểm soát Thực phép xử lý liệu có chọn lọc vệ tinh Duy trì khả xác cao ñồng hồ thời gian Thông báo ñiện văn dẫn ñường ñến người sử dụng tín hiệu khác Thay ñổi quĩ ñạo bay nhờ tên lửa ñẩy ñược ñiều khiển hệ thống ñiều khiển mặt ñất Vị trí danh ñịnh chùm vệ tinh GPS quĩ ñạo ñược thể hình 7-1 Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 49 Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không Hình vẽ 7-1: Vị trí danh ñịnh chùm vệ tinh GPS VII-3.Hệ thống vệ tinh dẫn ñường qũy ñạo toàn cầu – GLONASS 3.1.Khái quát: a.Thành phần: Tương tự hệ GPS, hệ thống vệ tinh dẫn ñường qũy ñạo toàn cầu GLONASS hệ thống dẫn ñường vệ tinh Nga kiểm soát trì hoạt ñộng Hệ bao gồm ba phận Chùm vệ tinh, Hệ thống ñiều khiển mặt ñất 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 ñược xếp ba mặt phẳng quĩ ñạo (tám vệ tinh qũy ñạo) cách 120° quanh xích ñạo nghiêng 64,8° so với mặt phẳng xích ñạo Quĩ ñạo vệ tinh hệ GLONASS gần tròn với cao ñộ 19.100 Km (10.300 NM) Khoảng thời gian cần thiết ñể bay hết vòng quĩ ñạo tương ứng 11h15' b Các ưu ñiểm hệ GLONASS: GLONASS cung cấp tín hiệu dẫn ñường kênh tiêu chuẩn (CSA), có ñộ xác theo yêu cầu sau: Lỗi vị trí theo phương ngang Lỗi vị trí theo phương dọc 95% thời gian 28 m 60 m 99,99% thời gian 140 m 585 m GLONASS ñược nâng cấp ñể trở thành hệ thống GLONASS ñại (hệ thống GLONASS-M) 3.2 Chức quĩ ñạo vệ tinh GLONASS: Các vệ tinh ñược ñặt vào khe qũy ñạo hình 7-2 Dựa tình trạng 24 vệ tinh GLONASS, trung tâm ñiều khiển mặt ñất xác ñịnh 21 vệ tinh tốt chế ñộ làm việc Phân cách vĩ ñộ pha qũy ñạo mặt phẳng số nhân 45° Các vệ tinh mặt phẳng qũy ñạo thứ thứ dịch chuyển ± 30° so với mặt phẳng qũy ñạo thứ Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 50 Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không Hình vẽ 7-2: Qũi ñạo vệ tinh GLONASS 3.3.Hệ quy chiếu thời gian: Thời gian GLONASS ñược trì khoảng sai lệch 1ms so với thang thời gian quốc gia Nga UTC (SU): | tGLONASS – ( UTC + 03 00 phút ) | < 1ms Độ xác việc ñồng thời gian vệ tinh 20 ns ( 1σ ) 3.4.Hệ quy chiếu không gian: Lịch thiên văn GLONASS phát theo hệ toạ ñộ ñịa tâm cố ñịnh PZ 90 Việc chuyển ñổi hệ toạ ñộ PZ 90 WGS – 84 xác ñịnh theo biểu thức:   X  −11     −6  =  −0.3 + (1 − 012 × 10 ) +0.82 × 10 −6 Y    Z   −0.9 WGS − 84  −0.82 × 10 − 0  X     0  Y  1  Z  PZ − 90 Các lỗi chuyển ñổi không vượt 1,5 m (1 sigma) dọc theo trục toạ ñộ X, Y Z ñược biểu diễn m Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 51 Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không VII-4 Các hệ thống tăng cường Để khắc phục ñược hạn chế cố hữu hệ thống ñáp ứng ñược yêu cầu ñặc tính tín hiệu (như ñộ xác, ñộ tin cậy, khả sẳn sàng tính liên tục) tất giai ñoạn hành trình bay Hệ thống GPS GLONASS yêu cầu ñộ tăng cường khác nhau, ñược chia làm ba loại sau: 4.1.Hệ thống tăng cường tàu bay (ABAS – Aircraft Based Augmentation System): Một dạng hệ thống tăng cường tàu bay ñược gọi máy thu tự ñộng theo dõi tính toàn vẹn (RAIM – Receiver Autonomous Integrity Monitoring), máy thu sử dụng bốn vệ tinh Với vệ tinh ước tính ñược vị trí ñộc lập, vị trí không phù hợp, suy luận có vệ tinh ñưa thông tin không xác Nếu có vệ tinh, tính toán ñược nhiều vị trí ñộc lập máy thu sau ñó xác ñịnh ñược vệ tinh bị lỗi loại khỏi việc áp dụng ñể xác ñịnh vị trí 4.2 Hệ thống tăng cường mặt ñất (GBAS – Ground Based Augmentation System): Đối với hệ thống tăng cường mặt ñất, máy giám sát ñược ñặt gần sân bay nơi ñáp ứng ñược yêu cầu khai thác xác mong muốn Các tín hiệu ñược 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 ñộ xác vị trí ñi với thông tin ñộ tin cậy vệ tinh, khả yêu cầu ñường truyền liệu mặt ñất tàu bay 4.3 Hệ thống tăng cường vệ tinh (SBAS – Satellite Based Augmentation System ): - Sẽ không thực tế cung cấp tầm phủ cho tất giai ñoạn hành trình bay hệ thống tăng cường mặt ñất Có cách ñể cung cấp tăng cường tầm phủ khu vực rộng sử dụng vệ tinh ñể truyền thông tin tăng cường Điều gọi tăng cường vệ tinh - Việc cung cấp tăng cường vệ tinh vệ tinh ñịa tĩnh có hạn chế ñịnh, ñó trợ giúp ñược tất giai ñoạn hành trình bay, ñặc biệt ñối với giai ñoạn tiếp cận xác hạ cánh cấp cao Khi qũy ñạo vệ tinh nằm ñường xích ñạo, vùng Bắc cực không thu ñược tín hiệu bị che khuất thân tàu bay ñịa hình Điều có nghĩa qũy ñạo vệ tinh tăng cường cho GNSS khác hệ thống tăng cường mặt ñất cần thiết xem xét nhằm làm giảm hạn chế VII-5 Các phương thức khai thác hệ thống GNSS - Tất giai ñoạn hành trình bay bao gồm: Di chuyển sân (Surface), Cất cánh (Departure), Bay ñường dài (En-route), Bay Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 52 Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không - qua ñại dương (Ocean), Tiếp cận (Approach), Hạ cánh (Landing)…ñều sử dụng GNSS ñể dẫn ñường Từng giai ñoạn ñều thoả mãn ñặc tính tín hiệu sai số cho phép Sử dụng GNSS tạo ñường bay linh hoạt, khai thác hiệu bầu trời Hiện thiết bị GNSS ñã ñạt ñược ñộ xác cấp I GNSS phương tiện dẫn ñường tương lai Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 53 ...Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ DẪN ĐƯỜNG HÀNG KHÔNG I-1.Chức hệ thống thiết bị dẫn ñường hàng không Hệ thống thiết bị dẫn ñường hàng không hệ thống thiết... phụ thuộc hệ thống ILS Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 28 Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không CHƯƠNG V HỆ THỐNG HƯỚNG DẪN HẠ CÁNH CHÍNH XÁC (ILS) V-1.Chức nhiệm vụ hệ thống ILS... Nguyễn văn Thanh 20 Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không CHƯƠNG IV ĐÀI ĐO CỰ LY (DME) Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 21 Các hệ thống thiết bị dẫn ñường Hàng không IV-1.Chức năng,