Đề tài " Nghiên cứu khai thác hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR"

Chia sẻ: Vu Dinh Luyen Luyen | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:99

Thêm vào BST

Báo xấu

314
lượt xem 126
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nhằm đáp ứng cho các mục đích dẫn đường cũng như xác định vị trí một cách chính xác, nhanh chóng và thuận tiện, một số quốc gia và tổ chức quốc tế trên thế giới đã xây dựng nên các hệ thống định vị dẫn đường có độ chính xác cao để thay thế cho các phương pháp định vị dẫn đường truyền thống. Đó chính là hệ thống NAVSTAR-GPS, hay còn gọi là hệ thống GPS.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đề tài " Nghiên cứu khai thác hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR"

Đề tài " Nghiên cứu khai thác hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR" 1
MỤC LỤC NHIỆM VỤ 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................................. 7 Nghiên cứu khai thác hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR .................... 7 a) Nội dung ................................................................................ 7 b) Các bản vẽ kỹ thuật .............................................................. 8 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ......................................... 9 Điểm hướng dẫn:………… .......................................................................... 9 LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................ 12 Hà Nội, ngày .... tháng .... năm ................................................................... 13 CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................. 14 CH¦¥NG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH.............................................................. 16 1.1 Khái quát chung.................................................................................. 16 Hình 1.1: Các thành phần của hệ thống dẫn đường vệ tinh .................... 17 1.2 Các hệ thống dẫn đường vệ tinh trên thế giới...................................... 18 1.2.1 Cơ sở chung về lý thuyết dẫn đường ............................................ 18 1.2.2 Hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR ..................................... 19 Hình 1.2: Các quỹ đạo của vệ tinh trong hệ thống GPS........................... 21 Hình 1.3: Vị trí đặt trạm điều khiển GPS trên mặt đất ........................... 22 Hình 1.4: Phần điều khiển vệ tinh trong hệ thống GPS ........................... 22 Hình 1.5: Phần thiết bị sử dụng dẫn đường GPS ..................................... 24 Hình 1.6: Các thế hệ vệ tinh trong hệ thống GPS ..................................... 27 2
1.2.3 Hệ thống Glonass........................................................................ 28 1.2.4 Hệ thống vệ tinh dẫn đường dân dụng bao phủ INMARSAT ....... 31 Hình 1.7: Cấu trúc hệ thống INMARSAT ................................................ 33 1.3 Các hệ toạ độ sử dụng trong dẫn đường vệ tinh .................................. 34 1.3.1 Hệ toạ độ địa lý OzXdYdZd ........................................................ 34 Hình 1.8 : Hệ toạ độ địa lý ......................................................................... 35 1.3.2 Hệ toạ độ chuẩn địa tâm .............................................................. 35 Hình 1.9: hệ toạ độ chuẩn địa tâm............................................................. 35 1.3.3 Hệ toạ độ GPS ............................................................................. 36 1.3.4 Hệ toạ độ địa lý cục bộ ENU (East North Up Coordinate) ........... 38 ECEF XENU = c ENU . XECEF + S............................................................................... 38 1.4 Hệ thời gian ........................................................................................ 39 1.4.1 Giờ GPS ...................................................................................... 39 1.4.2 Giờ UTC ...................................................................................... 39 1.5 Lịch vệ tinh ........................................................................................ 41 1.6 So sánh giữa hai hệ thống và giải pháp lựa chọn ................................. 42 1.6.1 So sánh ........................................................................................ 42 1.6.2 Giải pháp lựa chọn của thế giới và Việt Nam............................... 44 CH¦¥NG 2: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH NAVSTAR .......................................... 46 2.1 Nguyên lý dẫn đường của hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR .. 46 Hình 2.1: Nguyên lý dẫn đường bằng khoảng cách.................................. 46 D = v.t 47 Trong đó: v - tốc độ lan truyền của sóng điện = 299792458m/s ......... 47 2.2 Xác định khoảng cách giả để định vị trong phương pháp dẫn đường .. 47 2.2.1 Định nghĩa khoảng cách giả ......................................................... 47 2.2.2 Xác định vị trí từ các khoảng cách giả ......................................... 49 2.3 Định vị tương đối thời gian thực GPS (DGPS Differential GPS) ....... 53 3
Hình 2.4 : Hoạt động DGPS trong thời gian thực .................................... 54 2.4 Tín hiệu dẫn đường từ vệ tinh trong hệ thống GPS ............................. 54 2.4.1 Cấu trúc tín hiệu .......................................................................... 54 2.4.2 Tính chất và thành phần của tín hiệu GPS .................................... 57 Hình 2.8: Tổng quan về mã C/A ................................................................ 64 - Hàm tương quan tự động ........................................................................ 65 Hình 2.9: Hàm tương quan tự động của mã C/A và mã P ....................... 66 Hình 2.10: : Phổ công suất của mã C/A và mã P ...................................... 67 Hình 2.11: Sự nén phổ của mã C/A ........................................................ 68 T 1 T  c 1 t .c 2 t   dt  0 đối với mọi  .................................................... 70 0 2.5 Cấu trúc máy thu GPS ........................................................................ 72 2.5.1 Lọc và khuếch đại tín hiệu cao tần ............................................... 72 2.5.2 Đổi tần và khuếch đại trung tần ................................................... 73 N= k*TC*B 75 Trong đó: k = 1,3806* 1023 J/K .................................................................. 75 2.5.3 Số hoá tín hiệu GPS ..................................................................... 75 2.5.4 Xử lý tín hiệu băng cơ sở ............................................................. 76 2.6 Độ chính xác của hệ thống GPS và các lỗi đường truyền .................... 78 2.6.1 Độ chính xác của GPS ................................................................. 78 2.6.2 Sai số phần vệ tinh và phần điều khiển ........................................ 79 2.6.3 Sai số thời gian phát truyền ( Sai số do độ trễ tầng điện ly).......... 80 CH¦¥NG 3: ĐẶC ĐIỂM KHAI THÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH TRÊN MÁY BAY BOEING 777 ............................. 81 3.1 Giới thiệu hệ thống dẫn đường vệ tinh trên máy bay Boeing 777........ 81 Hình 3.1: Mô hình hệ thống sử dụng vệ tinh dẫn đường ......................... 81 3.2 Máy thu tín hiệu vệ tinh GPS trên máy bay Boeing 777 ..................... 82 4
3.2.1 Sơ đồ khối máy thu GPS trên Boeing 777 .................................... 82 Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ thống máy thu GPS trên Boeing 777 ................. 83 3.2.2 Nguyên lý làm việc hệ thống GPS trên máy bay Boeing 777 ....... 83 Hình 3.3: Giao tiếp giữa các khối trong hệ thống GPS ............................ 84 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của GPS ......................................... 86 3.3 Chức năng các khối trong hệ thống GPS trên máy bay Boeing 777 .... 87 3.3.1 Chức năng khối thu nhận đa phương thức MMR ......................... 87 Hình 3.5: Vị trí đặt MMR trên khoang thiết bị chính .............................. 87 Hình 3.6: Sơ đồ chức năng khối MMR ..................................................... 89 3.3.2 Khối nguồn và anten GPS ........................................................... 92 Hình 3.7: Vị trí lắp đặt anten trên máy bay Boeing 777 .......................... 93 3.3.3 Hệ thống hiển thị ......................................................................... 93 Hình 3.9: Trang định vị trí GPS ................................................................ 93 Hình 3.10: Trang – 2 tham chiếu vị trí ...................................................... 94 c) Hiển thị 3 95 Hình 3.11: Trang – 3 tham chiếu vị trí ...................................................... 95 3.3.4 Khối dữ liệu không khí và dẫn đường quán tính ADIRU ............. 96 Hình 3.12: Miêu tả hình dáng bên ngoài ADIRU ..................................... 96 Hình 3.13 Hàm tính toán dữ liệu tham chiếu quán tính........................... 98 3.3.5 Hệ thống cảnh báo gần mặt đất GPWC (ground proximity warning computer) ............................................................................................. 98 3.3.6 Hệ thống tính toán và quản lý chuyến bay FMCF (flight management computing function) ........................................................ 98 3.4 Công tác kiểm tra mặt đất ................................................................... 98 Hình 3.13: Kiểm tra hệ thống ở mặt đất ................................................... 99 3.5 Công tác bảo dưỡng cho hệ thống GPS trên máy bay Boeing 777 ...... 99 5
3.5.1 Kiểm tra và hiệu chỉnh hệ thống GPS trên Boeing 777 ................ 99 3.5.2 Tháo lắp anten GPS ................................................................... 100 KẾT LUẬN 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................ 101 6
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên: Lớp : Khoá : Chuyên ngành : Điện - Điện tử 1. Tên đề tài Nghiên cứu khai thác hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR 2. Hình thức đề tài Nghiên cứu và khai thác sử dụng 3. Mục đích đề tài - Hiểu được khái quát chung về các hệ thống dẫn đường vệ tinh - Hiểu được tính năng, kết cấu, nguyên lý làm việc và đặc điểm khai thác của hệ thống dẫn đường vệ tinh trên Boeing 777; - Củng cố và hệ thống lại các kiến thức trong quá trình học tập để làm cơ sở cho quá trình công tác sau này. 4. Số liệu và tài liệu chính cần sử dụng - Giáo trình các hệ thống dẫn đường hàng không; - Global Positioning System, International Navigation and Intergration. Mohinder S. Grewal, Lawwrence R. Well and Angus P. Andrews; - Avionic Fundamentals; - Tài liệu hướng dẫn bảo dưỡng (Aircraft Maintenance Manual) của máy bay Boeing 777, Version 01-2005. 5. Nhiệm vụ a) Nội dung - Lời nói đầu - Chương 1: Khái quát chung về các hệ thống dẫn đường vệ tinh 7
- Chương 2: Đặc điểm nguyên lý làm việc của hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR - Chương 3: Đặc điểm khai thác hệ thống dẫn đường vệ tinh trên Boeing 777 - Kết luận. b) Các bản vẽ kỹ thuật - Sơ đồ cấu trúc hệ thống dẫn đường vệ tinh; - Sơ đồ hệ thống dẫn đường vệ tinh trên máy bay Boeing 777; - Sơ đồ xử lý tín hiệu của hệ thống NAVSTAR. 6. Thời gian Ngày giao : Ngày nộp : Ngày …… tháng năm HỌC VIÊN THỰC HIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN 8
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP …………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… … Điểm hướng dẫn:………… Điểm phản biện:…………. Điểm bảo vệ:…………….. Điểm tổng hợp:………….. Ngày …. Tháng năm 9
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................. 12 CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................... 14 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH.............................................................. 16 1.1 Khái quát chung.................................................................................. 16 1.2 Các hệ thống dẫn đường vệ tinh trên thế giới...................................... 18 1.2.1 Cơ sở chung về lý thuyết dẫn đường ............................................ 18 1.2.2 Hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR ..................................... 19 1.2.3 Hệ thống Glonass........................................................................ 28 1.2.4 Hệ thống vệ tinh dẫn đường dân dụng bao phủ INMARSAT ....... 31 1.3 Các hệ tọa độ sử dụng trong dẫn đường vệ tinh .................................. 34 1.3.1 Hệ tọa độ địa lý OzXdYdZd ........................................................ 34 1.3.2 Hệ tọa độ chuẩn địa tâm .............................................................. 35 1.3.3 Hệ tọa độ GPS ............................... Error! Bookmark not defined. 1.3.4 Hệ toạ độ địa lý cục bộ ENU ........ Error! Bookmark not defined. 1.4 Hệ thời gian .......................................... Error! Bookmark not defined. 1.4.1 Giờ GPS ........................................ Error! Bookmark not defined. 1.4.2 Giờ UTC ........................................ Error! Bookmark not defined. 1.5 Lịch vệ tinh .......................................... Error! Bookmark not defined. 1.6 So sánh giữa hai hệ thống và giải pháp lựa chọnError! Bookmark not defined. 1.6.1 So sánh .......................................... Error! Bookmark not defined. 1.6.2 Giải pháp lựa chọn của thế giới và Việt NamError! Bookmark not defined. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH NAVSTAR Error! Bookmark not defined. 2.1 Nguyên lý dẫn đường của hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR ................................................................... Error! Bookmark not defined. 2.2 Xác định khoảng cách giả để định vị trong phương pháp dẫn đường ................................................................... Error! Bookmark not defined. 2.2.1 Định nghĩa khoảng cách giả ........... Error! Bookmark not defined. 10
2.2.2 Xác định vị trí từ các khoảng cách giảError! Bookmark not defined. 2.3 Định vị tương đối thời gian thực GPS .. Error! Bookmark not defined. 2.4 Tín hiệu dẫn đường từ vệ tinh trong hệ thống GPSError! Bookmark not defined. 2.4.1 Cấu trúc tín hiệu ............................ Error! Bookmark not defined. 2.4.2 Tính chất và thành phần của tín hiệu GPSError! Bookmark not defined. 2.5 Cấu trúc máy thu GPS .......................... Error! Bookmark not defined. 2.5.1 Lọc và khuếch đại tín hiệu cao tần . Error! Bookmark not defined. 2.5.2 Đổi tần và khuếch đại trung tần ..... Error! Bookmark not defined. 2.5.3 Số hoá tín hiệu GPS ....................... Error! Bookmark not defined. 2.5.4 Xử lý tín hiệu băng cơ sở ............... Error! Bookmark not defined. 2.6 Độ chính xác của hệ thống GPS và các lỗi đường truyền ............. Error! Bookmark not defined. 2.6.1 Độ chính xác của GPS ................... Error! Bookmark not defined. 2.6.2 Sai số phần vệ tinh và phần điều khiểnError! Bookmark not defined. 2.6.3 Sai số thời gian phát truyền ........... Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM KHAI THÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH TRÊN MÁY BAY BOEING 777 Error! Bookmark not defined. 3.1 Giới thiệu hệ thống dẫn đường vệ tinh trên máy bay Boeing 777. Error! Bookmark not defined. 3.2 Máy thu tín hiệu vệ tinh GPS trên máy bay Boeing 777 .............. Error! Bookmark not defined. 3.2.1 Sơ đồ khối máy thu GPS trên Boeing 777Error! Bookmark not defined. 3.2.2 Nguyên lý làm việc hệ thống GPS trên máy bay Boeing 777 Error! Bookmark not defined. 3.3 Chức năng các khối trong hệ thống GPS trên máy bay Boeing 777 ................................................................... Error! Bookmark not defined. 11
3.3.1 Chức năng khối thu nhận đa phương thức MMRError! Bookmark not defined. 3.3.2 Khối nguồn và anten GPS .............. Error! Bookmark not defined. 3.3.3 Hệ thống hiển thị ........................... Error! Bookmark not defined. 3.3.4 Khối dữ liệu không khí và dẫn đường quán tính ADIRU ...... Error! Bookmark not defined. 3.3.5 Hệ thống cảnh báo gần mặt đất GPWC Error! Bookmark not defined. 3.3.6 Hệ thống tính toán và quản lý chuyến bay FMCF ................ Error! Bookmark not defined. 3.4 Công tác kiểm tra tại mặt đất ................ Error! Bookmark not defined. 3.5 Công tác bảo dưỡng cho hệ thống GPS trên máy bay Boeing 777 Error! Bookmark not defined. 3.5.1 Kiểm tra và hiệu chỉnh hệ thống GPS trên Boeing 777 ......... Error! Bookmark not defined. 3.5.2 Tháo lắp anten GPS ....................... Error! Bookmark not defined. KẾT LUẬN .................................................... Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................. Error! Bookmark not defined. 12
LỜI NÓI ĐẦU Nhằm đáp ứng cho các mục đích dẫn đường cũng như xác định vị trí một cách chính xác, nhanh chóng và thuận tiện, một số quốc gia và tổ chức quốc tế trên thế giới đã xây dựng nên các hệ thống định vị dẫn đường có độ chính xác cao để thay thế cho các phương pháp định vị dẫn đường truyền thống. Đó chính là hệ thống NAVSTAR-GPS, hay còn gọi là hệ thống GPS. Đây là một hệ thống định vị dẫn đường toàn cầu được Bộ Quốc Phòng Mỹ xây dựng và phát triển vào năm 1973 và được hoàn thiện vào năm 1994, một mặt đáp ứng cho các mục đích quân sự và một mặt nhằm mục đích thương mại. Bên cạnh đó, người Nga cũng tự xây dựng một hệ thống định vị dẫn đường toàn cầu nhằm đáp ứng cho các mục đích quân sự cũng như thương mại của mình để cạnh tranh với hệ thống GPS của Mỹ, đó chính là hệ thống định vị dẫn đường toàn cầu GLONASS. Hệ thống này được xây dựng và phát triển vào năm 1988 do 3 cơ quan của Nga hợp tác với nhau là Scientific/Production Group on Applied Mechanics ở Krasnoyarsk chịu trách nhiệm chế tạo vệ tinh, Scientific/Production Group on Space Device Engineering ở Moscow chịu trách nhiệm chế tạo các thiết bị đo đạc dẫn đường vệ tinh, trạm điều khiển, trạm theo dõi, các máy thu người sử dụng và Russian Institute of Radionavigation and Time ở St. Petersburg chịu trách nhiệm thiết lập hệ đồng bộ cho GLONASS các tiêu chuẩn tần số / thời gian ở mặt đất và trên vệ tinh cũng như các kiểu máy thu người sử dụng. Về cơ bản thì nguyên lý hoạt động và cấu trúc của hai hệ thống GPS và GLONASS là giống nhau, tuy nhiên cũng có những khác nhau sẽ được đề cập chi tiết trong phần nội dung của đồ án. 13
Vì sự khủng hoảng kinh tế cho nên người Nga đã gặp phải những khó khăn khi hoàn thiện hệ thống GLONASS; hơn nữa, vì tính kinh tế khi sử dụng hệ thống cũng như một số tính năng vượt trội của hệ thống GPS nên hiện nay hệ thống GPS được sử dụng rộng rãi và phổ biến hơn. Vì vậy, nội dung đồ án sẽ đi sâu vào khai thác dựa trên cơ sở hệ thống NAVSTAR - GPS của Mỹ. Với thời gian có hạn cũng như là hạn chế về tài liệu, vì tài liệu về lĩnh vực này rất khó tiếp cận do việc phổ biến sử dụng hệ thống GPS ở Việt Nam còn hạn chế cũng như tính độc quyền và bí mật công nghệ của các nước tư bản, do đó việc khai thác hệ thống gặp rất nhiều khó khăn và không thể đề cập được đầy đủ một cách chi tiết. Tuy nhiên, bằng nỗ lực bản thân, học viên cũng đã đáp ứng được phần lớn các yêu cầu của đồ án đề ra, mặc dù không thể không có những thiếu sót. Nội dung của đồ án bao gồm 3 chương như sau: Chương 1: Khái quát chung về các hệ thống dẫn đường vệ tinh quốc tế Chương 2: Nguyên lý làm việc của hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR Chương 3: Đặc điểm khai thác hệ thống dẫn đường vệ tinh trên máy bay Boeing 777 Hà Nội, ngày .... tháng .... năm 14
CÁC TỪ VIẾT TẮT ADIRS  Air Data Inertial Reference System Hệ thống tham chiếu quán tính và dữ liệu không khí ADIRU  Air Data Inertial Reference Unit Khối tham chiếu quán tính và dữ liệu không khí AFDS  Autopilot Flight Director System Hệ thống điều khiển dẫn đường tự động AIMS  Airplane Information Management System Hệ thống quản lý thông tin máy bay ARINC  Aeronautical Radio Inc. Viện vô tuyến hàng không CDU  Control Display Unit  Khối hiển thị điều khiển CMCF  Central Maintenance Computing Function  Hàm (chức năng) tính toán bảo dưỡng trung tâm FCA  Fault Containment Area  Vùng có hỏng hóc FCM  Fault Containment Module  Khối bị hỏng hóc FIM  Faul Isolation Manual  Hướng dẫn xử lý hỏng hóc FMCF  Flight Management Computing Function  Hàm (chức năng) tính toán quản lý chuyến bay GPS  Global Positioning System  Hệ thống định vị toàn cầu INS  Inertial Navigation System  Hệ thống dẫn đường quán tính MAT  Maintenance Access Terminal  Máy tính truy xuất thông tin phục vụ bảo dưỡng MEC  Main Equipment Center  Khoang thiết bị chính NCD  No Computed Data  Dữ liệu không được tính toán ND  Navigation Display  Màn hình dẫn đường NVM  Non-Volatile Memory  Bộ nhớ cố định (không bị mất dữ liệu khi mất nguồn) 15
PFC  Primary Flight Computer  Máy tính điều khiển chuyến bay chính 16
CH¦¥NG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH 1.1 Khái quát chung Bắt đầu vào những thập niên 1960, hệ thống vệ tinh được thiết lập có ý nghĩa quan trọng của việc dẫn đường trên trái đất. Hệ thống được thiết kế chủ yếu cho việc xác định vị trí hàng ngày cho tàu bè. Nhưng đã bắt đầu đặt nền móng cho việc sử dụng trong quá trình dẫn đường cho các phương tiện trên không. Bắt đầu vào những năm 1970, hệ thống dẫn đường vệ tinh đối với máy bay được phát triển nhanh. Chúng được đầu tư sử dụng công nghệ cao và mang lại hiệu quả kinh tế cao. Trong những năm tiếp theo hệ thống được sử dụng một cách rộng rãi, và cho đến năm 1996 hệ thống được ứng dụng trong việc dẫn đường đối với các máy bay trên toàn thế giới. Hiện nay, trên thế giới đồng thời triển khai các hệ thống dẫn đường như:  Navigation Satellities Time and Ranging Global Positioning System (NAVSTAR-GPS) hay GPS: Là một hệ thống định vị dẫn đường toàn cầu. Được phát triển vào năm 1973 và được hoàn thiện vào năm 1994 bởi “Bộ Quốc Phòng Mỹ”.  Global Navigation Satellities System (GLONASS): Là một hệ thống định vị dẫn đường toàn cầu do 3 cơ quan của Nga: Scientific/Production Group on Applied Mechanics Kranoyarsk, Scientific/Production Group on Space Device Engineering Moscow và Russian Institute of Radio Navigation and Time cùng xây dựng và phát triển.  INMARSAT Civil Navigation Satellite Overlay: là hệ thống cung cấp phần không gian (Space segment). Tổ chức INMARSAT đã thực hiện những nghiên cứu và thử nghiệm dẫn đến việc phát triển vùng phủ 17
sóng vệ tinh địa tĩnh dân dụng cho GPS và GLONASS, nhằm cung cấp dữ liệu cho phép các hệ thống dẫn đường vệ tinh đáp ứng được các yêu cầu liên quan đến độ tin cậy và tích hợp thông tin của các nhà chức trách hàng không và hàng hải. Các hệ thống dẫn đường vệ tinh dùng để cung cấp thông tin về vị trí, tốc độ và thời gian cho các máy thu ở mọi thời điểm trên trái đất, trong mọi điều kiện thời tiết. Hệ thống có thể xác định vị trí với sai số từ vài trăm mét đến vài mét và có thể giảm xuống chỉ còn vài centimet. Tất nhiên, độ chính xác càng cao thì máy thu GPS càng phức tạp hơn và giá thành vì thế cũng tăng theo. Hình 1.1: Các thành phần của hệ thống dẫn đường vệ tinh Nhìn chung các hệ thống bao gồm 3 phần chính như sau:  Phần không gian (Space Segment) bao gồm các vệ tinh không gian. Có nhiệm vụ thu nhận tín hiệu từ trạm điều khiển mặt đất, tín hiệu này dùng để điều khiển sai lệch quỹ đạo vệ tinh trong khi bay, hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh. Sau đó phát tín hiệu mang thông tin về vị trí vệ tinh, thời gian chuẩn tới các thuê bao. 18
 Phần điều khiển (Control Segment) bao gồm: 1 trạm mặt đất điều khiển trung tâm, một số trạm theo dõi và trạm hiệu chỉnh số liệu. Nhiệm vụ phát và thu tín hiệu dùng trong việc tính toán và dự báo thời điểm vệ tinh xuất hiện tại từng thời điểm một cách chính xác và hiệu chỉnh.  Phần sử dụng (User Segment) là các thuê bao (máy thu và xử lý tín hiệu). Nhiệm vụ thu nhận tín hiệu mang thông tin vị trí và thời gian chuẩn của vệ tinh, tính toán và đưa ra vị trí chính xác của các thuê bao. 1.2 Các hệ thống dẫn đường vệ tinh trên thế giới 1.2.1 Cơ sở chung về lý thuyết dẫn đường Dẫn đường hàng không là một môn khoa học nghiên cứu về nguyên lý làm việc, cấu tạo các thiết bị kỹ thuật, các phương pháp sử dụng, và các thiết bị kỹ thuật để xác định vị trí và dẫn đường cho các phương tiện bay, đảm bảo cho các phương tiện bay theo 1 hành trình định trước. Có các phương pháp dẫn đường cơ bản sau: a) Dẫn đường bằng địa tiêu (Pilotage): Trong thời kỳ đầu, máy bay thường hoạt động với cự ly ngắn, tốc độ thấp, ở điều kiện thời tiết tốt, người lái có thể quan sát được các địa tiêu trên mặt đất (các đỉnh núi, con sông, ngọn tháp…) đã biết để dẫn đường cho máy bay tới điểm qui định. Đây là phương pháp đơn giản nhất trong các phương pháp dẫn đường. b) Dẫn đường bằng sa đồ (Dead Reckoning): Phương pháp này sử dụng la bàn từ để định hướng, sử dụng đồng hồ hộp màng để đo độ cao, tốc độ, từ đó xác định được hướng cần bay từ đó đưa ra quyết định dẫn đường. Đây là phương pháp cổ điển nhưng có độ chính xác không cao. c) Dẫn đường thiên văn (Celestial Navigation): Căn cứ vào góc giữa trục dọc máy bay và các thiên thể đã biết trước như: mặt trời, mặt trăng và 19
các ngôi sao ở từng thời điểm xác định để dẫn đường cho phương tiện bay đến điểm quy định. Cũng như phương pháp dẫn đường bằng địa tiêu, phương pháp dẫn đường bằng thiên văn chỉ được sử dụng khi điều kiện thời tiết tốt. d) Dẫn đường quán tính (Inertial Navigation): Trên máy bay, người ta sử dụng thiết bị nhạy cảm để đo được gia tốc máy bay ở mọi hướng. Từ đó sử dụng các mạch tích phân gia tốc theo thời gian cho ra được vận tốc và quãng đường bay. Chúng ta có thể dễ dàng nhận ra phương pháp dẫn đường quán tính là phương pháp làm việc độc lập, cho nên nó có khả năng đảm bảo bí mật khi bay. e) Dẫn đường vô tuyến (Radio Navigation): Sử dụng các máy thu phát sóng vô tuyến được đặt tại những vị trí biết trước trên mặt đất hay trong không gian và trên máy bay. Máy thu được đặt trên phương tiện bay, sau khi thu nhận tín hiệu sóng vô tuyến sẽ tính toán đưa ra các tham số dẫn đường. Phương pháp dẫn đường bằng vô tuyến cho kết quả có độ chính xác cao, cự ly hoạt động lớn, ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết bên ngoài. Hệ thống dẫn đường vệ tinh là một trong những phương pháp trong dẫn đường vô tuyến. 1.2.2 Hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR a) Giới thiệu Thuật ngữ GPS (Global Positioning System) được sử dụng để mô tả các hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu. Các hệ thống này đều dựa trên cơ sở ứng dụng các khả năng của vệ tinh nhân tạo để định vị toạ độ người sử dụng trong không gian 3 chiều với độ chính xác cao. Các hệ thống này có vùng bao phủ toàn cầu và hoạt động tin cậy trong mọi điều kiện thời tiết với thời gian liên tục suốt 24 giờ trong ngày. 20