Nghiên cứu giải pháp ứng dụng công nghệ ADS b nhằm nâng cao chất lượng giám sát trong hàng không dân dụng việt nam

16 FIS-B 18 FMS Flight Management System Hệ thống quản lý bay 19 GBAS Ground-Based Argumentation System Hệ thống tăng cường trên mặt đất 20 GLONASS GLObal Navigation Satellite 25 IFR I

Trang 1

HOA NGỌC ANH

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ADS-B NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GIÁM SÁT TRONG HÀNG KHÔNG DÂN DỤNG VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGÀNH: XỬ LÝ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS TS NGUYỄN THỊ HOÀNG LAN

HÀ NỘI, 10/2010

Trang 2

CHƯƠNG I

KHẢO SÁT HỆ THỐNG GIÁM SÁT TRONG NGÀNH HÀNG KHÔNG DÂN

DỤNG VIỆT NAM Error! Bookmark not defined.

1.1 Khái quát về Thông tin, Dẫn đường, Giám sát trong ngành quản lý bayError! Bookmark not 1.2 Hệ thống giám sát trong ngành hàng không dân dụng Việt NamError! Bookmark not define

CHƯƠNG II

TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG VỆ TINH DẪN ĐƯỜNG TOÀN CẦU GNSS –

GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM Error! Bookmark not defined.

2.1 Tổng quan về GNSS Error! Bookmark not defined.

2.2 Tìm hiểu GNSS ứng dụng trong hàng không dân dụngError! Bookmark not defined.

CHƯƠNG III

CÔNG NGHỆ ADS-B, ỨNG DỤNG ADS-B TRONG HÀNG KHÔNG DÂN

DỤNG Error! Bookmark not defined.

3.1 Tổng quan hệ thống Error! Bookmark not defined.

3.2 Các ứng dụng khai thác ADS-B Error! Bookmark not defined.

3.3 Phân loại ADS-B Error! Bookmark not defined.

3.4 ADS-B với ngành quản lý bay Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG IV

XÂY DỰNG GIẢI PHÁP SỬ DỤNG ADS-B CHO HÀNG KHÔNG DÂN

DỤNG VIỆT NAM Error! Bookmark not defined.

4.1 Phân tích giải pháp ứng dụng công nghệ ADS-B cho hàng không dân dụng

Việt Nam Error! Bookmark not defined.

4.2 Đề xuất giải pháp sử dụng công nghệ ADS-B cho giám sát hàng không dân

dụng Việt Nam Error! Bookmark not defined.

4.3 Nhận xét về khả năng triển khai Error! Bookmark not defined.

4.4 Kết quả dự kiến sẽ đạt được Error! Bookmark not defined.

KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined.

TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined

Trang 3

1 ABAS Aircraft-Based Argumentation

3 ACC Area Control Center Trung tâm kiểm soát đường dài

4 ADS-B Automatic Dependent

Surveillance - Broadcast

Hệ thống giám sát tự động phụ thuộc quảng bá

5 ADS-C Automatic Dependent

Surveillance – Contract

Hệ thống giám sát tự động phụ thuộc – hợp đồng

6 AFTN Aeronautica Fixed

Tập thông báo tin tức hàng không

8 AMSS Automatic Message Switching

System

Hệ thống chuyển tiếp điện văn tự động

9 ATS Air Traffic Service Dịch vụ không lưu

10 CDTI Cockpit Display of Traffic

Trang 4

16 FIS-B

18 FMS Flight Management System Hệ thống quản lý bay

19 GBAS Ground-Based Argumentation

System

Hệ thống tăng cường trên mặt đất

20 GLONASS GLObal Navigation Satellite

25 IFR Instrument Flight Rules Các quy tắc bay dựa vào thiết bị

27 MCS Main Control Station Trạm điểu khiển trung tâm

28 NDB Non-Directional Beacon Thiết bị dẫn đường toàn hướng

30 PBN Performance Based Navigation Dẫn đường dựa trên hiệu năng

31 PPS Precise Positioning Service Dịch vụ định vị chính xác

32 PRM Precision Runway Monitoring Giám sát đường lăn chính xác

33 PSR Primary Surveillance Radar Radar sơ cấp

34 SBAS Satellite-Based Argumentation

System

Hệ thống tăng cường trên vệ tinh

35 SPS Standard Positioning Service Dịch vụ định vị tiêu chuẩn

Trang 5

38 TIS-B Traffic Information Service –

Broadcast

Dịch vụ thông báo giao thông quảng bá

39 UTC Universal Time Coordinated Đồng hồ thời gian chuẩn toàn cầu

40 VFR Visual Flight Rules Các quy tắc bay dựa vào quan sát

Trang 6

Tôi là Hoa Ngọc Anh, học viên cao học lớp XLTT&TT khóa 2008 - 2010 Người hướng dẫn là PGS.TS Nguyễn Thị Hoàng Lan

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được trình bày trong luận văn này về đề

tài “nghiên cứu giải pháp ứng dụng công nghệ ADS-B nhằm nâng cao chất lượng giám sát trong hàng không dân dụng Việt Nam” là kết quả tìm hiểu và nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả và dữ liệu được nêu trong luận văn là hoàn

toàn trung thực và rõ ràng Mọi thông tin trích dẫn đều được tuân theo luật sở hữu trí tuệ, liệt kê rõ ràng các tài liệu tham khảo Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với những nội dung được viết trong luận văn này

Hà Nội, ngày 28 tháng 10 năm 2010

Tác giả luận văn:

Hoa Ngọc Anh

Trang 7

Lu n văn t t nghi p – Hoa Ng c Anh l p XLTT&TT 2008 ‐ 2010

LỜI NÓI ĐẦU

Để có những chuyến bay an toàn, điều hòa, hiệu quả thì công tác quản lý không lưu phải được tổ chức, phối hợp hiệp đồng và thực hiện rất nghiêm ngặt và chính xác Trong ngành Quản lý bay thì thông tin liên lạc, dẫn đường, giám sát đóng vai trò quan trọng vì cả 3 yếu tố này chính là những nhân tố quyết định chất lượng dịch vụ không lưu trong ngành hàng không

Trải qua nhiều năm xây dựng và phát triển, đến nay công tác điều hành bay ở Việt Nam đã có những cải thiện tích cực Thông tin liên lạc đã gần như phủ kín 2 vùng thông báo bay Hà Nội và Hồ Chí Minh; Các đài dẫn đường được trải dài từ Bắc đến Nam; Các đài radar được bố trí tại những điểm thích hợp đã giúp cho kiểm soát viên không lưu có thể quan sát tương đối tốt trong các vùng thông báo bay Tuy vậy, các hệ thống hiện tại (đặc biêt là hệ thống giám sát) cũng đã bộc lộ một số hạn chế đòi hỏi phải có những công nghệ tiến bộ hơn nữa nhằm đảm bảo cho yêu cầu an toàn bay ngày càng cao với mật độ ngày một đông đúc hơn

Luận văn cao học này nhằm đưa ra giải pháp để cải thiện chất lượng dịch vụ giám sát hàng không hiện tại Là người công tác trong lĩnh vực hàng không, qua thời gian nghiên cứu, tìm hiểu thực tế, tôi đã mạnh dạn đề suất giải pháp ứng dụng công nghệ ADS-B nhằm nâng cao chất lượng giám sát tại hàng không dân dụng Việt Nam

Luận văn được trình bày gồm 04 chương với những nội dung chủ yếu sau:

- Chương I Khảo sát hệ thống giám sát trong hàng không dân dụng Việt Nam

- Chương II Tìm hiểu về hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GNSS

- Chương III Công nghệ ADS-B ứng dụng trong ngành hàng không dân dụng

- Chương IV Xây dựng giải pháp sử dụng ADS-B cho hàng không dân dụng

Việt Nam

Trong quá trình thực hiện luận văn không tránh khỏi những thiêu sót, tôi mong muốn nhận được nhiều ý kiến đóng góp để luận văn được hoàn thiện và có tính thực tiễn cao hơn nữa

Qua lời mở đầu này, tôi xin được gửi lời trân trọng cảm ơn tới PGS.TS Nguyễn Thị Hoàng Lan và đội ngũ cán bộ Tổng công ty Quản lý bay Việt Nam cùng đồng nghiệp đã giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này

Trang 8

CHƯƠNG I KHẢO SÁT HỆ THỐNG GIÁM SÁT TRONG NGÀNH HÀNG

KHÔNG DÂN DỤNG VIỆT NAM

Nội dung của chương này đề cập đến các vấn đề sau:

- Giới thiệu về Tổng công ty Quản lý bay Việt Nam, các dịch vụ cung cấp và

hệ thống trang thiết bị đảm bảo cho hoạt động bay hiện tại

- Giới thiệu hệ thống giám sát trong ngành, hiện trạng của các hệ thống kỹ thuật công nghệ đang sử dụng, những hạn chế của hệ thống đang sử dụng

1.1 Khái quát về Thông tin, Dẫn đường, Giám sát trong ngành quản lý bay 1.1.1 Giới thiệu chung

Tổng công ty Quản lý bay Việt Nam (Viet Nam Air Traffic Management Coporation) là một doanh nghiệp cung cấp dịch vụ bảo đảm hoạt động bay, bao gồm dịch vụ không lưu, dịch vụ thông tin liên lạc – dẫn đường – giám sát, dịch vụ khí tượng, dịch vụ thông báo tin tức hàng không và dịch vụ tìm kiếm cứu nạn [1]

a Dịch vụ không lưu - Air traffic services: Điều hành bay trực tiếp các tàu

bay trong vùng thông báo bay

b Dịch vụ thông tin liên lạc - Communication services: bao gồm dịch vụ di

động hàng không (thông tin đất – không – VHF, HF, CPDLC) và dịch vụ cố định

hàng không (AFTN – Aeronautical Fixed Telecommunicatoin Network)

c Dịch vụ giám sát - Surveillanc services: Giám sát hoạt động bay trong vùng

thông báo bay, thu thập xử lý các nguồn dữ liệu giám sát từ radar, C, B… để cung cấp thông tin liên quan đến chuyên bay như nhận dạng, độ cao, vận tốc

ADS-… cho KSVKL phục vụ điều hành bay

d Dịch vụ dẫn đường - Navigation services: Sử dụng các phương tiện dẫn

đường như đèn hiệu, NDB, VOR/DME hoặc vệ tinh để dẫn đường cho các tàu bay

Trang 9

e Dịch vụ khí tượng hàng không - Metereological services: Giám sát các

hiện tượng thời tiết trong vùng thông báo bay, xử lý các số liệu thời tiết và cấp phát cho tất cả các đơn vị liên quan

f Dịch vụ cảnh báo, tìm kiếm & cứu nạn - Alert, search and rescure services: Tổ chức tốt các mạng lưới tìm kiếm cứu nguy trên quy mô quốc gia, quốc

tế, sẵn sàng ứng phó với các tình huống lâm nạn của tàu bay

Ngoài ra việc huấn luyện đào tạo chuyên môn cũng có vai trò to lớn trong việc duy trì và phát triển hệ thống, đây cũng là một loại dịch vụ không thể thiếu được trong việc quản lý nguồn nhân lực cho ngành quản lý bay

1.1.2 Thông tin, dẫn đường, giám sát, quản lý không lưu

1.1.2.1 Vùng thông báo bay

Vùng thông báo bay là một vùng trời có giới hạn xác định trong đó có cung cấp dịch vụ thông báo bay và dịch vụ báo động

Không phận Việt Nam được quản lý chia thành 2 vùng thông báo bay (FIR- Flight Information Region) là FIR Hà Nội và FIR Hồ Chí Minh [1]

Trang 10

Hình 1.1 Các vùng thông báo bay Việt Nam và các đường bay Nguồn: AIP Vietnam – Vietnam Aeronautical Information Publication [9]

FIR Hà Nội bao gồm 19 đường bay, trong đó có 8 đường bay quốc tế, 11 đường bay nội địa với 01 sân bay quốc tế (Nội Bài) và 04 sân bay địa phương (Cát Bi, Điện Biên, Vinh, Đồng Hới) FIR Hồ Chí Minh rộng hơn với 26 đường bay quốc tế

và 13 đường bay nội địa và 16 sân bay

Quá trình bảo đảm cho tàu bay bay an toàn từ điểm khởi hành ban đầu tới điểm đến kết thúc yêu cầu các hệ thống quản lý không lưu phải hoạt động có hiệu quả và

Trang 11

phải có sự phối hợp chặt chẽ của ba hệ thống chức năng chính: Thông tin liên lạc,

Dẫn đường và Giám sát Trong đó:

Thông tin liên lạc (Comunication) là việc trao đổi các thông tin thoại và dữ

liệu giữa người lái và kiểm soát viên không lưu hoặc các trung tâm kế cận

Dẫn đường (Navigation) chỉ vị trí tàu bay cho tổ lái

Giám sát (Surveillance) chỉ vị trí tàu bay cho kiểm soát viên không lưu, việc

đó bao gồm chuyển các tin tức về dẫn đường từ tàu bay cho các trung tâm kiểm soát không lưu để tạo điều kiện giám sát và ghi hình liên tục các vị trí liên quan của tàu bay

Tổ chức hàng không dân dụng quốc tế ICAO (International Civil Aviation Organization) gọi ba chức năng chính này là CNS và xem chúng là các dịch vụ hỗ trợ cơ bản cho các hệ thống quản lý không lưu Sự phát triển của ngành Hàng không dân dụng cũng như sự phát triển ngày càng tinh vi của tàu bay và công nghệ điện tử

đã làm các hệ thống hiện tại ngày càng bộc lộ nhiều hạn chế

1.1.2.2 Hệ thống thông tin liên lạc

Thông tin hàng không được chia thành 2 loại là thông tin cố định hàng không

và thông tin di động hàng không.[1]

Thông tin cố định hàng không bao gồm hệ thống thông tin liên lạc giữa các sân

bay, các đơn vị hiệp đồng có liên quan (các đơn vị quân sự, các trung tâm quản lý bay), hệ thống chuyển tiếp điện văn tự động (Automatic Message Switching System

- AMSS) Phương tiện liên lạc của thông tin cố định là điện thoại, vệ tinh, vi ba và

số liệu dạng text

Thông tin di động hàng không là phương tiện thông tin chủ yếu giữa phi công

và kiểm soát viên không lưu (KSVKL) Đây là nhiệm vụ mang tính sống còn trong ngành quản lý bay Khi tàu bay bay trên trời, để tàu bay đi đúng hướng, đúng độ cao

và tránh được những rủi ro (từ tàu bay khác, bão, khí áp …) thì vai trò của KSVKL đóng vai trò hết sức quan trọng Liên lạc giữa KSVKL với tàu bay qua hệ thống liên lạc VHF (tần số 118 – 137 MHz) (cho cả đường dài và tiếp cận)

Trang 12

Hiện tại ở Việt Nam có 7 trạm VHF đường dài (Mộc Châu, Hà Nội, Vinh, Đà Nẵng, Đồng Hới, Tân Sơn Nhất, Cà Mau), ở mỗi sân bay (TWR – đài kiểm soát không lưu) cũng đều có hệ thống VHF cho tiếp cận và hạ cánh

Các trạm VHF đường dài có tầm phủ tối đa 250 NM (tương đương 450 km

Hình 1.2 Bản đồ tầm phủ VHF tại vùng thông báo bay Hà Nội và HCM Nguồn

Trang 13

- Tầm phủ sóng bị hạn chế do sự phát sóng tầm nhìn thẳng Độ tin cậy không cao do sự thay đổi đặc tính truyền sóng và nhiễu giữa các hệ thống khác nhau

Hình 1.3 Mô tả phương tiện liên lạc với tàu bay Nguồn: JICA [7]

Nước ta có địa hình tương đối phức tạp, có đồng bằng, vùi núi, trung du, và biển đảo do đó việc sử dụng các thiết bị liên lạc theo tầm nhìn thẳng gặp nhiều hạn chế

- Việc triển khai các trang thiết bị hiện tại gặp nhiều khó khăn, thậm chí không thực hiện được tại các vùng núi cao hay biển xa

- Thông tin thoại chất lượng chưa đáp ứng được với nhiều trở ngại ngôn ngữ, thiếu các hệ thống trao đổi số liệu bằng số, trên không và dưới mặt đất

Ngoài VHF và HF, KSVKL còn có thể liên lạc với máy bay qua hệ thống CPDLC (Controller Pilot Data Link Communication) tại những vùng sóng VHF không phủ tới được

VHF Facility

VHF VoiceCom

Blind Area

HF Voice Com

Oceanic

HF Facility

ACC

Trang 14

1.1.2.3 Hệ thống dẫn đường

Hệ thống dẫn đường ở Việt Nam hiện nay là hệ thống tạo các mốc và chỉ hướng cho tàu bay bay trong không phận Việt Nam bao gồm các hệ thống trang thiết bị dẫn đường đường dài, tiếp cận, hạ cánh.[1]

a/ NDB (Đài chỉ chuẩn vô hướng - Non-Directional Beacon):

Là đài phát vô tuyến điện (RF transmitter), phát vô hướng, đặt trên mặt đất Sóng dài và sóng trung, dải tần 190-1750 KHz Công suất phát 500 - 1000 W Chức năng: Cung cấp thông tin về hướng cho tàu bay Dùng cho đường dài (En-route) và vùng Tiếp cận (Approach)

Vị trí đặt đài: Trên đường bay hoặc gần sân bay

Nguyên lý tàu bay xác định hướng (Bearing) đến đài mặt đất: Đài NDB có tọa

độ chính xác trên mặt đất, được thông báo trước cho phi công Trên tàu bay có thiết

bị thu gọi là La bàn vô tuyến, cùng dải tần số với thiết bị phát NDB mặt đất Khi tàu bay đến gần đài NDB, phi công phải chuyển tần số để thu tín hiệu NDB cần thiết Đài mặt đất phát tín hiệu giống nhau trong tất cả các hướng (Vô hướng) Thiết bị La bàn vô tuyến (ADF) trên tàu bay có anten định hướng, nhờ vậy xác định được góc hướng tới đài, hiển thị lên đồng hồ cho phi công

Đặc điểm: Cự ly đạt xa, tầm phủ đến 300 NM + Độ chính xác hạn chế + Công nghệ đơn giản, giá thành rẻ + Trong tương lai gần sẽ không dùng nữa, sẽ thay bằng VOR và Dẫn đường vệ tinh

Trang 15

Hình 1.4 Đồng hồ hiển thị hướng trên máy bay Nguồn: google.com, keyword:

NDB b/ VOR (Đài VHF vạn hướng - VHF Omni-directional Radio Range):

Là đài phát vô tuyến điện (RF transmitter) vạn hướng, đặt trên mặt đất Dải tần 111.975-117.975 MHz

- Vị trí: + Đường dài: Đặt trên đường bay;

+ Tiếp cận: Đặt gần sân bay, tốt nhất là trên tim đường băng kéo dài Chức năng: Cùng với thiết bị trên tàu bay cung cấp thông tin về hướng cho tàu bay Dùng cho đường dài (En-route) và vùng Tiếp cận (Approach)

Nguyên lý tàu bay xác định Hướng (Bearing) chính xác đến đài mặt đất:

Đài VOR có tọa độ chính xác trên mặt đất, được thông báo trước cho phi công Trên tàu bay có thiết bị thu VOR cùng dải tần số với thiết bị phát mặt đất Khi tàu bay đến gần đài VOR, phi công phải chuyển tần số để thu tín hiệu VOR Đài mặt đất có nhiều anten phát (thông thường là 48), xếp đều nhau, theo đường tròn Các anten này sẽ phát các tín hiệu khác nhau mang các thông tin khác nhau về hướng so

Trang 16

với hướng Bắc Như vậy, tùy theo vị trí tàu bay so với đài mặt đất, thiết bị thu VOR trên tàu bay sẽ nhận được tín hiệu hướng khác nhau, hiển thị lên đồng hồ Hướng Đặc điểm: + Truyền sóng thẳng, nên thường lắp đặt ở vị trí cao, không bị các công trinh nhà cửa, đồi núi che chắn + Tầm phủ hạn chế, theo tầm nhìn thẳng (200 NM) + Độ chính xác cao hơn NDB và giá thành đắt hơn NDB

Thường lắp đặt cùng với thiết bị đo cự ly DME (Distance Measuring Equipment)

c/ DME - thiết bị đo cự ly (Distance Measuring Equipment):

Là máy phát đáp – Thu, phát vô tuyến điện (transponder) trên mặt đất, dải tần

số 960-1215 Hz, công suất phát 1000 W

Thông thường được lắp đặt cùng thiết bị VOR

Chức năng: Cùng với thiết bị trên tàu bay cung cấp thông tin cự ly đến đài cho phi công Dùng cho đường dài (En-route) và vùng Tiếp cận (Approach)

Nguyên lý đo cự ly từ tàu bay đến đài DME mặt đất: Thiết bị phát DME trên tàu bay thường xuyên phát xung, đánh dấu thời điểm bắt đầu phát Thiết bị thu DME đài mặt đất thu tín hiệu nói trên, phát ra tín hiệu xung khác Thiết bị thu DME trên tàu bay thu tín hiệu, đo khoảng thời gian từ xung phát đến xung thu về Cự ly từ tàu bay đến đài DME tỷ lệ thuận với thời gian (D = (c.∆t)/2, trong đó D là cự ly, ∆t

là thời gian, c = hằng số = 300000 km/giây là tốc độ truyền sóng điện từ) Sau đó hiển thị cự ly lên đồng hồ cho phi công

Đặc điểm: + Truyền sóng thẳng + Tầm phủ hạn chế, tối đa 200NM + Độ chính xác cao

d/ Hệ thống ILS (Instrument Landing System) - Hệ thống hạ cánh bằng thiết bị

- chính xác:

Trang 17

Là thiết bị trợ giúp cho tiếp cận và hạ cánh Giúp cho tàu bay (có trang bị máy thu ILS) tiếp cận chính xác đường cất hạ cánh (CHC) Nói cách khác là giúp cho tàu bay vào đúng tâm đường CHC kéo dài (về hướng) và theo góc hạ cánh chuẩn (về góc tà, khoảng 3 độ) (Hiển thị lên đồng hồ góc lệch theo góc hướng và theo góc

tà, nhờ vậy phi công điều chỉnh hạ cánh chính xác, thậm chí trong điều kiện tầm nhìn rất kém)

Hệ thống ILS là những máy phát phát vô tuyến điện, bao gồm:

a/ Đài Localizer:

+ Thiết bị phát góc hướng chuẩn Cung cấp thông tin về hướng Dải tần số 111.975 MHz

108-+ Vị trí: Đặt ở cuối, tâm đường CHC

+ Nguyên lý hoạt động: Thiết bị phát có hệ thống anten đặc biệt, phát 2 tín hiệu khác nhau, điều chế tần số 90 Hz và 150 Hz: Khi tàu bay bay lệch sang phải thì tín hiệu 150 Hz (Độ sâu điều chế) sẽ lớn hơn tín hiệu 90 Hz, và khi tàu bay bay lệch sang bên trái thì ngược lại Hiển thị sự sai lệch phải hay trái lên đồng hồ để phi công biết, lái điều chỉnh về đường tâm đường CHC

+ Đặc điểm: * Độ chính xác cao: 10.5 m đối với thiết bị CAT I; 7.5 m đối với loại CAT II; 3 m – CAT III * Tầm phủ 10-25 NM trong góc hướng 10-35 độ b/ Đài Glidepath:

+ Thiết bị phát góc tà chuẩn (khoảng 3 độ) Cung cấp thông tin về góc tà Dải tần số 335.4-328.6 MHz Tần số Localizer và Glidepath phải chọn theo cặp đôi qui định

+ Vị trí: Đặt ở đầu, bên cạnh đường CHC

+ Đặc điểm: Độ chính xác cao Tầm phủ 10 NM

c/ Đài Chỉ chuẩn VHF (VHF Marker Beacons):

Trang 18

+ Chức năng: Giúp tàu bay kiểm tra cự li đến đầu đường CHC trên đường tiếp cận hạ cánh

+ Là đài phát vô tuyến điện, phát thẳng lên trời, tần số 75 KHz

+ Có 3 loại: Đài chỉ chuẩn trong (Inner Marker); chỉ chuẩn giữa (Middle Marker) và chỉ chuẩn ngoài (Outer Marker)

+ Vị trí: Đặt trên đường tim đường CHC kéo dài, trước đầu thềm hạ cánh, Inner Marker cách thềm khoảng từ 75m đến 300m, Middle Marker cách thềm khoảng 1050km (900m đến 1200m) và Outer Marker cách thềm 7.2km (6.5 đến 11.1km) + Nguyên lý hoạt động: Khi tàu bay bay trên đường tim đường CHC kéo dài, khi bay qua trên đỉnh đài sẽ nhận được tín hiệu báo, nhờ vậy phi công biết chính xác tàu bay còn cách thềm hạ cánh cự ly bao nhiêu, từ đó điều chỉnh góc tà hạ cánh cho phù hợp (khoảng 30)

Hình 1.5 Mô tả góc phương vị và góc tà khi máy bay hạ cánh Nguồn:

google.com từ khóa: ILS Ngoài ra còn các thiết bị dẫn đường bằng mắt (các thiết bị báo hiệu và hiển thị, đèn hiệu, và các biển báo)

Trang 19

Cả nước ta hiện nay có 20 trạm dẫn đường VOR/DME trải dài từ Bắc đến Nam, bao gồm: Điện Biên, Vĩnh Phúc, Nội Bài, Cát Bi, Nam Định, Vinh, Đồng Hới, Playku, Phú Bài, Đà Nẵng, Phù Cát, Cam Ranh, Buôn Ma Thuột, Tân Sơn Nhất, Phan Thiết, Côn Sơn, Liên Khương, Cần Thơ, Dương Đông, Vũng Tàu

Hình 1.6 Hệ thống các phương tiện dẫn đường kết hợp

1.1.2.4 Hệ thống giám sát

Hiện nay, hệ thống giám sát của hàng không dân dụng Việt Nam sử dụng radar

sơ cấp và thứ cấp Chi tiết sẽ được đề cập trong phần 1.2 của chương này

Trang 20

1.2 Hệ thống giám sát trong ngành hàng không dân dụng Việt Nam

1.2.1 Giới thiệu chung

Hệ thống giám sát hàng không cung cấp các thông tin về máy bay (số hiệu, độ cao, vận tốc…) giúp cho kiểm soát viên không lưu (KSVKL) nhìn, giám sát được vị trí tàu bay.[1]

Phương tiện: Sử dụng các thiết bị Radar (Radio Detection and Ranging)

Radar là thiết bị phát và thu vô tuyến điện Truyền sóng theo đường thẳng Phát, thu xung

Hình 1.7 tầm phủ của radar thứ cấp tại Việt Nam Nguồn: Google Earth và phần

mềm Radio mobile [10]

Ứng dụng, phân loại theo chức năng:

Trang 21

- Radar Đường dài – En-route: Thường đặt trên núi cao để có tầm phủ rộng, không bị núi, đồi và các chướng ngại vật che khuất Đặt xa trung tâm để có tầm phủ tối đa, phủ đến vùng xa của FIR Trong vùng FIR thường đặt nhiều Radar để đảm bảo tầm phủ chồng lấn (overlap), đồng thời đảm bảo khả năng dự phòng khi thiết bị

bị trục trặc hoặc để bảo trì, sửa chữa Tầm phủ 400-450 km, tốc độ quay 6 vòng/phút;

- Radar Tiếp cận, tại sân – Airport radar: Đặt trong phạm vi sân bay, sao cho nhìn thấy tàu bay cất, hạ cánh trên đường băng Tầm phủ 60-80 km, quay 12 vòng/ phút;

- Radar Kiểm soát mặt sân – Surface Movement Radar (SMR): Thường đặt trên đỉnh Đài chỉ huy (TWR), khoảng 40-80m, gần khu vực trung tâm đường lăn (taxiway) và sân đỗ (apron) để KSVKL quan sát được hoạt động của các tàu bay và các xe loại cộ khác trong khu vực Tầm phủ 5 km, 60 vòng/phút

Nguyên tắc Giám sát: Tín hiệu radar (Mục tiêu là tàu bay chuyển động) được truyền về trung tâm điều hành (có thể xa hàng trăm, hàng nghìn km) để hiển thị vị trí tàu bay trên màn hình cho KSVKL giám sát Trên màn hình đã có sẵn bản đồ, các đường bay (phần cố định) KSVKL xác định được tên chuyến bay (VD: VN831), độ cao KSVKL giám sát sự di chuyển của tàu bay có theo đường bay định trước hay không và phân cách so với các tàu bay khác, với các chướng ngại vật khác

Hình 1.8 chỉ ra vị trí các tàu bay hiện có trong vùng thông báo bay Hà Nội, toàn màn hình sẽ chỉ ra vị trí tức thời của các tàu bay trong cả 2 vùng thông báo bay FIR

Hà Nội và FIR Hồ Chí Minh Các máy bay nằm trong tầm phủ của hệ thống giám sát (có thể chưa vào lãnh thổ Việt Nam) cũng được hiển thị để KSVKL thấy được

rõ ràng, sẵn sàng nhận bàn giao của nước bạn

Trang 22

Hình 1.8 ảnh minh họa màn hình radar đặt tại vị trí giám sát, trung tâm Hiệp

đồng điều hành bay

Phân loại theo nguyên lý hoạt động có hai loại là radar Sơ cấp và radar Thứ cấp Hiện nay, tổng công ty Quản lý bay Việt Nam đang sử dụng các loại radar sơ cấp, thứ cấp của các hãng Alenia và Thomson

Nội Bài

PSR Alenia ATCR33-S SSR Alenia SIR-M

Trang 23

Đà Nẵng

PSR Thomson TRAC 2000 SSR Thomson RSM 970

Tân Sơn Nhất

PSR Thomson TRAC 2000 SSR Thomson RSM 970

1.2.2 Radar sơ cấp (PSR – Primary Surveillance Radar)

Hệ thống radar sơ cấp đảm bảo việc phát hiện mục tiêu (máy bay) và tiền xử

lý các thông tin thu được và chuyển tới trung tâm điều hành

Nguyên lý hoạt động: Dựa trên nguyên tắc phản xạ tín hiệu Hệ thống Radar phát tín hiệu xung Một phần năng lượng phản xạ (thụ động) từ mục tiêu được máy thu của radar thu về Hệ thống xử lý, tính toán xác định được vị trí mục tiêu: + Góc phương vị (azimuth) nhờ biết vị trí của anten so với phương Bắc; + Cự ly đến mục tiêu tàu bay, nhờ đếm được tổng thời gian đi và về từ mục tiêu

Đặc điểm: + Tầm phủ phụ thuộc công suất phát: 80 NM đối với Radar Tiếp cận, 150 NM đối với Radar đường dài + Cần công suất phát lớn + Công nghệ đòi hỏi chính xác, giá thành cao

Trong cả nước hiện có 3 trạm radar sơ cấp đặt tại Nội Bài, bán đảo Sơn Trà và Tân Sơn Nhất

1.2.3 Radar thứ cấp (SSR – Secondary Surveillance Radar)

Radar giám sát thứ cấp được dùng để nhận dạng máy bay Không giống như radar sơ cấp, radar giám sát thứ cấp đòi hỏi có sự tham gia tích cực của máy bay Vì

lý do này, trên máy bay có trang bị một thiết bị trả lời được gọi là “máy trả lời ” Nguyên lý hoạt động của radar giám sát thứ cấp :

Trang 24

Radar giám sát thứ cấp phát hỏi máy bay bằng các chuỗi xung tạo thành câu hỏi còn gọi là “mode hỏi” Máy trả lời trên máy bay giải mã tín hiệu hỏi và phát trả lời lại bằng các chuỗi xung tạo thành tín hiệu trả lời dưới dạng mã trả lời

Các thông tin trả lời có thể mang dữ liệu về độ cao của máy bay hoặc tín hiệu nhận dạng tên máy bay

SIR-M là hệ thống radar thứ cấp kênh đôi đang dùng tại Việt Nam Mỗi kênh gồm có một máy phát lập trình được, một máy thu monopulse, một khối tích hợp controller/ extracter, một bảng điều khiển và một khối nguồn Ngoài ra còn có khối changeover dùng chung cho hai kênh để chuyển đổi giữa hai kênh trong cấu hình hoạt động có dự phòng (hot stanby)

SIR-M có đầy đủ các tính năng của một radar thứ cấp đơn xung hiện đại như:

độ chính xác về cự ly và góc phương vị cao, công suất phát có thể lập trình được theo từng góc phương vị, được trang bị hệ thống BITE, v.v…

Tín hiệu cao tần được tạo bởi dao động thạch anh sau đó được điều chế tại máy phát bằng tín hiệu định thời lấy từ khối controller/extractor Các xung tín hiệu hỏi cao tần P1, P2 và P3 sau khi đã điều chế được gửi tới RF switch để tách riêng cặp xung P1, P3 ra từ P2 Cặp xung P1, P3 được gửi đến kênh ∑ trong khi xung P2 được gửi tới kênh Ω Tín hiệu từ một trong hai kênh đang hoạt động (tùy thuộc vào trạng thái của change-over) sẽ được truyền tới antenna thông qua bộ nối coupler và phát ra ngoài không gian

Trang 25

Hình 1.9 tín hiệu hỏi Nguồn: [12]

Việc phát hỏi máy bay được thực hiện bằng các xung hỏi P1 và P3.Thời gian giữa các xung này thay đổi tùy theo mode hỏi Khoảng thời gian giữa P1 và P2 cố định Xung P2 này giữ nhiệm vụ quan trọng trong việc nén cánh sóng phụ

Tín hiệu trả lời thu được từ máy bay được truyền tới khối change-over Sau đó thông qua bộ nối coupler tín hiệu sẽ được gửi tới máy thu để khuếch đại và tách sóng Xung hỏi được phát đi sẽ kích hoạt máy trả lời trên máy bay Có hai loại máy trả lời được sử dụng trong radar giám sát thứ cấp là loại I và G

Các loại máy trả lời này thông qua tín hiệu trả lời cung cấp thông tin về vị trí,

độ cao của máy bay và một số thông tin nhận dạng phụ khác (Hình 1.10) mô tả một mẫu tín hiệu tín hiệu trả lời của máy bay

Trang 26

Hình 1.10 tín hiệu trả lời của máy bay Nguồn [12]

Tất cả các tín hiệu trả lời được theo một dạng thức: khung xung F1 cách khung xung F2 một khoảng thời gian là 20.3µs

Giữa hai khung xung này có thể có 12 xung cách đều nhau Như vậy số mã trả lời có thể lập nên là 212 = 4096 mã trả lời

Radar giám sát thứ cấp sử dụng anten có tính định hướng cao Giản đồ bức xạ của một anten như vậy được chỉ ra trong hình 1.11 gồm :

- Một cánh sóng chính hẹp, có độ lợi rất cao

- Rất nhiều cánh sóng phụ có độ lợi thấp

Như vậy có hai nguy cơ xảy ra :

- Máy trả lời trên máy bay sẽ trả lời tín hiệu hỏi nhận được từ cánh sóng phụ của anten (hình 1.11)

- Tín hiệu trả lời của máy bay cũng được thu bởi anten trên cánh sóng phụ (hình 1.11)

Trang 27

Với hai nguy cơ trên thì trong trường hợp nào trục anten cũng không tương ứng với hướng của máy bay Như vậy sẽ dẫn đến việc định vị sai

Các nguy cơ này có thể được giảm thiểu bằng các biện pháp sau đây:

- Trong quá trình hỏi, nếu máy trả lời nhận được tín hiệu hỏi ở cánh sóng phụ của anten phát hỏi thì không trả lời

- Trong khi thu, máy thu dưới mặt đất sẽ tách các tín hiệu trã lời thu được ở cánh sóng phụ và không xử lý các tín hiệu này

Khi hai máy bay giao cắt nhau, tín hiệu trả lời của chúng sẽ bị chồng lên nhau Tương tự như vậy, khi tín hiệu trả lời bị phản xạ lại từ chướng ngại vật, nó sẽ đến máy thu với thời gian trễ hơn đường tín hiệu đi thẳng, sẽ làm hai tín hiệu này bị trộn lẫn nhau, gây ra khó khăn trong việc phân tích tín hiệu của các hệ thống có liên quan

Tín hiệu ra từ máy thu là dạng tín hiệu “raw video” sẽ được gửi tới khối controller/extractor

Khối controller/extractor có khả năng xử lý nhanh các tín hiệu vào, phân tích và định dạng chúng rồi truyền tới mạng LAN

Mạng LAN được nối tới bộ xử lý trung tâm RHP (Radar Head Processor) Tại đây tín hiệu sẽ được xử lý quỹ đạo (tracking) và phối hợp với tín hiệu của radar sơ cấp (nếu có)

Radar thứ cấp có tần số phát 1030 MHz, thu 1090 MHz Công suất phát nhỏ hơn radar sơ cấp Tầm phủ theo tầm nhìn thẳng, tối đa 250 NM (450 km)

Hiện nay, tại Tổng công ty Quản lý bay Việt Nam, hệ thống radar thứ cấp đặt tại 6 trạm là Nội Bài, Vinh, Đà Nẵng, Quy Nhơn, thành phố Hồ Chí Minh và Cà Mau

Trang 28

Hình 1.11 giản đồ bức xạ của anten trong radar thứ cấp Nguồn [12]

1.2.4 Thực trạng công tác giám sát tại Tổng công ty Quản lý bay Việt Nam

Như phần 1.2.1 đã nêu, trong ngành hàng không dân dụng Việt Nam, hệ thống giám sát có bao gồm hệ thống radar sơ cấp và thứ cấp đặt tại các đài, trung tâm trên khắp cả nước bao gồm Hệ thống radar sơ cấp: Nội Bài, Đà Nẵng, Tân Sơn Nhất; hệ thống radar thứ cấp đặt tại Nội Bài, Vinh, Đà Nẵng, Quy Nhơn, Tân Sơn Nhất và Càu Mau

Trang 29

Số liệu giám sát từ các trạm radar sơ cấp, thứ cấp được truyền về trung tâm xử

lý dữ liệu (RDP/FDP – Radar Data Proccessing / Flight Data Proccessing) qua phương tiện truyền dẫn là thuê kênh truyền bưu điện hoặc cáp quang hoặc VSAT (các kênh truyền này dự phòng lẫn nhau) Tín hiệu tổng hợp từ một trong 2 trung tâm này sẽ được hiện lên màn hình kiểm soát viên không lưu và các vị trí có liên quan, nhờ đó KSVKL có đầy đủ thông tin giám sát các hoạt động bay trên vùng không phận được quản lý

Hình 1.12 chỉ ra sơ đồ liên kết tổng quát của trạm radar sơ, thứ cấp Sơn Trà, Vinh và Tân Sơn Nhất với trung tâm xử lý tín hiệu đặt tại Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh Với hệ thống đường truyền phong phú (thuê kênh bưu điện, VSAT, cáp quang) dự phòng lẫn nhau, hệ thống luôn đảm bảo không bị ngắt quãng dữ liệu, phục vụ tốt cho công tác điều hành bay an toàn

PSR

PSTN

Tan Son Nhat

Control

& Monitoring MSSR

PSR/M-SSR

Control

& Monitoring MSSR

PSR

VSAT VSAT

Optic &

M/L Line

Da Nang (Son Tra) Radar Station

Hình 1.12 Mô hình trung tâm xử lý tín hiệu radar tại Ha Noi và Tân Sơn Nhất

Trang 30

Hình 1.13 mô tả tầm phủ của hệ thống radar sơ, thứ cấp tại 2 vùng thông báo bay FIR Hà Nội và FIR Hồ Chí Minh

Dễ nhận thấy phần FIR Hà Nội đã được phủ hoàn toàn, còn một phần phía Đông - Nam FIR Hồ Chí Minh hiện nay radar vẫn chưa phủ tới, điều này ảnh hưởng đến chất lượng của dịch vụ không lưu tại Việt Nam, đặc biệt FIR phía Hồ Chí Minh

có tần suất bay chiếm hơn 80% trên tổng số chuyến bay quá cảnh và đi đến của Việt Nam Hơn nữa, mật độ bay tại FIR Hồ Chí Minh ngày càng tăng cao do có những đường bay từ Băng Cốc đến Quảng Châu như các đường A1, L642, M711, N892 và L625

Thực tế đó đòi hỏi phải nâng cao chất lượng giám sát, đảm bảo 100% diện tích trong vùng FIR Việt Nam quản lý đều phải được giám sát Đây cũng chính là lý do dẫn đến hướng nghiên cứu của luận văn này

Trang 31

H

i - F IR -

h k -

p o e -

f ir -

K

l a

l u p u - f ir -

P o p e - f ir

h h im h - f ir

B k

- f

ir

-v ie n ia n -

f ir -

S

2

N

S R 2 N

Hình 1.13 Các trạm radar sơ, thứ cấp tại Việt Nam Nguồn AIP Vietnam

Trang 32

CHƯƠNG II TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG VỆ TINH DẪN ĐƯỜNG TOÀN CẦU GNSS – GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM

Nội dung của chương này đề cập đến các vấn đề sau:

- Tổng quan về GNSS, các thành phần của GNSS

- Một số ứng dụng của GNSS trong hàng không dân dụng Việt Nam

2.1 Tổng quan về GNSS

2.1.1 Hệ thống GNSS dùng cho hàng không dân dụng

Để xây dựng một hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu dùng riêng cho hàng không dân dụng, Tổ chức hàng không dân dụng quốc tế (ICAO) đã thông qua các yêu cầu về đặc tính và tham số kỹ thuật trong thời kỳ quá độ gọi là GNSS-I GNSS-I

là bước đầu tiên tiến tới hệ thống dẫn đường dân sự, nó là sự kết hợp của GPS, GLONASS, hệ thống vệ tinh INMARSAT-3, WAAS, MSAS, EGNOS Thực chất, đây là hệ thống tăng cường cho GPS và GLONASS

GNSS-II là thế hệ tiếp theo của hệ thống dân sự được quốc tế kiểm soát, nó là sự kết hợp của GNSS-I với GALILEO và các thành phần bổ sung ở từng khu vực đáp ứng yêu cầu của GNSS-II, dự án GALILEO do liên minh Châu Âu khởi xướng và ngày càng nhận được sự tham gia của nhiều quốc gia khác trên thế giới được xây dựng trên cơ sở phục vụ mục đích dân sự và thương mại

2.1.1.1 Định nghĩa

ICAO định nghĩa hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (GNSS) là hệ thống xác định vị trí và thời gian trên toàn thế giới, nó bao gồm một hay nhiều hệ vệ tinh, các máy thu trên máy bay và hệ thống kiểm tra mức độ toàn vẹn được tăng cường như là điều cần thiết để hổ trợ đặc tính dẫn đường theo yêu cầu cho hoạt động [13]

Trang 33

2.1.1.2 Chức năng

Thực hiện, tăng cường chức năng cung cấp dữ liệu về vị trí và thời gian cho máy bay, đảm bảo độ an toàn, đáp ứng được lộ trình xa hơn, linh hoạt trong các vùng không phận

2.1.1.3 Các thành phần của GNSS

GNSS bao gồm 03 thành phần, đó là: các chòm vệ tinh, các hệ thống tăng cường

và máy thu GNSS trên máy bay

+ Hệ thống tăng cường trên máy bay ABAS

+ Hệ thống tăng cường trên mặt đất GBAS

+ Hệ thống tăng cường trên vệ tinh SBAS

-Máy thu GNSS trên máy bay

2.1.2 Hệ định vị toàn cầu GPS (Global Position System)

Trang 34

Hình 2.1 Ba phân đoạn của GPS Nguồn [6]

- Chùm vệ tinh: Chùm vệ tinh của hệ GPS hiện có tất cả là 28 vệ tinh làm việc

và dự phòng Các vệ tinh này được sắp xếp trên sáu mặt phẳng quĩ đạo nghiêng 55°

so với mặt phẳng xích đạo Quĩ đạo chùm vệ tinh của hệ GPS gần tròn với cao độ là 20.200 Km (11.900 NM) Chu kỳ quỹ đạo là một nửa ngày thiên văn hay 11 tiếng 58 phút Mỗi vệ tinh phát ra hai tần số vô tuyến phục vụ mục đích định vị, L1 trên tần

số 1575.42MHz phục vụ cho dân sự và L2 trên tần số 1227.6 MHz phục vụ cho quân sự Các tần số sóng mang được điều chế bởi các tín hiệu giả ngẫu nhiên C/A, P

và điện văn dẫn đường Các tần số sóng mang và tín hiệu điều chế được điều khiển bởi những đồng hồ nguyên tử đặt trên vệ tinh

- Phân đoạn điều khiển vận hành có nhiệm vụ duy trì các vệ tinh và sự hoạt động chính xác của chúng: bao gồm bốn trạm giám sát đặt ở Diego Garreia, Đảo Ascension, Đảo Kwajalein và Đảo Hawail; và một trạm điều khiển chính tại trung tâm điều hành không gian Colorado – Hoa Kỳ, các địa điểm nay được chọn để tối đa hóa vùng bao phủ của các vệ tinh Mục đích của hệ thống điều khiển là điều khiển

sự hoạt động của các vệ tinh, xác định quĩ đạo, xử lý các đồng hồ nguyên tử, truyền các điện văn cần thông báo lên các vệ tinh Hoạt động của các trạm giám sát này như sau: chúng theo dõi và thu thập các mã C/A và mã P, Y từ các vệ tinh và truyền dữ

Trang 35

liệu này tới trạm điều khiển trung tâm (Main Control Station – MCS), các trạm giám sát liên tục theo dõi các vệ tinh và đường đi của chúng, lưu trữ các dữ liệu về chúng, thông tin này được xử lý ở trạm điều khiển chính để xác định quỹ đạo của các vệ tinh và cập nhật thông tin dẫn đường cho mỗi vệ tinh như quỹ đạo chính xác, lịch thiên văn, sửa lỗi đồng hồ…thông tin này được truyền lên các vệ tinh cung cấp phương tiện để ra lệnh và điều khiển các vệ tinh, tải lên các thông tin dẫn đường và các dữ liệu khác

Hình 2.2: Bản đồ phân bố các trạm giám sát Nguồn [6]

- Bộ phận người sử dụng: Bao gồm tất cả các đối tượng sử dụng cho mục đích dân sự và quân sự Các máy thu riêng biệt theo dõi các mã hoặc pha của các sóng mang (hoặc cả hai) và đều thu nhận các điện văn thông báo Bằng cách so hàng tín hiệu đến từ vệ tinh với bản sao của mã phát được lưu giữ trong máy thu, ta có thể xác định được cự ly đến vệ tinh Nếu các cự ly tới bốn vệ tinh được liên kết với các thông số quĩ đạo vệ tinh thì máy thu có thể xác định ba giá trị toạ độ địa tâm của vị trí mình

GPS là hệ thống dẫn đường bằng sóng vô tuyến đặt trên không gian (Space – Based Radionavigation System) thành công nhất cho tới nay Khoảng cách từ một vệ

Trang 36

tinh tới máy thu được đo bởi thời gian tới của tín hiệu vệ tinh Tọa độ 3 chiều, vận tốc và thời gian cũng đo được nhờ GPS Hệ thống này có thể sử dụng được trong mọi điều kiện thời tiết, trên toàn cầu và vào mọi thời điểm.[6]

Vệ tinh GPS đầu tiên được phóng năm 1978 10 vệ tinh đầu tiên là các vệ tinh triển khai, được gọi là Block I Từ năm 1989 đến 1993, 23 vệ tinh sản xuất, được gọi

là Block II được phóng Việc phóng vệ tinh thứ 24 năm 1994 đã hoàn thiện hệ thống Bộ Quốc phòng Mỹ dự trữ 4 vệ tinh để thay thế bất kỳ vệ tinh nào bị hỏng hoặc không hoạt động Ngày 27/04/1995, FOC (Full Operational Capability – Khả năng hoạt động đầy đủ) được tuyên bố Hiện nay, các vệ tinh đang được sử dụng thuộc các Block II/IIA/IIR

2.1.2.2 Chức năng và quỹ đạo của vệ tinh

- Mười một vệ tinh (SV) thuộc Block I được chế tạo và phóng trong khoảng từ năm 1978 đến 1985 với mục đích thử nghiệm và cung cấp dịch vụ dẫn đường hai chiều (2D) Các vệ tinh thuộc Block I không có đặc điểm giáng cấp độ chính xác định vị tương đối với mã C/A được gọi là SA (Selective Available)

- Chòm 24 vệ tinh thuộc Block II (II-1 đến II-24) được đưa vào hoạt động từ năm 1989 đến 1994, và cung cấp các tính năng hoạt động đầy đủ vào năm 1995 mở đầu kỷ nguyên hoạt động của hệ thống định vị GPS Các vệ tinh thuộc Block II được thiết kế để làm việc trong vòng 7.5 năm Ban đầu các vệ tinh này sử dụng SA, cho đến ngày 01/05/2000, chức năng này đã bị hủy bỏ hoàn toàn

- Các vệ tinh Block IIR được phóng từ năm 1996 để thay thế các vệ tinh Block II Các vệ tinh thay thế này sẽ có khả năng tự động tạo ra các điện văn dẫn đường Từ năm 2001, Boeing phát triển các vệ tinh thuộc Block IIF bao gồm 33 vệ tinh sẽ được phóng lên để duy trì hoạt động của hệ thống GPS cho giai đoạn tiếp sau

Các chức năng của chùm vệ tinh:

- Ghi nhận và lưu trữ các thông tin được truyền đi từ các bộ phận kiểm soát

- Thực hiện các phép xử lý dữ liệu có chọn lọc trên vệ tinh

Trang 37

- Duy trì khả năng chính xác cao của các đồng hồ thời gian

- Thông báo điện văn dẫn đường đến người sử dụng bằng những tín hiệu khác nhau

- Thay đổi quỹ đạo bay nhờ những tên lửa đẩy được điều khiển bởi hệ thống điều khiển trên mặt đất

2.1.2.3 Cấu trúc tín hiệu GPS

Do yêu cầu của tín hiệu GPS là định vị theo thời gian thực, được chia sẻ cho nhiều người sử dụng, việc nhận biết tín hiệu của vệ tinh nào phải được quy định bằng cách mỗi vệ tinh phải có một mã duy nhất gọi là mã giả ngẫu nhiên Các tín hiệu này được điều chế bằng các mã trải phổ và được truyền đi với độ chính xác cao

- PPS là dịch vụ định vị, đo tốc độ, thời gian cho quân đội với độ chính xác cao

Sử dụng mã P(Y), dữ liệu được truyền trên cả hai tần số L1 và L2, chỉ có máy thu đặc biệt với thiết bị mã khóa và giải mã kèm theo mới sử dụng được hệ thống PPS

a Đặc tính của tín hiệu GPS

Được truyền trên hai băng tần L1= 1575,42 MHz và L2=1227,6 MHz Mức công suất tối thiểu là 160 dBw trên bề mặt trái đất

Các loại mã giả ngẫu nhiên

- Mã C/A: có tần số 1.023MHz chu kỳ 1ms, điều biến pha của sóng mang L1 Mỗi vệ tinh khác nhau có mã C/A khác nhau

- Mã P: điều biến pha của hai sóng mang L1 và L2, có tần số 10.23MHz

Trang 38

Điện văn vệ tinh điều chế tín hiệu mã L1- C/A tốc độ 50b/s bao gồm các bit dữ liệu mô tả quỹ đạo của vệ tinh, sửa lỗi đồng hồ, các thông tin dẫn đường khác

Hình 2.3: Các tín hiệu vệ tinh của hệ thống GPS

b Thông tin dẫn đường của vệ tinh GPS

Thông tin dẫn đường bao gồm

- Thời gian phát của vệ tinh

- Vị trí của vệ tinh

- Trạng thái hoạt động của vệ tinh

- Thông tin để hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh

- Ảnh hưởng của trị số trễ do truyền sóng

- Chuyển đổi thời gian GPS, UTC

- Trạng thái chòm vệ tinh

c Phương pháp tạo mã C/A

- Tốc độ đồng hồ (Clock rate): Tốc độ cơ bản của đồng hồ là 10.23 Mhz Trên thực tế, tốc độ đồng hồ vệ tinh được cố ý đặt thấp hơn 4.45 × 10-10 so với giá trị

Trang 39

danh nghĩa nói trên để bù trừ các hiệu ứng tương quan trung bình bao gồm chênh lệch trung bình thế trọng trường giữa vệ tinh và người sử dụng

- Tần số Chip mã C/A là 1,023 Mhz

- Các chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên (PRN) của mã C/A đều được tạo bởi bộ ghi dịch hồi tiếp 10 bit (Feedback Shift Register) Xung đồng hồ được đưa vào bộ ghi dịch ở bit thứ nhất và nội dung của mã C/A được lấy ra ở bit thứ 10 Đặc tính riêng của bộ ghi dịch hồi tiếp phụ thuộc vào cách thức nhận thống tin vào tại bit 1 Vệ tinh GPS sử dụng bộ ghi dịch hồi tiếp loại Tap (Tapped Feedback Shift Register)

d Nội dung điện văn GPS

Điện văn GPS được chia thành các khung con, mỗi khung con chứa một thông tin riêng [6]

- Khung con thứ nhất: Bao gồm các hệ số dùng để hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh, các loại cờ khác nhau và niên hạn của dữ liệu

- Khung con thứ hai và ba: Chứa các tham số lịch thiên văn phát tín (các tham

số của quĩ đạo)

- Khung con thứ tư: Mới chỉ có những thông tin cảm biến trên 10 trong số 25 trang hiện có Nội dung của các trang này bao gồm một mô hình tầng điện ly, số liệu giờ thế giới UTC, cờ để nhận biết những vệ tinh khác nhau Nếu trên quĩ đạo có nhiều hơn 24 vệ tinh và hệ thống chống lừa gạt được chuyển mạch (khi mã Y hoặc phiên bản bí mật của mã P thay thế mã P), thì số lượng dữ liệu lịch thư và thông báo tình trạng hoạt động của vệ tinh vượt quá con số 24

- Khung con thứ năm: Bao gồm các dữ liệu lịch và tình trạng hoạt động của 24

vệ tinh đầu tiên trên quĩ đạo Dữ liệu lịch thư là một kiểu diễn giải sơ bộ về quĩ đạo

vệ tinh, được dùng để xác định từng vệ tinh nằm ở vị trí nào trong chòm vệ tinh, thu nhận các tín hiệu từ vệ tinh nằm trên đường chân trời của người quan sát nhưng chưa được theo dõi Nhờ đó, khi theo dõi được một vệ tinh, thì việc thu tín hiệu của các vệ tinh khác sẽ tương đối dễ dàng hơn

- Tín hiệu bắt đầu/kết thúc của tuần: Tại thời điểm bắt đầu/kết thúc của tuần

Trang 40

+ Việc đánh số trang tuần hoàn của các khung con từ một đến năm phải được khởi động lại từ khung con thứ nhất mà không cần biết là khung con nào được truyền đi lần cuối cùng trước khi kết thúc hoặc bắt đầu của tuần

+ Sự tuần hoàn của 25 trang của các khung con bốn và năm phải được khởi động lại từ trang đầu tiên của mỗi khung con mà không cần biết là trang nào được truyền đi lần cuối cùng trước khi kết thúc hoặc bắt đầu của tuần Tất cả việc tải điện văn và cắt bỏ trang chỉ diễn ra tại các giới hạn của khung (Module 30s)

- Kiểm tra chẳn lẽ dữ liệu: Các từ 1 đến 10 của các khung con từ 1 đến 5 phải chứa 6 bits kiểm tra chẳn lẽ tại các vị trí LSB của nó Thêm vào đó hai bits không mang thông tin phải được cung cấp tại hai bits 23 và 24 của từ thứ hai và từ thứ mười để cho mục đích tính toán tính chẵn lẻ

- Tại mỗi đầu khung con chiều dài 6s là hai từ đặc biệt gọi là từ Telemetry (TLM) và từ Hand-over (HOW) Từ HOW bao gồm "số đếm Z" và cứ mỗi 6s thay đổi một lần Từ TLM chỉ thay đổi khi chịu tải hoặc liên lạc với các hoạt động của vệ tinh khác

- Từ Telemetry (TLM): Mỗi từ TLM dài 30 bit, xuất hiện mỗi 6s trong khung

dữ liệu và là từ đầu tiên của mỗi khung Dạng thức TLM được trình bày theo hình 2.4 Mỗi từ TLM sẽ bắt đầu bởi một từ mào đầu là mẫu đồng bộ cố định 8 bit theo sau bởi 16 bit dành riêng và 6 bit chẵn lẻ Các bit dành riêng khi thích hợp có thể chứa các nội dung sau:

+ Tình trạng tải dữ liệu lên vệ tinh

+ Các điện văn chuẩn đoán

+ Các điện văn tương tự như trị số Z của bộ đếm thời gian

Định dạng
Số trang	93
Dung lượng	5 MB

Nghiên cứu giải pháp ứng dụng công nghệ ADS b nhằm nâng cao chất lượng giám sát trong hàng không dân dụng việt nam

Hệ định vị toàn cầu GLONASS

Tổng quan hệ thống 1 Định nghĩa