D. Một số loại thiết bị kỹ thuật DGPS sử dụng dải tần UHF và VHF
3.4.6.1. Thiết bị đồng bộ DGPS sử dụng dải tần số cao VHF hoặc UHF
Vệ cơ bản hệ thống gồm hai thành phần : - Trạm cải chính DGPS cố định.
- Trạm cải chính đợc đặt trên điểm có toạ độ xác định đã biết trớc. - Các trạm di động đặt tại nơi cần định vị.
A. Cấu hình trạm tĩnh :
Máy thu định vị một tần hoặc hai tần loại Trimble 4000 series có chức năng làm trạm tĩnh. Ví dụ nh là loại Trimble 4000/ SSi – RS.
Antena của máy thu, loại COMPACT DONE đợc đặt chính xác trên một điểm đã biết trớc toạ độ.
Máy phát sóng UHF hoặc VHF có MODEM.
Đối với máy phát VHF, dải tần số sóng mang là từ 140 MHz đến 180 MHz. Đối với máy phát UHF, dải tần số sóng mang là từ 420 MHz đến 470 MHz. Máy sử dụng là loại RADEL MTS 160 Base Station.
Tần số sóng mang UHF 430 Mhz – 450 Mhz, dải thông là 250 Khz. Tuỳ chọn bằng phần mềm Procomm.
Công suất máy phát là 2 W.
Antena máy phát là loại sào dài 2,8 m.
Độ rộng vùng phủ sóng với bán kính từ antena phát là 15 Km.
Chế độ phát TRANSPARENT cho phép phát liên tục các gói thông tin theo chuẩn RTCM SC 104.
B. Cấu hình trạm động.
Sử dụng máy thu cải chính GPS loại Trimble 4000 / SSi có chức năng DGPS (nhận và cải chính theo chuẩn RTCM SC 104 trên các cổng giao tiếp RS 232 port 1 nối với máy thu Radio link ).
Antena thu GPS loại COMPACT DONE.
Máy thu Radio loại RADTEL MTS 160 Rover Sation.
Độ nhậy máy thu tín hiệu là 0,3 mV khi độ lớn tín hiệu là 12 dB.
Antena máy thu dùng loại sào dài cao một mét, khi lắp đặt nên đặt tại vị trí cao, tránh gần các thiết bị gây nhiễu khác nhu : radar, antena thu phát các máy phát điện công suất lớn.
Chế độ thu phát TRANSPARENT cho phép thu liên tục các gói tín hiệu chuẩn RTCM SC 104.
Điện áp nguồn sử dụng điên lới AC 220 V acquy 12V.
Có thể sử dụng với số lợng không hạn chế với các trạm động. Với điều kiện các máy thu Radio tại trạm động cùng loại hoặc tơng thích với máy phát Radio của trạm cải chính và đợc đặt cùng tần số với máy của trạm cải chính.
3.4.6.2 Cấu trúc và tính năng kỹ thuật các thiết bị dùng trong công nghệ cải chính DGPS giải tần số cao. chính DGPS giải tần số cao.
A. Máy thu định vị DGPS cải chính.
Các máy thu DGPS đặt tại trạm cải chính đợcc sử dụng là loại thơng hiệu RS trong cấu trúc tên của loại thiết bị đó, ví dụ : Trimble 4000 RS / SSi, SSe, DSM 212 RS, LBX 12 RS.
Các máy này đã đợc cài đặt phần mềm hệ thống Firmware RTCS SC- 104 REERECE STATION trong bộ nhớ Flash Rom của máy.
Sau đây là cấu hình loại máy Trimble 4000 RS / SSi hoặc SSe dùng làm máy thu DGPS cho các trmạ cải chính và trạm động giải tần số cai UHF, VHF đang sử dụng tại trung tâm trắc địa bản dồ.
A.1 Máy Trimble 4000 DGPS RS
Máy thu định vị cải chính 4000 DGPS RS là loại máy đa năng.Tuỳ thuộc kựa chọn của ngời sử dụng mà có thể cài đặt các phần mềm khác nhau để tạo các cấu hình khác nhau.
Máy DGPS 4000 RS có các tính năng sau :
- Thu trực tiếp tín hiệu vệ tinh đến 9 vệ tinh trở lên ( tần số L1 hoặc cả hai tần số L1 /L2 ).
- Cho phép đo pha sóng mang để xác định chính xác Vector giữa hai trạm (cạnh đo ).
- Tạo khả năng đo C/A code mức nhiễu thấp với trợ giúp của các bộ lọc và làm trơn (Smooth ).
- Tự động định vị ở chế độ Overdetemined Position khi có đủ số vệtinh cần thiết.
- Cho phép đua số hiệu cải chính dạng chuẩn RTCM SC 104 qua các cổng RS 232 để truyền đua bằng Radio link hoặc đua vào máy vi tính cũng nh các thiết bị dẫn đờng khác (tính năng cải chính – RS ).
- Cho phép tổng hợp các phép đo trớc đó sau chu kỳ Bật / Tắt máy.
- Cho phép đo các chế độ khác nhau nh: Đo tĩnh kể cả đo nhanh, đo động, đo chế độ cải chính RTCM Real time hoặc RTK (chế độ đo dùng các số liệu cải chính RTCM SC 104 ở đầu vào RS 232 tuỳ chon).
- Hiển thị số liệu trên màn hình tinh thể lỏng LDC gồm 4 dòng, 40 ký tự.
B. RADIO LINK
Các máy Radio link dùng trong dải tần VHF hay UHF là các máy phát sóng ở dải tần số 140 Mhz đến 180 Mhz với VHF và từ 420 Mhz đến 480 Mhz với UHF. Công xuất của các máy này thờng từ 1 W đến 35 W tuỳ theo lựa chon khi đặt hàng.
Các máy Radio link hiện đại sử dụng là loại RADTEL MTS 160 của hãng C&MT. Máy có cấu hình nh sau :
Mặt trớc :
Mặt sau :
Máy thu phát Radio link RADEL MTS 160 là loại xách tay dùng cho mục đích thu phát các số liệu đo đạc. Máy thu đợc sản xuất dùng chủ yếu cho mụcđích định vị DGPS, truyền số liệu trên diện rộng. Đây là một loại máy sử dụng công nghệ MODEM GRM 530 cho phép dùng nhiều cổng giao tiếp trên một MODEM dới điều khiển của phần mềm hệ thống NAVNET. MODEM GRM 530 dùng phơng pháp tích hợp cho phép cùng một lúc giao tiếp với 4 cổng giao tiếp loaị RS 232 hoặc RS 422. Máy RADEL MTS 160 sử dụng bộ phát sóng của hãng Motorola loại CM 300 U/V có thể dùng trên hai dải tần VHF và UHF có công xuất phát tuỳ chọn từ 1W đến 35 W cho phép bán kính phát vùng phủ sóng từ 10 Km đến 60 Km trên biển.
PW R RX D TXD MON SCAN MON SCAN MTS 160 MOTOROLA CM300 volume C& TM ••• ••• O 12V DC COM 1 COM 2 AT U AC POWER
Sau đâylà những tính năng kỹ thuật của máy Radio link MRS 160: MODEM GRM 530 – LS (1200/2400FFSK )
CPU NEC V25
MEMORY 64 KB RAM
Dữ liệu : RAW; TEXT :XTEXT :BLOCK; CMR1;CRM2;NMEA;GYRO; NOVATEL BINARY.
Serial Port : 4 COM – RS 232, 1 cổng COM bên trong
Flow control :XON/XOFF hoặc CTR tuỳ chon thông qua phần mềm. Tốc độ trao đổi : 600, 1200, 4200, 4800, 9600,19200 Baund
Radio :CM 300 U (UHF ) hoặc CM 300 V (VHF )
Loại CCCCM300U (UHF ): Giải tần 420 Mhz – 470 Mhz. Số kênh : 256 kênh Độ ổn định tần số : +- 3 ppm Di tần +- 1,5 Khz maximum Máy phát sóng : Điều chế FMSK Thời gian trễ < 10 ms Công xuất phát 2 W (chọn 15 W, 25 W ) C. Cấu trúc kỹ thuật
Về mặt nguyên lý công nghệ BEACON MSK DGPS cũng gồm có : Hệ thống các trạm
- Trạm cải chính đợc đặt trên điểm có toạ độ chính xác đã biết trớc. - Các trạm điều khiển và phục vụ khác
Các trạm này đợc đặt cố định trên bờ. Các trạm này đợc đặt tại nơi cần định vị
C1. Cấu hình hệ thống trạm BEACON
Để đảm bảo phục vụ trên phạm vi rộng cho nhiều đối tợng, ngời ta sử dụng hệ thống cải chính dùng công nghệ BEACON MSK DGPS. Hệ thống BCS này đợc chia ra làm nhiều trạm các chức năng khác nhau :
• Trạm phát cải chính (RISM Site), số lợng các trạm RISM tuỳ thuộc cấu hình hệ thống.
• Trạm điều khiển (CS Site ), số lợng các trạm CS là một trạm.
• Trạm thu và cung cấp dũ liệu cải chính (URS Site), thờng đặt trong trạm CS.
• Trạm giám sát từ xa (Remote Monitor Site), thờng đặt trong trạm CS.
Tất cả các trạm trên đều đợc sử dụng phần mềm Beacon control System (BCS) và đợc nối mạng với nhau thông qua hệ thống mạng điên thoại công cộng (PSTN).
Về nguyên tắc cần xây dụng các trạm này phân tán trên diện rộng mà điều kiện thông tin hai chiều thuận lợi.
Hệ thống BEACON MSK DGPS hiện tại của tổng cục địa chính do trung tâm trắc địa bản đồ quản lý có cấu trúc nh sau :
C2. Trạm phát cải chính (RSIM Site )
Trạm phát cải chính đặt tại Đồ Sơn – Hải phòng trên đồi cao gần bờ biển. Trạm có nhiệm vụ sau :
- Phát các tín hiệu cải chính dới dạng chuẩn RTCM SC 104,
- Thu và lu các số liệu đo tĩnh 2 tầng phục vụ cho phơng pháp Postprocessing.
Các trang thiết bị của trạm gồm :
• 2 máy thu hai tần Trimble 4000 RS MSK DGPS ( RS1 và RS2 )
• 1 máy thu một tần kiểm tra Trimble 4000MSK DGPS IM.
• 1 máy phát SA 500 Dual System.
• Antena phát loại T cao 30 m
• Hệ thống điều khiển, nối mạng diện rộng WAN
- Máy tính PC dùng hệ thống diều hành Windows NT 4.0 Workstation. - RUOTER CS 2500 - MODEM PARADYN 38 • Hệ thống đảm bảo kỹ thuật - Bộ chống sét CRITEC. - Bộ lu điện UPS 12 V – 220 V / 24 h.
- Bộ đổi điện 144 V DC – 220 V AC dùng cho máy phát SA500.
• Phần mềm BCS RSIM điều khiển hoạt dộng của trạm.
• Máy điều hoà không khí
Các máy thu Trimble 4000 MSK DGPS RS có các antena riêng đặt trên các điểm đã biết trớc. Trong đó một máy thu dùng chính và một máy thu dùng dự phòng.
Các số liệu cải chính đợc điều chế thành các tín hiệu MSK đa tơi máy phát SA 500 phát đi trong dải sóng trung MF với các chỉ tiêu sau:
Công suất phát P = 500 W. Băng tần số sóng mang :f = 295 Khz. Dạng điều chế MSK. Tên trạm đăng ký : 00001. Tốc độ truyền tìn hiệu : 200 b/s. Số liệu truyền : RTCM SC 104.
Máy thu Trimble 4000 MSK DGPS IM dùng để kiểm tra các thông số của trạm RSIM. Antena GPS của máy thu này cũng đợc đặt trên điểm đã biết trớc toạ độ, antena thu đợc MSK đợc đặt trong phòng thiết bị. Các toạ độ của máy đo hệ thống GPS đợc cải chính theo số liệu của trạm RSIM sẽ đem so sánh với toạ độ đã biết trớc toạ độ tạo thành sai số của hệ thống cải chính. Trờng hợp sai số này vợt quá quy định, hệ thống theo dõi sẽ tạo ra các tín hiệu cải chính tới trạm cải chính (CS Site). Tuỳ theo phân tích của phần mềm BCS trên hệ thống của trạm CS mà có các tín hiệu điều chỉnh tới trạm RSIM để khắc phục tỗi xẩy ra.
Việc giám sát, điều khiển trạm RSIM đợc thực hiện trên máy tính PC của trạm điều hành Window NT 4.0 Workstation với phần mềm RSIM Sofware. Máy tính đợc nối mạng với máy tính Server của trạm CS tại Hà Nội thông qua MODEM trong mạng điện thoại PSTN.
Sơ đồ cấu trúc trạm RSIM đợc thể hiện trong sơ đồ sau :
IM RS RSIM Reference Trimbl RS Near field Anten US Ethern Route To Central Control
The Beacon Site Configuration RSIM Refence Station
Chơng IV :
Một Số ý kiến kiến nghị để thiêt lập mạng DGPS tại Việt Nam
4.1. Xu hớng và tình hình phát triển của mạng DGPS trên thế giới: giới:
4.1.1 Xu hớng phát triển.
Các hệ thống vi phân GPS cổ điển chỉ có thể đợc khai thác ở các khu vực hàng hải hoặc ở vùng nớc chật hẹp đông tầu qua lại. Bởi vị tầm xa hoạt động mà các giá trị hiệu chỉnh vi phân có hiệu lực bị hạn chế, để triển khai một số hệ thống DGPS trên một khu vực rộng lớn là rất khó khăn bởi các nguyên nhân sau :
1. Yêu cầu lớn một số lợng lớn trạm tham khảo
2. Toạ độ địa lí của trạm là khác nhau từ nớc này sang nớc khác. 3. Để đặt các trạm tham khảo ở đại dơng là khó khăn và đắt tiền.
Để làm giảm những hạn chế của DGPS cổ điển, các công việc nghiên cứu cũng đang đợc tiến hành, phát triển và thiết lập một hệ thống DGPS khu vục lớn WADGPS. Hệ thống WADGPS có thể kéo dài tầm hoạt động của dịch vụ DGPS trên một khu vực lớn của toàn cầu trong khi số lợng trạm tham khảo và tốc độ phát dữ liệu tổng cộng là nhỏ nhất. Việc nghiên cứu chỉ ra rằng chỉ cần thiết lập một mạng gôm 10 – 12 trạm đủ bao phủ Đại Tây Dơng. Phơng tiện để phát số hiệu chỉnh DGPS là thông tin vệ tinh, dữ liệu sai số tín hiệu từ các trạm tham khảo sẽ đ ợc truyền qua vệ tinh thông tin cho một trạm xử lý trung tâm để nó xử lý và đợc chia ra làm ba nhóm cơ bản : Định vị vệ tinh, Độ trễ truyền sóng và độ lệch đồng hồ. Bản tin hiệu chỉnh vi phân với ba thành phần tơng ứng đợc phát cho ngời sử dụng qua vệ tinh. Tất cả các ngời sử dụng nằm trong vùng bao phủ của vệ tinh thông tin có đợc độ chính xác của vệ tinh GPS.
Tổ chức hàng hải vệ tinh quốc tế INMARSAT đangnghiên cứu phát triển WADGPS bằng việc sử sụng vệ tinh địa tĩnh INMARSAT. Học viện kỹ thuật và trắc địa vũ trụ cùng với cơ quan hàng không Anh đang nghiên cứu và thấy rằng độ chính xác với toạ độ hai chiều là 5 m, có thể đạt đợc qua hệ thống WADGPS. Tổ chức hàng không quốc tế ICAO cũng có kiểm tra khả năng của việc sử dụng WADGPS qua các vệ tinh INMARSAT cho viêc hạ cánh chính xác. Vào tháng 6 năm 1994 cơ quan hàng không liên bang của Mỹ (FAA) công bố một thông báo đề nghị cho hệ thống DGPS toàn cầu và theo kế hoạch thực hiện vào năm 1997. Hy vọng rằng WADGPS sẽ đợc thực hiện trong vài năm tới khi các vệ tinh INMARSAT thế hệ 3 đợc phóng.
4.1.2. Tình hình phát triển của DGPS trên thế giới.
Cơ quan quan tâm sớm nhất tới việc phát triển DGPS trên thế giới là phòng nghiên cứu và phát triển của cục phòng vệ bờ biển Mỹ cùng với hệ thống giao thông
của Bộ Giao Thông Mỹ vào năm 1983. Năm 1986 thì uỷ ban đặc biệt RTCM SC 104 đã đa ra các khuyến nghị đầu tiên cho việc định dạng khung tín hiệu DGPS và yêu cầu sử dụng tiêu chuẩn hàng hải cho dịch vụ DGPS. Uỷ ban vô tuyến dẫn đờng của IALA (Tổ chức đèn biển thế giới) bắt dầu xây dụng hệ thống DGPS dụa trên các siêu vô tuyến vào năm 1984.
Vào đầu những năm 1990 hãng Leica của Mỹ đã nhận đợc hợp đồng phát triển mạng định vị DGPS cho vùng Bantich 1991 thì Thuỵ Điển và Phần Lan thiết lập hệ thống DGPS.
Năm 1992 thì Đan Mạch xây dựng trạm đầu tiên và đến năm 1993 bắt đầu xây dụng 3 trạm DGPS tại Skagen và Bavand và một trung tâm điều khiển tại Fonaes.
Cơ quan quản lý đèn biển của Ailen đã đua 3 trạm DGPS và một trạm theo dõi điều khiển trạm này đợc khai thác trong chế độ điều khiển từ xa và dùng điều khiển các trạm DGPS.
Ngoài ra hãng Laica đã cung cấp và lắp đặt thiết bị cho các hệ thống DGPS của Bỉ và Ba Lan. Bao gồm cả trạm giám sát và trạm điều khiển.
Năm 1994 Trung Quốc bắt đầu lắp đặt hệ thống DGPS để đánh giá khả năng và sau đó đặt mua tiếp 4 hệ thống vừa và lắp đặt vào cuối năm 1995.
Năm 1997 thì cơ quan an toàn hàng hải của úc đã bắt đầu mua thiết bị DGPS và lắp đặt 4 trạm phát và 1 trạm điều khiển. Tất cả các trạm phát và trạm điều khiển đợc liên kết với nhau mạng dải rộng rành riêng.
Ngày 10 /09/ 1997 Singapore đã hoàn thành việc lắp đặt và đua vào một trạm DGPS phục vụ cho eo Singapore và lối ra vào cảng Singapore.
Tính tới ngày 03/03/1998 Mỹ đã lắp đặt 47 trạm DGPS phục vụ cho ven bờ biển nớc Mỹ : Hawaii, Alasca và Puerto Rico.
Trong hai năm 1997, 1998 Canada đã lắp đặt 19 trạm DGPS phục vụ ven Thái Bình Dơng, Đại Tây Dơng và vùng Hồ Lớn (Great Lake).
Các nớc nh Hàn Quốc, Indonesia, Malaysia, ấn độ.. cũng đã lắp đặt và khai thác hệ thống DGPS. Một số nớc Châu Âu đi tiên phong trong lĩng vực DGPS và hệ thống tiêu vô tuyến của họ hoạt động trên cùng một tần số phân chia theo thời gian, thì họ sử sụng tần số HF để phát bản tin hiệu chỉnh, còn đa số các nớc khác sử dụng