Nội dung
– Một số khái niệm
– Hệ trục tọa độ tương đối, trục tọa độ tuyệt đối
– Các tham số xác định vị trí.
• Khái quát chung về định vị và dẫn đường điện tử
– Khái niệm, phân loại, phương trình Radar, diện tích phản xạ hiệu
dụng RCS, cấu trúc hệ thống, nguyên tắc làm việc ...
• Hệ thống Radar : Radio Detection and Ranging
– Cấu trúc hệ thống
– Nguyên tắc định vị vệ tinh.
– Tín hiệu vệ tinh và bản tin dẫn đường
...
• Hệ thống GNSS: Global Navigation Satellite Systems
Tài liệu tham khảo
• Phạm Văn Tuân , Giáo trình Cơ sở kỹ thuật định vị và dẫn đường
điện tử, 1997
• Simon Kingslay & Shaun Quegan , Understanding Radar Systems,
2003
• Prog. AKSen và Dr. A.B.Bhattcharya, Radar system and Radio Aids
to Navigation
• H.Urkowitz , Modern Radar
• Ramjee Prasad, Marina Ruggieri, Applied Satellite Navigation Using
GPS, GALILEO, and Augmentation Systems, 2005
Chương 1: Khái quát chung về định vị
và dẫn đường điện tử
ξ 1. Khái niệm và ứng dụng
Khái niệm
• Định vị - Positioning:
→ xác định vị trí hay tọa độ của một đối tượng (object) hay
mục tiêu (target) gắn với một hệ tọa độ xác định.
- Mặt phẳng: mặt đất, mặt biển
→ 2 chiều ( 2 D - 2 Dimension)
• Dẫn đường - Navigation:
→ hướng dẫn, điều khiển các đối tượng (phương tiện)
chuyển động theo một quỹ đạo xác định.
- Không gian → 3 chiều ( 3 D - 3 Dimension)
Khái niệm
• Định vị và dẫn đường điện tử
– Định vị và dẫn đường vô tuyến - Radio Positioning and Navigation
→ sóng điện từ
→ là hệ thống định vị và dẫn đường sử dụng thiết bị điện tử.
• Hệ thống mặt đất:
→ Các thiết bị được bố trí trên mặt đất: Hệ thống Radar
• Hệ thống vệ tinh:
→ Các thiết bị được bố trí trong không gian: Hệ thống GPS
Mối quan hệ
Đo lường (M) Định vị (P) Giám sát (S)
Dẫn đường (N)
M: Measurement P: Positioning
S: Surveillance N: Navigation
Ứng dụng
• Giao thông:
– Hàng hải (mặt biển), đường bộ, đường sắt → 2 D – Hàng không → 3 D
• Đồ bản , địa thám. • Khí tượng thủy văn. • Y học (siêu âm - định vị) • Viễn thông. • Quân sự.
Điện tử hàng không
• ATM: Air Traffic Management
• CNS:
– Communication
– Navigation
– Surveillance
Tài nguyên không gian
• Không phận = (diện tích lãnh thổ + diện tích lãnh hải) x 30km
Quản lý không lưu - ATM Quản lý không lưu - ATM
tiếp cận
tiếp cận
tại cảng
tại cảng
Hàng tuyến (đường dài)
en route
take off approach landing
Cất cánh
Hạ cánh
đài phát mốc
airport A
airport B
Air Traffic Management Air Traffic Management
Mô hình một đường bay
C¶ng B
C¶ng A
Vïng C
Vïng B
Vïng A
Vïng A
Vïng B
Vïng kh«ng gian t¹i c¶ng
Vïng kh«ng gian ®êng dµi (hµng tuyÕn)
Vïng kh«ng gian t¹i c¶ng
Vïng kh«ng gian tiÕp cËn cÊt c¸nh
Vïng kh«ng gian tiÕp cËn h¹ c¸nh
Hàng không
Hành lang bay
300 m
Mức bay
9000 ÷ 12000
35 km
mét
Air Traffic Management
- 02 Flight Information Regions : Hanoi Fir and Ho chi minh Fir.
- 22 domestic airport and 60 flight routes (20 domestic and 40 international)
Air Traffic Management
Air Traffic Management
Air Traffic Management
Development Trends
Development Trends
ξ 2. Hệ trục tọa độ
và tham số xác định vị trí
Hệ trục tọa độ
Coordinate System
• Hệ trục tọa độ tương đối.
→ Hệ thống định vị và dẫn đường mặt đất
• Hệ trục tọa độ tuyệt đối.
→ Hệ thống định vị và dẫn đường vệ tinh.
M
D
N
mặt phẳng đứng
β
O
φ
LOS Range: cự ly theo tầm nhìn thẳng
Line of Sight
Hướng - Direction
N NNE NNW
NW: Tây Bắc NE: Đông Bắc
NENE
WNW ENE
EENE
W E
WWSW
ESE WSW
SWSW
SW : Tây Nam SE: Đông Nam
SSE SSW S
Hệ tọa độ ĐỊA LÝ
Bằng cách kết hợp giá trị vĩ độ (latitude) và kinh độ (longitude)
Kinh độ
Vĩ độ
Kinh độ Tây W
Kinh độ Đông E
Vĩ độ Bắc N
Vĩ độ Nam S
Vĩ độ: 0 ÷ 900 N,S
Kinh độ: 0 ÷ 1800 E,W
-900 ÷ 900
-1800 ÷ 1800
Ta có thể xác định một vị trí bất kỳ trên trái đất
Latitude and Longitude
900 vĩ độ Bắc
Đường vĩ độ song song
Kinh tuyến gốc ( 00) đi qua Greenwich London, Anh
Đường kinh tuyến
Đường xích đạo (00)
Đường vĩ độ song song
Latitude parallels
90 90 °°NN
80 80 °°NN
60 60 °°NN
40 40 °°NN
20 20 °°NN
0 0 °°
Equator
20 20 °°SS
40 40 °°SS
60 60 °°SS
80 80 °°SS
90 90 °°SS
Đường kinh độ song song Longitudinal Parallels
Longitude: 0-180 West Longitude: 0-180 East
Prime Meridian (Greenwich England) 0° Longitude
Một số cách viết tham số vị trí theo vĩ độ và kinh độ
40:26:46N,79:56:55W
40:26:46.302N 79:56:55.903W
40°26'21"N 79°58'36"W
40d 26' 21" N 79d 58' 36" W
40.446195N 79.948862W
40.446195, -79.948862
40° 26.7717, -79° 56.93172
Cách viết chuẩn, thông dụng:
DMS: Degree Minute Second
DD : Decimal Degree
M (40°26′21″N, 79°58′36″W)
Latitude and Longitude
F(19050’ S, 43050’ W)
•
•
19050’00” S: 19 degrees 50 minutes Latitude South -> 19 độ 50 phút vĩ độ Nam 43050’00” W: 43 degrees 50 minutes Longitude West -> 43 độ 50 phút kinh độ Tây
M
Cực bắc
Longitude Longitude Longitude Longitude
Latitude Latitude
vĩ độ của M
Mặt phẳng xích đạo
O Tâm trái đất
Mặt phẳng kinh tuyến gốc
kinh độ của M
Chuyển đổi tọa độ địa lý dạng DMS sang dạng DD
Dạng DMS : W87°43'41" → ? DD
Tổng số giây 43'41" = (43*60 + 41) = 2621 seconds.
Lấy phần dư sau khi chia cho 3600:
→ 2621 / 3600 ≈ 0.728056
Kết quả : 87 + 0.728056 = 87.728056
Do là kinh độ tây nên có giá trị âm:
→ Kết quả là: - 87.728056.
Chuyển đổi tọa độ địa lý dạng DMS sang dạng DD
DMS: Degree Minute Second
Dạng DMS :
DD : Decimal Degree
M (40°26′21″N, 79°58′36″W)
? DD
Vĩ độ: 26‘21" = (26*60 + 21) = 1581 seconds.
Lấy phần dư sau khi chia cho 3600:
→ 1581 / 3600 ≈ 0.4391
Kinh độ: 58‘36" = (58*60 + 36) = 3516 seconds.
Lấy phần dư sau khi chia cho 3600:
→ 3516 / 3600 ≈ 0,9766
Kết quả : M ( 40,4391, -79,9766 )
Chuyển đổi tọa độ địa lý dạng DD sang dạng DMS
Dạng DD: -87.728055 → ? DMS
Dấu âm → Kinh độ Tây
Phần độ: lấy phần nguyên → 87.728055 = 87 degrees.
Phần phút: nhân phần dư với 60
→ 0.728055 x 60 = 43.6833 = 43 minutes.
Phần giây: nhân phần dư với 60:
→ 0.6833 x 60 = 40.998 = 41 seconds (làm tròn lên).
Có thể làm tròn xuống → 40 seconds,
hoặc để nguyên phần thập phân
Kết quả nhận được dạng DMS là: W 87043’41”
Một số đơn vị
• nm (nmi, Nm) : nautical mile – dặm
1 nm = 6080 ft (feet)
1 nm = 1852 m
1 m = 3,28 ft ; 1 ft = 0,304878 m
100 km = 54 nm
Ví dụ
- 322 km = ? (nm)
- 1794 m = ? (ft)
Vận tốc : knot kí hiệu là kt; 1 knot = 1 nm/hour
110 knots → ? km/h
210 km/h → ? knots
Một số đơn vị
• Độ cao:
– Height: độ cao so với mặt đất a.g.l
( above ground level)
– Altitude: độ cao so với mặt nước biển m.s.l
( mean sea level)
Tỷ lệ hiển thị bản đồ RF
Large scale: 1:50,000
Small scale: 1:250,000
Một số đơn vị • Tỷ lệ hiển thị bản đồ RF - Representative Fractions
Ví dụ: RF là 1: 650 000 , 7cm trên bản đồ sẽ ứng
với bao nhiêu km ?
Khoảng cách thực [km]= khoảng cách trên bản đồ
[cm] * RF / 100 000
Khoảng cách thực = 7 * 650 000 / 100 000
= 45,5 (km)
Một số đơn vị
• Tỷ lệ hiển thị bản đồ RF - Representative Fractions
Ví dụ: Nếu 1,6 cm trên bản đồ ứng với 5,2 km trên thực địa. Khi đó, tỷ lệ hiển bản đồ RF là bao nhiêu ?
RF= 1 : (khoảng cách thực [km] * 100000 / khoảng
cách trên bản đồ [cm])
RF = 1: 5,2 * 100 000 / 1,6
= 1: 325 000
Một số đơn vị
• Tỷ lệ hiển thị bản đồ RF - Representative Fractions
Ví dụ: Nếu RF 1: 750 000 thì khoảng cách trên bản đồ là bao nhiêu sẽ ứng với 27,7 km trên thực địa ?
khoảng cách trên bản đồ (cm) =
khoảng cách thực [km] * 100 000 /RF
khoảng cách trên bản đồ = 27,7 [km] *
100 000 / 750 000 ≈ 3,7 (cm)
Đường tròn lớn - Great Circle
Khái niệm : Đường tròn lớn là giao của bề mặt trái đất
và một mặt phẳng đi qua tâm trái đất.
Tính chất:
• Khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm bất kỳ trên bề mặt
trái đất là khoảng cách giữa hai điểm đó theo đường tròn
lớn đi qua hai điểm đó.
• Đường xích đạo và các đường kinh tuyến là các đường
tròn lớn
Đường tròn lớn
Great Circle
Khoảng cách giữa F và T
trên đường tròn lớn
D: Khoảng cách theo đường tròn lớn
cos(D) = sin(latF)·sin(latT) +
Lưu ý: LatF, LatT, LongF,LongT tính theo radians Lưu ý: LatF, LatT, LongF,LongT tính theo radians
Chuyển đổi kinh độ, vĩ độ từ dạng DMS -> radians
cos(latF)·cos(latT)·cos(dlong)
(Sign × (Deg + (Min + Sec / 60) / 60)) * (× pi / 180)
Cách xác định dlong
cùng thuộc phải ((kinhkinh độđộ ĐôngĐông
•• HaiHai điểmđiểm F F vàvà T T cùng hoặc bánbán cầucầu trái –– E) E) hoặc thuộc bánbán cầucầu phải trái ((kinhkinh độđộ TâyTây –– W) W)
dlong = abs ( dlong = abs (longF LongT)) longF -- LongT
-- NếuNếu T T nằmnằm bênbên phải phải so so vớivới F F --> E> E
trái so so vớivới F F --> W> W
-- NếuNếu T T nằmnằm bênbên trái •• ĐiểmĐiểm F F thuộc thuộc bánbán cầucầu phải phải ((kinhkinh độđộ ĐôngĐông –– E) E) vàvà điểmđiểm T T
thuộc bánbán cầucầu trái thuộc trái ((kinhkinh độđộ TâyTây –– W) W) hoặc hoặc ngược lại ngược lại
dlong = = longF dlong LongT longF + + LongT
-- NếuNếu T T nằmnằm bênbên phải phải so so vớivới F F --> E> E
trái so so vớivới F F --> W> W dlong = 360 dlong vàvà hướng hướng củacủa
-- NếuNếu T T nằmnằm bênbên trái dlong > 180 * * NếuNếu dlong dlong sẽsẽ chuyển dlong > 18000 --> > dlong chuyển từtừ EE-->W >W hoặc = 360 –– dlong hoặc WW-->E>E
Ví dụ
Xác định độ lệch kinh độ giữa F và T trong •• Xác định độ lệch kinh độ giữa F và T trong
các trường hợp sau: các trường hợp sau:
a. LongF = 130 00 W , LongT = 150 00 E a. LongF = 130 00 W , LongT = 150 00 E
b. LongF = 140 W , LongT = 130 W b. LongF = 140 W , LongT = 130 W
c. LongF = 140 W , LongT = 150 E c. LongF = 140 W , LongT = 150 E
Khoảng cách giữa F và T Khoảng cách giữa F và T trên đường tròn lớn trên đường tròn lớn
đường tròn lớn
T
F(450 N, 1400 E)
F
F(450 N, 1400 E)
T(650 N, 1100 W)
T(650 N, 1100 W)
Ví dụ
Xác định khoảng cách giữa hai sân bay
1. Nashville International Airport (BNA) in Nashville, TN, USA:
N 36°7.2', W 86°40.2'
2. Los Angeles International Airport (LAX) in Los Angeles, CA, USA: N
33°56.4', W 118°24.0'
Chuyển đổi kinh độ, vĩ độ từ dạng DMS -> radians
(Sign × (Deg + (Min + Sec / 60) / 60)) * (× pi / 180)
Xác định khoảng cách trên đường tròn lớn giữa New York và Moscow
Moscow
55’45”N 37’36”E
New York
40’45”N 73’59”W
D = ?
Xác định khoảng cách trên đường tròn lớn giữa Tokyo và Alanta
D = ?
Atlanta (32° 53' 49" N ; 97° 02' 17" W)
Tokyo (35° 45' 53" N ; 140° 23' 11" E)
Ví dụ
Giả sử một cơn bão , có tâm bão xuất hiện tại vị trí F(110N, 1120E).
Hãy xác định thời gian để tâm bão di chuyển đến vị trí T(10030’ N,
1100E) biết rằng vận tốc di chuyển của tâm bão 15 km/h.
120 N
F
T
100 N
1100 E
1120 E
cos(D) = sin(latF)·sin(latT) +
cos(latF)·cos(latT)·cos(dlong)
Cos(FT) = sin(10,50*pi/180)sin(10,50*pi/180) +
cos(110*pi/180)cos(10,50*pi/180)cos(20*pi/180)=
→ Cos(FT) = 0,99937
→ FT = arccos(0,99937)*180/pi ≈ 2,0330
≈ 2,0275 * 60’ ≈ 121,65’ ≈ 121,65 * 1,852 ≈ 225,2958 km
1‘ = 1 nm (nautical mile) ; 1 nm = 1 852 m
Thời gian dịch chuyển tâm bão từ F đến T là:
≈ 234,5 km / 15 (km/h) ≈ 15,02 (giờ)
Chuẩn số liệu tọa độ địa lý Chuẩn số liệu tọa độ địa lý WGSWGS--8484
Z
a
b
O
Y
WGS84 ellipsoid
X
bán trục chính a = 6378137,0 m
bán trục phụ b = 6356752,3142 m
f =
= 1/298.257223563
Hệ số dẹt f : a - b a
Cực bắc
Bán trục phụ b
= 6 356 752,3142 m
Bán trục chính a
xích đạo
= 6 378 137,0 m
Hệ số dẹt f= (a-b)/a = 1/298,257223563
Hệ tọa độ đo đạc theo chuẩn số liệu WGS84
Hệ tọa độ ECEF
Z
ECEF: Earth Center ECEF: Earth Center Earth Fix Earth Fix
M (xM (xmm, y, ymm,z,zmm))
Tâm trái đất Tâm trái đất
