Giáo trình Công nghệ 3S: Phần 1

Giáo trình Công nghệ 3S: Phần 1 cung cấp cho người đọc những kiến thức như: Công nghệ định vị toàn cầu; công nghệ viễn thám. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Công nghệ 3S: Phần 1 CK.ÖÖÖ0069509 NGUYỄN TRƯỜNG XUÂN CÔNG NGHỆ 3S ■ 3STECHNOLOGY (ĩ) N H À X U Ấ T BẢ N KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT Hà N ộ i -2 0 1 4 Chủ biên Nguyễn Trường Xuân Mã số: 2 1 4 0 2 6 M 0 0 ISBN: 9 7 8 -6 0 4 -6 7 -0 2 4 9 -8 7i nói đâu Trong những năm qua, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ vũ trụ, công nghệ thông tin và các công nghệ kỹ thuật khác. Công nghệ định vị toàn cầu (Global Possition System - GPS), Công nC hương Ấ CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ TOÀN CÀU • • • 1.1. TỔNG QUAN VÈ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU 1.1.1. Lịch sử phát triển của hệ thông định vị toàn cầu Từ xa xưa, con người đã biết dùng mặt trời, mặt trăng, các ngôi sao, thậm chí cả chim trời để định vị. Mặt trời mọc từ hướng đông, lặn về hướng tây. Gió cũng tùy mùa mà chuyển hướng. Chim kéo đàn bay về phương Nam để tránh mùa đông lạnh giá ở phương Bắc, rồi lại lên phương Bắc khi mùa xuân ấm áp trở về. Những kinh nghiệm đó lặp lại từng năm, từng tháng và được nhận thức thành hiện tượng cố định để sử dụng khi định vị. Cũng từ đó dần hình thành thiên văn học, người ta lập được lịch sao, tính được vị trí của từng ngôi sao ở mỗi thời điểm. Sao trớ thành vật thế cố định tương đối đối với mỗi vị trí mặt đất tại mỗi thời điểm. Từ điểm cần xác định, người ta đo góc tới một số ngôi sao để định vị. Đó là nguyên lý cơ bản của phương pháp định vị thiên văn phát triển từ thế kỷ XVIII. Với việc phát minh ra tín hiệu radio và dùng nó đế định hướng, đã tạo ra bước ngoặt lớn trong kỳ thuật định vị. Tháng 10/1957, Liên Xô (nay là Cộng hòa Liên bang Nga) phóng thành công vệ tinh nhân tạo đầu tiên của trái đất (vệ tinh Sputnhic-1), từ đó các nhà khoa học quân sự và các nhà khoa học ừên thế giới tiếp tục nghiên cứu và đã đạt được những thành công trong việc sử dụng vệ tinh trong công tác định vị. Tháng 12/1958, hệ thống dẫn đường bằng vệ tinh Transit ra đời gồm 8 vệ tinh chuyến động theo quỹ đạo cực cách mặt đất 1.000 km. Hệ thống này được dùng trong quân sự cho đến năm 1967. Sau đó được sứ dụng trong lĩnh vực trắc địa. Tuy nhiên, hệ thống này chưa đáp ứníỉ được yêu cầu dẫn 5 đường hiện đại. Với số ít vệ tinh ớ quỹ đạo tương đối thấp, việc thu và xứ lý tín hiệu kém, độ chính xác thấp và cần nhiều thời gian. Vào khoáng giữa những năm 60 (thế kỷ XX), Bộ Quốc phòng Mỹ đê xuất xây dựng một hệ thống đạo hàng vệ tinh hoàn hảo hơn so với hệ thông TRANSIT. Ý tưởng chính của đề án do hải quân Mỹ đề xuất là sử dụng khoảng cách đo từ các điểm trên mặt đất đến vệ tinh trên cơ sở biết chính xác tốc độ và thời gian lan truyền tín hiệu vô tuyến, đề án có tên là TIMATION. Các công trình nghiên cún tương tự cũng được không quân Mỹ tiến hành trong khuôn khố chương trình mang mã số 6 2 1 B. Từ năm 1973 Bộ Quốc phòng Mỹ quyết định đình chi cả hai chương trình này đế triển khai phối họp nghiên cứu xây dựng hệ thống đạo hànu vô tuyến vệ tinh trên cơ sở kết quả của chương trình TRANSIT và hai chương trình vừa nói tới. Hệ thống này có tên gọi đúng là N A V ST A R GPS (Navigation Satellite Providing Timing and Ranging Global Positioning System). Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống là xác định tọa độ không gian và tốc độ chuyển động của điểm xét trên tàu vũ trụ, máy bay. tàu thúy và trên đất liền phục vụ cho Bộ Quốc phòng Mỹ và các cơ quan dân sự. Sáu vệ tinh N A V ST A R đầu tiên đã được sản xuất và phóng lên quỹ đạo từ Kanas đế phục vụ chương trình thử nghiệm. Ket quả thử nghiệm thành cône và Chính phú M ỹ tiếp tục đầu tư 12 tỷ đô la để xây dụng thành công hệ thống định vị này vào năm 1986. Khi được hoàn tất. hệ thống sẽ gồm 21 vệ tinh hoạt độne và 3 vệ tinh dự trữ. Các vệ tinh bay trên 6 quỹ đạo gần như tròn, ở độ cao khoản« 20.200 km với chu kỳ xấp xỉ 12 giờ. Với cách bố trí này thì trong suốt 24 giờ tại bất kỳ điểm nào trên trái đất cũng sẽ quan sát được ít nhất 4 vệ tinh. Các vệ tinh đầu tiên của hệ thống được phóng lên quỹ đạo vào tháng 2/1978. Toàn bộ hệ thống 24 vệ tinh được đưa vào hoạt động hoàn chinh từ tháng 5/1994. Từ năm 1993, hệ thống GPS được phép đưa vào ứng dụng trong dân sự. Tuy nhiên, Bộ Quốc phòng Mỹ có thể sẽ không cung cấp tín hiệu cho mục đích dân sự trong một số trường hợp đặc biệt như vùng đans xay ra chiến tranh. Đến nay. hệ thống định vị NAVSTAR đã trớ nên quen thuộc với tên gọi hệ thống định vị toàn cầu GPS và thực sự khănti định về độ chính xác và tiện nghi sử dụng. Hệ thống định vị toàn cầu GPS được ứns dụnư trono nhiêu lĩnh vực trong quân sự và dân sự. đã tạo ra bước chuyên biên to lớn về kỹ thuật định vị. 6 Hiện nay, ngoài hệ thống NAVSTAR, còn có hệ thống định vị toàn cầu G L O N A SS - Global Navigation Satellite System của Nga, hệ thống GA LILEO của Liên minh châu Âu, hệ thống định vị COMPASS của Trung Quốc với vệ tinh thử nghiệm đầu tiên được phóng lên năm 2007. Một số nước cũng đang thử nghiệm và phát triển hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu như Án Độ với hệ thống IRNSS (Indian Region Navigational Satellite System), Nhật Bản với hệ thống QZSS (Quasi - Zenith Satellite System). Tuy nhiên, hệ thống QZSS không phải là hệ thống độc lập, mà chi là bổ sung cho GPS với vùng phủ sóng trên lãnh thổ Nhật Bán. 1.1.2. Các thành phần của hệ thông định vị toàn câu Hệ thống định vị toàn cầu GPS (hình 1-1) gồm ba bộ phận cấu thành, đó là phân đoạn không gian (Space Segment), phân đoạn điều khiển (Control Segment) và phân đoạn sử dụng (User Segment). 1.1.2.1. Phần không gian Phần không gian gồm 24 vệ tinh, trong đó có 3 vệ tinh dự trữ, quay trên 6 mặt phang quỹ đạo cách đều nhau và có góc nghiêng 55° so với mặt phẳng xích đạo của trái đất. Quỹ đạo của vệ tinh gần như tròn, vệ tinh bay ơ độ cao xấp xi 20.200 km so với mặt đất, chu kỳ quay cua vệ tinh là 718 phút (xấp xỉ 12h). Do vậy sẽ bay qua đúng điểm cho trước trên mặt đất mỗi ngày ...