Giải pháp truyền phát lại tín hiệu định vị vệ tinh GPS (Phần 3)

15:10 21/11/2014

Hệ thống truyền phát lại tín hiệu GPS trong Hình 2 hoạt động theo nguyên lý - Tín hiệu từ các vệ tinh GPS thu nhận bởi ăng ten GPS Chủ động, sau đó được khuếch đại và phát lại trên đúng các tần số của GPS, thông qua ăng ten Thụ động lắp bên trong phương tiện cơ giới.

 Tín hiệu vệ tinh sẽ có độ trễ nhất định khi đi qua hệ thống truyền phát lại này, các máy thu GPS khác sẽ tính toán vị trí của chính ăng ten GPS Chủ động lắp đặt bên ngoài phương tiện với vùng quan sát bầu trời tốt hơn. Hạn chế về độ trễ cũng như việc tính toán vị trí của các máy thu GPS khác theo vị trí của ăng ten GPS Chủ động, không phải là vấn đề nghiêm trọng đối với các ứng dụng Quân sự đã được mô tả ở các phần trước, bởi vị trí tính toán được từ các máy GPS khác, rất gần với vị trí thực của phương tiện và quan trọng là đáp ứng hoàn toàn những chức năng của các hệ thống cần sử dụng số liệu GPS trên chính phương tiện đó.

Tùy thuộc vào yêu cầu thực tiễn, kiến trúc của hệ thống có thể được điều chỉnh để nhận và tích hợp với các hợp phần phần cứng phân phối tín hiệu RF bổ sung khác, như bộ chia tách tín hiệu 1 x 4. Tất cả được minh hoạ rõ hơn trong Hình 3 (Phát triển dựa trên nền tảng hệ thống trong Hình 2).

Công nghệ truyền phát lại tín hiệu định vị GPS thế hệ thứ nhất như mô tả trong Hình 2 và Hình 3, phát huy hiệu quả rất tốt khi lắp đặt trên các phương tiện cơ giới Quân sự có kích thước nhỏ, như xe bọc thép M1165 HMMWV hay các xe kỹ thuật cải biên từ xe Toyota. Tuy nhiên cấu hình này lại gặp khó khăn, khi triển khai trên các phương tiện Quân sự kích thước lớn, hoặc hình dạng khoang vận chuyển phức tạp nhiều ngóc ngách. Việc kiểm soát được dải động để đảm bảo, tất cả các thiết bị GPS trên những khoang vận chuyển rộng đều thu được tín hiệu GPS truyền phát lại, quyết định tới thành công của hệ thống này. Nếu những tín hiệu GPS truyền phát lại vượt quá dải động của các máy thu, dẫn tới việc các máy thu GPS này sẽ bị bão hoà tín hiệu, hậu quả là không thể nhận được đồng hồ vệ tinh từ tín hiệu GPS phát lại khi máy thu còn ở trong phương tiện hay khoang vận chuyển, hoặc không thể có được thông tin vị trí ngay lập tức khi Binh sỹ bước ra khỏi phương tiện.

Đây chính là điểm mấu chốt cần phải quan tâm khi triển khai lắp đặt các hệ thống truyền phát lại tín hiệu GPS trong các phương tiện có không gian rộng, phục vụ cho các máy thu GPS đang ở bên trong. Nếu tín hiệu GPS truyền phát lại trong xe quá mạnh, có thể kích hoạt chức năng AS (Anti-Spoofing) của các máy thu, gây ra hiệu ứng ngược đối với khả năng hoạt động của chính máy GPS đó. Như vậy, tín hiệu truyền phát lại phải có cường độ đủ thấp, để máy thu có thể nhận được một cách ổn định, đồng thời các máy GPS trong phương tiện phải khoá được tín hiệu vệ tinh ngay khi đang ở trong khoang vận chuyển, rủi ro tương tự cũng tồn tại trong các xe bọc thép chiến thuật bánh lốp kích thước nhỏ. Những rủi ro này có thể giảm đi được bằng cách sử dụng hệ thống truyền phát lại tín hiệu GPS cao cấp hơn gồm nhiều ăng ten GPS Thụ động, lắp đặt trong cùng một phương tiện để thực hiện việc truyền phát lại tín hiệu GPS ngay trong phương tiện hay khoang vận chuyển. Tất cả được thể hiện chi tiết hơn trong Hình 4.

 

Hệ thống truyền phát tín hiệu định vị GPS thế hệ thứ hai, hay còn được biết đến với tên gọi hệ thống truyền phát lại “Thông Minh” (Smart GPS Retransmission System), có thể bao gồm (nhưng không hạn chế) các hợp phần cấu thành sau:

* Ăng ten GPS Chủ động và Cáp đồng trục kết nối hợp phần;

* Bộ chia tách tín hiệu vô tuyến (Radio Frequency Signal Splitter);

* Bộ Điều hợp tín hiệu / Khuếch đại truyền phát lại LRU;

* Ăng ten GPS Thụ động truyền phát lại tín hiệu GPS;

* Bộ kiểm soát công suất phát tín hiệu OPC (điều hợp tín hiệu phát lại);

* Các chức năng BIT (Built-In-Test) và FAULT rộng (BIT and Fault Isolation Capabilities);

* Bộ phát hiện dao động (Oscillation Detection)

Các hệ thống truyền phát lại tín hiệu GPS cao cấp thế hệ hai đều có những tính năng nâng cấp và dễ dàng kiểm soát cường độ phát tín hiệu hiệu quả ERP (Effective Radiated Power). Điểm quan trọng nhất trong các hệ thống mới này chính là khả năng quan sát được mức công suất đầu ra (và tương thích với NVG), theo đó Sỹ quan Chỉ huy, Kỹ thuật viên Bảo dưỡng, hay các Kỹ sư chịu trách nhiệm lắp đặt và hỗ trợ kỹ thuật có thể kiểm soát công suất phát một cách trực quan. Hệ thống mới này cũng bao gồm các ăng ten GPS Thụ động mạnh và dễ điều khiển hơn, mang lại mô hình phát tín hiệu tối ưu nhất. Những tính năng nâng cấp và các hợp phần cấu thành tiên tiến đã giúp cho hệ thống truyền phát lại tín hiệu GPS thế hệ hai dễ dàng đáp ứng hầu hết các mô hình ứng dụng đa dạng của Quân đội trong thực tiễn.

 

 

Hình 5 – Bộ GPS Source Echo II LRU .

Khả năng của hệ thống truyền phát lại tín hiệu GPS thế hệ hai được thể hiện qua các chức năng cao cấp của bộ Echo II LRU do chính GPS Source Inc. nghiên cứu, phát triển và sản xuất. Như ví dụ trong Hình 4, bộ Echo II được trang bị 1 cổng vào cho tín hiệu GPS và có tới 4 cổng ra cho tín hiệu RF, cho phép nhiều hệ thống GPS có thể hoạt động đồng thời cũng như khả năng kiểm soát công suất đầu ra, chức năng BIT và FAULT. Hệ thống cũng có thể được xác lập cấu hình để Echo II cung cấp tín hiệu cho một hay nhiều ăng ten GPS Thụ động truyền phát lại tín hiệu GPS. Thiết bị kiểm soát thông minh Echo II đảm bảo chắc chắn tính sẵn sàng của tín hiệu GPS ngay trong phương tiện và khoang vận chuyển, đồng thời cũng loại bỏ hoàn toàn các vùng “Chết” của tín hiệu gây ra bởi dao động điện từ. Tất cả các thiết bị Quân sự và các máy GPS dân sự thương mạiđều tương thích với bộ truyền phát lại tín hiệu định vị GPS Echo II LRU. Đó có thể là các thiết bị như DAGR, JTRS HMS, Máy tính bảng JV5, Máy tính siêu bền Panasonic Toughbook, TactiComp và tất cả các thiết bị liên lạc viễn thông, thiết bị dẫn đường cần sử dụng nguồn số liệu từ GPS.

Ví dụ, đối với khoang vận chuyển của các chiến xa RG-33 MRAP thường nhỏ dài và hẹp, kết hợp với chỉ số suy hao tín hiệu truyền phát 1/R2và hạn chế dải động của các máy GPS ứng dụng, gây ra những khó khăn nhất định khi triển khai lắp đặt hệ thống truyền phát lại. Qua nghiên cứu thực tiễn, giải pháp phù hợp nhất là sử dụng hệ thống truyền phát lại tín hiệu GPS với nhiều ăng ten GPS Thụ động, giải pháp này sẽ đảm bảo được khả năng phủ trùm tín hiệu GPS đồng nhất trong toàn bộ khoang vận chuyển. Nếu lắp đặt với ít ăng ten GPS Thụ động hơn, hệ thống sẽ đòi hỏi chỉ số ERP cao hơn từ các ăng ten này, theo đó khả năng gây bão hoà tín hiệu đối với các máy GPS có vị trí xung quanh điểm lắp đặt ăng ten GPS Thụ động là rất cao. Hiệu ứng bão hoà tín hiệu sẽ làm chậm hoặc trì hoãn khả năng thu nhận vị trí hiện thời của máy thu bằng tín hiệu GPS trực tiếp LOS (Line Of Sight), ngay khi Binh sỹ bước chân ra khỏi phương tiện vận chuyển, thời gian xác định vị trí lần đầu TTFF sẽ lâu hơn, đó cũng là nguyên nhân ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng sẵn sàng trước tình huống của Binh sỹ chiến trường. 
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