CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG G NSS
1.4. Các đặc điểm của tín hiệu GNSS
Hệ thống GNSS bao gồm một loạt các mạng khác nhau của các thiết bị và công nghệ có thể cung cấp vị trí chính xác cho người sử dụng kích hoạt mọi lúc mọi nơi trên thế giới [ 9 ]. Các hệ thống chẳng hạn như GPS, GLONASS, Galileo, và Compass là những hệ thống độc lập có thể vị mà không cần sự hỗ trợ của bất kỳ thiết bị bên ngoài khác. Ngược lại, hệ thống GNSS tăng thêm là hệ thống vệ tinh hoặc trên mặt đất được thiết kế để cải thiện hiệu suất (chủ yếu là về độ chính xác) của những người sử dụng .
Hình 1.6. Đặc điểm các tín hiệu GNSS
i1.4.2. Tín hiệu GNSS
Các đặc điểm chính của tín hiệuđược tóm tắt trong bảng 2
25
Bảng 1.1: Tóm tắt các thông số chính cho GLONASS, GPS, và các tín hiệu SBAS.
Tham số đặc trưng GLONASS GPS SBAS
Kỹ thuật đa truy nhập FDMA CDMA CDMA
Tần số sóng mang (MHz) 1575.42 1575.42
1227.60 —
Chiều dài mã (chip) C/A 511 1023 1023
P 5.11ã106 2.35ã1014 —
Tốc độ (Mchip/s) C/A 0.511 1.023 1.023
P 5.11 10.23 —
Dữ liệu chuyển hướng data rate
50 50
500 (coded)
(bit/s) 250 (uncoded)
data BPSK BPSK BPSK
modulation Manchester NRZ NRZ
Một cách tiếp cận khác nhau, dựa trên FDMA (phân chia tần số đa truy cập), thể hiện ởGLONASS, trong đómỗi vệ tinh có khoảngtần số riêng của mình để truyền tải tín hiệu khác nhau. Như vậy, mỗi kênh được xác định bởi tần số sóng mang cụ thể, và băng thông sẽ trở thành một tham số cơ bản để giảm sự can thiệp giữa các kênh.
Tuy nhiên, sự phát triển tiếp theo của hệ thống GLONASS sẽ thêm dạng điều chế
26
BOC, tín hiệu CDMA được điều chế với cái cũ, để tăng thêm các dịch vụ mới và để cải thiện vị trí chính xáccủa người sử dụng.
Một quá trình hiện đại hóa sâu rộng cũng liên quan đến GPS với mục tiêu chính của việc thêm hai tín hiệu dân sự , ký hiệu là L2C (tại 1227,6 MHz ) và L5 (tại 1176,5 MHz ). L5 là dành cho tính toán an toàn của hàng không (SoL) ứng dụng, trong khi L2C sẽ có sẵn cho các ứng dụng không SoL ở tần số L2. Trước đây với việc các máy thu chỉ thu được tín hiệu L1, dẫn đến khả năng tính toán loại trừ độ trễ thời gian khi tín hiệu đi qua tầng điện ly không chính xác và đây là nguồn sai số lớn nhất khi định vị bằng công nghệ GPS. Với việc sử dụng cùng lúc hai tần số L1-L2C cho phép các máy thu có thể tính toán để hiệu chỉnh chính xác hơn lỗi phát sinh khi tín hiệu GPS đi qua tầng điện ly. Các tín hiệu yếu sẽ có hiệu năng hoạt động tốt hơn. Điểm lợi có tính thực tiễn nhất của L2C đó chính là những nâng cấp rất ấn tượng trong cấu trúc mã (code structure) chuỗi mã dài hơn kết hợp với các phương pháp hiệu chỉnh lỗi được nâng cấp, điều này cho phép tín hiệu trở nên dễ tìm và dễ thu nhận hơn trongđiều kiện khó khăn đối với GPS. L5 là tần số thứ 3 của GPS (1,176 Mhz). Tần số này được lựa chọn phục vụ cho liên kết trong hàng không dân dụng và nằm trong giải tần dịch vụ dẫn đường hàng hải hàng không (Aeronautical Radio Navigation Services). Thực chất nó được tách thêm ra từ tần số L1 (1,575 Mhz) và L2 (1,227 Mhz). Trong khi L2C là một phần của Khối vệ tinh IIR-M, thì L5 (và cả L2C) sẽ được sử dụng trên Khối vệ tinh IIF. L5 được thiết kế phục vụ cho nhiều ứng dụng nhưng đặc biệt vẫn là các ứng dụng an toàn và tìm kiếm. Có những đặc điểm vượt trội mà L5 mang lại như: Tín hiệu L5 được phát truyền mạnh hơn gần gấp bốn lần so với tần số L2C, với tần số dân dụng thứ ba, L5 sẽ hỗ trợ tốt hơn cho việc hiệu chỉnh lỗi tầng điện ly, các mã của tần số L5 dài hơn tần số L1 C/A và mang những thuật toán hiệu chỉnh lỗi giống như L2C. Còn với L1C sẽ không thay thế ngay lập tức cho L1 C/A hiện thời. Hơn thế, L1C sẽ hoạt động song song với L1 và chắc chắn tín hiệu GPS sẽ tốt hơn. L1C sẽ cùng chia sẻ
27
nhiều điểm lợi như những điểm lợi của L2C và L5, tín hiệu có độ nhạy cao hơn khả năng dò tìm và thu tín hiệu vệ tinh tốt hơn, tăng cường khả năng hoạt động cho GPS ở những khu vực khó khăn như khu nhà cao tầng và những nâng cấp cải tiến cho tần số L1 C/A. GPS III sẽ cải thiện được tình trạng nghẽn tín hiệu, tăng cường độ mạnh cho tín hiệu L1 và L2 cho các ứng dụng quân sự, đường truyền kết nối cũng được nâng cấp để tạo hiệu năng tốt hơn cho các lệnh kiểm soát và điều khiển các vệ tinh, GPS III cũng là bước nâng cấp toàn diện của hệ thống GPS hiện thời.
Sự ra đời của một thế hệ mới của hệ thống định vị vệ tinh (như Galileo và Compass) đang là sự quan tâm lớn từ cộng đồng khoa học. Mặc dù các thiết kế của các hệ thống dựa vào kinh nghiệm GPSnhưng cấu trúc tín hiệuchắc chắn là phức tạp hơn so với tất cả các hệ thống trước đó. Ví dụ, đề cập đến Galileo tín hiệu mở dịch vụ trong không gian (OS-SIS) [9], mỗi vệ tinh mang ba sóng mang, xác định bởi ba tần số vô tuyến khác nhau (RFS), trong khi GPS và GLONASS sử dụng chỉ có hai sóng mang.
Sau đó, mỗi sóng mang Galileo có thể chứa 3 hoặc 4 kênh, và tất cả các kênh có thể được được điều chế bằng dữ liệu và sóng BOC. Xây dựng các tín hiệu Galileo trong không gian (SIS) cải thiện tính chính xác của việc xác định người sử dụng vị trí liên quan đến GPS và GLONASS cung cấp dịch vụ cho dân sự, thương mại, quân sự và các ứng dụngdân sự, thương mại và quân sự.
Có rất nhiều điểm giống nhau giữa các tín hiệu đã được Galileo dự kiến sử dụng (L1, E5a, và E5b) và các tín hiệu của hệ thống GPS sau khi hiện đại hoá (L2C, L5, và tương lai là L1C). Khả năng hoạt động của Galileo được hy vọng tối thiểu cũng phải tốt bằng GPS dân sự, và trong một vài khía cạnh khác sẽ vượt trội hơn so với GPS (bao gồm cả các đồng hồ nguyên tử gắn trực tiếp trên bo mạch). Galileo cũng đưa ra nhận định rằng chức năng kiểm tra tính toàn vẹn (Integrity) chắc chắn sẽ hoàn thiện
28
hơn GPS hiện tại rất nhiều (mặc dù theo thiết kế đã công bố thì GPSIII đặc biệt quan tâm tới việc cải tiến và nâng cao chức năng này).