Richard B. Langley, André Hauschild, Peter Steigenberger, Oliver Montenbruck và Steffen Theolert - Nhóm kỹ thuật Công ty TNHH ANTHI Việt Nam dịch và biên soạn

Các Bản tin Công nghệ của tháng 9/2017, chúng tôi sẽ cung cấp cho bạn đọc cả nước bài phân tích chuyên sâu được thực hiện bởi những chuyên gia nổi tiếng trên thế giới trong lĩnh vực ứng dụng kỹ thuật định vị dẫn đường bằng vệ tinh GNSS, mà cụ thể ở đây là các phân tích liên quan tới hệ thống định vị dẫn đường bằng vệ tinh của Nhật Bản mang tên QZSS. Các tác giả bao gồm Steffen Theolert, André Hauschild, Peter Steigenberger và Oliver Montenbruck thuộc Trung tâm Không gian Đức DLR (German Aerospace Center) và Richard B. Langley đến từ Trường Đại học New Brunswick.

KHÁC BIỆT HAY SONG SINH?

Thoạt nhìn QZS-2 dường như tương đồng với QZS-1, nhưng sự thực giữa hai vệ tinh này có rất nhiều điểm khác biệt. Rõ ràng nhất là sự hiện diện của hệ thống ăng ten bổ sung, giống như QZS-1, QZS-2 có khả năng phát truyền các tín hiệu dẫn đường vệ tinh trên các tần số L1, L2, L5 và dải tần LEX (L-band Experiment) thông qua ăng ten chính, trong khi tín hiệu hiệu chỉnh L1S (thường được biết đến với tên gọi Hiệu chỉnh độ chính xác mức nhỏ hơn mét với chức năng kiểm tra tính toàn vẹn, hay thuật ngữ viết tắt SAIF) được phát truyền thông qua một ăng ten tách riêng. Tuy nhiên các tín hiệu mới L5S, được giới thiệu cùng với QZS-2, cũng được phát truyền với một ăng ten khác.

Vệ tinh mới QZS-2 cũng có “sải cánh” không rộng bằng vệ tinh thế hệ trước, chiều rộng của “sải cánh” chỉ ở mức 19 mét, và được trang bị với hai tấm pin mặt trời trên mỗi cánh, so với ba tấm pin mặt trời trên QZS-1 với “sải cánh” lên tới 25.3 mét. Vệ tinh QZSS thứ hai này cũng tuân theo mẫu cao độ khác biệt. Không giống như QZS-1 có khả năng chuyển đổi giữa chế độ điều chỉnh lệch hướng và chế độ quỹ đạo thông thường phụ thuộc vào góc cao độ của mặt trời so với mặt phẳng quỹ đạo. QZS-2 liên tục duy trì hướng ổn định ngoại trừ những khoảng thời gian ngắn khi thực hiện việc điều khiển quỹ đạo. Những khác biệt tiếp theo sẽ xuất hiện và được làm rõ khi tiến hành phân tích giải tần số theo những phần nhỏ khác nhau.

Văn phòng Nội các của Chính phủ Nhật Bản, nơi giám sát toàn bộ Chương trình QZSS trên phương diện Quốc gia, đã công bố thông tin siêu số liệu liên quan tới vệ tinh QZSS trên trang chủ chính thức của QZSS. Tại thời điểm thực hiện bài viết này chỉ có một tài liệu liên quan tới QZS-2 là sẵn sàng, tài liệu này bao hàm tất cả các hợp phần liên quan tới vệ tinh như trọng lượng, kích thước, độ cao được chấp thuận và khung tham chiếu. Ngoài ra cũng bao gồm những thông tin khác như thông tin về hệ thống ăng ten, các vị trí tối ưu phản xạ laser ngược, chuyển dịch tâm pha ăng ten và các biến thể khác cũng như nhóm tín hiệu.

Những tài liệu chứa thông tin siêu số liệu cho các vệ tinh QZS1, QZS-3, QZS-4 và những thông tin bổ sung quan trọng khác về QZS-2 vẫn đang trong quá trình chuẩn bị.

ĐỒNG HỒ RUBIDIUM

Hình 3 mô tả sự ổn định của chuẩn tần số nguyên tử Rubidium trên vệ tinh QZS-2 RAFS (Rubidium Atomic Frequency Standard) thông qua hàm độ lệch Allan ADEV. Số liệu từ mạng lưới toàn cầu gồm 150 trạm thu GNSS đã được xử lý để ước tính các tham số quỹ đạo và đồng hồ của vệ tinh GPS và QZSS.

Tuy vậy chỉ có khoảng 60 trạm cung cấp được số liệu quan trắc vệ tinh QZS-1, và cũng chỉ có 13 trạm thu được số liệu từ vệ tinh QZS-2. Các giá trị ADEV của QZS-1, QZS-2 và vệ tinh GPS Block IIF được tính toán từ lời giải mỗi ngày từ ngày 03/08/2017 với mức lấy mẫu đồng hồ là 30 giây.

Ở thời gian tích hợp của 100 giây, QZS RAFS đạt tới ADEV tốt hơn giá trị 3 x 10^-13.

Ở khoảng thời gian tích hợp dài hơn, đồng hồ trên QZS-2 gần như đạt tới độ ổn định của vệ tinh GPS Block IIF RAFS.

Những phân tích tiền đề này chỉ riêng cho một ngày, đồng hồ trên QZS-2 dường như hoạt động đúng với kỳ vọng. Các giá trị ADEV lớn hơn so sánh với QZS-1 để cho các lần tích hợp trên 1,000 giây có vẻ như có số nhỏ hơn nhiều về số lượng trạm tham gia vào cung cấp lời giải đồng hồ cho vệ tinh QZS-2. Chắc chắn lời giải đồng hồ vệ tinh sẽ được cải thiện hơn khi có nhiều trạm quan trắc có khả năng theo dõi và thu được tín hiệu từ vệ tinh QZS-2.

CÁC TÍN HIỆU VỚI ĂNG TEN CÓ ĐỘ LỢI CAO

Bổ trợ cho việc phân tích các phép đo bởi máy thu, Trung tâm Không gian Đức DLR cũng ghi nhận số liệu phổ thô và số liệu IQ (In-phase and Quadrature) của vệ tinh QZS-2 để có thể tìm hiệu sâu về cấu trúc số liệu truyền phát và chất lượng tín hiệu ở giai đoạn khởi hoạt. Hình 4 thể hiện các phép đo phổ trên giải tần L-Band GNSS hoàn chỉnh, thể hiện việc truyền phát tín hiệu của vệ tinh QZS-2 trên các giải băng tần L1, L2, L5 và L6. Tín hiệu được thu nhận bởi ăng ten độ lợi cao 30 mét của DLR đặt tại Weiheim, vùng tây nam của Munich được vận hành bởi Trung tâm Điều hành Không gian Đức thuộc DLR.

Hình 4. Dải phổ tần L-Band của QZS-2 với cường độ đã được bình thường hóa ghi nhận tại trạm Weiheim, Đức ngày 18/07/2017 vào lúc 20:43 UTC.

Cái nhìn đầu tiên về việc truyền phát tín hiệu thể hiện phổ tần với hình dạng tốt, tương hợp và không có hiện tượng nhiễu động vượt ngoài dải tần của vệ tinh. Để có những phân tích sâu hơn, chúng ta cùng quan sát gần hơn tới từng dải tần tín hiệu và thực hiện việc lấy mẫu ghi IQ.

(Còn tiếp)

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