Karsten Mueller, Jamal Atman, Nikolai Kronenwett và Gert F. Trommer

Nhóm Kỹ thuật Công nghệ Công ty TNHH ANTHI Việt Nam tổng hợp biên soạn.

ĐỊNH VỊ VỆ TINH KHÔNG HOẠT ĐỘNG ĐƯỢC Ở TẤT CẢ MỌI NƠI

Tín hiệu định vị dẫn đường toàn cầu bằng vệ tinh GPS, không giống như những hệ thống phát thanh và truyền dẫn hoặc các hệ thống phát sóng vô tuyến hay các đài trạm điện thoại di động, các tín hiệu từ các vệ tinh GPS rất yếu đến mức không thể nhận được ở trong nhà. Chúng ta cũng không thể dùng được tín hiệu GPS trong các đường hầm, thậm chí ngay cả khi ở ngoài trời, thì các tín hiệu GPS vẫn bị can nhiễu, bị cản trở bởi các toà nhà cao tầng, đỉnh núi hoặc tán cây. Đây chính là lý do giải thích tại sao người Nhật lại phải phát triển hệ thống vệ tinh Quasi-Zenith Satellite System để cung cấp tín hiệu bổ sung khi tín hiệu từ các vệ tinh GPS không đủ để sử dụng ở các khu vực đô thị với các toà nhà cao tầng có mật độ cao như thủ đô Tokyo và các thành phố khác. Ở các khu vực đô thị, ngay cả khi nhận được đủ tín hiệu từ các vệ tinh GPS thì nhiễu đa đường (Multipath) vẫn làm suy giảm độ chính xác đối với những lời giải vị trí.

Trong một số trường hợp, chúng ta có thể sử dụng các hệ thống phát đáp tín hiệu GPS phù hợp với ăng ten thu lắp đặt trên cao (nóc nhà) và các thiết bị khuếch tán nhằm đưa tín hiệu vào bên trong, các máy thu có thể thu được tín hiệu định vị phát nối tiếp này, tuy nhiên nó sẽ chỉ là toạ độ của ăng ten gắn trên nóc nhà chứ không phải là vị trí hiện thời của máy thu bên trong toà nhà. Giải pháp này thực ra chỉ phù hợp khi chúng ta cần xác định vị trí tương đối của phương tiện đỗ trong hầm, hoặc sử dụng trong các ứng dụng quân sự và hàng không khi các máy thu luôn sẵn sàng có tín hiệu định vị để tối giản thời gian khởi động (Time To First Fix) khi ra khỏi nơi trú ẩn hay dừng đỗ, và trong thực tiễn thì giải pháp này không làm thoả mãn các ứng dụng và giải pháp định vị dẫn đường trong nhà chuyên nghiệp được.

Để hỗ trợ cho vệ tinh GPS khi hoạt động ở những khu vực bị che khuất, các chương trình nâng cấp và hiện đại hoá hệ thống GPS với các tín hiệu mới và cường độ mạnh hơn, phát triển thêm các chùm vệ tinh định vị GNSS khác như Galileo, GLONASS, BeiDoi … tuy nhiên khi làm việc trong các khu vực bị che khuất như trong nhà hay đường hầm, phép định vị và dẫn đường bằng vệ tinh vẫn không thể giải quyết được. Với sự phát triển nhanh chóng của các kỹ thuật và công nghệ tiên tiến, trên thị trường bắt đầu xuất hiện các cảm biến định vị dẫn đường có khả năng sử dụng để cung cấp thông tin vị trí hoặc thay thế cho định vị vệ tinh GNSS khi thiết bị bắt đầu vào các khu vực không có hoặc hạn chế tín hiệu. Các thiết bị cảm biến cung cấp thông tin vị trí điển hình phải kể đến như thiết bị định hướng trong đo quán tính IMU (Inertial Measurement Unit); La bàn kỹ thuật số (Digital Compasses); Cảm biến đo độ cao bằng áp suất (Barometric Pressure Sensors); Thiết bị đo khoảng cách bằng tia laser (Laser Rangefinders); Máy chụp ảnh kỹ thuật số (Digital Cameras).

Mặc dù có nhiều thiết bị hỗ trợ như vậy, nhưng không hẳn một thiết bị nào đó sẽ tốt hơn những thiết bị còn lại hoặc liệu tất cả các cảm biến có mang lại được giải pháp định vị dẫn đường trong nhà phù hợp hay lại gặp phải vấn đề như GNSS? Liệu một hệ thống được cấu thành bởi tập hợp các cảm biến nêu trên có phải là hệ thống và giải pháp tối ưu hay không? Có rất nhiều lý do cần phải cân nhắc một cách cẩn trọng để có thể phát triển được một hệ thống định vị dẫn đường có khả năng hoạt động trong mọi điều kiện kể cả trong nhà và ngoài trời, chuyển đổi một cách nhanh chóng và liền mạch khi môi trường làm việc chuyển đổi từ điều kiện này sang điều kiện khác. Đây chính là những yếu tố nền tảng để nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ Karlsruhe, Liên bang Đức thiết kế ra hệ thống định vị dẫn đường có khả năng hỗ trợ các thiết bị bay không người lái loại nhỏ hoạt động liên tục và độc lập trong gần như mọi điều kiện môi trường. Kể từ Bản tin Công nghệ tuần này, chúng tôi sẽ dành để giới thiệu chi tiết về hệ thống định vị đặc biệt này và xem chúng hoạt động tốt như thế nào trong thực tiễn.

Ngày nay, các thiết bị bay không người lái siêu nhỏ MAV (Micro Aerial Vehicles) được sử dụng rộng rãi ở môi trường mở ngoài nhà. Giải pháp định vị dẫn đường của các sản phẩm thương mại về cơ bản phụ thuộc vào tính sẵn sàng và độ chính xác của GNSS. Để mở rộng các ứng dụng của MAV và đảm bảo khả năng hoạt động độc lập ở môi trường trong nhà, rất cần có giải pháp định vị dẫn đường chính xác và phù hợp. Những ứng dụng tiềm năng điển hình phải kể đến như hỗ trợ các lực lượng tìm kiếm cứu nạn khi có sự cố trong toà nhà, các nhiệm vụ giám sát và theo dõi. Thực tiễn có khá nhiều thuật toán khác nhau sử dụng các cảm biến hành ảnh hoặc các thiết bị đo khoảng cách laser để giải quyết yêu cầu định vị dẫn đường bên trong toà nhà với độ chính xác cao.

Tuy nhiên khi áp dụng những thuật toán này, kết quả đạt được đối với các ứng dụng trong nhà tương đối tốt nhưng lại không sử dụng được khi chuyển sang môi trường bên ngoài, bởi khả năng định vị tuyệt đối của giải pháp gần như không đạt. Chính vì lý do này mà nhóm nghiên cứu buộc phải thiết kế một hệ thống định vị dẫn đường có khả năng hoạt động liên tục và liền mạch được cả ở trong nhà lẫn ngoài trời, đảm bảo phát huy tối đa lợi thế của các cảm biến phù hợp với từng môi trường hoạt động. Giải pháp thiết kế cho hệ thống định vị dẫn đường phải đảm bảo cung cấp lời giải định vị dẫn đường chính xác cho cả trong nhà và ngoài trời, và quan trọng là giai đoạn chuyển tiếp hoạt động giữa trong nhà ra ngoài trời và ngược lại.

(Còn tiếp)

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