Những tín hiệu định vị mới trong chương trình hiện đại hóa GPS của chính phủ Hoa Kỳ - Số 1

Image Content

Nguồn Không lực Hoa Kỳ - ANTHI Việt Nam dịch và biên soạn

GPS hệ thống định vị dẫn đường toàn cầu bằng vệ tinh phổ biến nhất trên thế giới, tại Việt Nam GPS là tên gọi phổ biến đến tận thời điểm hiện tại, khi người sử dụng nói về các hệ thống định vị và dẫn đường toàn cầu khác như GLONASS, BeiDou hay Galileo. Trong Bản tin Công nghệ tuần này, chúng tôi sẽ dành để cập nhật những thông tin liên quan tới các tần số mới sẽ được các vệ tinh định vị dẫn đường GPS phát truyền về trái đất trong tương lai.

Chương trình hiện đại hóa hệ thống GPS của Chính phủ Hoa Kỳ (GPS Modernization Program) là chương trình lớn trị giá nhiều tỷ đô la nhằm từng bước chuyển đổi các vệ tinh định vị thế hệ cũ sang các vệ tinh thế hệ mới hơn. Một trong những nội dung cơ bản của Chương trình này chính là việc bổ sung những tín hiệu định vị dẫn đường mới vào trùm các vệ tinh hoạt động trên quỹ đạo.

Chính phủ Hoa Kỳ đã chấp thuận thiết kế của ba tín hiệu vệ tinh mới phục vụ cho các ứng dụng dân sự bao gồm: L2C, L5 và L1C. Tín hiệu dân sự cũ có tên gọi L1 C/A hay C/A trên tần số L1 vẫn tiếp tục được duy trì phát tiếp trong tương lai để tạo thành tập hợp bốn tín hiệu phục vụ cho mục đích dân sự. Người sử dụng bắt buộc phải nâng cấp các loại máy thu nếu muốn được hưởng lợi từ các tín hiệu mới bổ sung này.

TÍN HIỆU DÂN SỰ THỨ HAI: L2C

L2C là tín hiệu dân sự thứ hai của hệ thống GPS, được thiết kế đặc biệt đáp ứng những yêu cầu ứng dụng cho mục đích dân sự. Việc đặt tên của tín hiệu mới này tham chiếu tới tần số vô tuyến mà tín hiệu sử dụng (1227 MHz hay L2) kết hợp với mục đích sử dụng của tín hiệu là dân sự (Civilian). Đồng thời vẫn tồn tại hai tín hiệu quân sự cùng ở tần số L2.

Khi kết hợp với L1 C/A trong các máy thu hai tần số, L2C cho phép hiệu chỉnh tầng điện ly, đây là một trong những kỹ thuật tăng độ chính xác quan trọng. Các máy thu GPS đa tần số có khả năng nhận nhiều tín hiệu dân sự sẽ đạt được độ chính xác như độ chính xác của các máy thu quân sự khai thác tín hiệu quân sự (có thể còn tốt hơn).

Đối với người sử dụng chuyên nghiệp hiện đang sử dụng các máy thu GPS đa tần số, L2C là tín hiệu mà máy thu có thể nhanh chóng thu được với độ tin cậy được cải thiện một cách đáng kể, đồng thời tăng khoảng cách hoạt động giữa các máy thu cố định và di động. Các tín hiệu L2C được phát ở cường độ hiệu quả cao hơn so với tín hiệu L1 C/A hiện hữu, chính vì vậy các máy thu có thể dễ dàng nhận tín hiệu L2C ở những khu vực che khuất như dưới tán cây rừng và thậm chí ngay cả trong nhà.

Theo ước tính của Bộ Thương mại Hoa Kỳ việc bổ sung tín hiệu L2C có thể tạo ra tới 5.8 tỷ đô la lợi nhuận từ các sản phẩm cho tới năm 2030. Các vệ tinh GPS IIR(M) với khả năng phát tín hiệu L2C đã được phóng lên quỹ đạo từ năm 2005. Kể từ đó đến nay bất kỳ vệ tinh GPS nào đều được trang bị sẵn bộ phát tín hiệu L2C.

Vào tháng 4/2014, Không lực Hoa Kỳ bắt đầu phát các bản tin dẫn đường dân sự (CNAV) trong các tín hiệu L2C và L5. Theo đó, L2C và L5 cung cấp các bản tin mặc định (Bản tin Type 0) không bao gồm số liệu. Việc bổ sung CNAV cũng yêu cầu phải nâng cấp toàn bộ hợp phần kiểm soát điều khiển GPS dưới mặt đất.

Ngày 31/12/2014, Không lực Hoa Kỳ bắt đầu tải lên và truyền phát CNAV dưới dạng dịch vụ cơ bản. L2C vẫn đang được xem là tín hiệu tiền hoạt động chính thức và được khuyến cáo sử dụng một cách cẩn trọng và người khai thác tự chịu trách nhiệm nếu có rủi ro.

TÍN HIỆU DÂN SỰ THỨ BA: L5

L5 là tín hiệu dân sự thứ ba của hệ thống GPS, được thiết kế để đáp ứng nhu cầu và đòi hỏi đảm bảo an toàn sinh mạng trong giao thông vận tải và các ứng dụng yêu cầu hiệu năng hoạt động thực sự cao. Tên của tín hiệu L5 được đặt theo thiết kế và quy định của Hoa Kỳ về tần số vô tuyến sử dụng cho các tín hiệu (1176 MHz).

L5 truyền phát trên dải tần vô tuyến đặt trước dành riêng cho các dịch vụ bảo đảm an toàn hàng không. Những đặc điểm nổi bật của tín hiệu này gồm có công suất cao hơn, độ rộng băng tần lớn hơn và tín hiệu có thiết kế cao cấp. Các máy bay trong tương lai sẽ sử dụng L5 kết hợp với L1 C/A để tăng cường độ chính xác định vị (thông qua số liệu hiệu chỉnh tầng điện ly) đồng thời đảm bảo độ an toàn cao hơn (thông qua tín hiệu dự phòng).

Bên cạnh việc nâng cao độ an toàn hàng không, việc sử dụng tín hiệu L5 cũng giúp tăng cường năng lực cũng như sử dụng một cách hiệu quả nguồn nhiên liệu tiêu hao trong các lĩnh vực giao thông vận tải quan trọng của Hoa Kỳ như đường sắt, đường thủy, đường cao tốc, đường hàng không và Không lực Hoa Kỳ.

Không chỉ trong lĩnh vực giao thông vận tải, tín hiệu L5 cũng sẽ mang đến cho người sử dụng trên toàn thế giới một tín hiệu GPS dân sự cao cấp hơn. Khi kết hợp khai thác với các tín hiệu dân sự khác gồm L1 C/A và L2C, L5 sẽ cung cấp dịch vụ với độ ổn định và tính tin cậy cao hơn. Thông qua kỹ thuật đặc biệt có tên gọi “TRILANING”, việc sử dụng tới ba tần số GPS cho phép các máy thu độc lập có thể đạt tới độ chính xác dưới 1 mét mà không cần sử dụng tới bất kỳ kỹ thuật hiệu chỉnh sai số nào, còn nếu áp dụng các kỹ thuật hiện chỉnh tăng cường độ chính xác sẽ cho phép các máy thu có thể đẩy chiều dài cạnh đo lên rất nhiều.

Trong năm 2009, Không lực Hoa Kỳ đã thành công trong việc phát thử nghiệm tín hiệu L5 từ vệ tinh GPS IIR-20(M). Đây là vệ tinh GPS IIF đầu tiên được trang bị đầy đủ bộ phát truyền tín hiệu L5 phóng lên quỹ đạo tháng 5/2010.

(Còn tiếp)

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