Số 31/2017: Xác định điểm đến với sự hỗ trợ của GNSS – Số 1

Image Content

Perry Trunick - Nhóm kỹ thuật Công ty TNHH ANTHI Việt Nam dịch và biên soạn    

Những người theo chủ nghĩa thuần túy có thể chỉ ra một cách đơn giản rằng trong 44 năm qua kể từ khi chương trình GPS chính thức được công bố, GPS đã gần đạt tới mức độ hoàn chỉnh của một thương hiệu thương mại được đăng ký khi GPS tham dự vào các hệ thống định vị toàn cầu bằng vệ tinh GNSS (Global Navigation Satellite Systems). Thực tiễn, GPS là chương trình trực thuộc Chính phủ Liên bang Hoa Kỳ được duy trì và vận hành bởi Không lực Hoa Kỳ USAF. Số lượng các hệ thống GNSS ngày càng được mở rộng khi các kỹ thuật và công nghệ liên quan liên tục được nâng cấp và đổi mới.


ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU

Các hệ thống định vị dẫn đường giai đoạn sơ khai ví dụ như LORAN khai thác những lợi thế phát triển của kỹ thuật tần số vô tuyến RF (Radio Frequency) như khả năng mở rộng của các giải tần cũng như năng lực phủ trùm tín hiệu. Đó chính là các hệ thống mặt đất, độ chính xác ban đầu đạt ở mức vài dặm, hữu dụng trong dẫn đường cho tàu trên biển, nhưng đến thời điểm hiện tại các hệ thống mặt đất này cũng có khả năng định vị với độ chính xác cỡ cm như trong đo đạc chuyên nghiệp. Và chúng ta cũng đã phải chờ đợi trong một thời gian dài để có thể sử dụng được những tiện ích mà hệ thống định vị dẫn đường trên cơ sở vệ tinh. Thậm chí ngay cả khi đã có hệ thống định vị dẫn đường bằng vệ tinh thì người sử dụng vẫn phải tiếp tục chờ đợi tới hàng thập kỷ bởi việc Chính phủ Hoa Kỳ áp dụng quy chế làm giảm độ chính xác tức thời của các phép định vị SA (Selective Availability) đối với các ứng dụng dân sự để không thể tiếp cận tới độ chính xác cao mà các ứng dụng quân sự và chính phủ được phép khai thác. Quy chế này chính thức được bãi bỏ dưới thời Tổng thống Bill Clinton. Theo đó, các cơ quan Chính phủ phải phát triển các kỹ thuật mới áp dụng cho từng khu vực nhằm hạn chế các dịch vụ của GPS đối với các vấn đề an ninh, và cũng từ thời điểm này khả năng khai thác các dịch vụ định vị dẫn đường bằng vệ tinh GPS với độ chính xác tức thời cao hơn đã trở thành hiện thực với các ứng dụng thương mại cũng như người dùng trong lĩnh vực dân sự.

Song song với GPS, hệ thống định vị toàn cầu bằng vệ tinh thứ hai mang tên GLONASS của Nga cũng đạt tới mức phát triển hoàn chỉnh với độ chính xác tức thời cao và khả năng phủ trùm trên bình diện toàn cầu, trong khi đó các hệ thống vệ tinh khác vẫn đang trong giai đoạn phát triển và mới chỉ có khả năng phù trùm trên lãnh thổ Quốc gia hoặc khu vực. Điển hình như hệ thống vệ tinh Galileo của Cộng đồng Châu Âu và hệ thống vệ tinh BeiDou của Trung Quốc với mục tiêu đạt tới mức độ hoàn chỉnh vào cuối năm 2020.

ĐẠT TỚI ĐỘ CHÍNH XÁC CAO HƠN

Nền tảng cơ bản để xác định vị trí địa lý trên mặt đất dựa trên hai yếu tố xác định được là thời gian và các phép đo khoảng cách dựa trên các tín hiệu phát đi từ các vệ tinh đến các máy thu trên mặt đất. Điều duy nhất người sử dụng cần đó là khoảng mở trên đầu hợp lý đủ để quan sát được số lượng vệ tinh cần thiết giúp cho phép định vị đạt được độ chính xác tốt nhất. Một điểm cần hết sức lưu ý và được coi là điểm mấu chốt đó chính là mức độ chính xác mà phép định vị đạt được.

Một trong những thách thức đầu tiên trong số rất nhiều thách thức liên quan tới độ chính xác đó là tự thân của chính các tín hiệu định vị. Các vệ tinh GNSS đều được triển khai chuẩn trên quỹ đạo trung bình trái đất (khoảng 12.500 dặm tương đương với 20.117 km). Các vệ tinh trong chùm vệ tinh GPS được sắp xếp vào thành sáu mặt phẳng quỹ đạo bao quanh trái đất, theo Văn phòng Quốc gia về Hệ thống Tọa độ đối với các hoạt động định vị, dẫn đường và thời gian trong không gian (PNT). Mỗi mặt phẳng quỹ đạo chứa bốn “SLOT” (khe) chiếm hữu bởi đường cơ sở (Baseline) giữa các vệ tinh. PNT nói rằng. Chính 24 khe chứa này sẽ đảm bảo chắc chắn cho tất cả mọi người sử dụng trên trái đất có thể quan sát được ít nhất bốn vệ tinh định vị từ bất kỳ vị trí ảo nào trên bề mặt hành tinh chúng đang sinh sống. Các hệ thống GNSS cũng sử dụng chiến lược đặt các vệ tinh trên chùm vệ tinh định vị của mình tương tự như GPS để đảm bảo tối ưu hóa khả năng phủ trùm tín hiệu định vị và khả năng quan sát của các máy thu tại bất kỳ đâu trên bề mặt trái đất.

Tất cả các chùm vệ tinh định vị liên tục được nâng cấp và mở rộng trong suốt vòng đời tồn tại. Bản thân hệ thống định vị GPS cũng vậy, Chính phủ Hoa Kỳ thông báo thường xuyên rằng hiện có 12 vệ tinh thế hệ cũ và 19 vệ tinh của chương trình hiện đại hóa. Ở thời điểm hiện tại GPS đang triển khai chương trình GPS III và chúng ta sẽ chưa thể nhìn thấy các vệ tinh GPS III đi vào hoạt động cho tới thời điểm năm 2018.

Tín hiệu vệ tinh GPS sử dụng cho dân sự trước đây được biết đến với tên gọi L1 đã được liên kết bởi L2C, L5 và L1C, điều đó có nghĩa rằng chúng ta sẽ luôn có bốn tín hiệu sử dụng cho các mục tiêu dân sự. Khi sử dụng máy thu hai tần số (Dual-Frequency) chúng ta sẽ nhận được các phép định vị có độ chính xác cao hơn thậm chí bằng hoặc hơn các mức độ chính xác sử dụng trong lĩnh vực quân sự và chính phủ. Bổ sung thêm vào tín hiệu L2C trong các máy thu thương mại đó chính là khả năng hiệu chỉnh tầng điện ly. Các vệ tinh GPS cũng phát truyền trên tần số L2C ở cường độ tín hiệu cao hơn nhằm tăng cường khả năng thu nhận tín hiệu, độ tin tưởng cũng như tính khả dụng trong mọi trường hợp kể cả khi làm việc trong khu vực đô thị nhiều nhà cao tầng hoặc dưới các tán cây thường gặp trong thực tiễn.

(Còn tiếp)

Mọi thông tin xin liên hệ với chúng tôi qua hòm thư: info@anthi.com.vn