Bài giảng Dẫn đường và quản lý không lưu - Chương 7: Hệ dẫn bay, la bàn và hệ thống định vị toàn cầu GPS - Hà Duyên Trung

DẪN ĐƯỜNG VÀ QUẢN LÝ KHÔNG LƯU (ET5290) TS. Hà Duyên Trung Bộ môn Điện tử Hàng không – Vũ trụ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Viện Điện tử - Viễn thông Hệ Dẫn Bay, La Bàn và Hệ Thống Định Vị Toàn Cầu GPS Nội dung Hệ thống dẫn bay quán tính INS. La bàn. Hệ thống định vị toàn cầu GPS. Hệ dẫn bay quán tính INS Các công nghệ dẫn đường hiện nay: - Pilotage: Dẫn đường mục tiêu. - Dead recording: Dẫn đường dự đoán. - Celestial navigation: Dẫn đường thiên văn. - Radio navigation: Dẫn đường vô tuyến. - Inertial navigation: Dẫn đường quán tính. Trong những phương pháp trên thì phương pháp dẫn đường quán tính là một phương pháp khá mới đối với thế giới và Việt Nam. Hệ dẫn bay quán tính INS Nguyên lý làm việc: - Dựa trên nguyên lý đo gia tốc chuyển động của một vật trong không gian bất động. - Nguyên lý này dựa trên định luật II Newton: F = ma. - F: Lực tác động - m: Trọng lượng vật thể - a: Gia tốc vật thể Hệ dẫn bay quán tính INS Nguyên lý cấu tạo: - Khi một điểm chuẩn chính xác hay một vị trí (POS) được ghi nhận trong hệ thống. Bộ phận quán tính cho ta đọc được chính xác vị trí máy bay trong khi bay, bằng cách cộng khoảng cách đã bay vào vị trí đã ghi khi bắt đầu chuyến bay. - Khoảng cách đã bay được tính do gia tốc kế cung cấp thông tin. Hệ dẫn bay quán tính INS Cấu tạo INS:  Gia tốc kế và máy tính gia tốc (tích phân).  Đế thăng bằng con quay.  Những hệ thống bổ trợ Doppler, Radar, máy ngắm thiên thể.  Hệ thống máy tính tổng hợp.  Núm đặt các chế độ.  Bảng điều khiển. Hệ dẫn bay quán tính INS Cấu tạo INS: - Gia tốc kế và máy tính gia tốc kế. Trước khi cất cánh Trong quá trình bay Tốc độ đều Hệ dẫn bay quán tính INS Cấu tạo INS - Đế thăng bằng con quay: hệ thống khung thẳng góc của con quay 3 mặt tự do có độ chính xác cao  con quay làm việc ổn định trước khi cất cánh Hệ dẫn bay quán tính INS Những hệ thống bổ trợ: Radar Doppler:  Cung cấp tín hiệu địa tốc (GS) và góc dạt (DA). Hai tham số quan trọng này có nhiều tác dụng trong hệ thống tiên đoán (máy tính).  Doppler giúp máy tính xác định tọa độ (POS) hiện tại của máy bay (vĩ đọ và kinh độ của POS).  Mặt khác Doppler còn giúp điều chỉnh đế thăng bằng và kiểm tra địa tốc do máy quán tính xác định. Radar Doppler là một phần quan trọng của hầu hết các máy tính dẫn bay. Hệ dẫn bay quán tính INS - Hệ thống máy tính tổng hợp. Hệ thống máy tính dẫn bay tổng hợp giúp cho hoa tiêu kiểm tra đường bay và bay đến mục tiêu thuận lợi dễ dàng. Máy tính sẽ tự động xác định ngay tức khắc tọa độ (POS) của máy bay bằng vĩ độ và kinh độ tức thì. Tự động tính khoảng cách đã bay qua va khoảng cách còn lại, tính thời gian đến điểm cuối (ETA) tính góc dạt, địa tốc gió, thời gian địa phương, thời gian UTC, hướng bay tiếp theo. La bàn La bàn là một dụng cụ dùng để định hướng trên trái đất, đo góc nằm ngang giữa kinh tuyến từ và phương (góc phương vị từ...) tới một vật nào đó, và được ứng dụng nhiều trong các hoạt động đi biển, đi trong rừng, sa mạc, định hướng của máy bay Hệ thống định vị toàn cầu GPS. Nguyên lý làm việc - GPS(Global Position System) là một hệ thống dẫn đường dựa trên mạng lưới 24 vệ tinh bay xung quanh trái đất. Hệ thống này do Bộ quốc phòng Hoa kỳ thiết lập và duy trì. GPS có thể cho độ chính xác 15m, và có thể quét 3 chiều. Hệ thống định vị toàn cầu GPS Nguyên lý làm việc - GPS dựa trên cơ sở của một chuỗi các vệ tinh. Để xác định một vị trí bằng cách đo cự ly tới ít nhất ba vệ tinh khác nhau. Hệ thống định vị toàn cầu GPS Thành phần của GPS gồm có 3 thành phần chính: không gian, kiểm soát và sử dụng (Không quân Hoa Kỳ phát triển, bảo trì và vận hành các phần không gian và kiểm soát.) - Phần không gian: Gồm 27 vệ tinh (24 vệ tinh hoạt động, 3 vệ tinh dự phòng) chúng nằm trên quỹ đạo quay quanh trái đất và cách trái đất 20.200km. - Phần kiểm soát: Mục đích trong phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ đạo và thông tin thời gian chính xác. Có 5 trạm kiểm soát đặt rải rác trên trái đất. Bốn trạm hoạt động tự động, 1 trạm trung tâm. - Phần sử dụng: Là thiết bị nhận tín hiệu GPS và người sử dụng thiết bị này. Hệ thống định vị toàn cầu GPS Các loại máy thu GPS - Máy thu một kênh: Các máy thu này thu thập dữ liệu thông qua 1 kênh. Kênh này lần lượt bắt sóng của từng vệ tinh 1. - Máy thu 3 kênh: Các máy thu này dùng một kênh để liên tục theo dõi dữ liệu vị trí còn kênh khác để dò bắt tín hiệu của các vệ tinh tiếp theo. - Máy thu liên tục: Các máy thu loại này thường dùng 4 đến 12 kênh, chúng cho biết vị trí và tốc độ tức thời của máy thu Hệ thống định vị toàn cầu GPS Ứng dụng - Trong dân dụng: Quản lý và điều hành xe, khảo sát chắc địa môi trường, định vị và dẫn đường. - Trong quân sự: Dẫn đường tên lửa, máy bay chiến đấu Các hệ thống định vị khác Các hệ thống định vị vệ tinh khác được sử dụng ở một số nơi: Galileo – Hệ thống toàn cầu do EU và các quốc gia đối tác hợp tác phát triển. Beidou – Do Trung Quốc phát triển phủ ở châu Á và tây Thái bình dương. COMPASS – Hệ thống toàn cầu do Trung Quốc phát triển, dự kiến đưa vào sử dụng năm 2020. GLONASS – Hệ thống toàn cầu của Nga phát triển. IRNSS – Hệ thống định vị khu vực của Ấn độ, phủ Ấn độ và Bắc ấn độ dương. QZSS – Hệ thống định vị khu vực của Nhật bản, phủ châu Á và châu Đại dương.