Phần 4 – Những tính năng ưu việt của GPS III

(Tiếp theo các Bản tin Công nghệ Số 11, 12, 14, 15,16 - 2012)

 

 

Tín hiệu mới L1C

GPS III là thế hệ vệ tinh đầu tiên phát truyền tín hiệu mới L1C. Đây sẽ là tín hiệu dân sự thứ tư (cùng với L1 C/A, L2C, và L5), đồng thời bổ sung vào bản tin dẫn đường hiện đại hoá thế hệ thứ hai CNAV-2. Tín hiệu này hoàn toàn có khả năng kết hợp với các hệ thống GNSS khác như Galileo của Châu Âu, Hệ thống vệ tinh QZSS (Quasi-Zenith Satellite System) của Nhật Bản, và hệ thống tiềm năng tương lai Compass (BeiDou) của Trung Quốc.

Cũng giống như các tín hiệu GPS hiện đại hoá khác, tín hiệu L1C được thiết kế nhằm cải thiện khả năng dò tìm và thu nhận, truyền tải số liệu nhanh hơn, và dải tín hiệu cũng chính xác hơn, giúp hình thành cấu trúc tín hiệu GPS hiện đại hoá trên tần số L1. Những đặc điểm vượt trội của L1C phải kể đến như tăng cường độ chính xác, giảm thời gian dò tìm bắt tín hiệu và định vị. Với việc bổ sung thêm các bit số liệu hiện thời, cho phép tăng cường độ chính xác PNT trong các bản tin CNAV-2, bao gồm cả hợp phần số liệu vị trí quỹ đạo vệ tinh (SV Orbital Position) trong các bản tin dẫn đường nhằm cải thiện mô hình thiên văn.

Tín hiệu L1C bao gồm hai hợp phần: Tín hiệu đạo hàng không số liệu (Dataless Pilot Signal) và tín hiệu số liệu (Data Signal). Tín hiệu số liệu được phát truyền với một dải mã (Ranging Code), sau đó kết hợp với bản tin số liệu (Data Message), được điều biến trên sóng mang L1 sử dụng kỹ thuật điều biến dịch chuyển trị nguyên sóng mang BOC (Binary Offset Carrier). Tín hiệu đạo hàng được phát truyền cũng với một dải mã, kết hợp với mã chồng lấn duy nhất của từng vệ tinh (SV-Unique Overlay Code), và được điều biến trên sóng mang L1 sử dụng kỹ thuật điều biến dịch chuyển trị nguyên sóng mang BOC đa thời gian TMBOC (Time-Multiplexed BOC). Kỹ thuật TMBOC cho phép người sử dụng thu được tín hiệu một cách tốt và nhanh hơn ở những khu vực khó khăn. Bản thân chuỗi L1C PRN cũng chính xác hơn trong các phép đo chuỗi giả (Pseudorange Meacurement). Xét về tổng quan, với ứng dụng dẫn đường và thời gian, người sử dụng trên toàn thế giới sẽ được hưởng lợi một cách ấn tượng từ việc các vệ tinh GPS III phát truyền đi tín hiệu L1C.

Khả năng nhúng gài

Chương trình thiết kế khả năng nhúng gài thuộc hợp phần nền tảng cơ bản của Chương trình GPS III, được xây dựng nhằm mục đích hỗ trợ tốt nhất cho việc phát triển nâng cấp các phiên bản kế tiếp của GPS III.

Khả năng nhúng gài đã thể hiện giá trị đặc biệt của mình ngay trong chương trình GPS IIR. Các tàu không gian GPS Block IIR đã kết thúc với rất nhiều “phần bổ sung”. Trong nguyên gốc, 21 vệ tinh đã được phát triển. Tám trong số đó được hiện đại hoá và đặt tên là tàu không gian IIR-M. Tất cả tám tàu không gian IIR-M, cùng với bốn vệ tinh nguyên gốc IIR cuối cùng, đều được trang bị thêm các tấm ăng ten nâng cấp. Các đặc điểm đơn nhất, hộp chức năng và những tính năng mới đã được bổ sung vào hầu hết các tàu không gian, chính vì thế mỗi tàu không gian đều là đơn nhất: Gần 20 “phần bổ sung” đặc thù đang tồn tại cùng các vệ tinh IIR/IIR-M hiện tại.

Một trong số danh sách các chức năng của phần nhúng gài trong GPS III là hợp phần Hệ thống Cảnh báo Tai nạn qua Vệ tinh DASS (Distress Alerting Satellite System) chuyển tiếp các tín hiệu tai nạn từ các trạm quan trắc tình trạng khẩn cấp trên biển, phục vụ cho hoạt động tìm kiếm cứu nạn (SAR). Thêm vào đó, khả năng xác định khoảng cách trong không gian bằng laser cho phép các nhà khoa học có thể đo đạc chính xác quỹ đạo của các tàu không gian GPS III, hỗ trợ xây dựng mô hình trọng trường trái đất chính xác hơn và xác định những ảnh hưởng của thuyết tương đối cho từng khu vực riêng.

Bộ tổng hợp khuôn dạng sóng kỹ thuật số sẽ thay thế cho các hộp tổng hợp tương tự, tạo ra khả năng tương thích hoàn toàn với hợp phần dẫn đường kỹ thuật số, trong bộ tổng hợp các tín hiệu dẫn đường trên quỹ đạo. Pin cấp điện Lithium-ion giúp giảm trọng lượng tàu không gian và mang đến hiệu năng hoạt động tốt hơn cho EPS. Hơn thế nữa, công suất M-Code cũng sẽ được tăng cường và bổ sung, nhằm cung cấp các tín hiệu hiện đại hoá có công suất mạnh hơn nhiều phục vụ cho các ứng dụng quân sự.

Một khía cạnh khác trong khả năng nhúng gài chính là việc cân nhắc thiết kế cho phép đưa hai tàu không gian GPS III lên quỹ đạo trong một lần phóng. Đây thực sự là điểm thay đổi cơ bản giúp đảm bảo tiến độ duy trì trùm vệ tinh GPS trên quỹ đạo, đồng thời cũng giảm một cách đáng kể chi phí cho mỗi lần phóng tàu.

Tình hình hiện tại

Tàu không gian GPS III đầu tiên, các bộ mô phỏng, hạ tầng hỗ trợ và các hệ thống đã và đang được phát triển với sự giám sát chặt chẽ, liên tục nhằm đảm bảo chắc chắn rằng tàu không gian GPS III thứ nhất sẽ được phóng lên quỹ đạo vào năm 2014. GNST hiện cũng đã chế tạo và được chuyển đến GPF tại Colorado cuối năm 2011. Các bộ mô phỏng bổ sung đang được phát triển và lịch bàn giao cũng đã được ấn định, bao gồm cả bộ mô phỏng thời gian thực, bộ mô phỏng tàu không gian GPS, bộ tích hợp phần mềm giao tiếp phục vụ cho môi trường thử nghiệm, các mô hình hệ thống con cho tàu không gian và hợp phần mô phỏng chi tiết của chúng… tất cả đều đang được triển khai đồng thời.

Các bộ mô phỏng, được triển khai trên cả hai hợp phần: Phần cứng và phần mềm, đảm bảo chức năng cho các hệ thống kiểm tra, mô phỏng phóng tàu, và duy trì định kỳ trên quỹ đạo. Các trang thiết bị hỗ trợ mặt đất như các bus thiết bị hỗ trợ mặt đất, hợp phần thiết bị hỗ trợ mặt đất, cũng như các cấu trúc hỗ trợ mang tính vật lý, các thiết bị vận chuyển và giao nhận… tất cả đều đã bước vào giai đoạn hoàn chỉnh. Toàn bộ các hộp chức năng phục vụ bay và các bảng điều khiển bay cho vệ tinh đầu tiên đang được chế tạo, đồng thời cũng đang trong quá trình xem xét cấp phép sản xuất cho bốn tàu không gian kế tiếp.

Hệ thống Điều khiển Hoạt động GPS thế hệ kế tiếp OCX (GPS Next Generation Operational Control System) sẽ cung cấp toàn bộ các chức năng điều khiển hoạt động của các tàu không gian GPS III, với các chức năng được hiện đại hoá và chức năng tạo mới. Phiên bản OCX cũ sẽ đảm nhiệm cung cấp các chức năng Phóng và Kiểm tra hệ thống LCS cho GPS III (Launch and Checkout System) trong giai đoạn đầu để đợi đến khi OCX tương thích và hoạt động toàn phần với các tàu không gian GPS III. Đây cũng là điểm thúc đẩy thay đổi đối với hệ thống OCS hiện thời, hoạt động bởi AEP (Architecture Evolution Plan), không được thiết kế để theo dõi hay hoạt động toàn phần với các tín hiệu hiện đại hoá thế hệ mới phát đi từ các vệ tinh GPS IIR-M, GPS IIF hoặc GPS III. LCS đã bắt đầu phát triển và các bước kiểm tra đánh giá hoạt động từng chức năng liên tục được tiến hành, nhằm đảm bảo khả năng thực thi các chức năng của hợp phần phần mềm mặt đất và chuyển giao phục vụ bước kiểm tra đánh giá mô phỏng.

Kết luận

Tất cả các hợp phần nằm trong Chương trình GPS III hiện đang tiến về phía trước một cách chắc chắn, đảm bảo việc bàn giao vệ tinh GPS III đầu tiên vào năm 2013 và phóng lên quỹ đạo vào năm 2014. Việc đưa tàu không gian GPS III đầu tiên lên bệ phóng trong vòng hai năm tới sẽ bắt đầu cho một kỷ nguyên mới của HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS. GPS III sẽ có đầy đủ các chức năng mở rộng và nâng cấp, mang đến cho người sử dụng công nghệ GPS những chức năng mới mạnh mẽ hơn. GPS III sẽ cải thiện các dịch vụ PNT và giới thiệu những nâng cấp ấn tượng đảm bảo hệ thống không bị nghẽn mạch, phủ trùm mọi nơi trên thế giới, GPS III sẽ là hệ thống an ninh cao cấp nhất, chính xác và tin cậy nhất trên phạm vi toàn cầu.

GPS III là hợp phần quan trọng nhằm duy trì tính ổn định của trùm vệ tinh GPS, thay thế từng bước các tàu không gian GPS thế hệ trước, và đáp ứng những yêu cầu ngày các cao đến từ phía người sử dụng. Tất cả người dùng trên khắp thế giới, từ dân sự đến quân sự, sẽ là những người trực tiếp được hưởng lợi từ những cải tiến và nâng cấp của chương trình GPS III trong những thập kỷ tới.

Tác giả: Willard Marquis và Michael Shaw – Công ty Các hệ thống Không gian Lockhed Martin.

Dịch, biên soạn và bổ sung: Nhóm Kỹ thuật & Công nghệ - Công ty TNHH ANTHI Việt Nam.

THÔNG TIN TỔNG HỢP VỀ CHƯƠNG TRÌNH GPS III

NHIỆM VỤ

Mang đến tất cả những chức năng tin cậy, duy trì một hệ thống GPS bền vững phục vụ cho các lực lượng chiến đấu của Hoa Kỳ, đồng minh và người dùng trong lĩnh vực dân sự. Cung cấp các dịch vụ định vị, dẫn đường và thời gian trên khắp toàn cầu.

THÔNG TIN CƠ SỞ

Tháng 05/2008, hợp đồng phát triển vệ tinh GPS III đầu tiên đã được trao cho hãng Lockheed Martin, nhằm mục đích nghiên cứu và chế tạo hai tàu không gian cho giai đoạn đầu, với lựa chọn lên tới 10 vệ tinh nữa khi giai đoạn một kết thúc thành công.

MÔ TẢ

Các tàu không gian GPS III SV sẽ mang đến những chức năng mới nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của người sử dụng, trong cả hai lĩnh vực quân sự và dân sự. GPS III sẽ mang đầy đủ chức năng để sử dụng M-Code nhằm hỗ trợ cho các hoạt động chiến đấu của quân đội Hoa Kỳ. GPS III tối ưu hoá M-Code vượt qua khả năng M-Code hiện có của các Block GPS IIF/IIR. Mở rộng quan hệ hợp tác quốc tế trong kỷ nguyên công nghệ dẫn đường toàn cầu bằng vệ tinh GNSS (Global Navigation Satellite System) thông qua việc bổ sung tín hiệu L2C có khả năng kết hợp hoạt động với Galileo, QZSS (Quazi-Zenith Satellite System) và các hệ thống GNSS khác. Chương trình GPS III cũng cần phải hoàn chỉnh việc áp dụng các chức năng có trong tín hiệu L2C và L5 đã được khởi động trong chương trình hiện đại hoá các vệ tinh GPS IIR-M và GPS IIF.

Nội dung hợp đồng Chương trình GPS III

-      Phát triển hai tàu không gian GPS III.

-      Phát triển các bộ mô phỏng và dẫn đường mặt đất.

-      Hoàn chỉnh tàu không gian theo các bước: Đánh giá nền tảng tích hợp; Đánh giá thiết kế cơ bản; và đạt được chứng chỉ Chấp thuận Milestone C.

-      Chương trình chức năng nhúng gài cho các tàu không gian GPS III 9-32.

Lựa chọn sản xuất

-      Thực hiện chế tạo 2 tàu không gian (3 và 4)

-      Lựa chọn sản xuất 10 tàu tiếp theo.

CHỨC NĂNG

-      Các vệ tinh GPS thế hệ kế tiếp

-      Tăng cường độ chính xác.

-      Tăng cường chống nghẽn mạch.

-      Vệ tinh đầu tiên phát truyền tín hiệu chung L1C tương thích với Galileo.

-      Đa tín hiệu dân sự/quân sự: L1 C/A, L1 P(Y), L1M, L1C, L2C, L2 P(Y), L2M, L5

-      Tăng thêm +10dB cường độ tín hiệu phủ trùm trên bề mặt trái đất trên dải M-Code mà không ảnh hưởng hay làm suy giảm cường độ các tín hiệu quân sự khác.

-      Ba đồng hồ rubidium.

KHẢ NĂNG NHÚNG GÀI

Các tàu không gian GPS III từ 1 đến 8

-      Tăng cường độ chính xác.

-      Tăng cường cường độ M-Code phủ trùm trên bề mặt trái đất.

-      Bổ sung tín hiệu dân sự L1C.

-      Cải thiện chức năng kiểm tra tính toàn vẹn.

Các tàu không gian GPS III từ thứ 9+

-      Bộ tạo khuôn dạng sóng kỹ thuật số.

-      Điều biến tín hiệu sóng mang L-Band Carrier thời gian thực.

-      Hệ thống cảnh báo tai nạn hàng hải qua vệ tinh.

-      Hỗ trợ triển khai tìm kiếm cứu nạn trên toàn cầu.

-      Liên kết chéo phục vụ cho kiểm tra và điều khiển trong chế độ thời gian thực.

-      Cho phép tải lên vệ tinh thông qua từng điểm liên hệ độc lập.

-      Cải thiện độ chính xác trùm vệ tinh.

Quốc phòng

-      M-Code cường độ mạnh dành cho các khu vực đặc biệt.

-      Tăng cường khả năng chống nghẽn mạch phục vụ cho mục đích quân sự.

THÔNG SỐ CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG

-      Quỹ đạo: Sáu mặt phẳng quỹ đạo với góc nghiêng 55 độ

-      Cao độ: 10.898 dặm biển.

-      Tuổi thọ thiết kế: 15 năm, 13 năm MMD.

-      Trọng lượng lúc phóng: 8.115 lb.

-      Trọng lượng trên quỹ đạo: 4.767 lb.

-      Kích thước: Rộng 97 inch; Cao 134 inch; Dài 70 inch.

-      Độ chính xác vị trí: 0.63 mét, cập nhật liên tục từ hợp phần điều khiển.

NHÀ THẦU CHÍNH:

Lockheed Martin

Như vậy, qua 4 bản tin công nghệ hàng tuần vừa qua, Nhóm Kỹ thuật Công ty TNHH ANTHI đã lần lượt giới thiệu tới Quý Độc giả những nội dung cơ bản cũng như tiến độ triển khai của Chương trình GPS III – Một trong những chương trình cải tiến công nghệ định vị dẫn đường bằng vệ tinh GNSS rất quan trọng không chỉ riêng đối với Hoa Kỳ - Quốc gia sở hữu hệ thống GPS, mà còn quan trọng đối với tất cả cộng đồng người sử dụng trên toàn thế giới. Chúng tôi cũng mong muốn rằng, thông qua các bản tin này người sử dụng ở Việt Nam sẽ có những định hướng và quyết định đầu tư phù hợp để sẵn sàng đón nhận những tính năng ưu việt mà Chương trình GPS III sẽ cung cấp.

Khi cần thêm thông tin chi tiết, Quý vị có thể liên hệ với chúng tôi qua địa chỉ thư điện tử: info@anthi.com.vn 

Xin chân thành cảm ơn!