Slide hệ thống thông tin vệ tinh thẩm đức phương

HỆ THỐNG THƠNG TIN VỆ TINH B mơn Thơng tin vô n ðại học công nghệ - ðHQG HN Giảng viên Thẩm ðức Phương Tel 0903 229 117 E- Mail: phuongthamduc@yahoo.com Chương - ðại cương TTVT ðịnh nghĩa Phân loại vệ tinh theo ứng dụng Lịch sử phát triển LEO Orbit Polar GEO ELLIPSE ðịnh nghĩa Vệ tinh nhân tạo ñược người ñặt lên quĩ ñạo xác ñịnh, cho phép thực vũ trụ nhiệm vụ mà làm mặt đất khó khăn tốn Phân loại vệ tinh theo ứng dụng Căn vào ứng dụng vệ tinh ñược chia ra: Vệ tinh viễn thông:Inmarsat,Iridium, Thuraya, Navstar (GPS), Glonass, Vsat, Intersat, Palapa, Vinasat.Truyền thoại, video, data, fax Vệ tinh quan trắc mặt ñất: Meteosat (quan sát 200 triệu Km2 , ñộ phân giải 1Km), Spot, ERS-1, Lập ñồ theo dõi qui hoạch tài ngun, thị, dự báo thời tiết, theo dõi bảo vệ trái ñất, Vệ tinh nghiên cứu khoa học: Envisat nghiên cứu ñại dương, đặc trưng đất đai, theo dõi tầng ơzơn thảm thực vật, Vệ tinh quân sự: Lacrosse thông tin liên lạc, trinh sát, Lịch sử phát triển ý t−ëng dïng vƯ tinh viƠn thông ã Từ 1945, nhà khoa học viễn tởng Arthur Clarke, đ công bố tạp chí Wireless World ý tởng thiết lập mạng viễn thông toàn cầu dựa vệ tinh địa tĩnh Tuy vậy, phải đợi phát minh lớn khác có liên quan, nh phát minh transisto, máy tính điện tử, công nghệ vi điện tử, phát triển tên lửa phóng, m i đến đầu thập kỷ 60 ý t−ëng th«ng tin chun tiÕp qua vƯ tinh míi tõng bớc đợc thực hiện: Lch s phỏt trin ã ã ã ã Những mốc lịch sử Năm 1960, Mỹ phóng vệ tinh ECHO, cầu kim loại hoá để phản xạ sóng điện từ, thực việc chuyển tiếp thụ động Năm 1963, AT&T thử nghiệm liên lạc v« tun b»ng vƯ tinh chun tiÕp tÝch cùc, vệ tinh TELSTAR 1, có quỹ đạo ellip (viễn điểm 5632 km, cận điểm 953 km), nghiêng 450 so với mặt phẳng xích đạo Cũng năm 1963, Mỹ đa vệ tinh SYNCOM lên quỹ đạo địa tĩnh Năm 1965 phóng vệ tinh địa tĩnh INTELSAT thành lập tổ chức INTELSAT, mở đầu cho kỷ nguyên thông tin toàn cầu vệ tinh Lch s phỏt trin Những mốc lịch sử (tip theo) ã Cũng năm 1965, Liên xô phóng hệ vệ tinh viễn thông Molnhia, có quỹ đạo ellip (viễn điểm 40 000 km, cận điểm 550 km), nghiêng 630 so với mặt phẳng xích đạo, gồm vệ tinh cách quỹ đạo để phủ sóng toàn Liên xô cũ Sở dĩ chọn quỹ đạo phần lớn l nh thổ Liên xô nằm vùng vĩ ®é cao, nh−ng b i phãng ë xa xÝch ®¹o tên lửa phóng lúc cha đủ mạnh ã Từ 1975, Liên xô có tên lửa Proton đủ sức đa vệ tinh lên thẳng quỹ đạo địa tĩnh, đ phóng loạt vệ tinh địa tĩnh dùng cho viễn thông Các dải tần dành cho Thông tin Vệ tinh Băng tần cho TTVT FCC Mỹ ITU cấp • Băng VHF/UHF 0.1-0.3 GHz: Vệ tinh quân sự, vơ tuyến nghiệp dư • Băng L 1-2GHz: Thơng tin di động, hng hi ã S band 2-4 GHz: Dựng cho lệnh điều khiển • Băng C 4-8 GHz: Data, voice, truyền hình • Băng X 8-12GHz: dùng cho quân • Băng Ku 12-18GHz : TV trực tiếp, Data, Voice, IP services (mạng riêng ảo, truy cập internet, ) • Băng K 18-27GHz: khơng sử dụng bị hấp thụ lớn nước • Băng Ka 27-40/ 40-75 GHz: hệ 60GHz -O2 Những u điểm Thông tin Vệ tinh ã Có thể phủ sóng cho nớc mà không cần đợi lắp đặt hết hệ thống đài trạm nh hệ vi ba tiếp sức mặt đất ã Chất lợng phục vụ đồng vïng phđ sãng, khơng cã vïng tèi ë khu vùc miền núi Những u điểm Thông tin Vệ tinh ã Với chơng trình PT-TH analog dùng tần số nhất, thay phải dùng nhiều kênh nh mạng mặt đất ã Vùng phủ sóng mở rộng biên giới đại dơng, mở rộng đợc diện khán giả truyền hình ã Mềm dẻo việc sử dụng tần số công suất phát, dễ thích ứng với nhu cầu truyền thông vùng đ cho ã Không phụ thuộc thiên tai (động đất, b o lớn, ) tàn phá toàn phần sở hạ tầng mạng mặt đất (đờng cáp, cột cao, v.v.) Những u điểm Thông tin Vệ tinh ã Dung lượng thông tin lớn, sử dụng băng tần công tác rộng kỹ thuật ña truy nhập cho phép ñạt dung lượng lớn thời gian ngắn mà loại hình thơng tin khác đạt • ðộ tin cậy chất lượng thông tin cao, liên lạc trực tiếp vệ tinh trạm mặt ñất, xác suất hư hỏng tuyến liên lạc thấp ảnh hưởng nhiễu khí khơng ñáng kể • Tinh linh hoạt cao, hệ thống liên lạc vệ tinh thiết lập nhanh chóng thay đổi linh hoạt tuỳ theo u cầu sử dụng • Có khả ứng dụng thơng tin di động thơng tin liên lạc ton cu Những nhc điểm Thông tin Vệ tinh • ðầu tư ban ñầu cao • Thời gian làm việc tương đối ngắn (7 – 15 năm) • Có số giới hạn sử dụng, như: quĩ ñạo, phân chia tần số, cơng suất xạ, • Khả truy cập tới người sử dụng đơi gặp khó khăn kỹ thuật nguyên nhân khác • Khó khăn chi phí tốn cho bảo dưỡng • Phụ thuộc thiết bị phóng • … Sự phát triển Thông tin Vệ tinh ã Trong vòng thập kỷ, dung lợng đờng truyền qua vệ tinh tăng từ 240 kênh thoại (Early Bird, 1965) lên 10 vạn kênh (INTELSAT 7A) Dung lợng truyền chơng trình TH số vệ tinh lên đến 220 kênh (ASTRA 2B) ã 30% số đàm thoại xuyên đại dơng thông qua vệ tinh TTDĐ dùng mạng tổ ong mặt đất, từ 1999 sử dụng thêm chòm vệ tinh quỹ đạo thấp vừa, vệ tinh địa tĩnh TTDĐ qua vệ tinh phối hợp với TTDĐ mạng tổ ong làm cho ngời đâu lúc liên lạc với TTDĐ qua vệ tinh phối hợp với TTDĐ mạng tổ ong Vệ tinh Phát thanh-Truyền hình Vệ tinh truyền chơng trình TH theo phơng thức: ã Truyền cho đài phát lại địa phơng, công suất vệ tinh phát xuống cỡ 10~50 W kênh, đờng kính anten thu mặt đất từ 3~15 m ã Phát thẳng chơng trình đến nhà dân (DTH), công suất vệ tinh phát xuống lớn (100~150 W), nhng anten gia đình khoảng = 50 cm ã Bằng kỹ thuật số truyền đến chơng trình TH số có nén dải tần kênh analog trớc đây, làm cho giá thành phát sóng giảm 5~7 lần TTVT Việt nam (nhng mốc lịch sử) ã Từ đầu năm 80, nớc ta đ sử dụng TTVT, bắt đầu trạm mặt ®Êt Hoa sen ë Phđ lý.ViƯt nam tham gia c¶ tổ chức TTVT có quy mô toàn cầu Intelsat Intersputnik, với trạm mặt đất ã Về TH từ cuối năm 80 Đài VTV hàng tuần truyền chơng trình TH đối ngoại Việt nam qua vệ tinh Stationar 13 để trao đổi với Liên xô nớc Đông Âu; đồng thời truyền chơng trình TH đối nội hàng ngày để địa phơng nớc thu phát lại TTVT Việt nam (nhng mốc lịch sử) ã Ngày VTV truyền chơng trình đối nội cho toàn quốc vƯ tinh khu vùc, sư dơng c¶ kü tht sè kỹ thuật analog, đồng thời truyền chơg trình quốc tế vệ tinh viễn thông quốc tế ã Từ 1993, Đài TNVN dùng vệ tinh Palapa truyền chơng trình đối nội nớc kỹ thuật số Ngày VoV VTV dùng trạm mặt đất di động kỹ thuật số để thực tng thuật chỗ TTVT ViƯt nam Cơng ty Viễn thơng Quốc tế VTI khởi cơng xây dựng trạm điều khiển vệ tinh Vinasat xã Hồi ðức - Hà Tây.04.01.2007 Tổng dự tốn 10 tỷ đồng Thành lập Trung tâm thơng tin vệ tinh Vinasat Công ty Viễn thông quốc tế (VTI) vừa thành lập Trung tâm Thông tin Vệ tinh Vinasat, với chức quản lý, vận hành, khai thác ñài mặt ñất ñiều khiển vệ tinh 14:52' 29/08/2007 (GMT+7) ðồng thời, trung tâm có nhiệm vụ kinh doanh băng tần vệ tinh, dịch vụ sử dụng hệ thống Vinasat, thực nhiệm vụ cơng ích giao hoàn thiện tổ chức máy TTVT ë ViƯt nam trạm điều khiển vệ tinh Quế Dương, Hà Tây Bình Dương Quả vệ tinh Vinasat phóng quỹ đạo địa tĩnh 132oE (cách trái ñất 35.768 kdam) Lockheed Martin Corporation (Mỹ) cung cấp vệ tinh, dịch vụ phóng thiết bị trạm ñiều khiển Chức tư vấn giám sát xây dựng, lắp ñặt vệ tinh hãng Telesat (Canada) ñảm nhiệm Theo lãnh đạo VTI, thời gian dự kiến phóng vệ tinh vào ngày 28/3/2008; thời gian dự kiến bàn giao vệ tinh quĩ ñạo vào ngày 27/4 sau ñó ðịa ñiểm phóng Vinasat, dự kiến bãi phóng Kourou, quốc gia Trung Mỹ French-Guiana Khả phủ sóng Vinasat gồm Việt Nam, ðơng Nam Á, Trung Quốc, Triều Tiên, Ấn ðộ, Nhật Bản Australia TTVT ë ViƯt nam Vệ tinh Vinasat có trọng lượng khoảng 2.200kg, kích cỡ trung bình, gồm 25-30 phát ñáp (một phát ñáp tương ñương với khoảng 500 kênh điện thoại hay 4-6 kênh truyền hình), có tuổi thọ 15 năm Vệ tinh Vinasat phủ sóng tồn lãnh thổ VN, 100% thơn, xã nước có điện thoại phủ sóng phát thanh, truyền hình Tổng mức đầu tư cho dự án phóng vệ tinh Vinasat khoảng 270 triệu USD Có ba hãng tham gia ñấu thầu gồm EADS Astrium/Alcatel Alenia Space (Pháp), Lockheed Martin Commercial Space Systems (Mỹ) Sumitomo Corporation (Nhật Bản) Kết quả, hãng Lockheed Martin thức ñược chọn nhà thầu cho dự án 10 Khối nhà Tín hiệu cấp cho khối nhà thường có băng tần rộng từ 950 đến 1450 MHz Trước hết khuếch đại chuyển đến lọc bám để chọn kênh cần thiết (xem hình 5.1) Như nói, đan xen phân cực sử dụng thiết lâp lọc phân cực ta thu nửa số kênh 32 MHz ðiều giảm nhẹ hoạt ñộng lọc bám kênh đan xen ñặt cách xa Sau ñó kênh ñược chọn ñược biến ñổi hạ tần: thường từ dải 950 MHz xuống 70 MHz, nhiên chọn tần số khác dải VHF Bộ khuếch ñại 70 MHz khuếch đại tín hiệu đến mức cần thiết cho giải điều chế Sự khác biệt DBS TV thơng thường chỗ DBS sử dụng điều tần cịn TV thơng thường sử dụng điều biên (AM) dạng đơn biên có nén (VSSB: Vestigal Single Sideband) Vì cần giải điều chế sóng mang 70 MHz sau tái điều chế AM để tạo tín hiệu VSSB trước tiếp sóng cho kênh VHF/UHF máy TV tiêu chuẩn Mạng VSAT HỆ THỐNG THƠNG TIN VỆ TINH B mơn Thơng tin vơ n ðại học công nghệ - ðHQG HN Giảng viên Thẩm ðức Phương Tel 0903 229 117 E- Mail: phuongthamduc@yahoo.com Chương 10 – Hệ thống ñịnh vị nhờ vệ tinh Khái quát hệ thống ñịnh vị GPS Cấu hình hệ thống vệ tinh GPS Nguyên lý xác định vị trí GPS Máy thu GPS GLONASS GPS GALILLEO Khái quát hệ thống ñịnh vị GPS Một nhu cầu lớn thông tin đại khả xác định vị trí dẫn đường cho đối tượng trái ñất Và nhu cầu ñó ñã dẫn tới ñời hệ thống ñịnh vị vệ tinh Vào năm 70, nhằm mục đích thu thập thơng tin tọa ñộ (vĩ ñộ kinh ñộ), ñộ cao tốc ñộ hành quân, hướng dẫn cho pháo binh hạm ñội, Bộ Quốc phịng Mỹ phóng lên quỹ đạo trái đất 24 vệ tinh (21 vệ tinh hoạt ñộng, vệ tinh dự trữ) Những vệ tinh trị giá nhiều tỷ USD bay phía trái đất độ cao 20.200 km, với tốc ñộ chừng 11.200 km/h quỹ ñạo tròn, Chu kỳ ~ 12h Trước năm 1980, phục vụ cho mục đích qn Bộ quốc phịng Mỹ quản lý Từ năm 1980 phủ Mỹ cho phép sử dụng dân Hệ thống GLONASS Hệ thống định vị tồn cầu GLONASS Nga (Global Navigation Satellite System) Hệ thống GLONASS dựa chòm vệ tinh truyền liên tục tín hiệu mã hóa băng tần, tín hiệu ñược thu người dùng ñâu trái đất để biết vị trí vận tốc theo thời gian thực Hệ thống tương tự hệ thống GPS Mỹ, hệ thống sử dụng nguyên lý ñịnh vị truyền liệu GLONASS quản lý khơng qn Nga ñược ñiều hành trung tâm ñiều phối thơng tin khoa học nằm quốc phịng Liên bang Nga Phân đoạn khơng gian bao gồm 21 vệ tinh hoạt ñộng mặt phẳng quỹ ñạo Các vệ tinh hoạt động quỹ đạo trịn cách mặt ñất 19,100 km vệ tinh quay quanh quỹ ñạo khoảng 11h15’ Các vệ tinh GLONASS ñấu tiên ñược phóng lên quỹ ñạo vào năm 1982 chịm vệ tinh hồn thiện vào cuối năm 1995 ñầu 1996 Hệ thống thức hoạt ñộng vào ngày 24/9/93 Một số ñặc ñiểm ứng dụng GPS sử dụng vệ tinh ñiểm tham chiếu để tính tốn vị trí phép đo tam giác, khả xác tới mét Trong thực tế, với ưu ñiểm GPS ta thực phép đo xác tới centi mét Về ý nghĩa giống việc gán cho mét vuông trái ñịa Các máy thu GPS ñã ñược thu nhỏ mạch tích hợp trở nên kinh tế, khiến cho cơng nghệ trở nên phổ biến với tất người Ngày GPS ñược ứng dụng nhiều xe hơi, thuyền, thiết bị xây dựng, điện thoại, máy tính … sử dụng cho mục đích: Trắc ñịa ñồ (vẽ ñồ) Dẫn ñường mặt đất, biển hàng khơng (taxi, tàu bè, máy bay…) Tìm kiếm cứu nạn Sử dụng cho hoạt động vệ tinh (điều chỉnh vị trí vệ tinh) Các ứng dụng quân (tên lửa, bom thơng minh…) Sử dụng vào mục đích giải trí mặt đất, biển khơng Và số ứng dụng chuyên dụng khác (truyền thông tin thời gian, chuẩn tần số ño lường, vận hành tự ñộng…) ðặc ñiểm ứng dụng Từ năm ñầu thập kỷ 80, nhà sản xuất lớn ý nhiều ñến ñối tượng sử dụng tư nhân Trên xe hạng sang, thiết bị trợ giúp cá nhân kỹ thuật số PDA (Personal Digital Assistant) Ipaq hãng Compaq, ñược coi trang bị tiêu chuẩn, thể giá trị chủ sở hữu Như vậy, hệ thống định vị tồn cầu vệ tinh ngày khẳng ñịnh ñược giá trị trở nên phổ biến cho nhiều ứng dụng, từ dân sự, quân cho ñến lĩnh vực chun dụng Hiện có hệ thống định vị tồn cầu GPS Mỹ GLONASS Nga, tới có hệ thống GALILLEO châu Âu, dự báo có nhiều ñiều thú vị cho ứng dụng thị trường dành cho hệ thống ñịnh vị Cấu hình hệ thống GPS Hệ thống GPS bao gồm phân đoạn phân đoạn khơng gian (space segment), phân ñoạn ñiều khiển (control segment) phân ñoạn người dùng (user segment) Signal Components L1 1575.42MHz L2 1227.60MHz Coarse Acquisition C/A) Precision (P-Code) Navigation Message Cấu hình hệ thống GPS Cấu hình hệ thống GPS Phân đoạn khơng gian Bao gồm 24 vệ tinh, ngồi có vệ tinh dự phịng Mỗi vệ tinh có quỹ ñạo 12h mặt phẳng quỹ ñạo, mặt phẳng có vệ tinh Mỗi mặt phẳng nghiêng 55 độ so với mặt phẳng xích đạo Cách mặt đất khoảng 20,200 km Từ vị trí trái đất nhìn thấy đến vệ tinh Phân đoạn khơng gian có chức sau: • Nhận lưu trữ liệu ñược truyền lên từ phân đoạn điều khiển • Duy trì thời gian xác nhờ chuẩn tần số nguyên tử vệ tinh (đồng hồ ngun tử) • Truyền thơng tin tín hiệu tới cho người dùng băng tần L Cấu hình hệ thống GPS Phân ñoạn ñiều khiển Phân ñoạn ñiều khiển bao gồm phương tiện, thiết bị cần thiết để dễ dàng giám sát, ño ñạc từ xa, theo dõi, lệnh điều khiển, tính tốn Hệ thống ñiều khiển trạm: Hawaii, Colorado Springs, Ascension Is., Diego Garcia and Kwajalein Tất trạm trạm giám sát, theo dõi vệ tinh gửi liệu theo dõi đến trạm điều khiển (Master Control Station) Cấu hình hệ thống GPS Phân đoạn điều khiển Chúng thực chức sau: Căn không quân Falcon, Colorado Springs, ñịa ñiểm trạm ñiều khiển Master Control Station (MCS), liệu theo dõi xử lý để tính tốn thiên văn sửa lỗi ñồng hồ vệ tinh ðây trạm khởi chạy tất hoạt ñộng phân đoạn khơng gian, vận động (di chuyển) vệ tinh, mã hóa liệu quản lý đồng hồ vệ tinh Trạm MCS quản lý 50th Space Wing khơng qn Mỹ Các trạm cịn lại (Hawaii, Ascension Is., Diego Garcia, and Kwajalein), với anten khác lục địa Mỹ đóng vai trò trạm tải lên (upload) cho phép tải liệu lên vệ tinh Dữ liệu bao gồm thơng tin thiên văn, thơng tin sửa đồng hồ ñược truyền bên tin ñiều hướng, lệnh đo từ xa trạm MCS Cấu hình hệ thống GPS Các tin điều hướng lệnh đo từ xa truyền tới vệ tinh GPS 8h, cần Hiện tỷ lệ lần ngày Nếu hệ thống GPS thiết kế hồn thiện vệ tinh hoạt động độc lập với phân ñoạn ñiều khiển mặt ñất, mà khơng ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống Cấu hình hệ thống GPS Phân đoạn người dùng Thiết bị GPS người dùng ñã phải trải qua chương trình phát triển bao quát, lĩnh vực quân dân Theo đó, “thiết bị” GPS ám kết hợp của: Phần cứng (theo dõi ño ñạc), Phần mềm (các thuật toán xác ñịnh vị trí, giao diện cho người dùng), Qui trình hoạt ñộng (chi phối ñộ xác by accuracy, chức năng, ) Các ứng dụng GPS rộng rãi, tương ứng với ña dạng thiết bị người dùng Tuy nhiên, cách phân loại sau: Các máy thu dân (dịch vụ cho vị trí tiêu chuẩn) sử dụng mã khoảng cách (ranging code) C/A băng tần L1 Các máy thu quân (dịch vụ cho vị trí xác) sử dụng mã khoảng cách (ranging code) C/A P băng tần L1/L2 Cấu hình hệ thống GPS Trong chương trình nghiên cứu phát triển qn nhằm mục tiêu đạt kích thước nhỏ, độ tin cậy cao, thiết bị dân hướng tới mục tiêu giảm giá thành phát triển tính tăng cường khả hệ thống Thêm phát triển GPS làm tăng ña dạng ứng dụng người dùng Do ứng dụng yêu cầu chất lượng khác nhau, có số hướng phát triển, số nhắm đến độ xác cao, số hướng đến tính đa dạng Hiện có khoảng 100 nhà sản xuất thiết bị GPS với nhiều loại khác Ngun lý xác định vị trí hệ thống GPS Các vệ tinh ñiểm tham chiếu cho vị trí trái ñất, hệ thống GPS xác định vị trí theo bước sau: Nguyên lý GPS sử dụng “phép tính tốn tam giác” (triangulation) ðể tính tốn tam giác, máy thu GPS ño khoảng cách dựa vào thời gian truyền sóng vơ tuyến ðể đo thời gian ñó, GPS cần phải xác ñịnh ñược thời gian cách xác Cùng với khoảng cách, GPS cần phải xác định xác vị trí vệ tinh không gian Cuối hệ thống cần phải hiệu chỉnh thời gian trễ truyền sóng qua tầng khí Bằng cách xác định khoảng cách tới vệ tinh ta xác định vị trí ta nằm ñiểm không gian Bằng cách xác ñịnh khoảng cách tới vệ tinh ta xác định vị trí ta nằm điểm khơng gian Ngun lý xác ñịnh vị trí hệ thống GPS Vấn ñề cịn đo thời gian truyền từ vệ tinh tới máy thu Thời gian vấn ñề phức tạp Thứ thời gian ngắn Nếu vệ tinh phía thời gian truyền khoảng 0,06 giây Do cần có đồng hồ xác Giả sử có đồng hồ xác, đo thời gian nào: Giả sử có cách để làm cho vệ tinh máy thu phát tín hiệu vào 12 trưa Nếu tín hiệu truyền tới máy thu, có tín hiệu, từ máy thu từ vệ tinh Sẽ có phiên khơng đồng với Phiên từ vệ tinh bị trễ phải truyền qua khoảng cách 11000 dặm Nếu ta muốn biết tín hiệu từ vệ tinh bị trễ ta cho tín hiệu máy thu chúng ñồng với Khoảng thời gian phải dịch tín hiệu máy thu để có ñược ñồng với thời gian truyền từ vệ tinh máy thu Do nhân thời gian với tốc độ ánh sáng xác ñịnh ñược khoảng cách tới vệ tinh Mỗi vệ tinh ñều sử dụng mã giả ngẫu nhiên Mã giả ngẫu nhiên phần sở GPS Về mặt vật lý mã số phức tạp, nói cách khác chuỗi ký tự đóng mở Tín hiệu phức tạp trơng gần nhiễu ngẫu nhiên, có tên “giả ngẫu nhiên” Sự phức tạp có số ưu ñiểm: phức tạp ñảm bảo máy thu khơng đồng với một tín hiệu khơng mong muốn Dạng tín hiệu đảm bảo khơng có tín hiệu nhiễu có dạng Bởi vệ tinh có mã giả ngẫu nhiên đảm bảo máy thu khơng bắt nhầm tín hiệu vệ tinh khác Do vệ tinh sử dụng tần số giống mà không sợ gây nhiễu lẫn Và cịn khó muốn gây nhiễu cho hệ thống Trong thực tế mã giả ngẫu nhiên cịn cho phép quốc phịng Mỹ điều khiển truy cập vào hệ thống Nhưng lý để sử dụng mã giả ngẫu nhiên, sử dụng “lý thuyết thơng tin để khuyếch đại tín hiệu GPS ðó lý máy thu GPS không cần sử dụng anten lớn để thu tín hiệu – điều khiến cho GPS trở nên kinh tế 10 Nguyên lý xác định vị trí hệ thống GPS Nếu mấu chốt đo thời gian tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu, thời gian cần phải xác, thời gian lệch ñi phần nghìn giây với tốc ñộ ánh sáng độ lệch vị trí xác định 200 dặm ðối với vệ tinh, thời gian có độ xác cao có đồng hồ ngun tử xác Nhưng cịn máy thu mặt ñất? Ta nhớ vệ tinh máy thu cần phải ñồng mã giả ngẫu nhiên với hệ thống có giá trị Nhưng máy thu cần phải có đồng hồ ngun tử hệ thống trở nên khơng kinh tế (đồng hồ ngun tử có giá từ 50$ tới 100$), khó có người mua Rất may người thiết kế hệ thống GPS có sáng kiến tuyệt vời, thực thêm phép ño Bây tìm hiểu xem cụ thể nào: Giả sử vị trí thực nằm cách vệ tinh A giây cách vệ tinh B - giây hình vẽ Hai đường trịn cắt điểm X vị trí ta Nhưng giả sử ñồng hồ máy thu chậm so với đồng hồ tồn cầu Khi khoảng cách từ máy thu tới vệ tinh A giây tới vệ tinh B giây Do giao đường trịn ñiểm XX Như khoảng cách từ X tới XX sai số gây không xác đồng hồ Bây ta sử dụng vệ tinh thứ Nếu đồng hồ xác đường trịn phải cắt điểm Mà đường trịn cắt XX thì đường trịn thứ qua XX Nhưng đồng hồ ta sai giây kết là: đường trịn thứ khơng qua XX, máy thu biết có sai số thời gian 11 Nguyên lý xác ñịnh vị trí hệ thống GPS Bởi sai số thời gian ảnh hưởng lên tất phép đo máy tính tính tốn rút giá trị sửa lỗi cho tất đường trịn qua điểm Trong ví dụ này, giá trị cần sửa trừ ñi giây Sau xác ñịnh ñược giá trị sửa, máy thu sử dụng giá trị cho phép đo sau Và từ đồng hồ máy thu ñã ñược ñồng với thời gian tồn cầu Tất nhiên q trình sửa cần lặp lại theo ñịnh kỳ ñể ñảm bảo ñồng hồ máy thu ln đồng Nhưng với cách này, chí máy thu GPS rẻ có thời gian xác sử dụng ñồng hồ nguyên tử, ñã xác định xác vị trí Sử dụng hệ nguyên lý trên, ta rút rằng: hệ thống GPS cần vệ tinh để xác định xác vị trí ta so với vệ tinh ðể xác định vị trí ta cịn phải biết vị trí vệ tinh để lấy làm điểm tham chiếu Về quỹ đạo xác nhiên để tăng độ xác vệ tinh GPS ln giám sát quốc phịng Họ sử dụng radar vơ xác để kiểm tra vị trí xác vệ tinh, bao gồm vị trí tốc độ Lỗi ñược kiểm tra ñược gọi “lỗi thiên văn” chúng ảnh hưởng đến tọa độ thiên văn tọa ñộ quỹ ñạo vệ tinh Các lỗi gây lực hút mặt trăng, mặt trời áp suất xạ mặt trời lên vệ tinh Các lỗi thường nhỏ muốn có xác phải tính đến Sau quốc phịng đo xác vị trí vệ tinh, họ truyền thơng tin quay trở lại vệ tinh Vệ tinh sau phát tín hiệu thơng tin vị trí hiệu chỉnh Như tin vệ tinh bao gồm thơng tin thiên văn (quỹ đạo, vị trí) Với thời gian xác xác định vị trí xác vệ tinh ta tính tốn vị trí 12 Máy thu GPS Tín hiệu Tín hiệu vệ tinh bao gồm tín hiệu sau: Hai sóng mang băng tần L Các mã khoảng cách ñược ñiều chế sóng mang Bản tin điều hướng chứa thơng tin vị trí vệ tinh Sóng mang L1 có tần số 1575,42 MHz mang thơng tin trạng thái (vị trí vệ tinh) mã giả ngẫu nhiên C/A để xác định khoảng cách Sóng mang L2 có tần số 1227,60 MHz sử dụng cho mã giả ngẫu nhiên xác P dành cho qn Mã có độ phức tạp nhiều so với mã C/A mã hóa gọi mã Y Mục đích mã giả ngẫu nhiên ñể xác ñịnh thời gian truyền tín hiệu để từ xác định khoảng cách đến vệ tinh Ngồi cịn có tín hiệu tần số thấp ghép thêm vào mã băng tần L1 chứa thông tin vị trí vệ tinh, thơng tin sửa cho ñồng hồ thông tin trạng thái hệ thống Máy thu GPS Như trình bày, hệ thống GPS làm việc dựa nguyên lý: ta biết khoảng cách tới số vị trí biết, ta tính vị trí Các vị trí biết 24 vệ tinh ñược ñặt mặt phẳng quỹ ñạo cách mặt ñất 20,200 km Các vệ tinh quay quanh trái ñất 12h quảng bá liệu với tần số 1,575 GHz mang tín hiệu mã hóa C/A mặt đất Các máy thu đo thời gian truyền mã C/A theo ñơn vị mili giây, từ xác định khoảng cách tới vệ tinh Sau tính tốn vị trí Các hệ thống máy thu GPS bao gồm: Ăng ten Khuếch ñại tạp âm thấp LNA Bộ lọc RF Bộ lọc IF Bộ xử lí tín hiệu DSP Bộ điều khiển - Controller Bàn phím Keyboard Màn hiển thị - Display Nguồn ñiện - Power Supply 13 Máy thu GPS Máy thu GPS Tín hiệu thu anten ñược qua phần tiền khuyếch ñại chuyển ñổi xuống băng Sau tín hiệu giải ñiều chế, tách tin ñiều hướng (bao gồm vị trí vệ tinh) tách mã C/A Hai thơng tin kết hợp với ñồng hồ máy thu đưa vào xử lý để tính tốn vị trí máy thu Tín hiệu lối máy thu bao gồm thơng tin vị trí, vận tốc thời gian 14 ... Việc chuyển giao từ vệ tinh sang vệ tinh sau Chòm vệ tinh TTDĐ bao phủ toàn cầu Tuy nhiên, vệ tinh bay nhanh nên 5- 10 phút lại phải chuyển giao nhiệm vụ từ vệ tinh sang vệ tinh khác Chuyển giao... đa vệ tinh lên thẳng quỹ đạo địa tĩnh, đ phóng loạt vệ tinh địa tĩnh dùng cho viễn thông Các dải tần dành cho Thông tin Vệ tinh Bng tần cho TTVT FCC Mỹ ITU cấp • Băng VHF/UHF 0. 1-0 .3 GHz: Vệ tinh. .. 22 HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH B môn Thông tin vô n ðại học công nghệ - ðHQG HN Giảng viên Thẩm ðức Phương Tel 0903 229 117 E- Mail: phuongthamduc@yahoo.com Chương – Cấu tạo vệ tinh thông tin Khái