May vo tuyen dien GPS

CH HỆ THỐNG GPS THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GLOBAL POSITIONING SYSTEM- GPS CH 2.1 HỆ THỐNG GPS THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS KHÁI QUÁT HỆ THỐNG - Là hệ thống vệ tinh dẫn đường hàng hải toàn cầu (GNSS) Bộ quốc phòng Mỹ xây dựng, vận hành quản lý - Hệ thống ban đầu sử dụng cho mục đích quân từ 1973 Đến năm 1983 hệ thống bắt đầu phép sử dụng dân - Năm 1995, hệ thống hoàn thiện với 24 vệ tinh quỹ đạo tầm trung NAVSTAR quỹ đạo CH HỆ THỐNG GPS THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS 2.2 NGUYÊN LÝ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 2.2.1 Các phương pháp xác định vị trí vệ tinh: - Phương pháp đo độ cao vệ tinh ( Tham khảo tài liệu) - Phương pháp đo khoảng cách nghiêng đến vệ tinh ( Tham khảo tài liệu) - Phương pháp đo vận tốc hướng tâm ( Tham khảo tài liệu) - Phương pháp đo hiệu khoảng cách (còn gọi phương pháp Doppler, sử dụng hệ thống TRANSIT) ( Tham khảo tài liệu) - Phương pháp đo khoảng cách đồng thời ( sử dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS) CH HỆ THỐNG GPS 2.2 NGUYÊN LÝ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 2.2.2 Cấu trúc hệ thống GPS: THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS CH HỆ THỐNG GPS THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS 2.2 NGUYÊN LÝ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 2.2.2 Cấu trúc hệ thống GPS: Khâu vệ tinh: - Bao gồm 24 vệ tinh (hiện hệ thống bao gồm 32 vệ tinh kể vệ tinh dự trữ thay thế), vệ tinh xếp mặt phẳng quỹ đạo nghiêng 55° so với mặt phẳng xích đạo - Mỗi quỹ đạo có độ cao danh nghĩa 20183 Km - Khoảng thời gian cần thiết để vệ tinh bay quanh quỹ đạo 12 hành tinh, nửa thời gian quay trái đất, nên vệ tinh bao phủ vùng lần ngày - Vệ tinh phát tần số vô tuyến phục vụ mục đích định vị: L1 tần số 1575.42 Mhz L2 tần số 1227.6Mhz - Các vệ tinh hoạt động giám sát khâu điều khiển CH HỆ THỐNG GPS THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS 2.2 NGUYÊN LÝ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 2.2.2 Cấu trúc hệ thống GPS: Khâu điều khiển: Bao gồm trạm giám sát (Monitor) Kwajalein, Ascension Island, Diego Garcia Hawaii, trạm điều khiển trung tâm điều hành không gian thống Colorado Spring, tiểu bang Colorado Hoa Kỳ Nhiệm vụ khâu điều khiển kiểm soát hoạt động vệ tinh, xác định quỹ đạo chúng, xử lý hoạt động đồng đồng hồ nguyên tử, truyền liệu lên vệ tinh CH HỆ THỐNG GPS THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS 2.2 NGUYÊN LÝ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 2.2.2 Cấu trúc hệ thống GPS: Khâu sử dụng: - Bộ phận người sử dụng bao gồm tất người sử dụng quân dân lĩnh vực hàng hải, hàng không đường - Các máy thu GPS định vị theo không gian chiều (kinh độ, vĩ độ độ cao so với mực nước biển) - Ngoài máy thu GPS cung cấp cho người sử dụng thông tin tốc độ, hướng dịch chuyển giới CH HỆ THỐNG GPS THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS 2.2 NGUYÊN LÝ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 2.2.3 Nguyên lý xác định vị trí: - Máy thu xác định khoảng cách đồng thời (xác định phương trình khoảng cách) đến vệ tinh thông qua đo thời gian truyền tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu - Vị trí người quan sát nằm đường tròn vị trí tạo mặt cầu trái đất mặt cầu có tâm vệ tinh, bán kính khoảng cách từ người quan sát đến vệ tinh - Với vệ tinh có đường vị trí giao điểm, xác định kinh, vĩ độ người quan sát - Để xác định tham số độ cao người quan sát so với mặt đất, cần xác định thêm phương trình khoảng cách đến vệ tinh thứ - Ngoài ra, để xác định giá trị sai số đồng hồ vệ tinh đồng hồ máy thu cần có phương trình khoảng cách đến vệ tinh thứ + Satellite A + Satellite B CH HỆ THỐNG GPS THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS 2.2 NGUYÊN LÝ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 2.2.3 Nguyên lý xác định vị trí: * Phương trình khoảng cách: D = C*t = C(tu - tsv) +C.tbias Trong đó: tsv : thời điểm vệ tinh phát tín hiệu tu : thời điểm máy thu nhận tín hiệu tbias : sai khác đồng hồ vệ tinh máy thu Nếu người sử dụng có tọa độ P (xu, yu, zu) vệ tinh có tọa độ S1 (x1,y1,z1) ta có phương trình:  ( x1  xu )  ( y1  yu )  ( z1  zu ) (x1 -xu)2 + (y1 - yu)2 + (z1 - zu)2 = C (tu + tbias - tsv) = C (tu + tbias - tsv)2 Với tsv biết, ta cần xác định 04 thông số xu,yu,zu tbias nên phải cần 04 phương trình độc lập đến 04 vệ tinh xác định CH HỆ THỐNG GPS 2.2 NGUYÊN LÝ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 2.2.3 Nguyên lý xác định vị trí (tt): Có vấn đề cần phải giải quyết: - Xác định liên hệ (sai số) đồng hồ vệ tinh đồng hồ máy thu - Đo xác thời gian lan truyền tín hiệu - Xác định thời điểm vệ tinh phát tín hiệu - Xác định vị trí vệ tinh vào thời điểm phát tín hiệu THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS CH HỆ THỐNG GPS 2.2 NGUYÊN LÝ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 2.2.3 Nguyên lý xác định vị trí (tt): THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS Có vấn đề cần phải giải quyết: Xác định vị trí vệ tinh vào thời điểm phát tín hiệu - Xác định liên hệ (sai số) đồng hồ vệ tinh đồng hồ máy thu - Đo xác thời gian lan truyền tín hiệu - Xác định thời điểm vệ tinh phát tín hiệu Xác định thời gian truyền tín hiệu từ vệ tinh – Tương quan tự động: - Vệ tinh phát chuỗi tín hiệu gọi “ mã ngẫu nhiên giả - PRN (Pseudo Random Noise ) “ đặc trưng độ dài mã (chip) theo lịch trình quy định - Máy thu có chế để phát chuỗi tín hiệu tương tự ( chuỗi phiên bản) - Thời gian truyền tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu tính toán thông qua trình tương quan tự động (là trình dịch chuyển làm trùng pha chuỗi) CH HỆ THỐNG GPS 2.2 NGUYÊN LÝ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 2.2.3 Nguyên lý xác định vị trí (tt): Tương quan tự động: THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS CH THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI HỆ THỐNG GPS RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS 2.2 NGUYÊN LÝ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 2.2.3 Nguyên lý xác định vị trí (tt): Có vấn đề cần phải giải quyết: Xác định vị trí vệ tinh vào thời điểm phát tín hiệu - Xác định liên hệ (sai số) đồng hồ vệ tinh đồng hồ máy thu - Đo xác thời gian lan truyền tín hiệu - Xác định thời điểm vệ tinh phát tín hiệu Xác định thời điểm phát tín hiệu định vị: Thông qua tin điều khiển, thời điểm phát chuỗi mã tín hiệu từ vệ tinh gửi đến máy thu để trình tương quan tự động tiến hành xác CH THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI HỆ THỐNG GPS RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS 2.3 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY SAI SỐ ĐỊNH VỊ Nguồn gây sai số Nguồn Sai số đồng hồ: Sai số quỹ đạo vệ tinh: Sai số trễ điện ly: Sai số tầng đối lưu: Sai số nhiễu máy thu: Sai số đường truyền thứ cấp: Sai số mã S/A Sai số người sử dụng: Sai số 1.5 to 3.6 meters < meter 5.0 to 7.0 meters 0.5 to 0.7 meters 0.3 to 1.5 meters 0.6 to 1.2 meters Up to a kilometer or more Sai số tăng tương ứng theo tương quan hình học vị trí vệ tinh- PDOP CH THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI HỆ THỐNG GPS RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS 2.3 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY SAI SỐ ĐỊNH VỊ Earth’s Atmosphere Solid Structures Metal Electro-magnetic Fields CH HỆ THỐNG GPS THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS 2.3 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY SAI SỐ ĐỊNH VỊ Sai số mã S/A - Chính phủ Mỹ đưa thông tin mã hóa gây sai lệch vào điện xử lý thời gian, mục đích làm giảm độ xác số đối tượng người sử dụng Mục đích ngăn chặn nguy an ninh quốc phòng - Tháng 5/2000 phủ Mỹ loại bỏ mã S/A - Theo quy định, mã S/A tái sử dụng cần thiết CH HỆ THỐNG GPS THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS 2.3 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY SAI SỐ ĐỊNH VỊ Sự suy giảm độ xác vị trí theo tương quan hình học vị trí vệ tinh- DOP (Dilution of Precision ) E S GIÁ TRỊ DOP TỐT CH HỆ THỐNG GPS THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS 2.3 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY SAI SỐ ĐỊNH VỊ Sự suy giảm độ xác vị trí theo tương quan hình học vị trí vệ tinh- DOP (Dilution of Precision ) W E GIÁ TRỊ DOP XẤU CH HỆ THỐNG GPS THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS 2.3 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY SAI SỐ ĐỊNH VỊ Sự suy giảm độ xác vị trí theo tương quan hình học vị trí vệ tinh- DOP (Dilution of Precision ) CH HỆ THỐNG GPS THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS 2.4 VI PHÂN GPS 2.4.1 Nguyên lý - Trên sở đánh giá máy thu khu vực chịu sai số tương đương ( khoảng cách máy thu rât nhỏ so với khoảng cách đến vệ tinh) - Dựa vị trí xác biết, trạm vi phân GPS xác định sai số vị trí thu nhận tín hiệu từ vệ tinh - Trạm vi phân GPS phát giá trị hiệu chỉnh vị trí cho máy thu khu vực bao phủ CH THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI HỆ THỐNG GPS RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS 2.4 VI PHÂN GPS 2.4.1 Nguyên lý x+5, y-3 x+30, y+60 x-5, y+3 Receiver DGPS Receiver DGPS correction = x+(30-5) and y+(60+3) True coordinates = x+25, y+63 DGPS Site True coordinates = x+0, y+0 Correction = x-5, y+3 CH HỆ THỐNG GPS THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS 2.4 VI PHÂN GPS 2.4.2 Các phương pháp vi phân GPS - Trạm điều khiển phát số hiệu chỉnh khoảng cách giả vệ tinh - Trạm điều khiển phát số hiệu chỉnh vị trí cho vị trí thu từ tổ hợp vệ tinh - Trạm mẫu vi phân: trạm mẫu phát số hiệu chỉnh khoảng cách giả cho vệ tinh tần số tín hiệu mã hóa với vệ tinh CH THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI HỆ THỐNG GPS RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS 2.5 ỨNG DỤNG GPS TRONG HÀNG HẢI 2.5.1 Hàng hải theo điểm: Active GOTO Waypoint N (0000) Desired Track (DTK) (xº) (CMG) (xº) Active Course Made Good (CMG) From Waypoint N (00) Tracking (TRK) (xº) Present Location CH THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI HỆ THỐNG GPS RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS 2.5 ỨNG DỤNG GPS TRONG HÀNG HẢI 2.5.1 Hàng hải theo điểm: N Bearing = 650 COG = 50 XTE = 1/2 mi Bearing = 780 COG = 3500 XTE = 1/3 mi Location Where GOTO Was Executed Active GOTO Waypoint Bearing = 400 COG = 1040 XTE = 1/4 mi Course Over Ground Bearing (COG) = Cross Track Error (XTE) = = CH HỆ THỐNG GPS THIẾT BỊ VTĐ HÀNG HẢI RADIO NAUTICAL INSTRUMENTS 2.5 ỨNG DỤNG GPS TRONG HÀNG HẢI 2.5.2 Hàng hải theo tuyến: Star = Waypoint