Giải pháp truyền phát lại tín hiệu định vị vệ tinh GPS (Phần 1)

15:00 21/11/2014

Quân sự là một trong những lĩnh vực ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh GPS một cách sâu rộng nhất, đây cũng là lĩnh vực mà tất cả những kỹ thuật GPS tiên tiến nhất đều được triển khai sớm nhất với nhiều bí mật nhất. Trong loạt Bản tin Công nghệ tới đây, chúng tôi sẽ giới thiệu tới Quý Độc giả giải pháp TRUYỀN PHÁT LẠI TÍN HIỆU ĐỊNH VỊ VỆ TINH GPS phục vụ cho các ứng dụng của Binh sỹ và Phương tiện cơ giới bọc thép của Quân đội Hoa Kỳ.

 1. GIỚI THIỆU CHUNG 

Công nghệ định vị dẫn đường vệ tinh GPS đã và đang được sử dụng rộng rãi cho nhiều ứng dụng khác nhau trong lĩnh vực Quân sự, ngoài mục đích dẫn đường đơn thuần. Binh sỹ trên chiến trường sử dụng thiết bị GPS để nâng cao tính sẵn sàng trong mọi tình huống, tích hợp với các hệ thống tác chiến trên chiến xa mặt đất (Land Warrior), theo vết đồng đội (Blue Force Tracker), và rất nhiều những công cụ điện tử khác phục vụ cho xây dựng, triển khai phương án tác chiến và hành quân. Khi sử dụng GPS phục vụ các ứng dụng của lực lượng đổ bộ đường không, GPS sẽ cung cấp bổ sung những hướng dẫn quan trọng về địa điểm thả dù, đặc biệt trong điều kiện tối trời hoặc thời tiết không thuận lợi. Trong các trường hợp sử dụng các lực lượng thả dù chính xác JPADS (Joint Precision Airdrop Systems), GPS sẽ đóng vai trò là thiết bị hướng dẫn, dẫn đường và nhận lệnh để điều chỉnh dù hàng đáp đúng vào khu vực xác định trước. GPS có khả năng theo vết tất cả tài sản có giá trị trên chiến trường, không chỉ cung cấp thông tin vị trí mà còn kèm theo cả thông tin tình trạng (theo dõi yếu nhân (VIP), vũ khí hoá học, vũ khí nguyên tử…). Trong các ứng dụng huấn luyện, công nghệ GPS được sử dụng để theo dõi các đối tượng và tài sản tham gia, tính điểm các bài tập huấn luyện và cung cấp thông tin hữu ích cho các cuộc họp tổng kết rút kinh nghiệm.

Trong tất cả những ví dụ chúng tôi nêu ra ở trên và trong nhiều ứng dụng Quân sự khác có sử dụng công nghệ định vị vệ tinh GPS, chúng ta đều nhận thấy rõ tầm quan trọng của công nghệ GPS trong lĩnh vực đặc biệt này. Nhiệm vụ đảm bảo cho các máy thu GPS có khả năng hoạt động được ở mọi nơi, mọi lúc ngày càng trở nên quan trọng và cần thiết. Quân đội Hoa Kỳ hiện đã triển khai rộng khắp việc lắp đặt các thiết bị truyền phát lại tín hiệu định vị vệ tinh, nhằm cung cấp tín hiệu GPS ngay bên trong các chiến xa bọc thép như M1165 HMMWV, M1126 Stryker, GMV-S, MRAP … Trong tài liệu quan trọng này, chúng tôi sẽ giới thiệu nguyên lý truyền phát lại tín hiệu định vị GPS, trong những môi trường mà thông thường tín hiệu GPS không thể tiếp cận trực tiếp, gây ảnh hưởng không nhỏ đến khả năng khai thác những đặc tính ưu việt của GPS. Đặc biệt hơn, tài liệu này sẽ tập trung vào phân tích các hệ thống truyền phát lại tín hiệu GPS trong các phương tiện cơ động Quân sự của Hoa Kỳ, bao gồm cả các chỉ tiêu tính năng và yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống truyền phát lại tín hiệu GPS được phép sử dụng trong Quân sự do hãng GPS Source Inc. sản xuất.

2. KHÁI NIỆM VỀ TRUYỀN PHÁT LẠI TÍN HIỆU ĐỊNH VỊ GPS

Truyền phát lại tín hiệu định vị vệ tinh GPS (GPS Retransmission hoặc GPS Repeating), là giải pháp kỹ thuật cao cấp đảm bảo tín hiệu định vị vệ tinh GPS luôn sẵn sàng phục vụ các thiết bị Quân sự chuyên dụng, thiết bị GPS cầm tay hoặc các ứng dụng GPS di động khác, tại những địa điểm mà tín hiệu định vị vệ tinh “nguyên bản” không thể xâm nhập được. Những địa điểm đóng kín đối với tín hiệu định vị vệ tinh GPS “nguyên bản” có thể là:

· Trong khoang lái và khoang đổ bộ của tất cả các phương tiện Quân sự tấn công mặt đất (Xe tăng, xe thiết giáp, xe đặc chủng bọc thép …);

· Trong khoang chứa hàng của các loại máy bay vận tải Quân sự;

· Trong xưởng sửa chữa máy bay hay khu vực bảo dưỡng xe cơ giới Quân sự;

· Trong khu vực lắp ráp và kiểm tra thành phẩm thuộc dây chuyền sản xuất thiết bị khí tài Quân sự.

3. CÁC ỨNG DỤNG TRONG XE ĐẶC CHỦNG, LỢI ÍCH VÀ GIÁ TRỊ GIA TĂNG

 

 

Hình 1 – Binh lính Hoa Kỳ cầm thiết bị thu GPS DAGR đưa ra khỏi cửa xe thiết giáp để nhận tín hiệu định vị. Thực tiễn trên chiến trường, đây được coi là hành động cực kỳ nguy hiểm có thể đe doạ đến tính mạng và an toàn phương tiện.

 

Khi các máy GPS, hoặc các ăng ten thu GPS nằm bên trong các phương tiện cơ giới quân sự bọc thép (ví dụ như máy thu sử dụng phổ biến trong Quân đội Hoa Kỳ DAGR lắp đặt trong các xe MRAP) hay trong các hầm ngầm an toàn, không có khả năng quan sát được các vệ tinh GPS trên bầu trời để thu tín hiệu trực tiếp, vì vậy những máy thu và ăng ten GPS này không thể cung cấp thông tin vị trí và dẫn đường cho các ứng dụng liên quan. Ngoài ra nhiễu đa đường (Multipath) hoặc các nguồn lỗi khác cũng gây ra những sai số khá lớn đối với số liệu mà máy GPS nhận được, từ đó gây ra những tính toán sai lệch về vị trí. Điều này đồng nghĩa với việc các yêu cầu về hỗ trợ, đổ quân, cứu thương, vị trí bắn tỉa, vị trí tác chiến… cũng sẽ sai lệch theo và đó cũng chính là những sai lệch vô cùng nguy hiểm trong điều kiện chiến trường. Những hạn chế này có ảnh hưởng rất lớn tới ứng dụng của công nghệ GPS trong Quân sự, thậm chí cả trong các trường hợp không đòi hỏi phải có số liệu vị trí tại các khu vực mà GPS không thể hoạt động được.

Khả năng hoạt động của máy GPS hay các hệ thống sử dụng số liệu định vị vệ tinh GPS có thể chịu ảnh hưởng theo các cách sau:

· Khi Binh sỹ bước ra khỏi xe bọc thép cùng với máy GPS cá nhân, thời gian cần thiết để có thể thu và xác định được vị trí lần đầu TTFF (Time To First Fix) sẽ rất khác nhau phụ thuộc vào nhiều yếu tố môi trường xung quanh (trường hợp xấu nhất TTFF có thể lên tới 5 phút). Thực tiễn mỗi giây trên chiến trường cũng vô cùng quan trọng và liên quan tới sự sống còn;

· Thời gian cấp điện của pin trong các máy GPS cá nhân, khi hoạt động trong khoang vận chuyển của xe bọc thép bị suy hao rất nhanh, do phải liên tục xử lý và tìm kiếm tín hiệu định vị GPS nhưng không thành công;

· Không có tín hiệu định vị GPS có thể dẫn đến việc tự động loại bỏ một số tính năng trong hoạt động của các hệ thống tác chiến có liên quan, và bắt buộc phải có thời gian chờ đợi hệ thống kích hoạt lại khi triển khai;

· Nếu đặt thiết bị GPS cá nhân hay thiết bị tích hợp DAGR trên nóc xe bọc thép, hay mở cửa xe để thu được tín hiệu định vị, sẽ gây mất an toàn cho phương tiện và đe doạ mạng sống của Binh sỹ.

(Còn tiếp)


TẬP ĐOÀN ĐẤT VIỆT - VIETLAND GROUP
All rights reserved
Tầng 3, Tòa nhà 88 Tô Vĩnh Diện, phường Khương Trung, quận Thanh Xuân, tp. Hà Nội
Tel/Fax: 04 35680418 - Email: davico@davico.com.vn