Bài giảng Máy vô tuyến điện hàng hải: Phần 1

Chia sẻ: Cố Tiêu Tiêu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:66

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 của tập bài giảng "Máy vô tuyến điện hàng hải" cung cấp cho sinh viên những nội dung gồm: Chương 1 - Hệ thống LORAN C; Chương 2 - Hệ thống định vị toàn cầu GPS; Chương 3 - Hệ thống tự động nhận dạng AIS; Chương 4 - Hệ thống thông tin và hiển thị hải đồ điện tử; Chương 5 - Nguyên lý của radar hàng hải;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Máy vô tuyến điện hàng hải: Phần 1

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH Tổ Hàng Hải Kỹ Thuật BÀI GIẢNG MÁY VÔ TUYẾN ĐIỆN HÀNG HẢI HP: 011002 (Tài liệu lƣu hành nội bộ) 1
MỤC LỤC CHƢƠNG 1. HỆ THỐNG LORAN C .................................................................... 4 1.1 Khái niệm hệ thống LORAN-C ......................................................................... 4 1.2 Nguyên lý xây dựng hệ thống............................................................................ 4 1.3 Xác định vị trí tàu bằng LORAN C ................................................................... 9 1.4 Độ chính xác của LORAN C ........................................................................... 11 CHƢƠNG 2. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS ...................................... 13 2.1 Khái quát chung về hệ thống GPS ................................................................... 13 2.2 Nguyên lý hoạt động của GPS ......................................................................... 16 2.3 Các nguyên nhân gây sai số định vị ................................................................ 31 2.4 Vi phân GPS .................................................................................................... 36 2.5 Ứng dụng hệ thống GPS trong hàng hải .......................................................... 39 2.6 Khai thác máy thu GPS ................................................................................... 41 CHƢƠNG 3. HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG NHẬN DẠNG AIS ................................. 42 3.1 Giới thiệu chung về hệ thống AIS ................................................................... 42 3.2 Khai thác máy thu AIS .................................................................................... 54 CHƢƠNG 4. HỆ THỐNG THÔNG TIN VÀ HIỂN THỊ HẢI ĐỒ ĐIỆN TỬ .. 55 4.1 Giới thiệu chung về hệ thống ECDIS .............................................................. 55 4.2 Khai thác sử dụng thiết bị ECDIS ................................................................... 60 CHƢƠNG 5. NGUYÊN LÝ CỦA RADAR HÀNG HẢI ..................................... 62 5.1 Khái quát chung về radar ................................................................................. 62 5.2 Nguyên lý hoạt động của radar hàng hải ......................................................... 62 CHƢƠNG 6. THÔNG SỐ CỦA RADAR ............................................................. 67 6.1 Thông số khai thác ........................................................................................... 67 6.2 Thông số kỹ thuật ............................................................................................ 72 CHƢƠNG 7. MỤC TIÊU, ẢNH TRÊN MÀN HÌNH RADAR........................... 76 7.1 Mục tiêu radar .................................................................................................. 76 7.2 Các loại ảnh ảo trên màn hình radar ................................................................ 76 7.3 Mục tiêu nhân tạo ............................................................................................ 78 7.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến ảnh và tầm xa Radar ............................................. 79 CHƢƠNG 8. CÁC KHỐI CƠ BẢN CỦA RADAR HÀNG HẢI ........................ 82 2
8.1 Khối anten........................................................................................................ 82 8.2 Khối chuyển mạch ........................................................................................... 87 8.3 Khối phát ......................................................................................................... 90 8.4 Khối thu ........................................................................................................... 87 8.5 Khối chỉ báo................................................................................................... 105 CHƢƠNG 9. CHẾ ĐỘ ĐỊNH HƢỚNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG ........................ 115 9.1 Các chế độ chỉ báo màn ảnh .......................................................................... 115 9.2 Các chế độ chuyển động ................................................................................ 116 CHƢƠNG 10. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG THIẾT BỊ ARPA ......................... 118 10.1 Tổng quan về ARPA...................................................................................... 118 10.2 Nguyên lý hoạt động của ARPA ................................................................... 120 10.3 Tiêu chuẩn của IMO đối với ARPA .............................................................. 121 CHƢƠNG 11. ỨNG DỤNG CỦA RADAR TRONG HÀNG HẢI ..................... 126 11.1 Trình tự vận hành và điều chỉnh Radar ......................................................... 126 11.2 Khai thác các chức năng cơ bản .................................................................... 127 11.3 Khai thác các chức năng nâng cao................................................................. 129 11.4 Công tác kiểm tra và bảo dƣỡng Radar ......................................................... 131 CHƢƠNG 12. KHAI THÁC SỬ DỤNG MỘT SỐ RADAR HÀNG HẢI ......... 132 Phụ lục CÁC ĐẶC TÍNH TIÊU CHUẨN THEO IMO ĐỐI VỚI RADAR HÀNG HẢI Tài liệu tham khảo 3
CHƢƠNG 1 HỆ THỐNG VÔ TUYẾN DẪN ĐƢỜNG LORAN – C 1.1 Khái niệm hệ thống LORAN – C Loran-C là hệ thống Vô tuyến dẫn đƣờng sử dụng sóng vô tuyến mặt đất để xác định vị trí ở tầm xa, đƣợc phát triển dựa trên nền tảng của hệ thống Loran A. Hệ thống dùng sóng vô tuyến tần số thấp LF ( khoảng 100kHz ) dƣới dạng xung. Tầm xa hoạt động có thể đến khoảng 2000 hải lý nhờ sử dụng tần số thấp, đƣờng cơ sở dài. Loran-C kết hợp cả nguyên lý của hai hệ thống trƣớc đó là Decca và Loran-A nên còn gọi là hệ thống Xung-Pha. Hiện tại Loran C đang dần đƣợc thay thế bởi các hệ thống định vị vệ tinh. Tuy nhiên một số khu vực vẫn sử dụng hoặc duy trì và nâng cấp nhƣ là hệ thống dự phòng. 1.2 Nguyên lý xây dựng hệ thống 1.2.1 Cơ sở lý thuyết: Máy thu Loran C sẽ thu nhận sóng vô tuyến từ các đài phát, và xác định hiệu thời gian truyền sóng giữa máy thu với trạm chủ ( Master) và trạm phụ (Slave). Từ đó sẽ có đƣờng vị trí (Line of Position-LOP)là đƣờng đẳng hiệu thời gian, chính là quỹ tích các điểm có cùng giá trị hiệu thời gian đến các trạm chủ và trạm phụ (là đƣờng hyperbol). Xác định hiệu khoảng cách đến 02 cặp trạm Chủ - Phụ ta sẽ thu đƣợc 02 đƣờng vị trí, từ đó sẽ xác định đƣợc vị trí tàu (vị trí máy thu). 4
Trong hệ thống Loran C, tín hiệu vô tuyến dƣới dạng xung đƣợc phát liên tục từ trạm chủ M và trạm phụ S. Khoảng cách từ vị trí tàu P đến các trạm lần lƣợt là DM và DS, tƣơng ứng với thời gian truyền sóng là tM và tS. Ta có: Δt = / tM - tS / = / DM - D S / => / DM - DS / = Δt.C Nhƣ vậy với 1 giá trị hiệu thời gian thu đƣợc sẽ cho ta 02 đƣờng vị trí đối xứng với nhau qua đƣờng trung tâm, tức là hệ thống có tính lưỡng trị. 5
Để loại trừ tính lƣỡng trị ngƣời ta dùng kỹ thuật tạo thời gian trễ để đảm bảo tín hiệu từ trạm phụ luôn đến sau tín hiệu từ trạm chính. Trong 1 chu kỳ phát, đầu tiên trạm chính M sẽ phát tín hiệu. Trạm phụ S sẽ chờ cho đến khi nhận đƣợc tín hiệu từ trạm chính mới phát tín hiệu của trạm mình. Nhƣ vậy trạm phụ luôn phát trễ hơn trạm chính 1 khoảng thời gian bằng thời gian truyền sóng giữa trạm chủ và trạm phụ ( thực tế sẽ còn có 1 khoảng thời gian trễ khác do độ ì thiết bị). Khi đó tính lƣỡng trị của hệ thống đã đƣợc loại trừ, giản đồ đƣờng vị trí sẽ có dạng nhƣ sau: 6
1.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống: Hệ thống Loran-C bao gồm các trạm phát trên bờ, máy thu Loran-C và các hải đồ chuyên dụng Loran-C. Ngoài các trạm phát chính và trạm phụ còn có một hệ thống điều khiển và giám sát, tính toán thời gian. Một trạm chủ và từ 2 đến 4 trạm phụ hợp thành một chuỗi trạm (mắt xích). Trạm chủ đƣợc gán tên M và các trạm phụ lần lƣợt mang tên W, X, Y, Z nhƣ mô tả trên hình Một trạm chủ phối hợp với 2, 3 hoặc 4 trạm phụ hình thành một mắt xích Loran- C. Đƣờng cơ sở của một cặp trạm M và S (đƣờng nối giữa 2 trạm) có chiều dài 800 7
~1200 hải lý. Bằng cách bố trí nhƣ hình, trong tình huống bình thƣờng, ngƣời sử dụng có thể nhận đƣợc các đƣờng vị trí có góc giao nhau hợp lý. Để phân biệt tín hiệu từ các trạm phụ với nhau, đảm bảo tránh nhiễu sóng giữa các trạm phụ và tính đơn trị, các trạm phụ sẽ phát theo 1 trình tự nhất định. Theo đó, nếu chuỗi có 3 trạm sẽ phát theo thứ tự M-X-Y, 4 trạm là M-X-Y-Z, nếu 5 trạm sẽ là M-W-X-Y-Z. Để thực hiện phát theo trình tự này các trạm phụ cũng áp dụng nguyên tắc tạo thời gian trễ tƣơng tự nhƣ trên. Các trạm trong 1 mắt xích phát tín hiệu đồng bộ theo một trật tự nghiêm ngặt từ trạm chính đến trạm phụ cuối cùng. Tín hiệu của trạm phụ gồm một bó 8 xung, mỗi xung có chiều dài 200 μs, giãn cách các xung là 1000 μs. Tín hiệu trạm chính gồm 9 xung (để phân biệt với tín hiệu trạm phụ) gồm 8 xung giống nhƣ trạm phụ và xung thứ 9 cách xung thứ 8 một khoảng 2000 μs (xem hình vẽ). Bắt đầu chu trình phát, trạm chính phát tín hiệu của nó gồm 1 nhóm 9 xung. Khi xung trạm chính truyền tới trạm phụ thứ nhất thì trạm phụ này giữ chậm lại một khoảng thời gian nhất định nào đó rồi phát tín hiệu của nó gồm một nhóm 8 xung. Khi 8
xung tín hiêu trạm phụ thứ nhất này truyền tới trạm phụ thứ hai thì trạm phụ này cũng giữ chậm lại một khoảng thời gian rồi phát tín hiệu của nó gồm một nhóm 8 xung… cứ nhƣ vậy cho tới trạm phụ cuối cùng. Khi xung trạm này truyền tới trạm chính thì trạm chính sẽ giữ chậm lại một khoảng thời gian rồi phát xung tín hiệu của nó gồm một nhóm 9 xung, bắt đầu chu trình phát tiếp theo. 1.3 Xác định vị trí tàu bằng máy thu Loran-C: Việc xác định vị trí tàu bằng hệ thống LORAN-C thông qua sử dụng máy thu để xác định thông số của cặp đƣờng vị trí LOPs hoặc thông số tọa độ vị trí tùy thuộc vào loại máy thu. Có 2 loại máy thu Loran C: - Máy thu lƣỡng dụng A/C: dùng phƣơng pháp đo xung đồng bộ bằng nhân công. Loại máy thu lƣỡng dụng chỉ cho biết hiệu thời gian, việc xác định vị trí phải dùng hải đồ chuyên dụng. Độ chính xác của loại này không cao, hiện nay đã không còn sử dụng. Với các máy thu lƣỡng dụng (cổ điển), sử dụng màn chỉ thị để hiển thị tín hiệu các trạm chính và trạm phụ trên màn ảnh, muốn xác định đƣợc vị trí tàu, sau khi thu 9
đƣợc hiệu thời gian của các cặp trạm trên máy thu, ta phải hiệu chỉnh sai số song truyền, sau đó đƣa các giá trị hiệu thời gian này thao tác trên các hải đồ chuyên dụng có vẽ sẵn mạng lƣới đƣởng đẳng trị Hyperbol, từ đó có đƣợc vị trí tàu. Nếu chạy tàu đại dƣơng thì thƣờng phải sử dụng hải đồ chuyên dụng Loran-C có tỉ lệ xích rất nhỏ, trên hải đồ này thƣờng thiếu nhiều thông tin cần thiết để dẫn tàu. Do đó hải đồ chuyên dụng nhƣ vậy thƣờng chỉ dùng để xác định vị trí, sau đó phải chuyển các vị trí này lên hải đồ đi biển để dẫn tàu. Nếu chạy tàu ven biển, hải đồ chạy tàu cũng đƣợc in các mạng lƣới Hyperbol của mắt xích Loran-C bao phủ khu vực đó, ta có thể thao tác trực tiếp trên hải đồ chạy tàu này để xác định vị trí bằng Loran-C. Trƣờng hợp không có hải đồ chuyên dụng Loran-C, nhƣng nếu có các bảng toán Loran-C thi ta có thể sử dụng để tính toán ra vị trí tàu. Nguyên tắc của phƣơng pháp này là sử dụng giá trị hiệu thời gian đo đƣợc trên máy thu để tính toán vẽ trực tiếp đƣờng Hyperbol vị trí lên hải đồ. Việc vẽ này đƣợc thực hiện bằng cách tìm giao của đƣờng vị trí Hyperbol với hai đƣờng kinh độ hoặc vĩ độ chẵn liên tiếp nằm gần với vị trí dự đoán tàu ta. Sau đó nối hai giao điểm này để có đƣờng vị trí Hyperbol. 10
- Máy thu tự động: sử dụng phƣơng pháp thu mã pha xung, kỹ thuật tƣơng quan tự động. Máy thu tự động có thể cho biết đƣợc thông số vị trí tàu. Độ chính xác cao, sử dụng đơn giản. Các máy thu Loran-C cải tiến ngày nay đƣợc trang bị bộ xử lý để có thể nhanh chóng tính toán vị trí tàu và hiển thị liên tục vị trí tàu theo kinh vĩ độ khi tàu đang nằm trong tầm bao phủ của một mắt xích Loran-C và máy thu đã đồng bộ đƣợc với mắt xích đó. Ngƣời sử dụng có thêm thời gian để phân tích đánh giá độ chính xác của vị trí thu đƣợc và xử lý, sử dụng các vị trí này để dẫn tàu. 1.4 Độ chính xác của vị trí xác định bằng Loran-C: Độ chính xác thiết kế của hệ thống Loran-C là 0.25 hải lý trong phạm vi tầm bao phủ của mắt xích. Tuy nhiên do nhiều nguyên nhân nên thực tế sai số có thể lớn hơn hay nhỏ hơn giá trị nói trên. Sau đây là một số nguyên nhân ảnh hƣởng đến độ chính xác của vị trí xác định bằng Loran-C: - Góc giao giữa các đường vị trí và Gradient của các đường vị trí Loran - Độ ổn định của tín hiệu phát đi từ trạm phát 11
- Các thông số điều khiển của mắt xích Loran (ví dụ thời gian trễ thực tế có đúng với thời gian trễ thiết kế không, đang sử dụng trạm kiểm tra của khu vực nào…) - Mức nhiễu ồn trong không khí và nhân tạo xung quanh máy thu. - Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ truyền sóng (thời tiết, ảnh hưởng các mùa trong năm, ảnh hưởng ngày đêm...) - Các nhiễu loạn bất thường của tầng ion - Chất lượng và độ nhạy máy thu - Nhiễu ồn điện trên tàu - Độ chính xác của mạng lưới đường vị trí Hyperbol trên hải đồ - Độ chính xác của thuật toán máy tính trong máy thu trong việc chuyển đổi tọa độ - Sai số ở khâu người sử dụng. Ngoài ra, việc lựa chọn các cặp trạm trong mắt xích sao cho có đƣợc góc giao tốt nhất giữa các đƣờng vị trí cũng có ảnh hƣởng rất lớn đến độ chính xác định vị. 12
CHƢƠNG 2 HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS 2.1. Khái quát chung về hệ thống GPS 2.1.1 Giới thiệu: Töø naêm 1973, Heä Thoáng Ñònh Vò Toaøn Caàu GPS (Global Positioning System) ñöôïc Boä Quoác Phoøng Myõ ñöa vaøo söû duïng. GPS coù ñoä chính xaùc cao hôn baát kyø heä thoáng xaùc ñònh vò trí naøo ñang toàn taïi, vôùi taàm hoaït ñoäng toaøn caàu. Keá hoaïch döï tính laø ñoä chính xaùc tieâu chuaån cho ngöôøi söû duïng laø 100m (daân söï). Rieâng ñoái vôùi löïc löôïng quaân ñoäi Myõ vaø NATO cuõng nhö moät soá ñoái töôïng ñöôïng ñöôïc cho pheùp khaùc thì ñoä chính xaùc seõ laø 16m. Ngoaøi vieäc ñònh vò khoâng gian 3 chieàu (kinh ñoä, vó ñoä ñoä cao so vôùi möïc nöôùc bieån) GPS cuõng cung caáp cho ngöôøi söû duïng nhöõng thoâng tin veà toác ñoä vaø giôø theá giôùi. 2.1.2 Cấu trúc hệ thống GPS Heä thống GPS bao goàm 3 khaâu chính: veä tinh, heä thoáng ñieàu khieån vaø ngöôøi söû duïng. Khaâu veä tinh: 13
Bao goàm 24 veä tinh, caùc veä tinh naøy ñöôïc saép xeáp treân 6 maët phaúng quyõ ñaïo nghieâng 550 so vôùi maët xích ñaïo. Moãi quyõ ñaïo coù cao ñoä danh nghóa laø 20183 Km. Khoaûng thôøi gian caàn thieát ñeå bay quanh moät quyõ ñaïo töông öùng laø 12 giôø haønh tinh, baèng moät nöûa thôøi gian quay cuûa traùi ñaát, neân moãi veä tinh bao phuû moät vuøng nhö nhau hai laàn trong moät ngaøy. Moãi veä tinh phaùt ra 2 taàn soá voâ tuyeán phuïc vuï muïc ñích ñònh vò: L1 treân taàn soá 1575.42 Mhz vaø L2 treân taàn soá 1227.6Mhz. Caùc taàn soá soùng mang ñöôïc ñieàu bieán bôûi 2 maõ ngaãu giaû nhieân vaø moät thoâng ñieäp daãn höôùng ñöôøng ñi. Caùc taàn soá soùng mang vaø coâng vieäc ñieàu bieán ñöôïc ñieàu khieån bôûi nhöõng ñoàng hoà nguyeân töû ñaët treân veä tinh. Caùc veä tinh hoaït ñoäng döôùi söï giaùm saùt cuûa khaâu ñieàu khieån. Sô doà boá trí caùc veä tinh cuûa GPS (a: ñang hoaït ñoäng; s: döï tröõ) 14
Khaâu ñieàu khieån: Bao goàm caùc traïm giaùm saùt (monitor) ôû Diego Grarreia Ñaûo Ascension, Kwajalein vaø Hawaii, ngoaøi ra coøn moät traïm ñieàu khieån chính taïi trung taâm ñieàu haønh khoâng gian thoáng nhaát taïi Colorado Spring, tieåu bang Colorado Hoa Kyø. Muïc ñích cuûa khaâu ñuieàu khieån laø hieån thò söï hoaït ñoäng cuûa caùc veä tinh, xaùc ñònh quyõ ñaïo cuûa chuùng, xöû lyù caùc ñoàng hoà nguyeân töû, truyeàn caùc thoâng ñieäp caàn phoå bieán leân caùc veä tinh. Caùc traïm quan saùt (Monitor) vaø ñieàu khieån (Master Control) cuûa GPS Khaâu söû duïng: Boä phaän ngöôøi söû duïng bao goàm taát caû moïi ngöôøi söû duïng quaân söï vaø daân söï. Caùc maùy thu rieâng bieät ñöôïc trang bò maùy tính ñieän töû theo doõi caùc maõ hoaëc phase cuûa caùc soùng mang vaø trong haàu heát caùc tröôøng hôïp ñieàu tieáp nhaän caùc thoâng ñieäp phaùt tin( broadcast message) töø veä tinh. Baèng caùch so haøng tín hieäu töø veä tinh tôùi baûn sao cuûa maõ phaùt ñöôïc ghi trong maùy thu, ngöôøi ta coù theå xaùc ñònh ñöôïc 3 giaù trò toïa ñoä ñòa taâm cuûa maùy thu. Ñoái vôùi caùc coâng taùc traéc ñòa chính xaùc, ngöôøi ta coøn ño vaø ghi nhôù phase taàn soá cuûa maõ hoaëc soùng mang ñeå xöû lyù veà sau. 15
2.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống GPS 2.2.1 Nguyên lý xác định vị trí của GPS: Ñeå ñôn giaûn tröôùc tieân ta giaû söû raèng vò trí veä tinh ñaõ bieát vaø veä tinh cuøng ngöôøi quan saùt ñöôïc trang bò ñoàng hoà ñieän töû ñoàng boä vôùi nhau. Ngöôøi söû duïng thôøi ñieåm veä tinh phaùt tín hieäu theo ñoàng hoà cuûa mình vaø nhaän ñöôïc tín hieäu t giaây sau ñoù. S2 S1 D1=C.t1 D2=C.t2 Vị trí ngƣời quan sát Rđ Tâm O trái đất 16
Nhö vaäy thôøi gian truyeàn soùng laø t vaø quaõng ñöôøng ñi ñöôïc laø D=C.t. Do ñoù vò trí ngöôøi quan saùt ôû treân moät maët caàu coù baùn kính R=C.t, taâm laø vò trí veä tinh vaøo thôøi ñieåm phaùt tín hieäu. Giao cuûa maët naøy vôùi maët ñaát laø moät ñöôøng troøn có taâm cầu laø giao cuûa ñöôøng noái taâm traùi ñaát vôùi veä tinh vaø beà maët traùi ñaát. Thöïc hieän ñoàng thôøi nhö theá vôùi moät veä tinh thöù hai noù cho ta moät ñöôøng troøn vò trí nöõa (hình 11). Hai ñöôøng naøy seõ giao nhau taïi hai giao ñieåm, trong ñoù coù vò trí ngöôøi quan saùt. Thöôøng hai ñieåm naøy thƣờng rất xa nhau neân dễ dàng xác định đƣợc vị trí ngƣời quan sát dựa vào vị trí dự đoán. Nhö vaäy vôùi hai veä tinh laø ñuû ñeå xaùc ñònh kinh vó ñoä. Tuy nhieân thöïc teá laïi coù moät giaù trò chöa bieát khaùc ñoù chính laø sai soá giöõa ñoàng hoà cuûa ngöôøi quan saùt vôùi ñoàng hoà veä tinh. Do ñoù ñoøi hoûi phaûi söû duïng 3 phöông trình khoaûng caùch tôùi veä tinh. Ngoaøi ra ñoái vôùi ngaønh haøng khoâng coøn phaûi xeùt ñoä cao so vôùi maët ñaát (ôû taøu ñoä cao so vôùi maët bieån luoân xaùc ñònh ñöôïc) neân caàn coù ít nhaát 4 veä tinh. Máy thu GPS thu tín hiệu từ 4 vệ tinh, tính toán xác định 4 đại lƣợng chƣa biết là toạ độ (X,Y,Z) và thời gian GPS (T) Nhaèm ñaït ñoä chính xaùc cao, vò trí hình hoïc cuûa veä tinh phaûi sao cho caùc ñöôøng vò trí caét nhau taïo goùc caøng gaàn 900 caøng toát . 17
Nhö vaäy, ñeå xaùc ñònh vò trí, coù 3 vaán ñeà chính caàn phaûi giaûi quyeát: 1) Xaùc ñònh vò trí veä tinh 2) Xaùc ñònh khoaûng caùch chính xaùc töø maùy thu ñeán veä tinh 3) Xaùc ñònh toïa ñoä ngöôøi quan saùt  Xaùc ñònh vò trí veä tinh : Nhö ñaõ noùi ôû treân, vò trí ngöôøi quan saùt coù theå xaùc ñònh baèng khoaûng caùch tôùi 4 veä tinh khi bieát vò trí caùc veä tinh ñoù vaøo thôøi ñieåm phaùt tín hieäu. Ngöôïc laïi vôùi 4 traïm quan saùt coù vò trí ñaõ bieát khi nhaän ñöôïc tín hieäu phaùt ñi töø moät veä tinh seõ xaùc ñònh ñöôïc vò trí cuûa veä tinh luùc phaùt. Bieát vò trí veä tinh luùc ñoù cuõng nhö caùc löïc maø veä tinh phaûi chòu, traïm ñieàu khieån coù theå tính toaùn ñeå xaùc ñònh lòch “thieân vaên” cuûa veä tinh vaø döï ñoaùn vò trí cuûa noù ôû baát kyø thôøi ñieåm naøo trong nhieàu voøng quyõ ñaïo sau ñoù. Boán traïm quan saùt khoâng chæ thu tín hiệu của rieâng moät veä tinh, thay vaøo ñoù seõ nhaän tín hieäu cuûa taát caû caùc veä tinh khi coù theå. Töøng traïm quan saùt seõ xaùc ñònh thôøi ñieåm ñeán cuûa taát caû caùc tín hieäu veä tinh nhaän ñöôïc vaø truyeàn thoâng tin naøy (döïa treân ñoàng hoà traïm theo doõi-in GPS time) ñeán traïm ñieàu khieån. Töø 4 vò trí ñaõ bieát cuûa traïm quan saùt vaø thôøi ñieåm ñeán cuûa tín hieäu maø traïm ñieàu khieån khoâng chæ xaùc ñònh vò trí veä tinh trong khoâng gian 3 chieàu maø caû thôøi ñieåm caùc tín hieäu rôøi veä tinh. Caên cöù treân caùc soá lieäu naøy, vò trí töông lai môùi cuûa veä tinh, sai soá ñoàng hoà môùi ñöôïc xaùc ñònh vaø caùc traïm phaùt daãn ñoäng phaùt trở lại ñeán caùc veä tinh. Veä tinh seõ löu laïi thoâng tin naøy trong boä nhôù cuûa noù roài phaùt ñeán ngöôøi söû duïng ôû nhöõng khoaûng thôøi gian ñeàu ñaën. Vôùi ñoä cao 20200 Km caùc traïm theo doõi coù theå thu ñöôïc tín hieäu veä tinh trong moät thôøi gian daøi ôû moãi voøng quyõ ñaïo. Nhôø ñoù traïm ñieàu khieån ñuû khaû naêng quan saùt vaø saùt ñònh lòch trình cho töøng veä tinh .  Phöông trình khoaûng caùch Trong heä thoáng GSP, veä tinh phaùt tín hieäu taïi thôøi ñieåm tsv (theo GPS time) maø ngöôøi söû duïng ñaõ bieát. Giaù trò hieäu chænh cho tsv ñöôïc töøng veä tinh phaùt ñeán ngöôøi söû duïng. Treân ñoàng hoà ngöôøi söû duïng thôøi điểm ñeán của tín hieäu laø tu. Neáu ñoàng hoà cuûa veä tinh vaø ngöôøi söû duïng ñoàng boä, khoaûng caùch lan truyeàn cuûa tín hieäu seõ laø : C (tu - tsv). Tuy nhieân ñoàng hoà cuûa ngöôøi söû duïng coù 1 ñoä leäch chöa bieát so vôùi ñoàng hoà veä tinh. Giaû söû ñoàng hoà cuûa ngöôøi söû duïng chaäm hôn so vôùi ñoàng hoà veä tinh 1 löôïng tbias. Nhö vaäy thôøi gian truyền cuûa tín hieäu laø : t = tu + tbias - tsv 18
Vaø khoaûng caùch giöõa veä tinh vôùi ngöôøi söû duïng laø : D = Ct = C(tu - tsv) +C.tbias (phöông trình khoaûng caùch) Trong coâng thöùc: C( tu-tsv) goïi laøø khoaûng caùch giaû Khoaûng caùch khoâng ñoåi C.tbias phaûi ñöôïc theâm vaøo khoaûng caùch giaû ñeå buø cho sai khaùc giöõa caùc ñoàng hoà (tbias=const).  Hieäu chænh cho thôøi ñieåm phaùt tín hieäu tsv: Veä tinh phaùt tín hieäu taïi thôøi ñieåm tsv theo ñoàng hoà cuûa mình. Tuy nhieân thôøi ñieåm naøy coù theå taêng hay giaûm moät löôïng tsv so với giờ chuẩn GPS. Giaù trò naøy ñöôïc traïm ñieàu khieån xaùc ñònh, sau ñoù caùc traïm daãn ñoàng phaùt cho töøng veä tinh rieâng leû, roài veä tinh phaùt ñeán ngöôøi söû duïng. Maùy thu cuûa ngöôøi söû duïng seõ hieäu chænh giaù trò naøy trong quùa trình sau ñoù. Vôùi sai soá laø 1 nanogiaây (1 nanosecond=10- 9 s) cuûa tsv seõ sinh ra sai soá khoaûng caùch = 3.10.8.10-9 = 0,3m. thieäu chænh t tGPS=0 tsv=0 tGPS tmaùy thu=0 tbias tu - tsv tu tmaùy thu Nhö vaäy vieäc xaùc ñònh khoaûng caùch ñeán veä tinh cuûa maùy thu GPS chính laø vieäc xaùc ñònh thôøi ñieåm ñieåm ñeán cuûa tín hieäu töø veä tinh. Nguyeân taéc xaùc ñònh thôøi ñieåm ñeán cuûa tín hieäu ñöôïc trình baøy ôû nội dung “Tín hieäu veä tinh vaø maõ hoùa tín hieäu”  Xaùc ñònh vò trí ngöôøi quan saùt Laäp moät heä truïc toïa ñoä vuoâng goùc coù goác truøng taâm traùi ñaát . Maët phaúng toïa ñoä (x-y)  maët phaúng xích ñaïo, truïc x naèm trong maët phaúng kinh tuyeán Greenwich 19
Z P X Y Ta bieát raèng vôùi 2 ñieåm baát kyø P1 (x1, y1,z2) vaø P2 (x2, y2,z2) thì khoaûng caùch P1 P2 ñöôïc xaùc ñònh bôûi coâng thöùc : P1 P2 = ( x1  x2 )2  ( y1  y2 )2  ( z1  z2 )2 (32) Nhö vaäy neáu ngöôøi söû duïng coù toaï ñoä P (xu, yu, zu) vaø 1 veä tinh (thöù i) coù toaï ñoä S1 (x1,y1,z1) thì ta coù phöông trình : ( x1  xu )2  ( y1  yu )2  ( z1  zu )2 = C (tu + tbias - tsv)  (x1 -xu)2 + (y1 - yu)2 + (z1 - zu)2 = C 2 (tu + tbias - tsv)2 (33) Thôøi ñieåm tsv cho töøng veä tinh laø ñaõ bieát, nhö vaäy coøn 4 giaù trò chöa bieát laø xu,yu,zu vaø tbias  ta phaûi caàn 4 phöông trình ñoäc laäp, töùc laø caàn phaûi coù 4 veä tinh ñoàng thôøi. Töø coâng thöùc(33) suy ra 4 phöông trình laø: (x1-xu)2+(y1-yu)2+(z1-zu)2=C2(tu1+tbias-tsv1)2 (x2-xu)2+(y2-yu)2+(z2-zu)2=C2(tu2+tbias-tsv2)2 (34) (x3-xu)2+(y3-yu)2+(z3-zu)2=C2(tu3+tbias-tsv3)2 20 (x4-xu)2+(y4-yu)2+(z4-zu)2=C2(tu4+tbias-tsv4)2