Đồ án tốt nghiệp điện tử viễn thông nghiên cứu và khai thác hệ thống dẫn đường bằng vệ tinh GPS

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CÁC TỪ VIẾT TẮT CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƢỜNG VỆ TINH 1.1 Sơ lƣợc lịch sử phát triển 1.2 Các hệ thống dẫn đƣờng vệ tinh giới 1.2.1 Hệ thống dẫn đƣờng vệ tinh NAVSTAR -GPS 1.2.2 Hệ thống Glonass 15 1.2.3 Hệ thống vệ tinh dẫn đƣờng dân dụng bao phủ INMARSAT 18 1.3 Các hệ tọa độ sử dụng dẫn đƣờng vệ tinh 20 1.3.1 Hệ tọa độ địa lý OzXdYdZd 20 1.3.2 Hệ tọa độ chuẩn địa tâm 21 1.3.3 Hệ tọa độ GPS 22 1.3.4 Hệ toạ độ địa lý cục ENU 24 1.4 Hệ thời gian sử dụng dẫn đƣờng vệ tinh 24 1.3.1 Giờ GPS 24 1.3.2 Giờ UTC 25 1.5 Lịch vệ tinh 27 CHƢƠNG 2: NGUYÊN LÝ ĐỊNH VỊ CỦA HỆ THỐNG DẪN ĐƢỜNG VỆ TINH NAVSTAR -GPS 28 2.1 Nguyên lý dẫn đƣờng hệ thống dẫn đƣờng vệ tinh NAVSTAR GPS 28 2.2 Xác định khoảng cách giả để định vị phƣơng pháp dẫn đƣờng 29 2.2.1 Định nghĩa khoảng cách giả 29 2.2.2 Xác định vị trí từ khoảng cách giả 31 2.3 Định vị tƣơng đối thời gian thực GPS 34 2.4 Tín hiệu dẫn đƣờng từ vệ tinh hệ thống GPS 35 2.4.1 Cấu trúc tín hiệu 35 2.4.2 Tính chất thành phần tín hiệu GPS 39 2.5 Cấu trúc máy thu GPS 47 2.5.1 Lọc khuếch đại tín hiệu cao tần 47 2.5.2 Đổi tần khuếch đại trung tần 48 2.5.3 Số hoá tín hiệu GPS 49 2.5.4 Xử lý tín hiệu băng sở 50 2.6 Độ xác hệ thống GPS nguyên nhân gây sai số 52 2.6.1 Độ xác GPS 52 2.6.2 Các nguyên nhân gây sai số 53 CHƢƠNG : ỨNG DỤNNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VỆ TINH TRONG NGÀNH HÀNG KHÔNG 55 3.1 Hạn chế hệ thống dẫn đƣờng truyền thống 55 3.2 Cấu trúc hệ thống Testbed 56 3.3 Các hệ thống tăng cƣờng dẫn đƣờng 56 3.3.1 Hệ thống SBAS ( Satellite Based Augmentation System ) 57 3.3.2 Hệ thống GBAS ( Ground-Based Augmentation System ) 60 3.3.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hệ thống tăng cƣờng 63 CHƢƠNG 4: KHAI THÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƢỜNG VỆ TINH TRÊN MÁY BAY BOEING 777 64 4.1 Giới thiệu hệ thống dẫn đƣờng vệ tinh máy bay Boeing 777 64 4.2 Máy thu tín hiệu vệ tinh GPS máy bay Boeing 777 65 4.2.1 Sơ đồ khối máy thu GPS Boeing 777 65 4.2.2 Nguyên lý làm việc hệ thống GPS máy bay Boeing 777 67 4.3 Chức khối hệ thống GPS máy bay Boeing 777 70 4.3.1 Chức khối thu nhận đa phƣơng thức MMR 70 4.3.2 Hệ thống dẫn đƣờng quán tính ADIRS 75 4.3.3 Khối nguồn anten GPS 78 4.3.4 Hệ thống hiển thị 79 4.3.5 Khối liệu không khí dẫn đƣờng quán tính ADIRU 82 4.3.6 Hệ thống cảnh báo gần mặt đất GPWC (ground proximity warning computer) 84 4.3.7 Hệ thống tính toán quản lý chuyến bay FMCF (flight management computing function) 84 4.4 Công tác kiểm tra mặt đất 85 4.5 Công tác bảo dƣỡng cho hệ thống GPS máy bay Boeing 777 85 KẾT LUẬN 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG – K13 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, giới thông tin ngày phát triển cách đa dạng phong phú Nhu cầu thông tin liên lạc sống tăng số lƣợng chất lƣợng, đòi hỏi dịch vụ ngành viễn thông mở rộng Trong năm gần thông tin vệ tinh giới có bƣớc tiến vƣợt bậc đáp ứng nhu cầu đời sống, đƣa ngƣời nhanh chóng tiếp cận với tiến khoa học kỹ thuật Nhằm đáp ứng cho mục đích dẫn đƣờng nhƣ xác định vị trí cách xác, nhanh chóng thuận tiện, số quốc gia tổ chức quốc tế giới xây dựng nên hệ thống định vị dẫn đƣờng có độ xác cao để thay cho phƣơng pháp định vị dẫn đƣờng truyền thống nhƣ: NAVSTAR - GPS, GLONASS, INMARSAT, GALILEO… Công nghệ định vị toàn cầu NAVSTAR - GPS (Navigation Satellities Time and Ranging - Global Positioning System) hệ thống định vị toàn cầu đƣợc Bộ Quốc Phòng Mỹ xây dựng phát triển vào năm 1973 đƣợc hoàn thiện vào năm 1994 Công nghệ GPS bắt đầu đƣợc giới thiệu ứng dụng vào Việt Nam từ năm 1990 nhƣng chủ yếu để phục vụ cho công việc quan trắc đồ Những năm gần hệ thống GPS đƣợc Việt Nam áp dụng vào quản lý, giám sát phƣơng tiện giao thông, đặc biệt ứng dụng công nghệ GPS vào phƣơng tiện kĩ thuật cao nhƣ: máy bay tàu thủy… Tạo bƣớc tiến vƣợt bậc cho việc phát triển ứng dụng GPS cho hệ thống dẫn đƣờng tự động Để hiểu rõ hệ thống GPS em chọn đề tài “Nghiên cứu khai thác hệ thống dẫn đường vệ tinh GPS” làm đồ án tốt nghiệp Đồ án sâu vào khai thác dựa sở hệ thống NAVSTAR - GPS Mỹ Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG – K13 Nội dung đồ án bao gồm chƣơng : Chương 1: Tổng quan hệ thống dẫn đƣờng vệ tinh quốc tế Chương 2: Nguyên lý định vị hệ thống dẫn đƣờng vệ tinh NAVSTAR – GPS Chương 3: Ứng dụng hệ thống định vị vệ tinh ngành hàng không Chương 4: Khai thác hệ thống dẫn đƣờng vệ tinh máy bay BOEING 777 Với thời gian có hạn nhƣ hạn chế tài liệu, tài liệu lĩnh vực hàng không khó tiếp cận, tính bảo mật độc quyền hãng máy bay Vì việc khai thác hệ thống gặp nhiều khó khăn đề cập đƣợc đầy đủ Tuy nhiên, nỗ lực thân, em đáp ứng đƣợc yêu cầu đồ án đề ra, thiếu sót Rất mong đƣợc đóng góp ý kiến thầy cô bạn để đồ án đƣợc hoàn thiện Hải Phòng, ngày tháng năm 2013 Sinh viên thƣc Trần Văn Việt Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG – K13 CÁC TỪ VIẾT TẮT  Air Data Inertial Reference System ADIRS ADIRU AFDS AIMS ARINC CDU CMCF FCA FCM FIM FMCF GPS INS MAT Hệ thống tham chiếu quán tính liệu không khí  Air Data Inertial Reference Unit Khối tham chiếu quán tính liệu không khí  Autopilot Flight Director System Hệ thống điều khiển dẫn đƣờng tự động  Airplane Information Management System Hệ thống quản lý thông tin máy bay  Aeronautical Radio Inc Viện vô tuyến hàng không  Control Display Unit  Khối hiển thị điều khiển  Central Maintenance Computing Function  Hàm (chức năng) tính toán bảo dƣỡng trung tâm  Fault Containment Area  Vùng có hỏng hóc  Fault Containment Module  Khối bị hỏng hóc  Faul Isolation Manual  Hƣớng dẫn xử lý hỏng hóc  Flight Management Computing Function  Hàm (chức năng) tính toán quản lý chuyến bay  Global Positioning System  Hệ thống định vị toàn cầu  Inertial Navigation System  Hệ thống dẫn đƣờng quán tính  Maintenance Access Terminal Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG – K13  Máy tính truy xuất thông tin phục vụ bảo dƣỡng MEC NCD ND  Main Equipment Center  Khoang thiết bị  No Computed Data  Dữ liệu không đƣợc tính toán  Navigation Display  Màn hình dẫn đƣờng  NVM PFC  Non-Volatile Memory  Bộ nhớ cố định (không bị liệu nguồn)  Primary Flight Computer  Máy tính điều khiển chuyến bay Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG – K13 CH¦¥NG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH 1.1 Sơ lược lịch sử phát triển Bắt đầu vào thập niên 1960, hệ thống vệ tinh đƣợc thiết lập có ý nghĩa quan trọng việc dẫn đƣờng trái đất Hệ thống đƣợc thiết kế chủ yếu cho việc xác định vị trí hàng ngày cho tàu bè Nhƣng bắt đầu đặt móng cho việc sử dụng trình dẫn đƣờng cho phƣơng tiện không Bắt đầu vào năm 1970, hệ thống dẫn đƣờng vệ tinh máy bay đƣợc phát triển nhanh Chúng đƣợc đầu tƣ sử dụng công nghệ cao mang lại hiệu kinh tế cao Trong năm hệ thống đƣợc sử dụng cách rộng rãi, năm 1996 hệ thống đƣợc ứng dụng việc dẫn đƣờng máy bay toàn giới Hiện nay, giới đồng thời triển khai hệ thống dẫn đƣờng nhƣ:  Navigation Satellities Time and Ranging Global Positioning System (NAVSTAR-GPS) hay GPS: Là hệ thống định vị dẫn đƣờng toàn cầu Đƣợc phát triển vào năm 1973 đƣợc hoàn thiện vào năm 1994 “Bộ Quốc Phòng Mỹ”  Global Navigation Satellities System (GLONASS): Là hệ thống định vị dẫn đƣờng toàn cầu quan Nga: Scientific/Production Group on Applied Mechanics Kranoyarsk, Scientific/Production Group on Space Device Engineering Moscow Russian Institute of Radio Navigation and Time xây dựng phát triển  INMARSAT Civil Navigation Satellite Overlay: hệ thống cung cấp phần không gian (Space segment) Tổ chức INMARSAT thực nghiên cứu thử nghiệm dẫn đến việc phát triển vùng phủ sóng vệ tinh địa tĩnh dân dụng cho GPS GLONASS, nhằm cung cấp Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG – K13 liệu cho phép hệ thống dẫn đƣờng vệ tinh đáp ứng đƣợc yêu cầu liên quan đến độ tin cậy tích hợp thông tin nhà chức trách hàng không hàng hải Các hệ thống dẫn đƣờng vệ tinh dùng để cung cấp thông tin vị trí, tốc độ thời gian cho máy thu thời điểm trái đất, điều kiện thời tiết Hệ thống xác định vị trí với sai số từ vài trăm mét đến vài mét giảm xuống vài centimet Tất nhiên, độ xác cao máy thu GPS phức tạp giá thành tăng theo Hình 1.1: Các thành phần hệ thống dẫn đường vệ tinh Nhìn chung hệ thống bao gồm phần nhƣ sau:  Phần không gian (Space Segment) bao gồm: vệ tinh không gian Có nhiệm vụ thu nhận tín hiệu từ trạm điều khiển mặt đất, tín hiệu dùng để điều khiển sai lệch quỹ đạo vệ tinh bay, hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh Sau phát tín hiệu mang thông tin vị trí vệ tinh, thời gian chuẩn tới thuê bao  Phần điều khiển (Control Segment) bao gồm: trạm mặt đất điều khiển trung tâm, số trạm theo dõi trạm hiệu chỉnh số liệu Nhiệm vụ phát thu tín hiệu dùng việc tính toán dự báo thời Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG – K13 điểm vệ tinh xuất thời điểm cách xác hiệu chỉnh  Phần sử dụng (User Segment): thuê bao (máy thu xử lý tín hiệu) Nhiệm vụ thu nhận tín hiệu mang thông tin vị trí thời gian chuẩn vệ tinh, tính toán đƣa vị trí xác thuê bao 1.2 Các hệ thống dẫn đường vệ tinh giới 1.2.1 Hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR a) Giới thiệu Thuật ngữ GPS (Global Positioning System) đƣợc sử dụng để mô tả hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu Các hệ thống dựa sở ứng dụng khả vệ tinh nhân tạo để định vị toạ độ ngƣời sử dụng không gian chiều với độ xác cao Các hệ thống có vùng bao phủ toàn cầu hoạt động tin cậy điều kiện thời tiết với thời gian liên tục suốt 24 ngày Navigation Satellities Time and Ranging Global Positioning System (NAVSTAR-GPS) hay GPS: Là hệ thống định vị dẫn đƣờng toàn cầu đƣợc phát triển vào năm 1973 đƣợc hoàn thiện vào năm 1994 “Bộ Quốc Phòng Mỹ” Hệ thống cho phép ngƣời sử dụng xác định vị trí, thời gian vận tốc cách xác lúc nào, đâu điều kiện thời tiết giới Lúc đầu hệ thống đƣợc phát triển dành cho mục đích quân sự, nhiên, sau quan hàng không liên bang Mỹ chấp nhận việc sử dụng hệ thống cho mục đích dân Hệ thống NAVSTAR bao gồm hệ thống truyền nhận tín hiệu vị trí thời gian sử dụng sóng vô tuyến trạm không gian Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG – K13 b) Cấu trúc hệ thống NAVSTAR - GPS  Phần vệ tinh không gian Các vệ tinh đƣợc xếp mặt phẳng quỹ đạo tròn nghiêng so với mặt phẳng xích đạo góc 550 Trên mặt phẳng quỹ đạo có từ đến vệ tinh hoạt động vệ tinh lệch pha 90 Các quỹ đạo nằm độ cao 20.200km Các vệ tinh đƣợc xếp không gian cho hầu hết vùng mặt đất nhìn thấy đƣợc vệ tinh suốt 24 ngày Thời gian hết vòng quỹ đạo vệ tinh 11 58 phút Bao gồm chùm 24 vệ tinh, 21 vệ tinh trạng thái hoạt động, vệ tinh lại đƣợc sử dụng để dự phòng cho hệ thống Hình 1.2: Các quỹ đạo vệ tinh hệ thống GPS Mỗi vệ tinh liên tục truyền tín hiệu hai tần số dải băng tần L: L1 = 1575,42 MHz L2 = 1227,6 MHz Tần số L1 mang mã C/A (Coarse/Acquisition) mã P (Precision), tần số L2 mang mã P Ngoài ra, hai tần số mang theo liệu thông tin dẫn đƣờng nhƣ: thời gian đồng hồ vệ tinh, thông số thiên văn, thông tin tình trạng tín hiệu vệ tinh, thời Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG – K13 gian chuẩn hệ thống (UTC) thông tin đồng Mã P đƣợc dành riêng cho ứng dụng đòi hỏi độ xác cao ngƣời sử dụng mã cần phải đƣợc phép “Bộ Quốc Phòng Mỹ”, mã C/A đƣợc sử dụng miễn phí cho mục đích Mỗi vệ tinh đƣợc gắn cho mã C/A mã P riêng Các mã đƣợc dùng để nhận biết vệ tinh gọi mã vàng (Gold Code)  Phần điều khiển hệ thống Phần điều khiển bao gồm: trạm điều khiển trung tâm (Master Control Station) trạm theo dõi vệ tinh (Monitor Station), số trạm hiệu chỉnh số liệu (Upload Station) đặt mặt đất, liên tục giám sát đƣờng vệ tinh không gian Hình 1.3: Vị trí đặt trạm điều khiển GPS mặt đất Các trạm phần điều khiển có nhiệm vụ: +Giám sát hiệu chỉnh quỹ đạo đồng hồ vệ tinh +Tính toán gửi tin dẫn đƣờng vệ tinh Bản tin đƣợc cập nhật hàng ngày mô tả vị trí vệ tinh tƣơng lai thu nhận liệu từ tất vệ tinh gửi Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG – K13 +Cập nhật tin dẫn đƣờng vệ tinh cách thƣờng xuyên Hình 1.4: Phần điều khiển vệ tinh hệ thống GPS Trạm điều khiển trung tâm đặt Colarado Spring, Colorado USA Trạm trung tâm điều phối hoạt động phần điều khiển Trạm điều khiển trung tâm có đồng hồ nguyên tử, thời gian đồng hồ đƣợc dùng để truyền đến cho vệ tinh, thời gian chuẩn để hiệu chỉnh đồng hồ nguyên tử vệ tinh Các trạm giám sát theo dõi vệ tinh 24h ngày Trạm điều khiển trung tâm điều khiển trạm giám sát thông qua đƣờng nối Các điểm đặt trạm giám sát hệ thống trái đất: +Ascension island +Colorado Spring, Colorado USA +Diego Garcia island +Hawaii +Kawajalein island Trạm theo dõi thông tin gửi xuống từ vệ tinh: +Báo cáo xác thời gian đồng hồ vệ tinh +Tậm hợp chuyển cho trạm điều khiển thông tin liệu khí tƣợng bao gồm: áp suất khí áp, nhiệt độ, điểm sƣơng Trạm điều khiển trung tâm sử dụng liệu để tính toán đƣa dự báo quỹ đạo vệ tinh tƣơng lai Page 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG – K13 Trạm điều khiển trung tâm sử dụng trạm hiệu chỉnh số liệu để gửi thông tin cho vệ tinh bao gồm: +Mệnh lệnh hiệu chỉnh quỹ vệ tinh Vệ tinh sử dụng tín hiệu để khởi động tên lửa điều khiển đƣa vệ tinh quỹ đạo +Bản tin dẫn đƣờng đến vệ tinh Các trạm hiệu chỉnh số liệu trạm đƣợc đặt Ascension island, Diego Garcia island Kawajalein island Phần sử dụng Bao gồm thiết bị thu tín hiệu GPS sử dụng cho nhiều mục đích khác Kiểu loại thiết bị thu đa dạng, từ thiết bị xách tay không đắt tiền đến hệ thống phức tạp đòi hỏi phải đƣợc cấp chứng chất lƣợng kỹ thuật để trang bị cho trung tâm dẫn đƣờng, điều hành bay Hình 1.5: Phần thiết bị sử dụng dẫn đường GPS Thiết bị máy thu tín hiệu GPS chủ yếu gồm anten thu, phận giải mã, phận xử lý mã tín hiệu vệ tinh GPS, riêng ngành hàng không xử lý thông tin dẫn đƣờng truyền hiển thị thông tin cho tổ lái số thiết bị cần sử dụng liệu GPS trình bay Khi bật công tắc nguồn thiết bị máy thu GPS lên, máy thu tự động cung cấp giải pháp dẫn đƣờng xác mà không cần phải nạp liệu từ bên Điều thực đƣợc máy thu nhận Page 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG – K13 đƣợc tín hiệu từ số vệ tinh đảm bảo cung cấp đủ liệu cho toán xác định vị trí Đối với giải pháp dẫn đƣờng chiều, tức xác định đƣợc độ cao cần xác định kinh độ vĩ độ, cần phải có tín hiệu từ vệ tinh, giải pháp dẫn đƣờng chiều cần phải có tín hiệu từ vệ tinh nằm vùng bao phủ mà máy thu nhìn thấy Việc xử lý tín hiệu từ vệ tinh tiến hành đồng thời - Các thiết bị thu thƣờng gồm thành phần chính: +Anten thiết bị điện tử kèm +Bộ phận nhận xử lý tín hiệu +Màn hình điều khiển c) Các thông số kỹ thuật hệ thống NAVSTAR  Vệ tinh: 24 vệ tinh Quỹ đạo tròn: 12 (bán kính 26.000km) Với mặt phẳng quỹ đạo Độ nghiêng so với đƣờng kính xích đạo : 550  Trạm kiểm tra mặt đất: 01 Trạm điều khiển 05 Trạm kiểm tra phân bố rải rác.03 Anten mặt đất phân bố rải rác  Số thuê bao sử dụng: Không hạn chế  Giải tần số: L1: 1575,42 MHz Mã C/A 1,023 Mbits/s Mã P 10,23 Mbits/s Thông tin dẫn đƣờng 50 bits/s Page 12 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP L2: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG – K13 1227,6 MHz Mã P 10,23 Mbits/s Thông tin dẫn đƣờng 50 bits/s  Các hệ thống sử dụng độ xác: PPS SPS Định vị ngang 18m (95%) 100m (95%) Định vị đứng 28m (95%) 157m (95%) Tốc độ 0,2m/s (95%) Thời gian 180ns (95%)385ns (95%) Trong đó, PPS hệ thống định vị xác, SPS dịch vụ định vị chuẩn  Thời gian đặt: Khi lịch nạp trƣớc : phút (tuỳ thiết bị ngƣời sử dụng) Khởi động nguội: 20 phút  Tầm bao phủ: Toàn cầu  Độ toàn vẹn: Hệ thống kiểm tra phát sai số vệ tinh, thời gian tác dụng thƣờng nhỏ 90 phút (một số vệ tinh nằm tầm nhìn thấy trạm kiểm soát đến giờ)  Tƣơng thích với thời gian: UTC quy ƣớc chung  Phƣơng pháp định vị: Kiểu thụ động, đo khoảng cách chiều  Thời gian triển khai thực Block II: chiều toàn cầu năm 1992  Khả sử dụng cho mục đích thông tin: Không  Mốc trắc địa: WGS-83  Nâng cấp hệ thống: Độ xác độ toàn vẹn cải thiện cách sử dụng dạng vi sai, tức dùng trạm kiểm tra mặt đất giám sát vệ tinh truyền hiệu chỉnh khoảng cách Page 13 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG – K13 d) Vệ tinh NAVSTAR - GPS Mẫu dạng vệ tinh Block I đƣợc phóng vào năm 1978 Vandenberf Air Force - California Hiện nay, tất vệ tinh Block I không hoạt động, vệ tinh phát không liên tục Các vệ tinh đƣợc thiết kế với tuổi thọ 4,5 năm Sự khác chủ yếu vệ tinh hệ sau khả làm suy giảm tín hiệu phát, làm giảm độ xác ngƣời sử dụng hệ thống GPS Thế hệ thứ đƣợc phóng lần vào năm 1985, vệ tinh có khả làm suy giảm tín hiệu đƣợc thiết kế với tuổi thọ 7,5 năm Sau số thông số kỹ thuật vệ tinh Block IIA:  Trọng lƣợng : 930kg (trên quỹ đạo)  Kích thƣớc : 5,1ms  Tốc độ di chuyển : 4km/s  Phát tín hiệu dải tần L1 = 1575,42MHz L2 = 1227,60MHz  Thu tín hiệu tần số 1738,74MHz  02 Đồng hồ nguyên tử Cesium 02 đồng hồ nguyên tử Rubidium  Tuổi thọ thiết kế : năm  Đƣợc phóng tên lửa Delta Vệ tinh Block IIR đƣợc thiết kế với tuổi thọ dài 10 năm có khả liên lạc vệ tinh với vệ tinh, đƣợc phóng vào năm 1996 để trì chòm vệ tinh Thế hệ vệ tinh Block IIF, sau kiểm nghiệm đƣợc công bố hoạt động với đầy đủ chức vào ngày 17/7/1995 Các vệ tinh NAVSTAR có số phân biệt Chỉ số dựa thứ tự phóng gọi số NAVSTAR, hay số vệ tinh SVN (Space Vehicle Numbers) Đây hệ đƣợc sử dụng theo quy định quan chƣơng trình chung Mỹ Tuy nhiên, số thứ đƣợc ngƣời sử dụng thức công nhận Nó dựa sở xếp quỹ đạo vệ tinh trực tiếp phát tín hiệu, số giả ngẫu nhiên PRN (Psuedo Random Number) số nhận dạng Page 14 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG – K13 vệ tinh SVID (Space Vehicle Identity) Đây thông số đƣợc hiển thị máy thu Hình 1.6: Các hệ vệ tinh hệ thống GPS Ưu điểm  Về phƣơng thức truyền tín hiệu, GPS sử dụng kỹ thuật số (điều xung), máy phát không cần công suất lớn Đòi hỏi tỷ lệ tín/tạp (S/N) không cần lớn mà máy thu tách sóng đƣợc, nhƣ yếu tố ảnh hƣởng thời tiết địa hình không đáng ngại  Mốc trắc địa hệ thống toạ độ GPS hệ thống toạ độ WGS-83 Đây hệ thống đo đạc chuẩn đƣợc ICAO phê chuẩn  Xét khía cạnh kinh tế - xã hội, ta thấy, với đà phát triển kinh tế Mỹ nhƣ ảnh hƣởng trị - quân sự, đặc biệt khả tiếp cận thị trƣờng nhanh việc sản xuất hàng loạt chủng loại máy thu GPS, có máy cầm tay gọn rẻ, nên thực tế GPS chiếm đƣợc ƣu thị trƣờng quốc tế 1.2.2 Hệ thống Glonass a) Giới thiệu Global Navigation Satellities System (GLONASS): Là hệ thống định vị dẫn đƣờng toàn cầu quan Nga Scientific/Production Group on Applied Mechanics Kranoyarsk, Scientific/Production Group on Space Device Engineering Moscow Russian Institute of Radio Navigation Page 15 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG – K13 and Time xây dựng phát triển Hệ thống có chức mục đích tƣơng tự hệ thống GPS Mỹ b) Cấu trúc hệ thống GLONASS  Phần không gian Ở hệ thống này, bố trí quỹ đạo vệ tinh khác với hệ thống GPS Các mặt phẳng quỹ đạo có độ cao nhỏ chút 19.100km, nhƣng với góc nghiêng 650 so với mặt phẳng xích đạo mặt phẳng quỹ đạo lệch góc 1200 Các vệ tinh mặt phẳng quỹ đạo lệch 450 lệch 150 so với vệ tinh quỹ đạo khác Hệ thống GLONASS có chòm vệ tinh bao gồm 24 vệ tinh (trong có vệ tinh trạng thái dự phòng), nhƣng bố trí mặt phẳng quỹ đạo, mặt phẳng có đến vệ tinh hoạt động Các vệ tinh GLONASS có chu kỳ quỹ đạo 676 phút lặp lại sau khoảng thời gian gần ngày (7 ngày 23 27 phút) Do đó, không giống nhƣ NAVISTAR, vệ tinh GLONASS không xuất đồng thời điểm vũ trụ hàng ngày Tuy nhiên, vệ tinh lệch pha 45 mặt phẳng đảm bảo tính hình học khả định vị tƣơng tự nhƣ NAVISTAR Các thiết bị sử dụng hệ thống GLONASS hoạt động chế độ thụ động tiến hành đo đến thông số dẫn đƣờng vệ tinh Các thông tin dẫn đƣờng truyền từ vệ tinh bao gồm thông tin vị trí thiên văn vệ tinh hiệu chỉnh tƣơng đối hệ thống GLONASS, nhƣ thông tin có liên quan đến trạng thái vệ tinh Hệ thống GLONASS phát tín hiệu dẫn đƣờng dải tần từ 1602,5625MHz đến 1615,5MHz với khoảng cách tần số từ vệ tinh đến vệ tinh khác 0,5625MHz Việc nhận dạng vệ tinh dựa tần số sóng mang mà chúng sử dụng Page 16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG – K13  Phần điều khiển Gồm trạm điều khiển theo dõi phân bố lãnh thổ nƣớc Nga, trạm điều khiển đặt Moscow  Phần sử dụng Bao gồm thiết bị thu sử dụng cho nhiều mục đích khác Kiểu loại thiết bị thu đa dạng, từ thiết bị xách tay không đắt tiền đến hệ thống phức tạp đòi hỏi phải đƣợc cấp chứng chất lƣợng kỹ thuật để trang bị cho trung tâm dẫn đƣờng, điều hành bay c) Thông số kỹ thuật hệ thống GLONASS  Vệ tinh: 24 vệ tinh (trong có vệ tinh dự phòng), quỹ đạo tròn, chu kỳ quay 11 45 phút  Độ cao : 19.100km  Độ nghiêng so với đƣờng xích đạo : 64,80  Số thuê bao sử dụng: Không hạn chế  Giải tần số: (1602,5625 1615,5) 0,5 MHz  Phƣơng pháp định vị: Kiểu thụ động, đo khoảng cách tốc độ  Độ xác: Định vị ngang : 100m (95%) Định vị đứng : 150m (95%)  Tốc độ : 15cm/s (95%)  Thời gian :1 s  Thời gian phát tín hiệu: Thời gian phát tín hiệu tuỳ thuộc nhiều vào thông số thiết bị cụ thể ngƣời sử dụng Vệ tinh truyền thông tin cho mục đích dẫn đƣờng 30 giây thông tin trạng thái vệ tinh 2,5 phút  Tầm bao phủ: Toàn cầu Page 17 ... hệ thống dẫn đƣờng tự động Để hiểu rõ hệ thống GPS em chọn đề tài Nghiên cứu khai thác hệ thống dẫn đường vệ tinh GPS làm đồ án tốt nghiệp Đồ án sâu vào khai thác dựa sở hệ thống NAVSTAR - GPS. .. Mỹ Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG – K13 Nội dung đồ án bao gồm chƣơng : Chương 1: Tổng quan hệ thống dẫn đƣờng vệ tinh quốc tế Chương 2: Nguyên lý định vị hệ thống dẫn đƣờng vệ tinh NAVSTAR... liệu thông tin dẫn đƣờng nhƣ: thời gian đồng hồ vệ tinh, thông số thiên văn, thông tin tình trạng tín hiệu vệ tinh, thời Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG – K13 gian chuẩn hệ thống (UTC) thông