NguồnSergey Karutin, Nikolay Testoyedov và Andrey Tyulin

ANTHI Việt Nam dịch và biên soạn

Trong Bản tin Công nghệ Số 2 và Số 3 năm 2016, Quý Độc giả có cái nhìn tổng quát về hiện trạng của hệ thống định vị dẫn đường bằng vệ tinh toàn cầu Galileo của Cộng đồng Châu Âu. Hôm nay trong Bản tin Công nghệ Số 4 năm 2016 chúng ta sẽ cùng xem xét những định hướng phát triển trong năm 2016 và những năm tiếp theo của hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GLONASS, Nga.

Tới thời điểm hiện tại, các hệ thống định vị dẫn đường toàn cầu bằng vệ tinh GNSS (Global Navigation Satellite Systems) đang được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như đo đạc bản đồ, khoa học trái đất, giao thông vận tải, nông nghiệp, viễn thông, điện lực, ngân hàng, thông tin di động … GNSS đã có mặt trong hầu hết các ứng dụng của đời sống. Chúng ta ngày càng nhận thấy rõ những lợi ích to lớn mà GNSS trong các ứng dụng thực tiễn và khó có thể hình dung rằng một ngày nào đó sẽ thiếu đi sự hiện diện của kỹ thuật đặc biệt này và đây cũng chính là động lực quan trọng để các hệ thống GNSS tồn tại đồng thời thúc đẩy các hệ thống mới triển khai trong thực tiễn. Đây cũng là lý do giải thích tại sao ở giai đoạn phát triển hiện tại, GLONASS không chỉ tập trung vào nghiên cứu và phát triển các ứng dụng đơn thuần mà dành phần lớn nguồn lực để từng bước cải thiện và nâng cao độ chính xác cho toàn hệ thống, tính khả dụng trong khai thác và khả năng kiểm soát tính toàn vẹn của tín hiệu trong ứng dụng dẫn đường. Ngoài ra còn có một số nhóm nghiên cứu đặc biệt của GLONASS đang tập trung vào xem xét cả về lý thuyết lẫn thực tiễn để đảm bảo rằng tín hiệu dẫn đường của hệ thống GLONASS sẽ không bị ảnh hưởng hoặc nhiễu bới bất kỳ yếu tố nào trong tự nhiên cũng như do con người tạo ra.

Sergey Karutin, Tổng thiết kế GLONASS (trái); Nikolay Testoyedov, Tổng Giám đốc Trung tâm Thông tin Vệ tinh SC (giữa); và Andrey Tyulin, Tổng Giám đốc Các Hệ thống Không gian Liên bang Nga SC.  

Những hoạt động mang tính đặc thù này được đúc kết từ thực tiễn những thay đổi của hệ thống GLONASS trong hơn một thập kỷ vừa qua, đây cũng là những lý do quan trọng giúp mở rộng hơn nữa khả năng khai thác ứng dụng của hệ thống GLONASS trong ít nhất là một thập kỷ tới. Trong năm 2011, sau khi nước Nga công bố về việc hoàn chỉnh hệ thống GLONASS với 24 vệ tinh trên quỹ đạo, đây là các vệ tinh có tên kỹ thuật là GLONASS-M, đây cũng là thời điểm mà lần đầu tiên người sử dụng trong lĩnh vực dân sự được hưởng những lợi ích mà các tín hiệu định vị dẫn đường trên cả hai tần số L1 và L2 mang lại trong quá trình khai thác.

Cũng trong năm 2011, vệ tinh GLONASS-K thế hệ mới được phóng lên quỹ đạo và bắt đầu phát truyền các tín hiệu dẫn đường mới trên dải tần số L3, đồng thời các vệ tinh K cũng mang theo các đồng hồ nguyên tử thế hệ mới có độ chính xác siêu cao với tần số chuẩn gồm 2 dải Cesium và 2 dải Rubidium. Kết hợp với các chuẩn tần số này là độ ổn định tương hỗ luôn nhỏ hơn 5x10¹⁴ mang đến độ chính xác cao hơn nhiều mà không cần phụ thuộc quá nhiều vào các điểm khống chế trên bề mặt trái đất. Chương trình phát triển tích hợp các chuẩn tần số nguyên tử còn bao gồm cả việc thiết kế chế tạo bộ khuếch đại phân tử hydrogen với độ ổn định hàng ngày đạt tới 5x10¹⁵ và sẽ được kiểm chứng trên các vệ tinh GLONASS-K trong thời gian từ năm 2017 đến 2018.

Bên cạnh đó, khả năng hoạt động của các vệ tinh GLONASS-M luôn đạt độ tin cậy rất cao, tuổi thọ của các vệ tinh này đang vượt qua vòng đời thiết kế ban đầu, một số vệ tinh hoàn toàn đảm bảo duy trì vòng đời dài hơn tới 1.5 lần so với thiết kế, điều này dẫn tới việc phải tìm kiếm chiến lược hỗ trợ mới để tiếp tục duy trì hoạt động. Trong năm 2012, Nga đã áp dụng phương pháp tiếp cận mới “phóng tàu theo nhu cầu” cho các vệ tinh GLONASS kế tiếp. Hiện tại Nga đang có 9 vệ tinh GLONASS-M dự phòng trong kho mặt đất, tất cả đã được lên kế hoạch phóng trong giai đoạn từ năm 2015 đến năm 2017. Đây chính là nguyên nhân dẫn tới việc chậm chễ 3 năm thực hiện nhiệm vụ hiện đại hóa hệ thống GLONASS và trì hoãn việc phóng các vệ tinh thế hệ mới GLONASS-K.

Bất chấp những khó khăn thực tiễn, năm 2014 vệ tinh GLONASS-K thứ 12 vẫn được đưa vào quỹ đạo chính xác với ăng ten đơn pha phát tín hiệu L1/L2/L3. Các vệ tinh GLONASS-M số hiệu 55-61 được nâng cấp các chức năng do được bổ sung bộ phát tín hiệu dẫn đường mới L3. Cấu trúc của chuỗi tín hiệu trong các bản tin dẫn đường bao gồm thông tin dưới dạng số có tốc độ truyền lớn hơn cũng như tốc độ cập nhật vị trí nhanh hơn dành cho những yêu cầu ứng dụng đặc biệt.

Thực tế GLONASS đóng góp rất nhiều trong việc giảm bớt nhiễu giao thoa ảnh hưởng không tốt tới máy thu của người sử dụng thông qua việc nghiên cứu phát triển các tín hiệu GLONASS ở các dải tần số khác với các tần số đã được chấp nhận sử dụng chung giữa hệ thống GPS, Galileo và BeiDou. Những năm vừa qua chúng ta đã chứng kiến trong một số trường hợp những thiết bị cá nhân cấp thấp được sản xuất và cung cấp ra thị trường với mục đích gây nhiễu và làm tắc nghẽn dải tần số L1 với tâm tần số là 1575.42 MHz, chỉ cần những thiết bị đơn giản này được lắp đặt trên các phương tiện cơ động đã có thể gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng tới hạ tầng định vị. Trong những trường hợp nêu trên, việc sử dụng tâm tần số 1600.992 MHz và 1248.02 MHz (là các tần số CDMA GLONASS mới) cho phép cải thiện đáng kể độ tin cậy trong định vị dẫn đường.

Những đóng góp lớn của GLONASS trong hệ thống các trạm phát vô tuyến toàn cầu và các trạm xác định khoảng cách laser trong tính toán chính xác quỹ đạo vệ tinh cũng như hồi đáp thời gian ODTS là điểm sáng cần được ghi nhận. 6 trạm quan trắc đo đạc GLONASS mới đã được xây dựng bên ngoài lãnh thổ Nga. Chương trình mở rộng các trạm này đã được lên kế hoạch trong giai đoạn 2015 – 2016 để đảm bảo độ chính xác cho ODTS lên tới 0.1 mét ở chế độ thời gian thực chỉ trong vòng vài năm tới đây.

Mục tiêu phổ biến các dịch vụ của GLONASS trên toàn thế giới sẽ không thể trở thành hiện thực nếu không có sự hợp tác trên bình diện quốc tế, và chúng tôi những người có liên quan trực tiếp tới hệ thống GLONASS luôn dành sự quan tâm đặc biệt tới những khuyến cáo của Tổ chức Quốc tế GNSS, các Ủy ban liên quan. Cụ thể hơn, Nga đã hoàn thiện toàn bộ tài liệu công bố về chuẩn khả năng định vị trong dịch vụ mở của hệ thống GLONASS và đang phát triển hệ thống giám sát và đánh giá năng lực hoạt động của hệ thống GLONASS để sử dụng cho việc kiểm soát liên tục chất lượng của các dịch vụ mà GLONASS cung cấp cũng như đảm bảo đáp ứng các tiêu chuẩn.

Kính mời Quý Độc giả đón đọc Bản tin Công nghệ Số 5 và Số 6 năm 2016 sẽ phân tích về hệ thống định vị dẫn đường bằng vệ tinh cơ bản nhất trên thế giới GPS của Hoa Kỳ.

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