Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không NỘI DUNG Chương I: Tổng quan dẫn đường hàng không I-1.Chức dẫn đường hàng không I-2.Các phương pháp dẫn đường hàng không I-3.Phân lọai thiết bị dẫn đường mặt đất I-4.Đánh giá thành tựu thiết bị dẫn đường không gian Phần I: CÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG HIỆN TẠI Chương II: Đài dẫn đường vô hướng (NDB) II-1.Chức năng, nhiệm vụ đài dẫn đường vô hướng II-2.Mạng NDB Việt Nam II-3.Các tiêu chuẩn ICAO đài NDB II-4.Các phương thức khai thác đài NDB Chương III: Đài dẫn đường vô tuyến đa hướng sóng cực ngắn (VOR) III-1.Chức năng, nhiệm vụ đài dẫn đường vô tuyến đa hướng sóng cực ngắn (VOR) III-2.Mạng VOR Việt Nam III-3.Các tiêu chuẩn ICAO đài VOR III-4.Các phương thức khai thác đài VOR Chương IV: Đài đo cự ly (DME) IV-1.Chức năng, nhiệm vụ đài đo cự ly IV-2.Mạng DME Việt Nam IV-3.Các tiêu chuẩn ICAO đài DME IV-4.Các phương thức khai thác đài DME Chương V: Hệ thống hướng dẫn hạ cánh xác (ILS) V-1.Chức năng, thành phần hệ thống ILS V-2.Mạng ILS Việt Nam V-3.Các tiêu chuẩn ICAO hệ thống ILS V-4.Các phương thức khai thác hệ thống ILS Chương VI: Nhược điểm hệ thống dẫn đường Phần II: HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG TƯƠNG LAI Chương VII: Hệ thống dẫn đường vệ tinh toàn cầu (GNSS) VII-1.Chức năng, thành phần hệ thống GNSS VII-2.Hệ thống định vị toàn cầu GPS VII-3.Hệ thống vệ tinh định vị qũy đạo toàn cầu GLONASS VII-4 Các hệ thống tăng cường VII-5.Các phương thức khai thác hệ thống GNSS Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ DẪN ĐƯỜNG HÀNG KHÔNG I-1.Chức hệ thống thiết bị dẫn đường hàng không Hệ thống thiết bị dẫn đường hàng không hệ thống thiết bị nhằm cung cấp thông tin cho tàu bay thông qua máy thu trang bị tàu bay, giúp người lái xác định thông tin sau: - Tàu bay đâu ? - Tàu bay bay hướng ? - Tàu bay cách đài dẫn đường/sân bay dặm ? - Tàu bay bay ? I-2.Các phương pháp dẫn đường hàng không 2-1.Dẫn đường theo phương pháp đồ (Pilotting): quan sát, theo dõi dựa vào địa vật cố định núi cao, sông hồ, cao, nhà cao tầng 2-2.Dẫn đường theo phương pháp thiên văn (Celestial): quan sát dựa vào chòm hành tinh vũ trụ Bắc đẩu để xác định vị trí 2-3.Dẫn đường theo phương pháp quán tính (Inertial navigation): sử dụng dụng cụ dẫn đường quán tính đặt tàu bay (gia tốc kế), xác định vị trí tàu bay, tốc độ, gia tốc, vĩ độ hướng mũi tàu bay (heading) 2-4.Dẫn đường theo phương pháp dựa vào thiết bị vô tuyến mặt đất (Ground-based radio navigation aids): sử dụng máy thu, thu tín hiệu dẫn đường không gian phát thiết bị vô tuyến mặt đất 2-5.Dẫn đường theo phương pháp dựa vào thiết bị không gian (Spacebased radio navigation aids): sử dụng máy thu GNSS để thu tín hiệu dẫn đường phát từ chòm vệ tinh thiết bị tăng cường I-3.Phân lọai thiết bị dẫn đường mặt đất 3-1.Thiết bị dẫn đường vô tuyến (Non visual navigation aids): hệ thống thiết bị cung cấp cho tàu bay thông tin cần thiết để xác định vị trí tàu bay không gian theo phương thức phát sóng không gian Các hệ thống dẫn đường thông dụng (Conventional navigation aids): Là hệ thống phổ biến sử dụng như: + Đài dẫn đường vô hướng (NDB): Xác định hướng (Bearing) + Đài chuẩn (Marker): Xác định vị trí (Location) + Đài dẫn đường đa hướng sóng cực ngắn (VOR): Xác định góc phương vị (Azimuth) + Đài đo cự ly (DME): Xác định cự ly + Hệ thống hướng dẫn hạ cánh xác (ILS): Xác định qũi đạo hạ cánh 3-2.Thiết bị dẫn đường mắt (Visual navigation aids): hệ thống thiết bị cung cấp hướng dẫn tàu bay tín hiệu ánh sáng, biển báo, tín hiệu sơn khu vực tiếp cận, sân Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không - Hệ thống biển báo (Guidance signs): Chỉ dẫn tàu bay cất hạ cánh hướng vị trí, di chuyển khu bay, cảnh báo chướng ngại vật - Hệ thống đèn hiệu hàng không (ALS – Aviation Lighting System): Cung cấp thông tin ánh sáng để dẫn tàu bay hoạt động khu vực tiếp cận, hạ cánh khu bay - Hệ thống đèn hướng dẫn đường trượt hạ cánh (PAPI/VASIS – Precision Approach Path Indicator/Visual Approach Slope Indicator System): Giúp tàu bay xác định đường trượt hạ cánh theo góc xác định, qui định theo tiêu chuẩn ICAO I-4.Đánh giá thành tựu thiết bị không gian Trong kỷ thứ 20, có ba thành tựu lớn lĩnh vực kỹ thuật quốc phòng Hoa kỳ là: - Phát triển từ vũ khí thông thường sang vũ khí hạt nhân - Phát triển từ văn phòng cổ điển sang Internet - Phát triển từ phương pháp dẫn đường dựa vào thiết bị mặt đất sang thiết bị không gian Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không CHƯƠNG II ĐÀI DẪN ĐƯỜNG VÔ HƯỚNG –NDB II-1 Chức nhiệm vụ đài NDB 1-1 Mở đầu NDB (Non Directional radio Beacon) với ILS (Instrument Landing System), VOR/DME (VHF Omnidirectional radio Range / Distance Measuring Equipment), hệ thống thiết bị dẫn đường nhằm mục đích phù trợ không vận hai chế độ : - Hạ cánh (Landing) (Hình 2-1) Hình 2-1: Đài NDB sử dụng phục vụ hạ cánh - Dẫn đường (Enroute) (Hình 2-2) Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không Δ Airway W1 NDB “PK” D Δ NDB “BU” NDB “AC” D = 20 Km (Nội địa) D = 30 Km (Quốc tế) Δ Hình 2-2: Đài NDB sử dụng phục vụ dẫn đường 1-2 Chức – Nhiệm vụ đài NDB a.Chức năng: Còn gọi đài tự tìm mục tiêu, làm việc giải tần trung bình thấp, phát tín hiệu vô hướng mà nhờ người lái tàu bay trang bị máy thu ăng-ten định hướng phù hợp, định hướng (Bearing) trạm mặt đất (đài NDB) tàu bay, xem hình vẽ 2-3 Hình 2-3: Xác định hướng đài NDB b.Nhiệm vụ: Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không b1.Khi NDB làm nhiệm vụ đài gần, đài xa (Locator) : Nó giúp cho tàu bay xác định trục tâm (Center line) đường CHC kéo dài (chế độ Landing) (xem lại hình vẽ 2-1) - Đài TD, đài GV xác định trục tâm đường CHC 25R (TSN) - Đài SG, Đài GN xác định trục tâm đường CHC 25L (TSN) - Đài BU, đài HT xác định trục tâm đường CHC 09 (BMT) b2.Khi NDB làm nhiệm vụ đài điểm cho sân bay: Nó giúp cho tàu bay xác định hướng bay sân bay sau hạ cánh theo phương thức mắt, xem Hình 2-4 Hình 2-4: Bay đài NDB b3 Khi NDB làm nhiệm vụ đài điểm cho đường bay (chế độ Enroute): Nó đặt nơi giao điểm đường hàng không (Airway) hay đường hàng không, giúp tàu bay bay đường hàng không đó, xem lại hình 2-2 Đài NDB xác định vị trí tàu bay hình vẽ 25 Hình 2-5: Sử dụng hai đài NDB II-2.Mạng NDB Việt nam : Xem phụ lục 2-1 Phụ lục 2-1 Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không HỆ THỐNG ĐÀI NDB KHU VỰC TCT CẢNG HKMN STT Tên Khu Vực Nhiệm vụ Sân bay TSN 25 R Đài xa Đài gần 25 L Đài xa Đài gần Sân bay LK Đài xa, điểm Đài gần Sân bay Đài xa, BMT điểm Đài gần Sân bay CL Đài gần Sân bay PQ Đài gần Sân bay RG Đài gần Sân bay QL Đài gần Sân bay CS Đài gần Sân bay CT Đài xa Đài gần Đài xa Đài gần Thiết bị ND 500 ND 500 ND 500 ND 500 ND 4000 ND 500 ND 4000 ND 500 XLA 50 ND 500 ND 500 ND 500 UCFR Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh fct (Khz) Công suất (W) Ident Ghi Chú 358 375 326 343 330 50/125 30/125 50/125 30/125 1000 TD GV SG GN DL H24 H24 H24 H24 H12 312 386 50/125 HYD 1000 BU Off H24 370 350 278 335 305 330 244 408 244 408 50/125 50 50/125 50/125 50/125 100 HS Off HS HS HS HS HS HS HS HS HT CL PQ RG QL CS MT M PL P http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không HỆ THỐNG ĐÀI NDB KHU VỰC TCT CẢNG HKMB STT Tên Khu Vực Sân bay Nội Bài Sân bay Cát Bi Sân bay Vinh Sân bay Nà sản Sân bay Điện Biên Sân bay Gia Lâm Nhiệm vụ Thiết bị fct ( Khz) Công suất (W) Ident Ghi Chú Đài xa Đài gần 320 230 KW K H24 H24 Đài xa Đài gần 274 327 BK B HS HS Đài xa Đài gần Đài gần 218 448 349 XW X BQ HS HS HS Đài gần 380 DB HS Đài gần 408 GL HS Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không HỆ THỐNG ĐÀI NDB KHU VỰC TCT CẢNG HKMT STT Tên Khu Vực Sân bay Đà Nẵng 35 R Nhiệm vụ Đài xa Đài gần Sân bay Phú Bài Đài xa Đài gần Sân bay Phù Cát Sân bay Pleiku Sân bay Đông Tác Sân bay Nha Trang Sân bay Cam Ranh Sân bay Chu Lai Đài xa Đài gần Đài gần Đài gần Đài gần Đài gần Đài gần fct ( Khz) Công suất (W) Ident Ghi Chú ND 4000 ND 500 212 1000 DJ H24 234 50/125 D H24 ND 2000 ND 500 440 500 PB H24 348 125 P HS ND 2000 ND 500 ND 4000 LX 4000 ND 2000 ND 2000 UCFR 250 500 PC H24 388 282 50/125 1000 C PK HS HS 200 150 TH HS 289 200 NG HS 414 500 CR H24 300 100 CQ HS Thiết bị Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không HỆ THỐNG ĐÀI NDB KHU VỰC QUẢN LÝ BAY STT Tên Khu Vực Nhiệm vụ Khu vực MN Đài An Lộc Đài điểm Khu vực MB Đài Ninh Đài điểm Bình Khu vực MB Đài Mộc Đài điểm Châu fct ( Khz) Công suất (W) Ident Ghi Chú SA 1000 320 1000 AC H24 SA 1000 304 1000 HL H24 SA 1000 514 1000 MC H24 Thiết bị Lưu ý: Thuật ngữ đường hàng không (airway) (xem Điều 3, Chương 2, Nghị định 94/CP Quản lý hoạt động bay) Đường hàng không bao gồm đường hàng không quốc tế, đường hàng không nội địa, thiết lập sở sau đây: a) Nhu cầu giao lưu hàng không quốc tế; b) Yêu cầu hoạt động bay nội địa; c) Yêu cầu, khả cung cấp dịch vụ bảo đảm hoạt động bay, bảo đảm an ninh, an toàn hàng không; d) Yêu cầu, khả quản lý bảo vệ vùng trời; bảo đảm quốc phòng an ninh quốc gia; đ) Phù hợp quy hoạch phát triển ngành hàng không dân dụng Việt Nam kế hoạch không vận Tổ chức Hàng không dân dụng quốc tế Đường hàng không nội địa đường hàng điểm đầu điểm cuối nằm lãnh thổ Việt Nam; chiều rộng 20 km, trường hợp đặc biệt đến 30 km; giới hạn thấp độ cao bay an toàn thấp Đường hàng không nội địa ký hiệu chữ W đánh số thứ tự chữ số Ả Rập Đường hàng không quốc tế đường hàng không vùng trời Việt Nam có chiều rộng 30 km, phần vùng thông báo bay biển quốc tế Việt Nam quản lý 90 km; giới hạn thấp độ cao bay an toàn thấp Đường hàng không quốc tế ký hiệu chữ A, B, G, L, M, N, P, R đánh số chữ số Ả Rập II-3.Các tiêu chuẩn ICAO đài NDB 3-1.Các khái niệm Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 10 http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không (MHz) 108,1 108,15 … 108,3 108,35 108,5 (MHz) 334,7 334,55 … 334,1 333,95 329,9 (MHz) 111,35 111,5 … 111,55 111,7 111,75 (MHz) 332,15 332,9 … 332,75 333,5 333,35 b Ở khu vực có 20 hệ thống ILS trở xuống, việc kết hợp tần số làm việc đài Localizer đài Glidepath đường CHC phải tuân thủ theo tiêu chuẩn sau: Localizer (MHz) 110,3 109,9 109,5 110,1 109,7 109,3 109,1 110,9 110,7 110,5 Glidepath (MHz) 335.0 333,8 332,6 334,4 333,2 332,0 331,4 330,8 330,2 329,6 Localizer (MHz) 108,1 108,3 108,5 108,7 108,9 111,1 111,3 111,5 111,7 111,9 Glidepath (MHz) 334,7 334,1 329,9 330,5 329,3 331,7 332,3 332,9 333,5 331,1 c.Sự kết hợp tần số đài Localizer đài DME Khi DME sử dụng hệ thống ILS phải có kết hợp tần số DME đài Localizer Sự kết hợp phải tuân thủ theo tiêu chuẩn ICAO Localizer (MHz) 108,1 108,15 108,3 108,35 108,5 DME (No.channel) 18X 18Y 20X 20Y 22X Localizer (MHz) 110,3 110,35 110,5 110,55 110,6 DME (No.channel) 40X 40Y 42X 42Y 43X 3-6.VHF marker beacons 1.Khái niệm chung (General): - Phải có hai đài marker sử dụng cấu hình hệ thống ILS Đài marker thứ ba sử dụng phụ thuộc vào địa hình nơi lắp đặt Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 39 http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không - Hai đài marker tối thiểu sử dụng cấu hình hệ thống ILS đài Outer marker Middle marker - Các đài marker phải có giản đồ xạ sóng điện từ nhằm xác định cự ly qui định so với ngưỡng thềm dọc theo đường Glidepath 2.Tần số làm việc (radio frequency): - Tần số làm việc đài marker 75 MHz, với sai số tần số cho phép ± 0,005% - ΔF = ± 0,005% × 75 MHz = 3.750 Hz Tầm phủ sóng (Coverage): Tầm phủ sóng đài VHF marker đo lường đường “Course” (đài localizer) đường “Glidepath” (đài Glidepath) - Với đài INNER MARKER : 150 m ± 50 m - Với đài MIDDLE MARKER : 300 m ± 100 m - Với đài OUTER MARKER : 600 m ± 200 m 4.Điều chế sóng mang (Modulation): Tần số âm tần điều chế cho đài marker : - Với đài INNER MARKER : 3.000 Hz - Với đài MIDDLE MARKER : 1.300 Hz - Với đài OUTER MARKER : 400 Hz Độ sâu điều chế đài marker 95% ± 4% Sai số tần số tín hiệu âm tần ± 2,5% 5.Tín hiệu nhận dạng (Identification): a.Tín hiệu nhận dạng đài marker quy định sau: - Với đài INNER MARKER : Phát sáu dot giây, phát liên tục - Với đài MIDDLE MARKER : Phát liên tục dot dash, tốc độ dash dash giây, tốc độ dot dot giây, - Với đài OUTER MARKER : Phát hai dash giây, phát liên tục b.Tốc độ phát tín hiệu nhận dạng có sai số ± 15% 6.Lắp đặt (Siting): a.Với đài INNER MARKER : Giản đồ xạ giản đồ đứng - Trong khoảng từ 75m (250 ft) đến 450m (1.500 ft) từ ngưỡng đường CHC - Không lệch tâm đường CHC 30 m (100 ft) b.Với đài MIDDLE MARKER : Giản đồ xạ giản đồ đứng - Cách khoảng 1.050 m (3.500 ft) ± 150 m (500 ft) từ ngưỡng đường CHC - Không lệch tâm đường CHC 75 m (250 ft) c.Với đài OUTER MARKER : Giản đồ xạ giản đồ đứng Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 40 http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không - Cách khoảng 7,2 Km (3,9 Nm), khoảng (6,5 ÷ 11,1) Km (3,5 Nm ÷ Nm) từ ngưỡng đường CHC điều kiện địa hình phức tạp - Không lệch tâm đường CHC 75 m (250 ft) d.Một đài DME sử dụng để thay phần hay toàn đài marker hệ thống ILS e.Khi sử dụng DME DME cung cấp thông tin cự ly tương đương đài marker cung cấp f Khi sử dụng DME đài thay cho đài middle marker tần số làm việc DME phải phù hợp với tần số làm việc đài Localizer đặt vị trí cho có lỗi thông tin cự ly nhỏ 7.Hệ thống giám sát (Monitoring): Hệ thống giám sát đài marker chuyển tắt máy khi: - Công suất giảm dB - Mất tín hiệu nhận dạng - Độ sâu điều chế giảm dB 3-7.Các vùng giới hạn hệ thống ILS 1.Các tác nhân gây nhiễu đến hệ thống ILS: Do sử dụng nguyên lý điều chế không gian, nên hệ thống ILS bị ảnh hưởng tác động sau : - Hệ thống địa vật khu vực đặt ILS - Môi trường mặt phản xạ - Nhiễu tác động tàu bay vật thể chuyển động - Nhiễu tác nhân công nghiệp, điện từ trường Các tác động làm sai lệch vùng phủ sóng, làm tham số không gian bị thay đổi tức thời hay liên tục 2.Các khái niệm vùng giới hạn: a.Vùng giới hạn tuyệt đối (Critical area): Tất chướng ngại vùng gây thay đổi đáng kể đến tham số hệ thống b.Vùng nhạy cảm (Sensitive area): Vùng có khả gây sai số cho tham số hệ thống 3.Một số qui định vùng giới hạn: Các yếu tố định kích thước vùng giới hạn vùng nhạy cảm bao gồm : - Kích thước tàu bay - Góc mở ăngten đài Localizer - Dạng ăngten - Thiết bị tần số , hai tần số - Chiều dài đường CHC - Cấp hoạt động hệ thống (Xem hình vẽ 5-6) Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 41 http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không Hình vẽ 5-6a: Sự thay đổi kích thước vùng tới hạn vùng nhạy cảm đài hướng với đường CHC dài 10.000 ft Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 42 http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không Hình vẽ 5-6b: Sự thay đổi kích thước vùng tới hạn vùng nhạy cảm đài tầm V-4.Các phương thức khai thác hệ thống ILS - Không giống đài NDB, DME, VOR áp dụng cho dẫn đường trung cận lẫn tiếp cận hạ cánh; Hệ thống ILS sử dụng để hướng dẫn tiếp cận hạ cánh - Khác với phân cấp xác theo tiêu chuẩn kỹ thuật trình bày chương II, cấp xác khai thác phụ thuộc vào hai yếu tố tầm nhìn trần mây, mô tả sau: Cấp I Độ cao định (Decision height) Không thấp 60 m Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 43 Tầm nhìn đường CHC (RVR) Không 550 m http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không Cấp II Cấp IIIA Cấp IIIB Cấp IIIC Thấp 60 m không thấp 30 m Thấp 30 m Thấp 15 m Không có Không 350 m Không 200 m Dưới 200 m không 50 m Không hạn chế - Có thể áp dụng phương thức sử dụng đài xác định hướng (Localizer only) để phục vụ tiếp cận hạ cánh, lúc nhiệm vụ đài xác định hướng giống nhiệm vụ hai đài NDB, yếu tố khí tượng tầm nhìn, trần mây… áp dụng - Hình vẽ phương thức áp dụng ILS CHƯƠNG VI NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG HIỆN TẠI Các tồn hệ thống dẫn đường bao gồm đài NDB, VOR, DME, ILS…có thể tóm tắt sau: Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 44 http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không - NDB VOR/DME có độ xác tầm phủ sóng bị hạn chế - Có nhiều khó khăn việc lắp đặt thiết bị NDB VOR/DME vùng sâu, vùng cao, sa mạc, đại dương nên thực dẫn đường vùng - Tồn vấn đề nhiễu FM khả phân kênh hệ thống thiết bị ILS - Việc lắp đặt hệ thống ILS dễ dàng tất cảng hàng không - Các thiết bị dẫn đường NDB, VOR, DME, ILS…đã có công nghệ cũ, tính - Việc điều khiển bảo trì từ xa khó thực cho tất thiết bị - Chi phí cho công tác bảo trì, hiệu chuẩn tốn CHƯƠNG VII HỆ THỐNG VỆ TINH DẪN ĐƯỜNG TOÀN CẦU ( GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM - GNSS ) VII-1.Tổng quan 1.1.Định nghĩa: Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu ( GNSS ) hệ thống xác định vị trí thời gian toàn giới, bao gồm hay nhiều hệ Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 45 http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không vệ tinh, máy thu tàu bay hệ thống kiểm tra mức độ toàn vẹn tăng cường điều cần thiết để hổ trợ đặc tính dẫn đường theo yêu cầu cho hoạt động 1.2.Chức năng: GNSS thực chức cung cấp liệu vị trí thời gian cho tàu bay 1.3.Các thành phần GNSS: GNSS bao gồm thành phần khác đặt mặt đất, vệ tinh tàu bay sau : • Hệ thống định vị toàn cầu – GPS • Hệ thống vệ tinh dẫn đường qũy đạo toàn cầu – GLONASS • Hệ thống vệ tinh dẫn đường tòan cầu – GALILEO • Hệ thống tăng cường tàu bay – ABAS • Hệ thống tăng cường vệ tinh – SBAS • Hệ thống tăng cường mặt đất – GBAS • Hệ thống tăng cường mặt đất diện rộng – GRAS • Máy thu GNSS tàu bay 1.4.Hệ quy chiếu không gian thời gian: GNSS sử dụng hệ quy chiếu không gian thời gian sau: a.Hệ quy chiếu không gian: - GNSS cung cấp thông tin vị trí cho người sử dụng theo hệ tọa độ WGS-84 ( World Geodetic System – 1984 ) - Nếu thành phần GNSS sử dụng khác hệ tọa độ WGS – 84, tham số biến đổi thích hợp phải cung cấp b.Hệ quy chiếu thời gian: GNSS cung cấp liệu thời gian cho ngừơi sử dụng theo hệ thời gian UTC (Universal Time Coordinated) 1.5 Đặc tính tín hiệu GNSS (GNSS SIS /Signal-in space performance): Sự kết hợp thành phần GNSS máy thu người sử dụng phải đáp ứng yêu cầu tín hiệu không gian sau: Bảng 7-1: Đặc tính tín hiệu GNSS Loại khai thác Bay đường dài Đường dài & Trung cận Tiếp cận đầu/giữa,NPA, hạ cánh NPA với dẫn đường dọc (APV-I) NPA với dẫn đường dọc (APV-II) Tiếp cận xác cấp (8) Độ xác ngang 95% (1) 3.7 km (2.0 Nm) (6) 0.74 km (0.4 Nm) 220 m (720 ft) Độ xác dọc 95% (1) - Mức độ vẹn toàn (2) 1-10-7/h thời gian báo động (3) - 1-10-7/h 15 s - 1-10-7/h 10 s 220 m (720 ft) 20 m (66 ft) 10 s 16.0 m (52 ft) 8.0 m (26 ft) 16.0 m (52 ft) 6.0m đến 4.0m (20 ft đến 13 ft) (7) 1-2x10-7 lần tiếp cận 1-2x10-7 lần tiếp cận 1-2x10-7 lần tiếp cận Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 46 6s 6s Mức độ liên tục (4) 1-10-4/h to 1-10-8/h 1-10-4/h to 1-10-8/h 1-10-4/h to 1-10-8/h Mức độ sẳn sàng (5) 0.99 to 0.99999 0.999 to 0.99999 0.99 to 0.99999 Loại RNP tương ứng 1-8x10-6 / khoảng 15s 1-8x10-6 / khoảng 15s 1-8x10-6 / khoảng 15s 0.99 đến 0.99999 0.3/125 0.99 đến 0.99999 0.03/50 0.99 đến 0.99999 0.02/40 20 đến 10 đến 0.5 đến 0.3 http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không Giải thích ý: (1) : Các giá trị 95% lỗi vị trí tín hiệu GNSS yêu cầu cho hoạt động điểm có cao độ thấp thềm (HAT) cung cấp (2) : Định nghĩa mức độ vẹn toàn bao gồm yêu cầu thời gian báo động thời gian chậm phải đưa cảnh báo kể từ phát thấy lỗi (vượt qúa giới hạn báo động) hệ thống Các giới hạn báo động là: Bảng 7-2: Các mức giới hạn báo động Loại khai thác Bay đường dài Bay đường dài Bay đường dài trung cận NPA APV-I APV- II Tiếp cận xác Cấp Giới hạn báo động ngang (HAL) 7.4 km (4 NM) 3.7 km (2 Nm) 1.85 km (1 Nm) 556 m (0.3 Nm) 556 m (0.3 Nm) 40.0 m (130 ft) 40.0 m (130 ft) Giới hạn báo động dọc (VAL) N/A Loại RNP tương ứng N/A đến N/A N/A 0.5 đến 0.3 50 m (164 ft) 20.0 m (66 ft) 15.0 m đến 10.0 m (50 ft đến 33 ft) 0.3/125 20 đến 10 0.03/50 0.02/40 (3) : Các yêu cầu độ xác thời gian báo động bao gồm đặc tính danh định máy thu không lỗi (4) : Giá trị phụ thuộc vào hệ số khai thác bao gồm mật độ không vận, tính phức tạp không phận, mức độ sẳn sàng phương tiện dẫn đường khác (5) : Giá trị phụ thuộc vào hệ số khai thác bao gồm: tần suất khai thác, điều kiện mội trường, phạm vi thời gian yếu kém, tầm phủ Radar, mật độ không vận phương thức khai thác, mức độ sẳn sàng phương tiện dẫn đường khác (6) : Yêu cầu chặt chẽ độ xác đòi hỏi dạng RNP kết hợp (7) : Một giải giá trị mô tả tiếp cận xác cấp I (8) : Các yêu cầu đặc tính tín hiệu GNSS cấp II & III phát triển sau VII-2.Hệ định vị toàn cầu GPS 2.1.Khái quát: a.Thành phần: Hệ GPS hệ thống dẫn đường vệ tinh Hoa Kỳ kiểm soát trì hoạt động Hệ bao gồm ba phận Chùm vệ tinh, Hệ thống điều khiển mặt đất Bộ phận người sử dụng Chùm vệ tinh: Chùm vệ tinh hệ GPS có tất 28 vệ tinh làm việc dự phòng Các vệ tinh xếp sáu mặt phẳng quĩ Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 47 http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không đạo nghiêng 55° so với mặt phẳng xích đạo Quĩ đạo chùm vệ tinh hệ GPS gần tròn với cao độ 20.200 Km (11.900 NM) Khoảng thời gian cần thiết để bay hết vòng quĩ đạo tương ứng 12 nưả thời gian quay trái đất Mỗi vệ tinh phát hai tần số vô tuyến phục vụ mục đích định vị, L1 tần số 1.575,42 MHz phục vụ cho dân L2 tần số 1.227,6 MHz phục vụ cho quân Các tần số sóng mang điều chế tín hiệu giả ngẫu nhiên C/A, P điện văn dẫn đường Các tần số sóng mang tín hiệu điều chế điều khiển đồng hồ nguyên tử đặt vệ tinh Hệ thống điều khiển mặt đất: bao gồm bốn trạm giám sát đặt Diego Garreia, Đảo Ascension, Đảo Kwajalein Đảo Hawail; trạm điều khiển trung tâm điều hành không gian Colorado – Hoa Kỳ Mục đích hệ thống điều khiển điều khiển hoạt động vệ tinh, xác định quĩ đạo, xử lý đồng hồ nguyên tử, truyền điện văn cần thông báo lên vệ tinh Bộ phận người sử dụng: Bao gồm tất đối tượng sử dụng cho mục đích dân quân Các máy thu riêng biệt theo dõi mã pha sóng mang (hoặc hai) thu nhận điện văn thông báo Bằng cách so hàng tín hiệu đến từ vệ tinh với mã phát lưu giữ máy thu, ta xác định cự ly đến vệ tinh Nếu cự ly tới bốn vệ tinh liên kết với thông số quĩ đạo vệ tinh máy thu xác định ba giá trị toạ độ địa tâm vị trí b.Các ưu điểm hệ GPS: Hệ GPS có ưu điểm sau - Độ xác cao Lỗi vị trí theo phương ngang Lỗi vị trí theo phương dọc 95% thời gian 100m 156m 99,99% thời gian 300m 500m - Giá thành hạ: Khi so sánh với phép đo đòi hỏi ngắm thông, phép đo GPS loại bỏ hẳn việc ngắm thông trạm đo, giảm thiểu số lượng trạm đo cần xây dựng cho phép lựa chọn vị trí trạm đo cách thuận tiện hợp lý Bản thân giá thiết bị GPS rẻ - Hệ tọa độ thống nhất: Trước tháng 07/1985, hệ tọa độ trắc địa giới WGS – 72 sử dụng Từ tháng 07/1985 đến tháng 09/1986 hệ toạ độ WGS – 84 dùng cho tính toán dự đoán lịch thiên văn, sau lại chuyển đổi trở hệ WGS – 72 Từ tháng 01/1987 hệ toạ độ WGS – 84 thức sử dụng ứng dụng Sử dụng hệ toạ độ WGS – 84 đặc điểm có ảnh hưởng rộng rãi hệ GPS làm sở thống số liệu nhận từ nguồn ngoại lai hệ thống định vị tương đối khác Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 48 http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không 2.2.Chức quĩ đạo vệ tinh GPS: Mười vệ tinh (SV) thuộc Block I chế tạo phóng khoảng từ năm 1978 đến 1985 với mục đích thử nghiệm cung cấp dịch vụ dẫn đường hai chiều (2D) Các vệ tinh thuộc Block I đặc điểm giáng cấp độ xác định vị tương mã C/A gọi SA (Selective Available) Chòm 24 vệ tinh thuộc Block II ( II-1 đến II-24 ) đưa vào hoạt động từ năm 1989 đến 1994, cung cấp tính hoạt động đầy đủ vào năm 1995 mở đầu kỷ nguyên hoạt động hệ thống định vị GPS Các vệ tinh thuộc Block II thiết kế để làm việc vòng 7,5 năm Ban đầu vệ tinh sử dụng SA, ngày 01/05/2000, chức bị hủy bỏ hoàn toàn Các vệ tinh Block IIR phóng từ năm 1996 để thay vệ tinh Block II Các vệ tinh thay có khả tự động tạo điện văn dẫn đường Từ năm 2001, Boeing phát triển vệ tinh thuộc Block IIF bao gồm 33 vệ tinh phóng lên để trì hoạt động hệ thống GPS cho giai đoạn tiếp sau Chức chủ yếu chùm vệ tinh GPS là: (a) (b) (c) (d) (e) Ghi nhận lưu trữ thông tin truyền từ phận kiểm soát Thực phép xử lý liệu có chọn lọc vệ tinh Duy trì khả xác cao đồng hồ thời gian Thông báo điện văn dẫn đường đến người sử dụng tín hiệu khác Thay đổi quĩ đạo bay nhờ tên lửa đẩy điều khiển hệ thống điều khiển mặt đất Vị trí danh định chùm vệ tinh GPS quĩ đạo thể hình 7-1 Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 49 http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không Hình vẽ 7-1: Vị trí danh định chùm vệ tinh GPS VII-3.Hệ thống vệ tinh dẫn đường qũy đạo toàn cầu – GLONASS 3.1.Khái quát: a.Thành phần: Tương tự hệ GPS, hệ thống vệ tinh dẫn đường qũy đạo toàn cầu GLONASS hệ thống dẫn đường vệ tinh Nga kiểm soát trì hoạt động Hệ bao gồm ba phận Chùm vệ tinh, Hệ thống điều khiển mặt đất Bộ phận người sử dụng Chùm vệ tinh: Chùm vệ tinh hệ GLONASS bao gồm tất 24 vệ tinh làm việc dự phòng Các vệ tinh xếp ba mặt phẳng quĩ đạo (tám vệ tinh qũy đạo) cách 120° quanh xích đạo nghiêng 64,8° so với mặt phẳng xích đạo Quĩ đạo vệ tinh hệ GLONASS gần tròn với cao độ 19.100 Km (10.300 NM) Khoảng thời gian cần thiết để bay hết vòng quĩ đạo tương ứng 11h15' b Các ưu điểm hệ GLONASS: GLONASS cung cấp tín hiệu dẫn đường kênh tiêu chuẩn (CSA), có độ xác theo yêu cầu sau: Lỗi vị trí theo phương ngang Lỗi vị trí theo phương dọc 95% thời gian 28 m 60 m 99,99% thời gian 140 m 585 m GLONASS nâng cấp để trở thành hệ thống GLONASS đại (hệ thống GLONASS-M) 3.2 Chức quĩ đạo vệ tinh GLONASS: Các vệ tinh đặt vào khe qũy đạo hình 7-2 Dựa tình trạng 24 vệ tinh GLONASS, trung tâm điều khiển mặt đất xác định 21 vệ tinh tốt chế độ làm việc Phân cách vĩ độ pha qũy đạo mặt phẳng số nhân 45° Các vệ tinh mặt phẳng qũy đạo thứ thứ dịch chuyển ± 30° so với mặt phẳng qũy đạo thứ Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 50 http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không Hình vẽ 7-2: Qũi đạo vệ tinh GLONASS 3.3.Hệ quy chiếu thời gian: Thời gian GLONASS trì khoảng sai lệch 1ms so với thang thời gian quốc gia Nga UTC (SU): | tGLONASS – ( UTC + 03 00 phút ) | < 1ms Độ xác việc đồng thời gian vệ tinh 20 ns ( 1σ ) 3.4.Hệ quy chiếu không gian: Lịch thiên văn GLONASS phát theo hệ toạ độ địa tâm cố định PZ 90 Việc chuyển đổi hệ toạ độ PZ 90 WGS – 84 xác định theo biểu thức: ⎡ ⎤ ⎡ −11 ⎡X⎤ ⎥ ⎢ ⎢ ⎥ −6 ⎢ = ⎢ −0.3⎥ + (1 − 012 × 10 )⎢ +0.82 × 10 −6 ⎢Y ⎥ ⎢ ⎢⎣ −0.9⎥⎦ ⎢⎣ Z ⎥⎦ WGS − 84 ⎣ −0.82 × 10 − 0⎤ ⎡ X ⎤ ⎥ ⎢ ⎥ 0⎥ ⎢ Y ⎥ 1⎥⎦ ⎢⎣ Z ⎥⎦ PZ − 90 Các lỗi chuyển đổi không vượt 1,5 m (1 sigma) dọc theo trục toạ độ X, Y Z biểu diễn m Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 51 http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không VII-4 Các hệ thống tăng cường Để khắc phục hạn chế cố hữu hệ thống đáp ứng yêu cầu đặc tính tín hiệu (như độ xác, độ tin cậy, khả sẳn sàng tính liên tục) tất giai đoạn hành trình bay Hệ thống GPS GLONASS yêu cầu độ tăng cường khác nhau, chia làm ba loại sau: 4.1.Hệ thống tăng cường tàu bay (ABAS – Aircraft Based Augmentation System): Một dạng hệ thống tăng cường tàu bay gọi máy thu tự động theo dõi tính toàn vẹn (RAIM – Receiver Autonomous Integrity Monitoring), máy thu sử dụng bốn vệ tinh Với vệ tinh ước tính vị trí độc lập, vị trí không phù hợp, suy luận có vệ tinh đưa thông tin không xác Nếu có vệ tinh, tính toán nhiều vị trí độc lập máy thu sau xác định vệ tinh bị lỗi loại khỏi việc áp dụng để xác định vị trí 4.2 Hệ thống tăng cường mặt đất (GBAS – Ground Based Augmentation System): Đối với hệ thống tăng cường mặt đất, máy giám sát đặt gần sân bay nơi đáp ứng yêu cầu khai thác xác mong muốn Các tín hiệu chuyển trực tiếp lên tàu bay vùng phụ cận sân bay khoảng 37 Km (20 Nm) Các tín hiệu cung cấp thông tin xác nhằm tăng độ xác vị trí với thông tin độ tin cậy vệ tinh, khả yêu cầu đường truyền liệu mặt đất tàu bay 4.3 Hệ thống tăng cường vệ tinh (SBAS – Satellite Based Augmentation System ): - Sẽ không thực tế cung cấp tầm phủ cho tất giai đoạn hành trình bay hệ thống tăng cường mặt đất Có cách để cung cấp tăng cường tầm phủ khu vực rộng sử dụng vệ tinh để truyền thông tin tăng cường Điều gọi tăng cường vệ tinh - Việc cung cấp tăng cường vệ tinh vệ tinh địa tĩnh có hạn chế định, trợ giúp tất giai đoạn hành trình bay, đặc biệt giai đoạn tiếp cận xác hạ cánh cấp cao Khi qũy đạo vệ tinh nằm đường xích đạo, vùng Bắc cực không thu tín hiệu bị che khuất thân tàu bay địa hình Điều có nghĩa qũy đạo vệ tinh tăng cường cho GNSS khác hệ thống tăng cường mặt đất cần thiết xem xét nhằm làm giảm hạn chế VII-5 Các phương thức khai thác hệ thống GNSS - Tất giai đoạn hành trình bay bao gồm: Di chuyển sân (Surface), Cất cánh (Departure), Bay đường dài (En-route), Bay Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 52 http://www.ebook.edu.vn Các hệ thống thiết bị dẫn đường Hàng không - qua đại dương (Ocean), Tiếp cận (Approach), Hạ cánh (Landing)…đều sử dụng GNSS để dẫn đường Từng giai đoạn thoả mãn đặc tính tín hiệu sai số cho phép Sử dụng GNSS tạo đường bay linh hoạt, khai thác hiệu bầu trời Hiện thiết bị GNSS đạt độ xác cấp I GNSS phương tiện dẫn đường tương lai Người biên soạn : Kỹ sư Nguyễn văn Thanh 53 http://www.ebook.edu.vn