vanhocvietnam

Hệ thống Định Vị Toàn cầu: Global Position Systems (GPS)_(2/2)

https://www.gps.gov/systems/gps/

Hệ thống Định Vị Toàn cầu (Mỹ) gồm 3 phần bổ túc cho nhau:

1/ Không gian: Space Segment

https://www.gps.gov/systems/gps/space/

Gồm tối thiểu 24 vệ tinh bay trên quỹ đạo trung bình medium Earth orbit (MEO) lối 20200 km. Chúng được phân bố theo sáu không gian quỹ đạo bằng nhau. Đôi khi có thể lên tới 31 vệ tinh. Mỗi vệ tinh bay vòng trái đất hai lần một ngày.

Những vệ-tinh được phân bố thành sáu vùng không gian chung quanh trái đất. Mỗi vùng này lại chứa bốn "slots": chỗ dành cho vệ tinh baseline satellites

Orbital planes

Current and Future Satellite Generations: Các vệ-tinh được phóng làm nhiều đợt. Hình sau cho thấy sự khác biệt của chúng.

Tần số: L1: 1,575.42 MHz (wavelength 19.05 cm), và L2: 1,227.60 MHz (wavelength 24.45 cm).

L5 là tần số thứ ba của GPS dành cho tư nhân để chuyên chở khẩn cấp dùng tần số 1176 MHz.

LEGACY SATELLITES		MODERNIZED SATELLITES

BLOCK IIA	BLOCK IIR	BLOCK IIR-M	BLOCK IIF	GPS III/IIIF
0 operational	7 operational	7 operational	12 operational	4 operational
· Coarse Acquisition (C/A) code on L1 frequency for civil users · Precise P(Y) code on L1 & L2 frequencies for military users · 7.5-year design lifespan · Launched in 1990-1997 · Last one decommissioned in 2019	· C/A code on L1 · P(Y) code on L1 & L2 · On-board clock monitoring · 7.5-year design lifespan · Launched in 1997-2004	· All legacy signals · 2nd civil signal on L2 (L2C) *LEARN MORE* · New military M code signals for enhanced jam resistance · Flexible power levels for military signals · 7.5-year design lifespan · Launched in 2005-2009	· All Block IIR-M signals · 3rd civil signal on L5 frequency (L5) *LEARN MORE* · Advanced atomic clocks · Improved accuracy, signal strength, and quality · 12-year design lifespan · Launched in 2010-2016	· All Block IIF signals · 4th civil signal on L1 (L1C) *LEARN MORE* · Enhanced signal reliability, accuracy, and integrity · No Selective Availability *LEARN MORE* · 15-year design lifespan · IIIF: laser reflectors; search & rescue payload · First launch in 2018

2/ Kiểm Soát: Control Segment:

https://www.gps.gov/systems/gps/control/

Gồm một hệ thống Operational Control Segment (OCS) để theo dõi vị trí của những vệ tinh trên quỹ đạo, những liên lạc của chúng với trái đất, thẩm định sự chính xác, liên lạc hai chiều với chúng. Hệ thống này gồ̀m: Một hệ thống chính và một dự phòng, nắm quyền điều khiển và ra lệnh cho 11 Antennas, và 16 địa điểm theo dõi. Các hình sau diễn tả hệ thống này:

OCS-ground-antenna

- Theo dõi vệ-tinh khi chúng bay qua.

- Thâu thập tín hiệu vị trí của chúng: tín hiệu GPS, khí tượng.

- chuyển các dữ liệu này về trạm chính.

- Sử dụng các máy thâu tín hiệu tối tân.

- Cung cấp tín hiệu toàn hệ thống qua 16 địa điểm của hệ-thống (6 của Không quân, 10 của hệ L-ALL ).

OCS-master-control-station

- Điều khiển và kiểm soát GPS.

- Dùng dữ liệt của các trạm để tính chính xác vị trí của các vệ-tinh.

- Gởi tín hiệu đường bay lại cho vệ-tinh.

- Theo dõi các sự phát sóng của vệ-tinh để biết mọi sự đều đúng.

- Bảo trì hệ-thônh của mình.

- Hiện nay đang dùn hai hệ-thống riêng biệt AEP và LADO.

- Lưu trữ hê điều hành bằng một hệ thứ hai.

OCS-monitor-station

- Gởi các loại tín hiệu lên vệ-tinh.

- Thâu thập các thông số của mọi tính toán.

- Liên lại trên băng tần S (S-band) các đo lường, cũng như giúp đỡ khi có sư trục trặc.

- Hệ thống này gồm 4 antenna chuyên dụng, và 7 trung tâm theo dõi ở xa là Air Force Satellite Control Network (AFSCN).

Hình ảnh một nhân viên làm việc của một Air Force Personnel: Team Blackjack

2 SOPS keeps GPS flying!

https://www.youtube.com/watch?v=unFVspzSIr0&t=1s

3/ Người dùng: User Segment: GPS Applications

https://www.gps.gov/applications/

Vì đây là một dịch vụ hoàn toàn miễn phí, nên ai cũng tìm cách tận dụng:

a/ Nông nghiệp:

Dùng thuốc trừ sâu, cỏ dại, phân bón; họ trồng cây thay vì một loại, nay chia từng khu để tối đa hóa lợi tức.

b/ Hàng không:

Ngày trước Phi công phải bay theo "Không lộ"; gồm nhiều khúc khác nhau. Nay có thể bay theo đường cung lớn nhất -> ngắn nhất. Ngày trước phải dựa và các đài phát tuyến để biết chính xác vị trí. Nay có thể giảm bớt hoạt động của những đài này.

Air traffic controllers working at Hanoi Area Control Center

c/ Môi trường:

Ghép dữ liệu định vị và các dữ liệu địa dư: geographic information system (GIS) giúp hiểu rõ về vùng đất quan tâm, nhằm khai thác có lợi nhất.

Before and after imagery of Amazon deforestation

In 2010, GPS helped cleanup crews respond to the massive oil leak in the Gulf of Mexico.

Endangered monk seal with GPS-enabled tracking device

d/ Hàng hải:

Giúp hoa tiêu biết rõ vị trí của mình ngay tức khác. Hệ thống Differential GPS dùng thay thế các bản đồ bằng giấy, giúp thay đổi các chỉ dẫn ngoài khơi đúng kỳ hạn.

Hợp với geographic information system (GIS) giúp sắp xếp các container một cách tự động.

Hợp với tín hiệu của Automatic Identification System (AIS) cho phép phân cách tàu bè ở những hải lộ bận rộn.

e/ An ninh công cộng & cứu giúp thên tai:

- Đem phương tiện cứu giúp mau chóng, chính xác tới nơi có nạn: giảm thiểu nhân mạng, tái lập hạ tầng cơ sở quan yếu kịp thời.

- Cung cấp vị trí của những vùng bị nạn tai mà trước chưa có.

- Giúp việc tiên đoán lũ lụt, cảnh báo động đất.

- Cung cấp vị trí các cá nhân có điện thoại di động và xe cộ khi có sự khẩn cấp.

g/ Hoả xa:

Hệ-thống GPS giúp theo dõi các đoàn tàu, các toa xe... Với sự phối hợp Positive Train Control (PTC) systems, giảm thiểu hai đoàn tàu đâm nhau, chạy quá tốc độ, di chuyển vào vùng cấm...

PTC cũng giúp các chuyên viên lái tàu liên lạc với các đoàn xe khác, sắp xếp các toa xe cùng loại cho một đoàn tàu.

h/ Giải trí:

Giúp các người đi băng rừng, dã ngoại ... biết rò vị trí của mình.

Những cuộc thám hiểm ngoài trời đều có nguy cơ bị lạc. Họ không còn căn cứ vào la bàn, bản đồ bằng giấy nữa.

Một lợi thế của hệ thống GPS mới là có thể gới, nhân tin từ máy tính cá nhân -> họ có thể chia sẻ những chuyện thích thú với nhau.

Những người chơi Golf dùng GPS để tính khoảng cách từ trái banh đến đích.l2

i/ Hệ thống đường xá:

Theo ước tính, những sự chậm trễ vì tác nghẽn giao thông trên thế-giới làm thiệt hại về tài chính lên tới cả trăm tỉ dollar hằng năm.

Các hãng vận tải dùng GPS để biết được hàng hoá loại, ngày giờ hành được giao.

Hợp với Intelligent Transportation Systems (ITS), thành advanced driver assistance systems để theo dõi chính xác một xe tải trên từng lane của xa lộ. Họ có thể tính vị trí của một xe tải chính xác tới 10 centimeters.

GPS enables automatic vehicle location and in-vehicle navigation systems

Many nations use GPS to help survey their road and highway networks, by identifying the location of features on, near, or adjacent to the road networks.

j/ Không gian:

Hệ thống định vị toàn cầu GPS là cuộc cách mạng cho các quốc gia có hoạt động trên không gian của các phi hành gia của mình; hay theo dõi/kiểm soát/liên lạc với hệ-thống vệ-tinh của mình.

- GPS giúp có quyết định đúng đắn khi điều khiển/kiểm soát các vệ-tinh của mình.

- Thay thế các sensor điều khển tình trạng của vệ-tinh loại đắt tiền bằng cách tính dựa trên các antenna trên đất.

- Thay thế đồng hồ nguyên tử của vệ tinh bằng antenna của hệ-thống GPS.

- Dùng một "single point-of-contact" để bảo trì cả hệ-thống nhiều phi thuyền như theo dõi các vệ-tinh viễn-thông.

- Theo cách trên, kiểm soát một nhóm vệ-tinh không cần tới nhân viên ở dưới đất.

- Dùng nền tảng giả hợp "Virtual platforms" để tự động theo dõi (station-keeping) vị-trí tương đối các vệ-tinh khoa-học khá.

- Theo dõi các vụ phóng hoả tiễn lên không gian.

Jason-1 Ocean Surface Topography Mission (includes a GPS receiver and a laser reflectometer for high precision orbit determination)

The Multi-GNSS Space Service Volume: Earth's Next Navigation Utility

https://www.youtube.com/watch?v=-1ngun6OfgQ

k/ Địa trắc & Bản đồ:

Dữ liệu của GPS chính xác và mau chóng gấp bội với sư quan trắc cổ điển; không dùng nhiều dụng cụ đo đạc. Dữ liệu của GPS được dùng trong hệ-thống là bản đồ "geographic information systems (GIS)". Dữ liệu của GPS có được chỉ cần có ánh sáng mặt trời.

Sonar + GPS quan sát chiều xâu của đáy biển,

Để đạt được sự chính xác cao nhất, trong địa trắc, GPS dùng hai tần số: L1: 1,575.42 MHz (wavelength 19.05 cm), và L2: 1,227.60 MHz (wavelength 24.45 cm).

L5 là tần số thứ ba của GPS dành cho tư nhân để chuyên chở khẩn cấp dùng tần số 1176 MHz.

l/ Giờ giấc:

Làm bản đồ phải có ba thành phần: Kinh-tuyến, vĩ-tuyến, cao độ; GPS có thêm thành phần thứ tư là thời gian. Các vệ-tinh GPS có nhiều đồng hồ nguyên-tử -> làm tăng đáng kể, chính xác tới một phần của 100 tỉ của một giây.

Sau là vài ứng dụng đang dùng đồng hồ của GPS:

- Điện thoại không dây, wireless telephone.

- Đài phát thanh số.

- Các cơ sở thương mại dùng giờ GPS cho các giao dịch của mình.

- Cơ quanQuản Trị Hàng Không , Federal Aviation Administration (FAA), dùng giờ GPS cho 45 đài khí tượng trên toàn nước Mỹ.

- Các công ty điện lực dùng giờ GPS trong việc quản trị mạng lưới điện.

- Các viện bào chế thuốc dùng giờ GPS như một tiêu chuẩn và lập ra Coordinated Universal Time (UTC).

- Các hãng phim của Hollywood dùng giờ GPS trong việc làm phim ảnh khi họ trong việc multi-camera sequencing.

Những hệ-thống định vị toàn cầu khác:

Không ai muốn giao sự an nguy của mình vào tay đối thủ, hay kẻ thù của mình. Trên thế giới các cường quốc như: Nga-Mỹ, Trung Hoa-Mỹ không thể là bạn được. Ngay như LiênÂu-Mỹ tuy rất thân thiện, nhưng ai cũng thủ thế. Việc thành lập hệ thống định vị toàn cầu quá tốn kém nên hiện nay mới có các hệ thống sau:

1/ BeiDou Navigation Satellite System (BDS)

Hệ thống định-vi toàn cầu của Trung Hoa được sở hữu và điều hành bởi đảng cộng sản TH. Hệ-thống bắt đầu hoạt-động vào năm 2020; nó có tất cả 35 vệ-tinh. Trước đó hệ-thống này có tên Compass.

(BeiDou, or BDS, is a global GNSS owned and operated by the People's Republic of China. BDS was formally commissioned in 2020. The operational system consists of 35 satellites. BDS was previously called Compass.)

http://en.beidou.gov.cn

https://www.gps.gov/policy/cooperation/#china

2/ Galileo

Hệ thống định-vi toàn cầu Galileo của khối Thị Trường Chung Âu Châu. Họ điều hành luôn. Khối này thông báo bắt đầu hoạt động năm 2016, năm 2021 thì hoàn tất với 24+ vệ-tinh.

(Galileo is a global GNSS owned and operated by the European Union. The EU declared the start of Galileo Initial Services in 2016 and plans to complete the system of 24+ satellites in 2021.)

https://www.gsc-europa.eu

https://ec.europa.eu/defence-industry-space/eu-space-policy/galileo_en

https://www.esa.int/Applications/Navigation/Galileo/What_is_Galileo

https://www.gps.gov/policy/cooperation/#europe

3/ GLONASS

Hệ thống định-vi toàn cầu GLONASS thuộc quyền sở hữu, và điều hành bởi Liên Bang Nga; với 24+ vệ-tinh.

(GLONASS (Globalnaya Navigazionnaya Sputnikovaya Sistema, or Global Navigation Satellite System) is a global GNSS owned and operated by the Russian Federation. The fully operational system consists of 24+ satellites.)

https://www.glonass-iac.ru/en/about_glonass/

https://www.gps.gov/policy/cooperation/#russia

4/ Indian Regional Navigation Satellite System (IRNSS) / Navigation Indian Constellation (NavIC)

Hệ thống định-vị toàn cầu IRNSS thuộc quyền sở hữu, và điều hành bởi Chính-phủ Ấn. Đây là một hệ-thống tự-động, được thiết kế riêng cho bán đảo Ấn độ và 1500 km vùng biển bao quanh. Hệ-thống này chỉ có 7 vệ-tinh. Năm 2016, chính phủ Ấn đổi tên IRNSS thành Navigation Indian Constellation.

(IRNSS is a regional GNSS owned and operated by the Government of India. IRNSS is an autonomous system designed to cover the Indian region and 1500 km around the Indian mainland. The system consists of 7 satellites. In 2016, India renamed IRNSS as the Navigation Indian Constellation (NavIC, meaning "sailor" or "navigator").)

https://www.isro.gov.in/irnss-programme

https://www.gps.gov/policy/cooperation/#india

5/ Quasi-Zenith Satellite System (QZSS)

Hệ thống định-vị toàn cầu QZSS của chính phủ Nhật-bản, và được điều hành bởi QZS System Service Inc. (QSS). Hệ-thống QZSS bổ túc cho hệ GPS để gia tăng trông coi phần Đông của Á-châu, và vùng biển Oceania của Thái Bìng Dương. Chính phủ Nhật tuyên bố họ bắt đâu hệ-thống năm 2018 với 4 vệ-tinh, và dự định nân cấp lên 7 vệ-tinh vào năm 2023 với khả năng tự hoạt động.

(QZSS is a regional GNSS owned by the Government of Japan and operated by QZS System Service Inc. (QSS). QZSS complements GPS to improve coverage in East Asia and Oceania. Japan declared the official start of QZSS services in 2018 with 4 operational satellites, and plans to expand the constellation to 7 satellites by 2023 for autonomous capability.)

https://qzss.go.jp/en/

https://www.gps.gov/policy/cooperation/#japan

vanhocvietnam

Tuesday, November 9, 2021

No comments:

Post a Comment