2. TỔNG QUAN CÂC V ẤN ðỀ NGHIÍN CỨU
2.3.2. Câc thănh phần của GPS
Ớ đoạn không gian
đoạn không gian bao gồm câc vệ tinh chuyển ựộng trắn 6 mặt phẳng quỹ ựạo, ở ựộ cao khoảng 20200 km. Mặt phẳng quỹ ựăo nghiắng so với mặt
Trường đại học Nông nghiệp Hă Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ẦẦẦ 19
phẳng xắch ựạo một góc 550. Vệ tinh chuyển ựộng trắn quỹ ựạo gần như tròn với chu kỳ 718 phút. Theo thiết kế hệ thống gồm 24 vệ tinh, trắn mỗi quỹ ựạo có 4 vệ tinh. Với sự phđn bố vệ tinh trắn quỹ ựạo như vậy, trong bất kỳ thời gian năo vă ở bất kỳ vị trắ năo trắn trâi ựất ựều thu ựược tắn hiệu từ ắt nhất 4 vệ tinh GPS.
Hình 2.1: Chuyển ựộng của vệ tinh trắn quỹựạo
Chương trình ựưa câc vệ tinh lắn quỹ ựạo ựược chia lăm câc khối như sau: Khối I, II, II-A, II-R vă II-F. Tắnh ựến năm 1998 chỉ còn lại 3 vệ tinh của khối I cùng với câc vệ tinh của khối II cùng II-A lăm việc. Năng lượng cung cấp cho hoạt ựộng của câc thiết bị vệ tinh lă năng lượng pin mặt trời.
Câc vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1600 kg khi phóng vă khoảng 800 kg trắn quỹ ựạo. Theo thiết kế tuổi thọ của câc vệ tinh khoảng 7,5 năm. Câc vệ tinh của khối sau có trọng lượng lớn hơn vă tuổi thọ cũng dăi hơn tuổi thọ của câc vệt tinh trước ựó.
Mỗi vệ tinh thuộc khối I ựược trang bị 4 ựồng hồ nguyắn tử, 2 ựồng hò thuộc loại censium vă 2 ựồng hồ thuộc loại rubidium. Thắm văo ựó mỗi ựồng hồ ựược trang bị thắm bộ tạo dao ựộng thạch anh rất chắnh xâc.
Tất cả câc vệ tinh GPS ựều có thiết bị tạo dao ựộng với tần số chuẩn cơ sở f0 = 10,23 Mhz. Tần số năy còn lă tần số chuẩn của ựồng hồ nguyắn tử, với ựộ
Trường đại học Nông nghiệp Hă Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ẦẦẦ 20
chắnh xâc cỡ 10-12. Từ tần số chuẩn f0 thiết bị sẽ tạo ra hai tần số sóng tải L1 vă L2: Sóng tải L1 có tần số f1= 154f0=1575,42 Mhz, có bước sóng λ1= 19,032 cm. Sóng tải L2 có tần số f2= 120f0=1227,60 Mhz, có bước sóng λ2= 24,42 cm.
Câc sóng tải L1 vă L2 thuộc dải sóng cực ngắn. Với tần số lớn như vậy câc câc tắn hiệu sẽ ắt bị ảnh hưởng của tầng ựiện ly (tầng Ion) vă tầng ựối lưu vì mức ựộ lăm chậm tắn hiệu do tầng ựiện ly tỷ lệ nghịch với bình phương của tần số.
để phục vụ cho câc ựối tượng vă câc mục ựắch khâc nhau, câc tắn hiệu phât ựi ựược ựiều biến mang theo câc code riắng biệt, ựó lă C/A-code, P-code vă Y-code.
C/A code (Coarse/Acusition code) lẵcde tho cho phĩp sử dụng rộng rêi. C/A code mang tắnh chất code tựa ngẫu nhiắn. Tắn hiệu mang code năy có tần số thấp (1,023 Mhz) tương ứng với bước sóng 293 mĩt. C/A code chỉ ựiều biến sóng tải L1, song nếu có sự can thiệp của trạm ựiều khiển trắn mặt ựất có thể chuyển sang cả L2. Chu kỳ của C/A code lă 1 mili giđy, trong ựó có chứa 1023 bite, mỗi vệ tinh phât ựi một code khâc nhau.
P-code (Pricision code) lă code chắnh xâc ựiều biến cả sóng tải L1 vă L2 có ựộ dăi cỡ 1014 bite vă lă code tựa ngẫu nhiắn PRN-code (Psudorandom Noise). Tắn hiệu của P-code có tần số ựúng bằng tần số chuẩn f0 (10,23 Mhz) tương ứng với bước sóng 29,3 mĩt. Mỗi vệ tinh sử dụng một ựoạn code năy (tương ựương với ựộ dăi một tuần lễ gọi lă Ộcode tuần lễỢ). Code tựa ngẫu nhiắn lă cơ sở ựể ựịnh vị tuyệt ựối khoảng câch giả, ựồng thời có thể dựa văo ựó ựể nhận biết ựược số hiệu vệ tinh. P-code ựược dùng cho mục ựắch quđn sự của Mỹ vă chỉ ựược sử dụng văo mục ựắch khâc khi Mỹ cho phĩp.
Y-code lă code bắ mật phủ lắn P-code nhằm giưc bắ mật kỹ thuật gọi lă kỹ thuật AS (Anti- Spoofing). Chỉ có câc vệ tinh thuộc khối II mới có khả năng năy. Ngoăi câc tần số trắn, câc vệ tinh GPS còn có thể trao ựổi với câc trạm ựiều khiển trắn mặt ựất qua câc tần số 1783,74 Mhz vă 1227,75 Mhz ựể
Trường đại học Nông nghiệp Hă Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ẦẦẦ 21
truyền câc thông tin ựạo hăng vă câc lệnh ựiều khiển tới vệ tinh. Tất cả câc code ựược khởi tạo lại sau mỗi tuần lễ văo ựúng nửa ựắm thứ 7, như vậy tuần lễ GPS lă ựơn vị thời gian lớn nhất trong công nghệ GPS.
Hình 2.2: Cấu trúc tắn hiệu GPS
Ớ đoạn ựiều khiển
Có 5 trạm ựiều khiển trắn mặt ựất: Hawaii, Colorado Springs, Ascension Is., Diego Garcia vă Kwajalein, có chức năng như sau:
- Cả 5 trạm ựều lă trạm giâm sât, theo dõi vệ tinh vă truyền dữ liệu ựến trạm ựiều khiển chắnh.
Trường đại học Nông nghiệp Hă Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ẦẦẦ 22
- Trạm ựặt tại Colorado Springs lă trạm ựiều khiển chắnh (MSC). Tại ựó dữ liệu theo dõi ựược xử lý nhằm tắnh tọa ựộ vă số hiệu chỉnh ựồng hồ vệ tinh.
- Ba trạm tại Ascension, Diego Garcia vă Kwajalein lă câc trạm nạp dữ liệu lắn vệ tinh. Dữ liệu bao gồm câc bảng lịch vă thông tin số hiệu chỉnh ựồng hồ vệ tinh trong thông bâo hăng hải.
Hình 2.3: Câc trạm ựiều khiển GPS
Ớ đoạn sử dụng
đoạn sử dụng bao gồm câc mây móc, thiết bị nhận thông tin từ vệ tinh ựể khai thâc sử dụng cho câc mục ựắch vă yắu cầu khâc nhau của người sử dụng như: Dẫn ựường trắn biển, trắn không, trắn ựất liền vă phục vụ cho công tâc ựo ựạc ở nhiều nơi trắn thế giới. đó có thể lă một mây thu riắng biệt, hoạt ựộng ựộc lập (trong ựịnh vị tuyệt ựối), hay một nhóm từ hai mây thu trở lắn hoạt ựộng ựồng thời theo một lịch trình thời gian nhất ựịnh (trường hợp ựịnh vị tương ựối), hoặc có thể thu tắn hiệu GPS với một số thiết bị thu khâc ựể thực hiện câc kỹ thuật ựo ựộng thời gian thực (Real time Kinematic-RTK), ựo vi phđn DGPS (Diferentital-GPS), ựo vi phđn diện rộng WADGPS (Wide- Area-Diferentital-GPS).
Trường đại học Nông nghiệp Hă Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ẦẦẦ 23
Hình 2.4: Câc thănh phần chắnh của GPS