Kỹ thuật Radar: Phần 2

Nối tiếp phần 1, phần 2 của tài liệu "Kỹ thuật Radar và định vị bằng vệ tinh" tiếp tục trình bày các nội dung chính sau: Kỹ thuật định vị bằng vệ tinh; Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GPS; Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu Galileo; Các hệ thống tăng cường định vị vệ tinh. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Kỹ thuật Radar: Phần 2 PHẨN II KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ BẰNG VỆ TINH Chương 5 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ BẰNG VỆ TINH Chương này trình bày về các phương pháp định vị bằng vệ tinh, một trong những nền tảng cơ bản trong kỹ thuật định vị dẫn đường. Các cách thức và công thức xác định vị trí vật thể được trình bày tóm tắt để ta có thể hiểu được rõ hơn nguyên lý của các hệ thống định vị sẽ được trình bày trong các chương sau. Định vị là xác định vị trí cùa các vật thể tĩnh (định vị tĩnh) hoặc vật thể chuyển động (định vị động). Việc xác định vị trí đóng một vai trò rất quan trọng trong cuộc sổng hàng ngày, từ những cách thức thô sơ như “ piloting” （ quan sát theo những vật móc như núi, nhà cao...)，định vị “ celestial” （ quan sát các chòm sao, các hành tinh) để xác định vị trí cùa mình nhưng không được chính xác. Ngày nay, các phương pháp định vị hiện đại đã ra đời, ngày càng hiện đại, không chỉ xác định được vị trí ngày càng chính xác hơn mà người ta còn có the tinh toán và đo được các thông số chuyển động một cách cực kỳ chính xác như vận tổc, thời gian, độ cao... Các phương pháp định vị như ： dead-reckoning, định vị quán tính (inertial navigation), định vị vô tuyến mặt đất (ground-based radio navigation), định vị vô tuyến không gian (space-based radio navigation), nói chung được chia thành hai phương pháp sau: - Định vị điểm ：là định vị theo một hệ tọa độ không gian ba chiểu đã được định nghĩa. (Ở đây ta cho rằng một hệ tọa độ đả được định nghĩa là hệ tọa độ đả được định vị và định hướng theo trái đất). - Định vị tương đối: là định vị theo vị trí của một điểm khác, được xem là điểm gốc cùa hệ tọa độ địa phương. Sau đây chúng ta sẽ đi vào tìm hiểu nguyên lý và các phương pháp định vị bằng vệ tinh. 100 http://tieulun.hopto.org 5.1. Sơ LƯỢC PHÉP ĐỊNH VỊ BẢNG VỆ TINH Trong phép định vị điểm, ta cẩn đo Ịchoảng cách từ vệ tinh đến các vật thể, tức là cẩn lấy các vệ tinh này làm các điểm tham chiếu. Ở đây ta đã biết trước vị trí của vệ tinh thứ j (phát ra tín hiệu) và muốn xác định vị trí Ri của anten thứ i (thiết bị thu tín hiệu vệ tinh), do đó ta cân phải đo vector cự ly e^pij giữa hai vị trí nói trên (eỉ là vector đơn vị). Khi đó tùy thuộc vào cách thức đo vector cự ly, chúng ta có thể có những kỹ thuật định vị vệ tinh khác nhau và xác định được vị trí của anten thứ i theo công thức sau: Ri = rj - eijpij (5.1) Hình 5.1. Định vị điểm bằng vệ tinh Do vị trí của vệ tinh thay đổi theo thời giân nên việc dự đoán m ột cách chính xác vị trí của vệ tinh rj(t) tại một thời điểm nào đó là rất khó khăn. Nhiệm vụ dự đoán quỹ đạo hay lịch thiên văn (ephemeris) của vệ tinh đòi hỏi phải có kiến thức đặc biệt vể động lực học vệ tinh mà người vận hành hệ thống cẩn phải quan tâm. Ngoài ra, nếu anten thay đổi vị trí Ri theo thời gian (định vị động) thì trị Ri phải liên tục được ước lượng lại. Nhưng nếu anten cố định thi các trị ước lượng này sẽ luôn có cùng một kết quả, do đó chúng ta sẽ có các trị đo thặng dư. 101 http://tieulun.hopto.org Hình 5.2. Vị trí của vật Hình 5.3. Vị trí của vật thể i được giới hạn bởi thể i nằm bất kỳ Ưên mặt cầu đường tròn (0) qua hai phép đo cự ly đến vệ tinh 1 và 2 Giả sử ta bỏ qua sai số đổng hồ máy thu trên vật thể i và đo được cự ly từ vật thể i đến vệ tinh 1 là Pi1, nghĩa là vật thể i đang nằm trên một mặt cầu (Si) có tâm là vệ tinh 1 (Ci) và bán kính là Pi1 (xem hình 5.2). Tiếp theo ta thực hiện phép đo cự ly từ vật thể i đến vệ tinh 2 và nhận được kết quả là Pi2, điểu này cho chúng ta biết rằng vật thể i không chỉ nằm trên mặt cầu (Si) mà còn nằm trên mặt cẩu (S2) cách vệ tinh 2 (C 2) một khoảng cách là Pi2. N ói cách khác, vật thể i sẽ nằm trên đường tròn (O) do hai mặt cẩu (Si), (S2) cắt nhau tạo ra (hình 5.3). Nếu chúng ta tiếp tục đo được cự ly từ vật ứìể i đến vệ tinh 3 là Pi3 thì vị trí chính xác của nó là một trong hai giao điểm P i,p 2của mặt cẩu (S3) với đường tròn (O) (hình 5.4). Hình 5.4. Một trong hai điểm p1t p2 là vị Ưí chính xác của vật thể i qua ba phép đo cự ly đến vệ tinh 1 ,2 và 3 102 http://tieulun.hopto.org Như vậy, bằng các phép đo cự ly từ vật thể i đến ba vệ tinh, ta có thể xác định được hai vị trí có thể có của nó trong không gian. Để xác định vị trí nào là vị trí thật ta có thể thực hiện một phép đo bổ sung, tuy nhiên một trong hai vị trí tính được từ phép đo này sẽ cho một kết quả không phù hợp (hoặc là ở rất xa trái đất, hoặc là chuyển động với vận tốc vô cùng tón) và do đó có thể bỏ qua mà không cẩn phải thực hiện phép đo này. Ba phép đo cự ly ở trên cho ta ba phương trình độc lập cân thiet để xác định ba ẩn số là tọa độ (x, y, z) của vật thể i trong không gian ba chiểu. Khi kể đến sai số đồng hổ máy thu, tất cả các phép đo cự ly đổng thời đểu bị lệch bởi giá trị sai số này. Do đó, trong bất kỷ một tập hợp các phép đo cự ly đổng thời nào, chúng ta cũng cắn phải xác định đẩy đủ bốn ấn số (ba ẩn số vị trí, một ẩn số thời gian), nghĩa là cẩn bốn phương trình hay bốn phép đo cự ly đến vệ tinh để xác định vị trí duy nhất của vật thể i (hình 5.5). Vệ tinh thứ 2 Vệ tinh thứ 3 Hình 5.5. Vị trí vật ưiể ì được xác đ ...