Nghiên cứu xây dựng hệ thống định vị vệ tinh hỗ trợ phi công trên máy bay Su-22M4

Bài viết đề xuất xây dựng một hệ thống bao gồm một phần mềm hỗ trợ sỹ quan dẫn đường lập kế hoạch bay và một thiết bị hỗ trợ phi công lái máy bay SU22M4 xác định vị trí trên bản đồ. Thiết bị trên máy bay sẽ sử dụng các thông tin thu được từ hệ thống định vị GPS (Global Positioning System) được tích hợp bên trong cùng các linh kiện khác.

Thông tin khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VỆ TINH HỖ TRỢ PHI CÔNG TRÊN MÁY BAY SU-22M4 Huỳnh Thị Lệ Quyên*, Nguyễn Quang Minh Tóm tắt: Bài báo đề xuất xây dựng hệ thống bao gồm phần mềm hỗ trợ sỹ quan dẫn đường lập kế hoạch bay thiết bị hỗ trợ phi công lái máy bay SU22M4 xác định vị trí đồ Thiết bị máy bay sử dụng thông tin thu từ hệ thống định vị GPS (Global Positioning System) tích hợp bên linh kiện khác Thiết bị hoạt động độc lập lấy liệu tập bay thiết kế sẵn, liệu thu sau q trình bay xem lại so sánh với liệu tập phục vụ cho cơng tác kiểm tra, đánh giá Từ khóa: GPS, Su-22M4, Dẫn đường, Huấn luyện, Thiết bị chuyên dụng MỞ ĐẦU Hiện nước có nhiều cơng trình nghiên cứu liên quan đến cơng nghệ định vị vệ tinh phục vụ giám sát quản lý trang thiết bị, phương tiện đường bộ, đường không Các ứng dụng dựa sở thiết bị định vị vệ tinh để đọc thông tin xử lý [1] Tuy nhiên, lĩnh vực quân thiết bị định vị dành riêng cho máy bay Su-22M4 chưa có giải pháp cụ thể Đây loại máy bay đời cũ, phi công bay biển xa, cách xa đài đa trung tâm khó liên lạc với trạm huy, khó xác định địa tiêu bay đất liền Loại máy bay sử dụng hệ thống dẫn đường dựa vào tín hiệu radio để xác định vị trí tốc độ máy bay (RSBN-6S mặt đất, A-312 đặt máy bay) hệ thống dẫn đường quán tính Các máy thu sóng radio (vơ tuyến) đặt máy bay làm việc với máy phát sóng hệ thống định vị mặt đất sân bay bán kính nhỏ 300 km Đồng thời, trạm phát sóng radio mặt đất có tầm phủ sóng 300 km [2,3] Bên cạnh đó, đặc thù máy bay qn sự, vị trí buồng lái có chức riêng, muốn đặt thêm thiết bị phải đo đạc, lắp ráp phù hợp Do vậy, việc xây dựng thiết bị dành riêng cho máy bay Su-22M4, hỗ trợ phi cơng hồn thành nhiệm vụ bay biển xa điều cần thiết Nội dung báo bao gồm 04 mục, mục - Mở đầu, tập trung vào việc phân tích đặc tả yêu cầu toán Mục - Thiết kế hệ thống, đưa mơ hình, kiến trúc hệ thống Mục - Xây dựng hệ thống mục - Kết luận, đánh hướng phát triển hệ thống THIẾT KẾ HỆ THỐNG Hệ thống hỗ trợ phi công máy bay Su-22M4 hình 1, bao gồm phân hệ chính: - Phần mềm lập kế hoạch bay; - Thiết bị đặt máy bay Su-22M4 Nhiệm vụ khối sơ đồ - Chip GPS: Thu nhận tín hiệu vệ tinh, trả liệu theo định dạng mặc định chuẩn NMEA 0183 Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 12 - 2017 295 Công ngh nghệệ thông tin - Ph Phần ần mềm hỗ trợ dẫn đ đường ờng ờng: Đ Đọc ọc liệu từ GPS, xử lý vvàà phân tách thành ssố ố liệu kinh độ, vĩ độ, ph phương ương vvị, ị, cự ly, độ ộ cao…, hiển thị số liệu tr ên hình ddư ưới ới dạng chữ số vvàà vị vị trí trên b ản đồ số - Thiết Thiết bị trên Su Su-22M4 22M4: ắp đặt vị trí cố định tr ên bu buồng ồng lái máy bay Su Su-22M4: Lắp 22M4, kh khối ối chứa th thành ành phần phần phần cứng (máy tính, chip GPS, m àn hình, khối nguồn…) đđược khối ợc cài đđặt ặt phần mềm hỗ trợ dẫn đđư ường ờng - Ph Phần ần mềm lập kế hoạch bay bay:: có ch chức ức hỗ trợ sỹ quan dẫn đđư ờng lập kế ường hoạch bay dựa tr hoạch ên công th thức ức hỗ trợ dẫn đđư ường, ờng, xử lý số liệu thiết bị tr ên máy bay thu nh nhận ận đđược, ợc, vẽ biểu đồ, hỗ trợ huy đánh giá bbài ài bay của phi công - Máy tính: tính: cài đđặt ặt phần mềm lập kế hoạch bay Hình Sơ đồ đồ khối hệ thống 2.1 H Hệệ thống phần mềm lập kế hoạch bay 2.2 H Hệệ thống đặt tr ên máy bay Su Su-22M4 22M4 296 H T L Quyên, N Q Minh Minh,, “Nghiên “Nghiên ccứu ứu xây dựng hệ thống định vị vệ tinh … Su Su-22M4 22M4 ” 22M4.” Thông tin khoa học công nghệ - Vỏ hộp chứa linh kiện thiết kế lắp ráp theo vẽ; - Module hỗ trợ dẫn đường: Được tích hợp máy thu GPS, thu nhận liệu định vị máy bay, hiển thị hình số liệu cần thiết hỗ trợ phi cơng xác định vị trí 2.3 Hoạt động hệ thống Máy vi tính cài đặt phần mềm lập kế hoạch bay, đặt mặt đất gồm hỗ trợ sỹ quan dẫn đường: Cập nhật tỉnh thành, cập nhật sân bay, địa tiêu…; Lập kế hoạch bay, tính tốn số liệu dựa lý thuyết dẫn đường; Bài tập bay thiết kế sẵn lưu vào USB chuyển lên thiết bị máy bay để hỗ trợ phi công theo dõi đường bay tập đồng thời để lưu trữ liệu bay sau phi công hoàn thành bay Dữ liệu dùng để so sánh với số liệu trạm đa dẫn đường ghi nhận Thiết bị lắp máy bay, hoạt động độc lập sử dụng nguồn điện máy bay cài đặt phần mềm hỗ trợ dẫn đường, hệ thống xây dựng hoạt động dựa nguyên lý dẫn đường hệ thống định vị toàn cầu GPS, người sử dụng hệ thống thu nhận tín hiệu vệ tinh đặt máy bay Phần mềm cài đặt thiết bị phân tích liệu trả từ chip GPS thành thành phần kinh độ, vĩ độ, độ cao, tốc độ hướng thời máy bay hiển thị lên hình gồm số liệu số hình ảnh trực quan dạng ký hiệu đồ số [4, 5, 6, 7] XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.1 Lựa chọn linh kiện thiết kế, lắp đặt phần cứng hệ thống Buồng lái máy bay nhỏ vậynhóm tác giả tiến hành đo kích thước giá đỡ thiết bị, dự kiến chế tạo phần vỏ hộp thiết bị vừa vặn lắp đặt lên phần giá đỡ có sẵn Kích thước đo đạc theo chiều rộng, dài cao 160mm, 200mm 80mm Với phần vỏ hộp kích thước nhỏ tiếp tục tiến hành lựa chọn linh kiện cho phù hợp GPS: Chipset Condor C1722 Anten tích cực Megnetic Mount Máy tính cơng nghiệp Artigo A1100 Màn hình cảm ứng 5inch GD50TN33-GTT050RDH03/XX-XX Ngồi thiết bị cịn có nguyên vật liệu khác kèm theo dây điện chống cháy, dây nguồn, đầu cắm, usb… 3.1.1 Thiết kế mạch in thu GPS tiêu chuẩn Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 12 - 2017 297 Cơng ngh nghệệ thơng tin Hình Mạch ên mạch mạch in lớp ddưới ới Mạch in lớp tr 3.1.2 3.1.2 Thiết Thiết kế vỏ hộp thiết bị tr ên máy bay Để đảm bảo lắp đặt thiết bị không ảnh hhư Để ưởng ởng đến thao tác vvàà ttầm ầm nh nhìn ìn ccủa phi cơng bay, đđồng ồng thời, thời thể dễ ddàng àng quan sát hình thi thiết ết bị, nhóm tác giiảả đđã đo đạc đạc và thi thiết ết kế phần vỏ hộp thiết bị với kích th thước ớc 80 x 160 x 200 mm, có th thểể lắp đặt vừa vặn m khuất ất tầm nhìn nhìn của phi cơng bay (vát màà không che khu mặt bbên mặt ên đđểể lắp llên ên bu buồng ồng lái không vvư ướng ớng vào vào kính che bu buồng ồng lái) Hình Thiết Thiết kế tổng thể của vỏ hộp 3.1.3 3.1.3 Sơ đ đồ lắp ráp linh kiện thiết bị Hình Sơ đồ đồ lắp ráp linh kiện hộp thiết bị 298 H T L Quyên, N Q Minh Minh,, “Nghiên “Nghiên ccứu ứu xây dựng hệ thống định vị vệ tinh … Su Su-22M4 22M4 ” 22M4.” Thông tin khoa học công nghệ Thiết bị sử dụng nguồn điện áp 27V từ điện ắc quy máy bay, hệ thống nguồn thiết bị cần độ ổn định cao điều kiện vận hành khắc nghiệt Điện áp cấp từ máy bay thay đổi dải rộng có nhiều xung áp cao trình khởi động máy bay, thiết bị công suất lớn máy bay hoạt động 3.1.4 Kiểm tra thông số hoạt động chip GPS phần mềm Sử dụng phần mềm Trimble GPS Studio Application để kiểm tra chức thu nhận tín hiệu từ GPS sau lắp ráp chipset theo vẽ Phần mềm giúp người dùng cấu hình GPS, với giao diện dễ sử dụng, phần mềm làm việc với cổng kết nối serial qua chuẩn USB Qua kiểm tra thu GPS phần mềm cho thấy tín hiệu GPS thu nhận tốt, thu đảm bảo tiêu chuẩn thiết kế 3.2 Giao diện chức hệ phần mềm Hệ thống xây dựng với chức chính: - Quản lý danh mục chung: Hình ảnh sân bay, địa tiêu, loại máy bay, ký hiệu quân sự, thiết lặp thông số chung cho hệ thống (màu sắc, đồ hình phương vị, tỉ lệ đồ…); - Vẽ bay theo kế hoạch; - Theo dõi trực tiếp vị trí máy bay hình thiết bị Hình Giao diện phân hệ Hình Giao diện phân hệ hỗ trợ hỗ trợ dẫn đường cho máy bay lập kế hoạch bay Hiển thị phương vị, cự ly, độ cao, tốc độ hướng máy bay Hiển thị phương vị, cự ly so với sân bay, địa tiêu gần Lưu trữ danh sách điểm cố định Hiển thị đầy đủ số liệu phương vị, cự ly, độ cao, tốc độ hướng máy bay, ngồi cịn hiển thị hình ảnh ký hiệu máy bay trực quan đồ số giúp phi cơng xác định vị trí máy bay Ghi lại toàn số liệu bay phi công, giúp phi công người huy xem lại đường bay đánh giá mức độ hoàn thành nhiệm vụ Thiết bị sử dụng đường bay kế hoạch lập sỹ quan dẫn đường để giúp phi công theo dõi đường bay bay ý định người huy Phần mềm lập kế hoạch bay giúp sỹ quan dẫn đường lập đường bay kế hoạch đồ số dễ dàng, chỉnh sửa điểm đường bay nhanh chóng Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 12 - 2017 299 Công nghệ thông tin Thông số kỹ thuật hệ thống L1 frequency, C/A code, thu 22 kênh 0.5 - 3.5 phút Vị trí: ± m Tốc độ: 0.1 knots Độ cao: ± 8m Thời gian: UTC Hiển thị Màn hình LCD, TFT 5inch cảm ứng, hiển thị đa sắc Tốc độ cập nhật vị trí lần giây lên đến lần giây Đặc tính vật lý Kích thước 8Hx16Wx20D (cm) Nguồn điện 27VDC Nhiệt độ Bộ thu: -40 đến +85oC Độ ẩm 5% đến 95% 60oC 3.3 Lắp đặt thử nghiệm thiết bị Kiểu thiết bị Thời gian thu Độ xác Hình Thiết bị lắp đặt máy bay Hình Thiết bị hoạt động máy bay 300 H T L Quyên, N Q Minh, “Nghiên cứu xây dựng hệ thống định vị vệ tinh … Su-22M4.” Thông tin khoa học cơng nghệ Hình Quy trình thử nghiệm thiết bị máy bay KẾT LUẬN Nhóm tác giả đề xuất thử nghiệm thành công hệ thống thiết bị hỗ trợ cho phi công xác định vị trí bay máy bay Su-22M4 dựa thông tin thu từ hệ thống định vị GPS Thông tin máy bay xử lý thị đồ số với giao diện trực quan dễ sử dụng, qua cho phép phi cơng xác định vị trí máy bay Hệ thống thử nghiệm cho kết tốt Trung đoàn 937/Sư đoàn 370 Tuy nhiên, hình thiết bị hiển thị cịn nhỏ, điều kiện ánh sáng mặt trời ban ngày chưa phát huy tối tác dụng Để toán giải triệt để, nhóm tác giả cần phải tối ưu giao diện hiển thị thiết bị, chuyển nút bấm hình cảm ứng sang nút bấm vật lý để hỗ trợ phi công thao tác tốt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thanh Hải, “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị định vị vệ tinh phục vụ giám sát, quản lý phương tiện giao thông đường bộ, đường sắt”, Đề tài dự án cấp nhà nước, 2010 [2] Bộ tư lệnh không quân, “Sổ tay dẫn đường”, Phịng tham mưu khơng qn, 1968 Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 12 - 2017 301 Công nghệ thông tin [3] Quân chủng phịng khơng khơng qn, “Tổ chức thơng tin Rada bảo đảm bay trung, sư đồn khơng qn”, Nhà xuất quân đội nhân dân, Hà Nội 2008 [4] Agnew, D.C and Larson, K.M “Finding the repeat times of the GPS constellation” GPS Solutions (Springer) 11 (1): 71–76, 2007 [5] El-Rabbany, A “Introduction to GPS: The Global Positioning System” 2nd revised edition.Artech House Publishers, Boston, USA, 2006, ISBN 159693-016-0 [6] MapInfo Pitney Bowes Software Inc [7] NMEA Reference Manual, SiRF Technology, Inc ABSTRACT RESEARCH ON BUILDING THE DEVICE INTEGRATED GLOBAL POSITIONING SYSTEM TO SUPPORT THE PILOT ON SU-22M4 AIRCRAFT In the article, the construction of a system that includes the software of navigator guidance to plan flight and one device that supports the pilot on SU-22M4 aircraft located on the map is proposed The device will use the information obtained from the GPS (Global Positioning System) integrated within the same components This device can operate independently or retrieve pre-designed flight data, data obtained after flight can be reviewed and compared with exercise data for inspection and evaluation Keywords: GPS, Su-22M4, Navigation, Training, Specialized equipment Nhận ngày 16 tháng năm 2017 Hoàn thiện ngày 26 tháng 11 năm 2017 Chấp nhận đăng ngày 28 tháng 11 năm 2017 Địa chỉ: Viện Công nghệ thông tin - Viện Khoa học Công nghệ Quân * Email: lequyenk41@gmai.com 302 H T L Quyên, N Q Minh, “Nghiên cứu xây dựng hệ thống định vị vệ tinh … Su-22M4.” ... máy bay KẾT LUẬN Nhóm tác giả đề xuất thử nghiệm thành cơng hệ thống thiết bị hỗ trợ cho phi công xác định vị trí bay máy bay Su-22M4 dựa thông tin thu từ hệ thống định vị GPS Thông tin máy bay. .. Minh,, ? ?Nghiên ? ?Nghiên ccứu ứu xây dựng hệ thống định vị vệ tinh … Su Su-22M4 22M4 ” 22M4.” Thông tin khoa học công nghệ Thiết bị sử dụng nguồn điện áp 27V từ điện ắc quy máy bay, hệ thống nguồn... phần mềm lập kế hoạch bay 2.2 H Hệ? ?? thống đặt tr ên máy bay Su Su-22M4 22M4 296 H T L Quyên, N Q Minh Minh,, ? ?Nghiên ? ?Nghiên ccứu ứu xây dựng hệ thống định vị vệ tinh … Su Su-22M4 22M4 ” 22M4.”