Các hệ thống dẫn đường mặt đất được hiểu là các hệ thống mà điểm mốc nằm trên bề mặt trái đất.
A. Hệ thống radio tìm phương.
Đây là dạng hệ thống dẫn đường đơn giản nhất, sử dụng rộng rãi nhất và cũng là cổ xưa nhất [1]. Trong hệ thống này, hướng của máy phát (điểm mốc) có thể được xác định nhờ hai anten giống hệt nhau, đặt vuông vuông góc với nhau trong hình 7.1.
Để loại trừ tính đa trị, người ta mắc thêm một anten cảm biến nữa như trong hình 7.1a và nguyên lý loại trừ được khắc phục nhờ đặc tính định hướng tổng hợp như trên hình 7.1b.
B. Các hệ thống dẫn đường hypecbole
Như chúng ta đã biết các đường hypecbol (h. 7.2)
là quỹ tích của các điểm mà hiệu khoảng cách từ các điểm này đến hai điểm cố định cho trước được gọi là các tiêu điểm là không đổi:
1 2 2
MF MF a= const. (7.1)
Bằng cách xây dựng các họ đường hipecbol rồi đưa lên hải đồ và xác định các đường đẳng pha, tàu thuyền có thể xác định được vị trí của điểm đo. Để khắc phục tính đa trị (điểm
N trên hình 7.2a) người ta xây dựng ba họ các đường hypecbol khác nhau như hình 7.2b.
Hình 7.1 Anten của radio tìm phương (a); Giản đồ định hướng của các antenvòng : A,B, anten cảm biến:C, tổ hợp anten: D=A+C-B (b). A B C D b) 1 2 n n ur uur Máy thu 1 n ur K a) 2 nuur Trạm phụ (đỏ) Trạm phụ (lục) Trạm phụ (lam) Trạm chính M N
Hình 7.2 Các đường đẳng trị hypecbol (a); nguyên lý loại trừ tính trị trong hệ thống Decca(b).
M
F2 F1
N
O
a) b)
7.1.2 HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH
Đây là các hệ thống dẫn đường, mà các điểm mốc NP là các vệ tính nhân tạo trái đất.
A. Đặc tính chung của dẫn đường vệ tinh
Các hệ thống này thỏa mãn đầy đủ nhất những yêu cầu hiện đại của công việc dẫn đường an toàn và thuận tiên cho con người và các phương tiện như:
- Phạm vi hoạt động dẫn đường toàn cầu.
- Độ chính xác cao, ổn định và đồng đều ở mọi vùng biển công tác trên thế giới. - Cách chọn dạng quỹ đạo phù hợp, có thể giới hạn các vùng hoạt động của hệ thống.
- Khả năng sử dụng hệ thống dẫn đường vệ tinh không phụ thuộc vào các điều kiện khí tượng thủy văn, thời điểm trong ngày, các mùa trong năm.
- Bên cạnh nhiệm vụ dẫn đường hàng hải, còn các dịch vụ khác như khí tượng, thủy văn, trắc địa, khảo sát … thậm chí ngay cả các công tác bảo hiểm.
- Ngoài các yêu cầu trên, hệ thống vệ tinh có thể được khai thác trong các mục đích khác như: thông tin liên lạc, điều hành hoạt động của các đội tầu, tìm kiếm cứu hộ …
B. Nguyên lý xác định điểm đo.
Để xác định vị trí trong dẫn đường vệ tinh cần biết được vị trí của điểm mốc nào đấy và xác định mối quan hệ giữa điểm mốc này với vị trí cần xác định.
Điểm mốc dẫn đường hàng hải (NP- Navigation Point) chính là các điểm vật chất tự nhiên hay nhân tạo, có thể quan sát được từ tàu biển nhờ các phương tiện kỹ thuật nào đấy và tọa độ vị trí của các điểm mốc này phải được biết trước trong các hệ trục tham chiếu đã chọn, ít nhất tại thời điểm quan sát. Trong dẫn đường vệ tinh, điểm mốc chính là các vệ tinh.
Nếu điểm mốc đạo hàng NP nằm trên cùng một mặt phẳng với điểm đo, thì tọa độ của điểm đo MP (Measuring Point - chế độ 2D), được xác định [6]:
( ) ( ) NP MP NP MP NP MP NP MP (7.2)
Từ các biểu thức (7.2) cho thấy, quá trình quan sát hay xác định tọa độ điểm đo MP được tiến hành theo ba bước:
1. Xác định mối tương quan tương đối: (mMPmNP) giữa điểm đo và điểm mốc. 2. Xác định tọa độ vị trí của điểm mốc đạo hàng NP.
3. Tính các giá trị tọa độ của điểm đo.
Từ nguyên lý trên cho thấy cấu hình của hệ thống dẫn đường vệ tinh bao gồm: 1. Khâu vũ trụ bao gồm số lượng vệ tinh và quỹ đạo cần thiết.
2. Khâu thuê bao, đó là người hay các phương tiện hành trình cần xác định vị trí.
3. Các trạm mặt đất có nhiệm vụ theo dõi, kiểm tra, điều chỉnh mọi hoạt động hữu hiệu của các vệ tinh.
7.2 VỆ TINH VÀ NHỮNG ĐẶC TÍNH
Vệ tinh nhân tạo trái đất gọi tắt là vệ tinh, là các vật thể do con người tạo ra được bắn lên quỹ đạo nhờ tên lửa đẩy với vận tốc quỹ đạo cấp I và chuyển động tự do trên các quỹ đạo.
7.2.1 VỆ TINH DẪN ĐƯỜNG
Vệ tinh dẫn đường là các vệ tinh nhân tạo trái đất, dùng trong các hệ thống dẫn đường. Đó là các vệ tinh không người lái, sử dụng một lần. Việc liên lạc hai phía Vệ tinh Trái đất, do các thiết bị thu - phát vô tuyến đảm nhiệm, được cấp nguồn bằng các pin mặt trời.
A. Vận tốc vũ trụ cấp I
Ởđộ cao bằng 0, vật thể muốn vượt qua địa trường, chúng phải được bắn lên với vận tốc 7,912 km/s được gọi là vận tốc vũ trụ cấp I . Vận tốc vũ trụ cấp I cũng sẽ giảm dần khi chiều cao quỹ đạo của vệ tinh càng lớn dần via dụ với 200 km là: 7,79 km/s, còn ở độ cao 20000 km vận tốc này chỉ là: 6,92 km/s.
B. Định luật Kepler
Theo định luật I của Keplera, thì vệ tinh bay vòng quanh trái đất theo một đường cong là mặt cắt của khối hình nón, với các vật trung tâm (trái đất) nằm ở một trong 2 tâm điểm của quỹ đạo với bán kính dẫn:
/1 .cos
rP e (7.5)
ở đây,r-bán kính dẫn vệ tinh, P -thông số quỹ đạo cực, e -tâm sai, - dị thường thực.
Tâm sai của elip- Một đại lượng không đơn vị và được xác định:
2 2 2
( ) / /
e a b a c a (7.6)
Quỹ đạo vệ tinh sẽ là hình tròn nếu e0, elip nếu 0 e 1, parabol nếu e1 và hypebol nếu e1. Phương trình quỹ đạo vệ tinh dẫn đường, như được mô tả trên hình 7.4.