(Đồ án) nghiên cứu hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GPS

MỤC LỤC
Chương 1 4
VỆ TINH VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU 4
1.1 Khái quát v v tinh v qu o c a chúngề ệ à ĩ đạ ủ 4
1.1.1 Các v tinh nhân t oệ ạ 5
1.1.2 Các lo i qu o v tinhạ ỹđạ ệ 9
1.1.3 Các n c có kh n ng phóng v tinh nhân t oướ ả ă ệ ạ 10
1.2 H th ng nh v to n c uệ ố đị ị à ầ 11
1.2.1 L ch s phát tri nị ử ể 11
1.2.2 Các h th ng d n ng, nh v tr c GPSệ ố ẫ đườ đị ị ướ 12
1.3 Các h th ng nh v to n c uệ ố đị ị à ầ 18
1.3.1 H th ng GPSệ ố 20
1.3.2 H th ng GLONASSệ ố 21
1.3.3 H th ng GALILEOệ ố 24
1.3.4 So sánh các h th ngệ ố 27
Chương 2 28
HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS 29
2.1 Khái quát H th ng nh v to n c u GPSệ ố đị ị à ầ 29
2.2 Nguyên lý c b n c a h th ng nh v to n c uơ ả ủ ệ ố đị ị à ầ 31
2.2.1 C c u c a h th ng nh v to n c uơ ấ ủ ệ ố đị ị à ầ 31
2.3 c i m k thu t c a h th ng GPSĐặ để ỹ ậ ủ ệ ố 34
2.3.1 ng h GPSĐồ ồ 34
2.3.2 T n s GPSầ ố 36
2.3.3. C u trúc tín hi uấ ệ 37
2.4 Xác nh kho ng cách gi nh vđị ả ảđểđị ị 40
2.4.1 Ph ng pháp o c ly giươ đ ự ả 41
2.4.2 Xác nh v trí t kho ng cách giđị ị ừ ả ả 44
2.5 L ch v tinhị ệ 46
2.5.1 Khái ni mệ 46
2.5.2 C u trúc b n tin d n ng (Navigation Message)ấ ả ẫ đườ 47
2.6 M t s tham s v thu t toán x lý b n tin v tinhộ ố ố à ậ ử ả ệ 53

2.6.1 Các h ng s toán h cằ ố ọ 53
2.6.2 H to WGS (World Geodetic System)ệ ạđộ 54
2.6.3 chính xác kho ng cách ng i s d ng URT (User Ranger Accuracy)Độ ả ườ ử ụ 54
2.6.4 Gi UTC (Universal Time Coordinated).ờ 55
2.7 chính xác v sai s c a h th ng GPSĐộ à ố ủ ệ ố 56
2.7.1 Khái quát v chính xác v sai s c a h th ng GPSềđộ à ố ủ ệ ố 56
2.7.2 Sai s khâu v tinh v khâu i u khi nố ệ à đề ể 58
2.7.3 Sai s th i gian lan truy n sóngố ờ ề 59
Chương 3 62
ỨNG DỤNG DẪN ĐƯỜNG CỦA 62
HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS 62
3.1 Khái quát nh ng ph ng pháp d n ngữ ươ ẫ đườ 63
3.1.1 S l c l ch s xác nh v trí v d n ngơ ượ ị ử đị ị à ẫ đườ 63
3.1.2 Nh ng ph ng pháp d n ngữ ươ ẫ đườ 65
3.2 D n ng b ng h th ng nh v v tinh to n c u (GNSS)ẫ đườ ằ ệ ố đị ị ệ à ầ 67
3.2.1 M t s h to s d ng trong d n ngộ ố ệ ạđộ ử ụ ẫ đườ 67
3.2.2 D n ng trong ph ng ti n bayẫ đườ ươ ệ 72
3.2.3 Tính toán t c ph ng ti n bayố độ ươ ệ 77
3.2.4 Gi i thi u máy thu GPS dùng cho máy bay v h th ng d n ng TNL - 1000 ớ ệ à ệ ố ẫ đườ
TRIMBLE 79
3.3 Hi n i hoá h th ng GPSệ đạ ệ ố 83
3.3.1 Nh ng nh c i m c a h th ng GPS hi n t iữ ượ để ủ ệ ố ệ ạ 84
1
3.3.2 Nh ng ph ng th c nâng c p GPSữ ươ ứ ấ 85
3.4 H th ng nh v vi sai DGPSệ ố đị ị 87
3.4.1 Khái quát v h th ng DGPSề ệ ố 87
3.4.2 Các c i m phát sóng vô tuy n c a h th ng d n ngđặ để ế ủ ệ ố ẫ đườ 88
LỜI NÓI ĐẦU
Từ những năm cuối thế kỷ 20 tới nay trên thế giới đã trải qua nhiều sự
kiện quan trọng.

* Về mặt chính trị: Thế giới có xu hướng hoà bình, tuy vẫn còn tồn tại một
vài vùng có chiến tranh sắc tộc sảy ra. Đất nước ta tình hình chính trị tương
đối ổn định, đã tạo điều kiện tốt cho việc phát triển kinh tế và các mặt khác
của cuộc sống.
* Về kinh tế: Nền kinh tế thế giới phát triển mạnh mẽ dưới tác động của
khoa học kỹ thuật, hàng hoá của các lĩnh vực ngày càng tăng về số lượng,
chất lượng. Nhu cầu trao đổi giữa các quốc gia càng tăng và kinh tế thế giới
có xu hướng toàn cầu hoá. Nó chi phối mọi quốc gia.
* Về khoa học kỹ thuật: Là kỷ nguyên của máy tính. Việc phát minh ra máy
tính và không ngừng hoàn thiện nó vào ứng dụng trong các ngành kinh tế đã
làm thay đổi căn bản cấu trúc cơ sở hạ tầng và thượng tầng của các ngành
kinh tế như: viễn thông, năng lượng, thương mại v.v Đặc biệt các ngành
viễn thông, điện toán đã thiết lập được các mạng viễn thông và Internet trên
toàn thế giới, nó giúp cho con người ở các quốc gia khác nhau trên thế giới có
thể trao đổi kinh nghiệm, buôn bán, hay hội thảo khoa học, đào tạo từ xa…
Thông tin vệ tinh đã đóng góp một phần quan trọng trong việc kết nối các
mạng thông tin trên thế giới. Ở Việt Nam, ngành viễn thông đã có những thay
đổi căn bản. Toàn mạng đã được điện tử số hoá, các đường thông đang được
nâng cấp bởi băng rộng vi ba và cáp quang để đáp ứng kịp với nhu cầu trong
nước và thế giới, đặc biệt là sự hoà nhập giữa các nước châu Á với toàn thế
giới.
Từ các yếu tố trên cho thấy sự hội nhập toàn cầu là xu hướng tất yếu.
Vì vậy, một số ngành có tính chất bức thiết cho việc hội nhập đó là các ngành
như viễn thông, điện toán Việc sử dụng các dịch vụ quốc tế vào nền kinh tế
nước nhà là vô cùng cần thiết và quan trọng. Chính những dịch vụ quốc tế nó
giúp cho Việt Nam tiến kịp với thế giới. Một trong các dịch vụ đó là dịch vụ
định vị toàn cầu GPS. Vì vậy việc nghiên cứu hệ thống định vị vệ tinh toàn
2
cầu là rất quan trọng trong giai đoạn hiện nay, đặc biệt đất nước ta trong thời
kỳ hội nhập thì việc sử dụng hệ thống định vị toàn cầu càng trở lên cần thiết.

Do đó tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu
GPS”.
Nội dung khoa học và các ứng dụng cơ bản thực tiễn của đồ án:
• Xác định tọa độ.
• Dẫn đường, điều khiển các phương tiện.
• Kiểm soát tốc độ.
• Cung cấp thời gian.
Ở Việt Nam các lĩnh vực khoa học công nghệ và các ngành kinh tế đã có các
ứng dụng như: Các ngành giao thông vận tải: hàng không, hàng hải, vũ trụ…
Tại Việt Nam đã ứng dụng GPS vào việc khảo sát và vẽ bản đồ địa chính,
nhất là đo đạc vùng biển. Ngoài ra, nó còn được sử dụng cho công việc khảo
sát vẽ bản đồ phủ sóng cho truyền hình số, thông tin di động. Trong tương lai
có khả năng GPS được sử dụng làm hệ thống dẫn đường cho các ngành giao
thông vận tải, hàng không, hàng hải, giao thông công cộng. Chính những dịch
vụ tiện ích trên là cơ sở thực tiễn của đồ án. Việc sử dụng công nghệ vệ tinh
và phương pháp đo đạc bằng kỹ thuật số trong hệ thống GPS chính là cơ sở
khoa học của đồ án. Nội dung của đồ án bao gồm 3 chương, cụ thể là:
Chương 1: Vệ tinh và hệ thống định vị toàn cầu.
Chương 2: Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GPS.
Chương 3: Ứng dụng dẫn đường của hệ thống định vị toàn cầu GPS.
Khi nghiên cứu về hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GPS thấy đề cập
đến nhiều lĩnh vực khoa học như thông tin vệ tinh, công nghệ viễn thông, xử
lý tín hiệu… Vì hệ thống GPS chưa thực sự trở thành thương mại hóa nên các
tài liệu nói về hệ thống thường mang tính chất định tính, giới thiệu, quảng
cáo. Để nghiên cứu tường tận về hệ thống đòi hỏi phải có thời gian và thiết bị
cũng như cập nhập kiến thức. Do thời gian và trình độ bản thân có hạn chế
nên chắc chắn đồ án còn có những thiếu sót. Kính mong nhận được sự chỉ bảo
tận tình của các thầy giáo trong khoa Vô tuyến điện tử Học viện KTQS để đồ
án được hoàn thiện hơn.
3

Chương 1
VỆ TINH VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU
1.1 Khái quát về vệ tinh và quĩ đạo của chúng
Một vệ tinh là bất kỳ một vật thể nào quay quanh một vật thể khác
(được coi là vật thể chính của nó). Mọi vật thể thuộc Hệ Mặt Trời, gồm cả
Trái Đất, đều là vệ tinh của Mặt Trời, hay là vệ tinh của các vật thể đó, như
trong trường hợp của Mặt Trăng.
Việc định nghĩa vật thể nào là vệ tinh không phải luôn đơn giản khi xét
đến một cặp hai vật thể. Bởi vì mọi vật thể đều có sức hút của trọng lực,
chuyển động của vật thể chính cũng bị ảnh hưởng bởi vệ tinh của nó. Nếu hai
vật thể có khối lượng tương đương, thì chúng thường được coi là một hệ đôi
và không một vật thể nào bị coi là vệ tinh; một ví dụ là 'tiểu hành tinh kép' 90
Antiope. Tiêu chuẩn chung để một vật thể được coi là vệ tinh là trung tâm
khối lượng của hệ nằm bên trong vật thể chính.
Hình 1-1: Vệ tinh nhân tạo Giove
4
Trong cách nói thông thường, thuật ngữ "vệ tinh" thường để chỉ một vệ
tinh nhân tạo, nó là một vật thể do con người chế tạo và bay quanh Trái Đất
(hay một thiên thể khác). Tuy nhiên, các nhà khoa học cũng có thể sử dụng
thuật ngữ đó để chỉ các vệ tinh thiên nhiên, hay các mặt trăng. Nói chung,
trong cách dùng thông thường, "vệ tinh thiên nhiên" là thuật ngữ để chỉ các
mặt trăng.
1.1.1 Các vệ tinh nhân tạo
a - Vệ tinh nhân tạo đầu tiên
Người đầu tiên đã nghĩ ra vệ tinh nhân tạo dùng cho truyền thông là
nhà viết truyện khoa học giả tưởng Arthur C. Clarke vào năm 1945. Ông đã
nghiên cứu về cách phóng các vệ tinh này, quỹ đạo của chúng và nhiều khía
cạnh khác cho việc thành lập một hệ thống vệ tinh nhân tạo bao phủ thế giới.
Ông cũng đã đề nghị 3 vệ tinh cố định đối với mặt đất (geostationary) sẽ đủ
để cung cấp cho toàn thể Trái Đất. Tuy nhiên, vệ tinh nhân tạo đầu tiên là

Sputnik 1 được Liên bang Xô viết phóng lên ngày 4 tháng 10 năm 1957.
b - Lịch sử ban đầu của chương trình vệ tinh nhân tạo Hoa Kỳ
Tháng 5 năm 1946, Dự án RAND đưa ra bước khởi đầu cho Thiết kế
ban đầu về một Tàu vũ trụ Thực nghiệm bay quanh Trái Đất, "Một thiết bị vệ
tinh với những công cụ được chờ đợi sẽ làm một trong những công cụ khoa
học mạnh mẽ nhất của thế kỷ 20. Thành công của tàu vũ trụ vệ tinh có thể
mang lại những tiếng vang có thể so sánh được với sự phát minh ra bom
nguyên tử "
Thời đại vũ trụ bắt đầu năm 1946, khi các nhà khoa học bắt đầu sử
dụng các tên lửa V-2 bắt được của Đức để đo lường tại tầng cao của khí
quyển. Trước giai đoạn này, các nhà khoa học đã sử dụng các khinh khí cầu
có thể lên cao 30 km và các sóng radio để nghiên cứu tầng điện ly. Từ 1946
đến 1952, nghiên cứu tầng cao của khí quyển Trái Đất được tiến hành và sử
5
dụng các tên lửa V-2. Điều này cho phép đo đạc áp lực, tỷ trọng và nhiệt độ
của khí quyển ở tầng cao 200 km.
Hoa Kỳ đã cân nhắc việc phóng các vệ tinh lên quỹ đạo từ năm 1945
dưới sự chỉ huy của Văn phòng Hàng không thuộc Hải quân Hoa Kỳ. Các dự
án RAND của Không quân Hoa Kỳ cuối cùng đã cho phép dự án trên hoạt
động, nhưng không tin rằng vệ tinh là một loại vũ khí quân sự tiềm tàng; mà
họ chỉ coi nó là một công cụ khoa học, chính trị và tuyên truyền. Năm 1954,
Bộ trưởng bộ quốc phòng đã nói, "Tôi không biết đến một chương trình vệ
tinh nào của Hoa Kỳ."
Hình 1-2: Phóng vệ tinh nhân tạo Giove lên một quỹ đạo của hệ
Galileo bằng tên lửa Soyouz
Dưới áp lực của Hội Tên lửa Hoa Kỳ, Quỹ Khoa học Quốc gia, và Năm
Địa vật lý Thế giới, sự quan tâm của quân đội đã bắt đầu vào đầu năm 1955
khi Không quân và Hải quân Hoa Kỳ cùng làm việc về Dự án Tàu vũ trụ
6
trong Quỹ đạo, liên quan tới việc sử dụng tên lửa Jupiter C để phóng một vệ

tinh nhỏ gọi là Explorer 1 vào ngày 31 tháng 1 năm 1958.
Ngày 29 tháng 7 năm 1955, Nhà trắng thông báo rằng Hoa Kỳ dự định
phóng các vệ tinh vào mùa xuân năm 1958. Việc này sau này được gọi là Dự
án Vanguard. Ngày 31 tháng 7, Xô Viết tuyên bố họ định phóng vệ tinh vào
mùa hè năm 1957 và vào ngày 4 tháng 10 năm 1957 Sputnik I được phóng lên
quỹ đạo, khởi đầu cuộc chạy đua vũ trụ giữa hai quốc gia này.
Vệ tinh nhân tạo lớn nhất hiện bay quanh Trái Đất là Trạm vũ trụ quốc tế.
c - Các loại vệ tinh
Các loại vệ tinh có thể được phân chia thành các loại chính như sau:
• Vệ tinh vũ trụ là các vệ tinh được dùng để quan sát các hành tinh xa
xôi, các thiên hà và các vật thể ngoài vũ trụ khác.
• Vệ tinh truyền thông là các vệ tinh nhân tạo nằm trong không gian dùng
cho các mục đích viễn thông (telecommunication) sử dụng sóng radio ở
tần số vi ba. Đa số các vệ tinh truyền thông sử dụng các quỹ đạo đồng
bộ hay các quỹ đạo địa tĩnh, mặc dù các hệ thống gần đây sử dụng các
vệ tinh tại quỹ đạo Trái Đất tầm thấp.
• Vệ tinh quan sát Trái Đất là các vệ tinh được thiết kế đặc biệt để quan
sát Trái Đất từ quỹ đạo, tương tự như các vệ tinh trinh sát nhưng được
dùng cho các mục đích phi quân sự như kiểm tra môi trường, thời tiết,
lập bản đồ, v.v
• Vệ tinh hoa tiêu (Navigation satellite) là các vệ tinh sử dụng các tín
hiệu radio được truyền đi theo đúng chu kỳ cho phép các bộ thu sóng di
động trên mặt đất xác định chính xác được vị trí của chúng. Sự quang
đãng (không có vật cản) của đường truyền và thu tín hiệu giữa vệ tinh
(nguồn phát) và máy thu trên mặt đất tích hợp với những cải tiến mới
về điện tử học cho phép hệ thống vệ tinh hoa tiêu đo đạc khoảng cách
với độ chính xác khoảng một vài mét.
7
• Vệ tinh tiêu diệt / Vũ khí chống vệ tinh là các vệ tinh được thiết kế để
tiêu diệt các vệ tinh "đối phương", các vũ khí và các mục tiêu bay trên

quỹ đạo khác. Một số vệ tinh này được trang bị đạn động lực, một số
khác sử dụng năng lượng và/hay các vũ khí hạt nhân để phá huỷ các vệ
tinh, ICBMs, MIRVs. Cả Hoa Kỳ và Liên bang Xô viết đều có các vệ
tinh này. Các đường dẫn bàn luận về các "Vệ tinh tiêu diệt", ASATS
(Vệ tinh chống vệ tinh) gồm USSR Tests ASAT weapon và ASAT
Test.
• Vệ tinh trinh sát là những Vệ tinh quan sát Trái Đất hay Vệ tinh truyền
thông được triển khai cho các ứng dụng quân sự hay tình báo. Chúng ta
hiện không biết nhiều về năng lực thực sự của các vệ tinh này vì các
chính phủ điều hành chúng thường giữ tuyệt đối bí mật về thông tin cho
các vệ tinh loại này.
• Vệ tinh năng lượng mặt trời là các vệ tinh được đề xuất là sẽ bay trên
quỹ đạo Trái Đất tầm cao sử dụng cách truyền năng lượng viba để
chiếu năng lượng mặt trời tới những antenna cực lớn trên mặt đất, nơi
nó có thể được dùng để thay thế cho những nguồn năng lượng quy ước
thông thường.
• Trạm vũ trụ là các cơ cấu do con người chế tạo, được thiết kế để con
người sống được trong vũ trụ. Một trạm vũ trụ được phân biệt với
những tàu vũ trụ ở điểm nó không có động cơ đầy chính hay các thiết
bị hạ cánh - thay vào đó, người ta dùng các thiết bị khác để vận chuyển
lên và xuống trạm. Các trạm vũ trụ được thiết kế để có thể duy trì sự
sống trong một khoảng thời gian trung bình trên quỹ đạo, các khoảng
thời gian có thể là tuần, tháng, hay thậm chí là năm.
• Vệ tinh thời tiết là các vệ tinh có mục đích chính là để quan sát thời tiết
và/hay khí hậu của Trái Đất.
8
• Vệ tinh thu nhỏ là các vệ tinh có trọng lượng và kích thước nhỏ hơn
thông thường. Những tiêu chí xếp hạng mới để đánh giá các vệ tinh đó:
tiểu vệ tinh (500–200 kg), vệ tinh siêu nhỏ (dưới 200 kg), vệ tinh cỡ
nano (dưới 10 kg).

• Vệ tinh sinh học là các vệ tinh có mang các tổ chức sinh vật sống, nói
chung là cho mục đích thực nghiệm khoa học.
1.1.2 Các loại quỹ đạo vệ tinh
Đa số các vệ tinh thường được mô tả đặc điểm dựa theo quỹ đạo của
chúng. Mặc dù một vệ tinh có thể bay trên một quỹ đạo ở bất kỳ độ cao nào,
các vệ tinh thường được xếp theo độ cao của chúng.
• Quỹ đạo Trái Đất tầm thấp (LEO: 200 đến 1200 km bên trên bề mặt
Trái Đất)
• Quỹ đạo Trái Đất tầm trung (ICO hay MEO: 1200 đến 35286 km)
• Quỹ đạo Trái Đất đồng bộ (GEO: 35786 km bên trên bề mặt Trái Đất)
• Quỹ đạo địa tĩnh (GSO: quỹ đạo đồng bộ không nghiêng)
• Quỹ đạo Trái Đất tầm cao (HEO: trên 35786 km)
Các quỹ đạo sau là các quỹ đạo đặc biệt cũng thường được dùng để xác
định đặc điểm của vệ tinh:
• Quỹ đạo Molniya
• Quỹ đạo đồng bộ Mặt Trời
• Quỹ đạo cực
• Quỹ đạo di chuyển Mặt Trăng
• Quỹ đạo di chuyển Hohmann Đối với kiểu quỹ đạo này thì vệ tinh
thường là một tàu vũ trụ
• Quỹ đạo siêu đồng bộ hay quỹ đạo trôi dạt - quỹ đạo bên trên GEO.
Các vệ tinh sẽ trôi dạt theo hướng tây.
9
o (GEO + 235 km + (1000 × CR × A/m) km)
 nếu CR là hệ số bức xạ áp suất của Mặt Trời (thường giữa
1.2 và 1.5) và A/m là vùng tương quan [m
2
] với tỷ lệ khối
lượng [kg] khô
• Quỹ đạo dưới đồng bộ hay quỹ đạo trôi dạt - quỹ đạo gần nhưng bên

dưới GEO. Được sử dụng cho các vệ tinh đang trải qua những thay đổi
tình trạng ổn định theo hướng đông.
Các vệ tinh cũng có thể quay quanh các điểm đu đưa
1.1.3 Các nước có khả năng phóng vệ tinh nhân tạo
Danh sách này bao gồm những quốc gia có khả năng độc lập để tự
phóng vệ tinh lên quỹ đạo, gồm cả việc sản xuất ra khí cụ cần thiết để phóng.
Ghi chú: nhiều nước khác cũng có khả năng thiết kế hay chế tạo vệ tinh - việc
này, nói chung, không tốn nhiều tiền và cũng không đòi hỏi khả năng khoa
học và kỹ thuật lớn – nhưng không thể phóng chúng lên, thay vào đó họ dùng
các dịch vụ phóng vệ tinh của nước ngoài. Danh sách này không nhắc tới các
quốc gia đó mà chỉ liệt kê những nước có khả năng phóng vệ tinh và ngày khả
năng này lần đầu tiên được thể hiện.
Bảng 1-1: Thời gian những lần phóng vệ tinh đầu tiên theo quốc gia
Phóng lần đầu tiên theo quốc gia
Quốc gia Năm phóng Vệ tinh đầu tiên
Liên bang Xô viết 1957 Sputnik 1"
Hoa Kỳ 1958 Explorer 1
Canada 1962 Alouette 1
Pháp 1965 Astérix
Nhật 1970 Osumi
Trung Quốc 1970 Đông Phương Hồng I
Anh 1971 Prospero X-3
Liên minh Châu Âu 1979 Ariane 1
Ấn Độ 1980 Rohini
10
Israel 1988 Ofeq 1
Cả Bắc Triều Tiên và Iraq đã tuyên bố những vụ phóng vệ tinh lên quỹ
đạo nhưng điều này còn chưa được xác định. Na Uy đã phóng các vệ tinh
trong nước và quốc tế từ trung tâm vũ trụ của họ ở Andøya. Tới năm 2006,
chỉ có tám quốc gia đã phóng các vệ tinh lên quỹ đạo một cách độc lập với

phương tiện phóng của chính họ chế tạo – theo thứ tự thời gian: Liên bang Xô
viết, Hoa Kỳ, Pháp, Nhật Bản, Trung Quốc, Anh, Ấn Độ và Israel. Khả năng
phóng vệ tinh của Anh và Pháp hiện được quy cho Liên minh châu Âu, và
khả năng của Liên bang Xô viết được chuyển cho Nga, làm giảm số lượng
những thực thể chính trị với khả năng phóng vệ tinh thực tế xuống còn bảy
cường quốc vũ trụ chính: Hoa Kỳ, Nga, Trung Quốc, Ấn Độ, Liên minh châu
Âu, Nhật Bản – và một cường quốc vũ trụ "nhỏ": Israel. Nhiều quốc gia khác
như Nam Triều Tiên, Pakistan và Brasil đang ở giai đoạn đầu chương trình
phát triển khả năng phóng vệ tinh ở mức độ nhỏ của họ, và đang tìm cách trở
thành các tiểu cường quốc vũ trụ - các nước khác có thể có khả năng về khoa
học và công nghệ, nhưng không có khả năng kinh tế hay không có tham vọng
về chính trị.
1.2 Hệ thống định vị toàn cầu
1.2.1 Lịch sử phát triển
Sự ra đời của những phương tiện vận chuyển như máy bay, và những
con tàu vũ trụ đòi hỏi điều khiển những thiết bị đó trong không gian ba chiều.
Những phương pháp dẫn đường và những hệ thống dẫn đường vô tuyến điện
dùng cho việc dẫn dắt các tàu thủy đã trở thành lỗi thời và không phù hợp với
việc điều khiển các thiết bị chuyển động trong không gian ba chiều (6 bậc tự
do) vì những hệ thống đương thời chỉ xác định được vị trí theo 2 chiều không
gian. Trước những đòi hỏi về kỹ thuật đó nhiều nhà khoa học đã được chính
phủ Mỹ tài trợ để thực hiện nghiên cứu hệ thống dẫn đường dựa trên vũ trụ.
11
Bộ Quốc phòng Mỹ là cơ quan thiết kế và điều khiển hệ thống định vị
toàn cầu. Trong nhóm những người tham gia điều hành dự án GPS của Bộ
Quốc phòng Mỹ cần kể tới sự đóng góp to lớn của TS Ivan Getting, người
sáng lập The Aerospace Corporation, và TS Bradford Parkinson, chủ tịch hội
đồng quản trị của The Aerospace Corporation.
Từ sau năm 1995 hệ thống GPS vẫn tiếp tục được duy trì và bảo dưỡng
cũng như thay thế những vệ tinh già tuổi. Năm 2000, số vệ tinh trong chòm

GPS đã tăng lên 28 vệ tinh. Những vệ tinh thế hệ GPS-IIR đã và đang được
phóng lên để thay thế những vệ tinh già tuổi. Vệ tinh mới nhất được phóng
lên ngày 16/9/2005 mang tên GPS-IIR-M1, là vệ tinh đầu tiên thuộc thế hệ 8
chiếc vệ tinh hiện đại nhất GPS-IIR-M. Theo kế hoạch, vệ tinh tiếp theo sẽ
được phóng lên không gian vào tháng giêng năm nay (2006).
1.2.2 Các hệ thống dẫn đường, định vị trước GPS
Như khái quát lịch sử dẫn đường hàng hải ở trên, các phương pháp dẫn
đường lần lượt ra đời cho phép người đi biển có được vị trí chính xác và liên
tục. Sự ra đời của các phương tiên hiện đại hơn như máy bay vào đầu thế kỉ
thứ 20, những con tàu sắt khổng lồ được trang bị máy hơi nước và sau này là
động cơ diesel và tàu vũ trụ đã làm cho con người có thể đi nhanh và đi xa
hơn nữa, do vậy đòi hỏi phải có vị trí chính xác liên tục. Khoa học dẫn dắt và
xác định vị trí (navigation) không chỉ còn giới hạn trong việc dẫn dắt tàu thủy
nữa đã trở thành khoa học dẫn dắt máy bay, tàu vũ trụ và những phương tiện
vận tải trên mặt đất nữa. Chúng ta có các thuật ngữ: hàng không (air
navigation), du hành vũ trụ (space navigation), hàng hải (marine navigation)
và di chuyển trên mặt đất – hàng địa (land navigation). Thuật ngữ navigation
không chỉ còn hạn chế trong lĩnh vực hàng hải mà đã mở rộng ra nhiều lĩnh
vực khác.
12
Vào khoảng sau những năm 1920, trên thế giới xuất hiện những hệ
thống dẫn đường vô tuyến điện đã tạo tiền đề cho việc phát triển hệ thống
định vị toàn cầu.
Hệ thống dẫn đường vô tuyến, đây là hệ thống định vị sử dụng hệ tọa
độ mặt đất, nguyên tắc định vị dựa vào nguyên lý giao hội 2 cạnh bằng sóng
radio.
Nguyên lý hoạt động:
Từ 2 điểm đã biết trước toạ độ ở mặt đất, ta đặt 2 máy phát tín hiệu.
Điểm cần xác định toạ độ ta đặt một máy thu. Khoảng cách giữa trạm phát và
trạm thu chính là thời gian lan truyền của sóng điện từ từ trạm phát tới, nhân

với vận tốc của sóng điện từ. Vận tốc của sóng điện từ xấp xỉ bằng vận tốc
của ánh sáng: 3.10
8
m/s . Như vậy các khoảng cách tới các trạm đặt máy phát
được xác định, cùng với toạ độ đã biết, ta hoàn toàn xác định được tọa độ đặt
máy thu.
Hình 1-3: Hai máy phát vô tuyến với vị trí đã biết
Nếu gọi: R là khoảng cách từ máy thu tới máy phát .
13
x, y là tọa độ của điểm đặt máy phát (chính xác là anten của máy phát)
X, Y là tọa độ của điểm đặt máy thu cần xác định. Chúng được xác
định thông qua việc giải các phương trình sau :
Về mặt lý thuyết thì chỉ cần giải 2 phương trình 2 ẩn là đủ. Song vì
trong thực tế tia sóng khi lan truyền bị ảnh hưởng tác động của khí quyển như
độ ẩm, chiết xuất không đồng đều của không khí gần mặt đất gây ra. Điều này
dẫn tới sai số của phép đo lớn. Nhằm nâng cao độ chính xác của phép đo
người ta tiến hành giải thêm một phương trình liên quan tới trạm phát thứ 3.
Đặc điểm của hệ thống:
- Thiết bị đơn giản rẻ tiền, dễ thao tác.
- Tầm hoạt động bị hạn chế, độ chính xác không cao, nó phụ thuộc vào nhiều
yếu tố:
+Thời điểm đo, nhiệt độ, độ ẩm của không khí ảnh hưởng tới quá trình
truyền lan sóng điện từ.
+Vị trí cần xác định tọa độ, ảnh hưởng của địa hình phức tạp tới sự lan
truyền của tia sóng
Để tăng tầm hoạt động của hệ thống, người ta thường liên kết từng cụm
gồm 3 trạm radio beacom thành từng chuỗi hệ thống. Khi đó độ phủ sóng của
hệ thống rộng hơn một trạm đơn lẻ, thường vào khoảng 1000 dặm.
Những hệ thống hàng hải vô tuyến điện đó bao gồm: các thiết bị có tầm
hoạt động ngắn như đèn hiệu vô tuyến (radio beacons), radar, máy tìm

phương, các thiết bị có tầm hoạt động dài hơn (còn được gọi là hệ thống dẫn
đường hyperbol) như các hệ thống OMEGA, DECCA và LORAN-C. Những
hệ thống dẫn đường này chủ yếu được sử dụng để dẫn tàu và máy bay.
14
a- Hệ thống dẫn đường OMEGA
OMEGA là hệ thống dẫn đường hyperbol dựa trên việc đo lệch pha tín
hiệu giữa trạm phát (ít nhất từ ba trạm) và máy thu ở tần số 10-14 kHz. Việc
triển khai hệ thống OMEGA được bắt đầu vào giữa thập niên 1960s, sau một
thời gian chạy thử trên một số trạm phát, nhưng lịch sử của hệ thống này có
thể lùi lại vào ngay sau những năm sau Đại chiến thế giới 2. Trước khi hệ
thống OMEGA ra đời, người ta đã tiến hành nhiều nghiên cứu và thí nghiệm
trên việc sử dụng tín hiệu tần số rất thấp VLF (Very Low Frequency) bằng các
hệ thống so sánh pha. Ưu điểm của hệ thống này xuất phát từ việc tận dụng
tần số rất thấp cho phép bao phủ toàn bộ bề mặt trái đất bằng tám trạm phát
sóng (xem bảng 1-2).
Bảng 1-2: Các trạm phát sóng OMEGA
Ký
hiệu
trạm
Vị trí Ang ten trạm
phát
Cơ quan quản lý
A Bradland, Na Uy Dây treo qua
một vịnh hẹp
Norwegian
Telecommunications
Administration
B Monrovia, Liberia Tháp mặt đất có
các đĩa tròn
Ministry of Industry and

Commerce
C Haiku, Hawai Như trạm A US Coast Guard
D La Moure, North
Dakota
Cột đơn có
ngăn cách đế
(chân)
US Coast Guard
E Reunion in the
Indian Ocean
(Pháp)
Như trạm B French Navy (Hải quân
Pháp)
F Golfo Nuevo, Ác-
hen-ti-na
Như trạm D Argentine Navy
G Woodside, Victoria,
Úc
Như trạm B Department of Transport
H Tsushima, Eo Triều
tiên, Nhật Bản
Như trạm D Japanese Coast Guard
15
Hệ thống dẫn đường OMEGA khởi điểm ban đầu được sử dụng cho
mục đích quân sự nhưng số người sử dụng với mục đích dân sự cũng ngày
càng gia tăng. Vào thời điểm năm 1990 hệ thống này là hệ thống dẫn đường
duy nhất có sóng bao phủ liên tục và toàn cầu. Ngày nay do sự “lấn át” của hệ
thống định vị toàn cầu, ít người sử dụng hệ thống dẫn đường OMEGA.
Những máy thu OMEGA trên các tàu biển dường như để sử dụng hỗ trợ khi
máy thu GPS có sự cố!

Độ chính xác vị trí bằng máy thu OMEGA với sai số vị trí vào khoảng
10-30 km. Nếu có sử dụng thêm tín hiệu từ các trạm phát OMEGA vi phân thì
độ chính xác tăng lên đáng kể.
b - Hệ thống dẫn đường DECCA
DECCA là hệ thống dẫn đường hyperbol trên bề mặt trái đất có các
trạm phát sóng liên tục ở tần số trong khoảng 70-129 kHz. Các trạm phát sóng
được bố trí theo một chuỗi bao gồm trạm chủ (master station) có chức năng
điều khiển và ba trạm phụ thuộc (slaves, có trường hợp chỉ có hai trạm phụ
thuộc) có tín hiệu là pha khóa theo pha của trạm chủ. Hệ thống DECCA của
Anh Quốc và được giới thiệu trong Đại chiến thế giới thứ 2. DECCA không
những đã từng được sử dụng ở tất cả các vùng biển ven bờ Châu Âu mà còn
được sử dụng ở Nhật Bản, Ấn Độ, Pakistan, Vịnh Ả Rập (Persian Gulf), Nam
và và một số phần ở Úc Châu và Canada (mặc dù một số vùng trong các vùng
này hiện không được phủ sóng nữa). Với khoảng tần số trên, hệ thống
DECCA là một hệ thống dẫn đường vô tuyến có vùng phủ sóng rộng lớn, vào
năm 1987, đã có tới 140 trạm tạo thành 42 chuỗi ở trên 17 quốc gia. Ở Na Uy
có 6 chuỗi, đó là Skagerak, Vestland, Trondelag, Helgland, Lofoten và
Finmark. DECCA chủ yếu được các tàu thủy sử dụng, và được mở rộng cho
máy bay, đặc biệt là máy bay lên thẳng. Những thử nghiệm trên mặt đất cũng
cho những kết quả khá tốt, ở cả Anh Quốc và Na Uy.
16
Hệ thống DECCA thường được sử dụng để hàng hải ven bờ (coastal
navigation). Vị trí được xác định dựa trên việc đo lệch pha giữa các tín hiệu
từ trạm chủ và các trạm phụ thuộc. Độ chính xác vị trí bằng hệ thống DECCA
ở trong vùng chuỗi khá cao so với OMEGA, sai số có thể trong khoảng 5 m.
c- Hệ thống dẫn đường LORAN-C
LORAN-C viết tắt từ LOng RAnge Navigation (hàng hải khoảng cách
dài) được phát triển từ hệ thống hàng hải LORAN-A. LORAN-C cũng là hệ
thống hàng hải dựa trên việc phát tín hiệu xung (pulse signals), do Mỹ phát
minh trong Đại chiến thế giới thứ 2. Chuỗi LORAN-C đầu tiên được hoạt

động ở bờ biển phía đông của Mỹ vào năm 1958. Từ năm 1959 Chuỗi biển
Na Uy có các trạm ở Ejde trên Quần đảo Faeroe (trạm chủ), Jan Mayen, Bo
(phía tây nam Tromso ở Bắc Na Uy), Sylt (ở phần cực bắc của bờ biển bắc
Đức) và ở Sandur phía tây Iceland. Vào những năm đầu thập niên 1990s có
khoảng 15 chuỗi LORAN-C bao phủ toàn bộ Địa Trung Hải, tây bắc Đại Tây
Dương, các vùng nước xung quanh Hawai và Nhật Bản, đông nam Trung
Quốc.
Chuỗi LORAN-C gồm một trạm chủ (master, M) cộng thêm hai, ba
hoặc bốn trạm thứ cấp (secondaries, X, Y, Z và có thể là W, hoặc cũng có thể
lần lượt được gọi theo tín hiệu quốc tế là X-ray, Yankee, Zulu và Whisky).
Nga (Liên Xô cũ) cũng có 4 chuỗi, một chuỗi 5 trạm ở trung tâm phần Đông
Âu của Nga, một chuỗi 5 trạm ở bờ biển Thái Bình Dương, và hai chuỗi mới
được thành lập (vào thời gian đầu thập niên 1990s) mỗi chuỗi có 3 trạm bao
phủ vùng phía tây Bắc Băng Dương của Nga. Hệ thống của Nga được gọi là
Chayka (Hải Âu, Seagull), có dạng tín hiệu tương tự với các chuỗi của Mỹ, do
vậy mà một số máy thu LORAN-C có thể sử dụng các trạm của Nga và của
Mỹ đồng thời.
17
Trong hệ thống LORAN-C, cũng như những hệ thống dẫn đường vô
tuyến khác, có sự phát triển các máy thu và ngày càng sử dụng nhiều bộ vi xử
lý (microprocessors) và xử lý tín hiệu số (digital signal processing).
Để xác định được vị trí, máy thu LORAN-C tìm kiếm tín hiệu từ trạm
chủ và các trạm thứ cấp, xác định điểm qua số không mong muốn (the wanted
zero-crossing), theo dõi hình bao (envelope, trong tín hiệu trên màn hình) và
điểm qua số không, đo thời gian chênh lệch (time differences) cộng thêm tín
hiệu hiệu chỉnh và tính toán vị trí.
Sai số vị trí bằng máy thu LORAN-C phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Sai
số lớn nhất là sự biến thiên tốc độ lan truyền tín hiệu. Tốc độ lan truyền tín
hiệu trên mặt đất phụ thuộc vào độ dẫn điện của bề mặt trái đất (theo các
thông số tầng khí quyển trên mặt đất). Để tăng độ chính xác người ta sử dụng

kĩ thuật LORAN-C Vi phân (Differential LORAN-C). Ví dụ máy thu
LORAN-C có sử dụng LORAN-C Vi phân ở khu vực Kênh đào Suez cho vị
trí có sai số nhỏ hơn 15 mét.
1.3 Các hệ thống định vị toàn cầu
Hệ thống định vị toàn cầu (tiếng Anh: Global Positioning System -
GPS) là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo. Trong
cùng một thời điểm, ở một vị trí trên mặt đất nếu xác định được khoảng cách
đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính được toạ độ của vị trí đó.
GPS được thiết kế và quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, nhưng chính
phủ Hoa Kỳ cho phép mọi người sử dụng nó miễn phí, bất kể quốc tịch.
Các nước trong Liên minh châu Âu đang xây dựng Hệ thống định vị
Galileo, có tính năng giống như GPS của Hoa Kỳ, dự tính sẽ bắt đầu hoạt
động năm 2010.
18
Hệ Định vị Toàn cầu (Global Positioning System - GPS) của Mỹ là hệ
dẫn đường dựa trên một mạng lưới 24 quả vệ tinh được Bộ Quốc phòng Hoa
Kỳ đặt trên quỹ đạo không gian.
Các hệ thống dẫn đường truyền thống hoạt động dựa trên các trạm phát
tín hiệu vô tuyến điện. Được biết nhiều nhất là các hệ thống có tên gọi
LORAN – (LOng RAnge Navigation) – hoạt động ở giải tần 90-100 kHz chủ
yếu dùng cho hàng hải, hay TACAN – (TACtical Air Navigation) – dùng cho
quân đội Mỹ và biến thể với độ chính xác thấp VOR/DME – VHF
(Omnidirectional Range/Distance Measuring Equipment) – dùng cho hàng
không dân dụng.
Gần như đồng thời với lúc Mỹ phát triển GPS, Liên Xô cũng phát triển
một hệ thống tương tự với tên gọi GLONASS. Hiện nay Liên minh Châu Âu
đang phát triển hệ dẫn đường vệ tinh của mình mang tên Galileo.
Chú ý rằng cả GPS và GLONAS đều được phát triển trước hết cho mục
đích quân sự. Nên mặc dù chúng có cho dùng dân sự nhưng không hệ nào đưa
ra sự đảm bảo tồn tại liên tục và độ chính xác. Vì thế chúng không thoả mãn

được những yêu cầu an toàn cho dẫn đường dân sự hàng không và hàng hải,
đặc biệt là tại những vùng và tại những thời điểm có hoạt động quân sự của
những quốc gia sở hữu các hệ thống đó. Chỉ có hệ thống dẫn đường vệ tinh
châu Âu Galileo (đang được xây dựng) ngay từ đầu đã đáp ứng các yêu cầu
nghiêm ngặt của dẫn đường và định vị dân sự.
GPS ban đầu chỉ dành cho các mục đích quân sự, nhưng từ năm 1980
chính phủ Mỹ cho phép sử dụng dân sự. GPS hoạt động trong mọi điều kiện
thời tiết, mọi nơi trên Trái Đất, 24 giờ một ngày. Không mất phí thuê bao
hoặc mất tiền trả cho việc thiết lập sử dụng GPS.
Như vậy hiện nay trên thế giới có ba hệ thống vệ tinh dẫn đường. GPS
và GLONASS đang hoạt động, GALILEO theo kế hoạch sẽ hoàn thành vào
năm 2008. Cả ba hệ thống định vị toàn cầu ngày nay được gọi tên chung là
19
Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (GNSS - Global Navigation Satellite
System). Phần này sẽ tóm lược một số thông tin về ba hệ thống vệ tinh nhân
tạo: GPS, GLONASS và GALILEO.
1.3.1 Hệ thống GPS
Tên gọi GPS (Global Positioning System) dùng để chỉ hệ thống định vị
toàn cầu do Bộ quốc phòng Mỹ thiết kế và điều hành. Bộ Quốc phòng Mỹ
thường gọi GPS là NAVSTAR GPS (Navigation Signal Timing and Ranging
Global Positioning System). Mọi người đều có thể sử dụng GPS miễn phí. Vệ
tinh đầu tiên của GPS được phóng vào tháng 2 năm 1978, vệ tinh gần đây
nhất là vệ tinh GPS IIR-M1 được phóng vào tháng 12 năm 2005. GPS bao
gồm 24 vệ tinh (tính đến năm 1994), đã được bổ sung thành 28 vệ tinh (vào
năm 2000), chuyển động trong 6 mặt phẳng quỹ đạo (nghiêng 55 độ so với
mặt phẳng xích đạo) xung quanh trái đất với bán kính 26.560 km (hình 1-4).
Hay nói cách khác độ cao trung bình của vệ tinh GPS so với mặt đất vào
khoảng 20.200 km.
Hình 1-4: Các quỹ đạo Hệ thống GPS
20

1.3.2 Hệ thống GLONASS
Hệ thống GLONASS (Global Navigation Satellite System), Hệ thống
vệ tinh dẫn đường quỹ đạo toàn cầu (tiếng Nga ГЛОНАСС - ГЛОбальная
НАвигационная Спутниковая Система) do Liên bang Xô viết (cũ) thiết kế
và điều hành. Ngày nay hệ thống GLONASS vẫn được Cộng hoà Liên bang
Nga tiếp tục duy trì hoạt động. Hệ thống GLONASS bao gồm 30 vệ tinh
chuyển động trong ba mặt phẳng quỹ đạo (nghiêng 64.8 độ so với mặt phẳng
xích đạo) xung quanh trái đất với bán kính 25.510 km (hình 1-5).
Hình 1-5: Các quỹ đạo Hệ thống GLONASS
Vệ tinh đầu tiên của GLONASS được Liên Xô đưa lên quỹ đạo ngày
12 tháng 10 năm 1982, vào ngày 24 tháng 9 năm 1993 hệ chính thức được
đưa vào sử dụng.
Các vệ tinh của hệ GLONASS liên tục phóng ra các tín hiệu định vị
theo 2 dạng: tín hiệu định vị chính xác chuẩn (Ch) ở tần số L1 (1,6 GHz) và
tín hiệu định vị chính xác cao (C) ở tần số L1 và L2 (1,2 GHz). Thông tin,
cung cấp bởi tín hiệu định vị Сh, mở cho tất cả người dùng trên nền toàn cầu
và liên tục và đảm bảo khi dùng máy thu GLONASS, khả năng xác định:
21
- Các tọa độ ngang với độ chính xác 50-70 m (độ tin cậy 99,7%);
- Các tọa độ đứng với độ chính xác 70 m (độ tin cậy 99,7%);
- Các véc-tơ thành phần của vận tốc với độ chính xác 15 cm/s (độ tin cậy
99,7%)
- Thời gian chính xác với độ chính xác 0,7 mcs (độ tin cậy 99,7%).
Các độ chính xác này có thể tăng lên đáng kể, nếu dùng phương pháp
định vị vi phân và/hay các phương pháp đo bổ sung đặc biệt.
Tín hiệu C về cơ bản, được chỉ định dành cho các nhu cầu của Bộ Quốc
phòng Nga, và việc dùng nó không được khuyến khích. Câu hỏi về việc cung
cấp tín hiệu C cho nhu cầu dân sự đang trong tình trạng xem xét.
Để xác định các tọa độ không gian và thời gian chính xác cần nhận và
xử lý các tín hiệu định vị từ không ít hơn 4 vệ tinh GLONASS. Khi nhận các

tín hiệu sóng định vị GLONASS máy thu, dùng các phương pháp kỹ thuật
sóng đã biết, đo các độ dài đến các vệ tinh nhìn thấy và đo các vận tốc chuyển
động của chúng.
Đồng thời với việc tiến hành đo trong máy thu còn thực hiện tự động sử
lí các mốc thời gian chứa trong mỗi tín hiệu vô tuyến dẫn đường và thông tin
số. Thông tin số mô tả vị trí của vệ tinh trong không gian và thời gian so với
thang thời gian duy nhất của hệ thống và trong hệ tọa độ đề các địa tâm.
Ngoài ra thông tin số mô tả vị trí của các vệ tinh khác trong hệ thống ở dạng
phần tử Keple của các quĩ đạo của chúng và chứa một số tham số khác. Các
kết quả đo và thông tin nhận được là dữ liệu ban đầu để giải bài toán định vị
các tọa độ và các tham số chuyển động. Bài toán định vị được giải tự động
trong máy tính của máy thu, khi đó sử dụng phương pháp bình phương bé
nhất đã biết. Kết quả là xác định được 3 tọa độ vị trí của người dùng, tốc độ
chuyển động của anh ta và thực hiện việc chuẩn thang thời gian của người
dùng với thời gian chính xác cao của giờ thế giới (UTC).
22
Các lần phóng
- 25 tháng 12 2005 8:07 Maskva từ sân bay vũ trụ «Baykonur» đã phóng lên
quĩ đạo bằng tên lửa mang Proton K một vệ tinh GLONASS và 2 vệ tinh
GLONASS M có khả năng khai thác lâu dài để bổ sung cho nhóm
GLONASS.
- 26 tháng 12 2006 phóng lên quĩ đạo 3 vệ tinh GLONAS M bằng Proton K .
- Năm 2007 dự định thực hiện 2 lần phóng Proton với 3 vệ tinh GLONASS
M mỗi lần, năm 2008 phóng Proton với 3 GLONAS M và Souyz với 2 thiết
bị vũ trụ mới GLONAS K.
GLONASS ngày nay:
Vào thời điểm này nhóm vệ tinh gồm 17 làm việc trong hệ vệ tinh, còn
2 tạm thời không được dùng và 2 chưa được đưa vào hệ. Số lượng này chưa
đủ để bao phủ toàn bộ bề mặt quả đất.
- Độ mở tích phân GLONASS trên quả đất: 80 %

- Độ mở tích phân GLONASS trên Nga: 94 %
- Đứt quãng tối đa của sự định vị trên quả đất: 2.4 giờ
- Đứt quãng tối đa của sự định vị trên Nga: 0.5 giờ
Để tăng số lượng vệ tinh lên 18 trên lãnh thổ Nga để việc định vị liên
tục được đảm bảo 100%. Trên phần còn lại của quả đất khi đó các gián đoạn
định vị có thể dài đến 1 giờ rưỡi. Thực tế việc định vị liên tục trên toàn khu
vực quả đất được đảm bảo bằng nhóm gồm 24 vệ tinh.
Trong số các thiết bị vũ trụ đang hoạt động hiện nay, có 6 vệ tinh
GLONAS M (1 phóng năm 2003, 2 năm 2005 và 3 năm 2006), với tuổi thọ 7
năm. Khác với các thiết bị thế hệ trước, các vệ tinh này bức xạ 2 tín hiệu cho
người dùng dân sự, điều này cho phép nâng cao độ chính xác định vị.
Theo sắc lệnh của Tổng thống LB Nga, nhóm tối thiểu 18 vệ tinh phải
được triển khai vào năm 2007. Nhóm đầy đủ gồm 24 vệ tinh phù hợp với
23
chương trình mục tiêu của liên bang «Hệ định vị toàn cầu» phải triển khai
năm 2010. Các vệ tinh «GLONASS-М» trong thành phần nhóm quĩ đạo phải
tồn tại tối thiểu đến năm 2015. Các thử nghiệm bay của vệ tinh thế hệ mới
GLONAS K có cải tiến chất lượng (tăng tuổi thọ lên 10 năm và dải tần thứ 3
– băng L đối với người dùng dân sự) phải bắt đầu vào năm 2008. Vệ tinh này
sẽ nhẹ hơn hai lần tiền thân của nó (700 kg so với 1415 kg của GLONAS M).
Tiếp theo, sau khi triển khai nhóm quĩ đạo gồm 24 vệ tinh, để duy trì nó cần
phóng mỗi năm 2 vệ tinh GLONASS K trên tên lửa mang Soyuz, điều này
cho phép giảm đáng kể chi phí khai thác. 29 tháng 11 2006 bộ trưởng Quốc
phòng Sergey Ivanov trong chuyến thăm Học viện định vị sóng và thời gian
Nga thông báo rằng hệ GLONASS trong thời gian tới sẽ dùng cho dân sự.
1.3.3 Hệ thống GALILEO
Cả hai hệ thống GPS và GLONASS được sử dụng chính cho mục đích
quân sự. Đối với những người sử dụng dân sự có thể có sai số lớn nều như cơ
quan điều hành GPS và GLONASS kích hoạt bộ phận gây sai số chủ định, ví
dụ như SA của GPS. Do vậy Liên hợp Âu Châu (EU) đã lên kế hoạch thiết kế

và điều hành một hệ thống định vị vệ tinh mới mang tên GALILEO, mang tên
nhà thiên văn học GALILEO, với mục đích sử dụng dân sự.
Hình 1-6: Các quỹ đạo hệ thống GALILEO
24
Việc nghiên cứu dự án hệ thống GALILEO được bắt đầu triển khai
thực hiện từ năm 1999 do 4 quốc gia Châu Âu Pháp, Đức, Italia và Anh
Quốc. Giai đoạn đầu triển khai chương trình GALILEO bắt đầu năm 2003 và
theo dự kiến sẽ hoàn thành và đưa vào sử dụng trong năm 2010 (chậm hơn so
với thời gian dự định ban đầu 2 năm). GALILEO được thiết kế gồm 30 vệ
tinh chuyển động trong 3 mặt phẳng quỹ đạo (nghiêng 56
0
so với mặt phẳng
xích đạo) xung quanh trái đất với bán kính 29.980 km (hình 1-6).
a- Thông số của hệ thống:
Vệ tinh
• 30 vệ tinh (27 vệ tinh hoạt động chính và 3 vệ tinh dự phòng)
• Độ cao quỹ đạo: 23.222 km (quỹ đạo tầm trung)
• Phân bố trên 3 mặt chính, góc nghiêng 56 độ
• Tuổi thọ thiết kế của vệ tinh: > 12 năm
• Trọng lượng vệ tinh: 675 kg
• Kích thước vệ tinh: 2,7 m × 1,2 m × 1,1 m
• Năng lượng từ pin mặt trời: 1500 W (tại thời điểm tuổi thọ thiết kế)
Dịch vụ cung cấp
Bốn dịch vụ về định vị sẽ được cung cấp bởi Galileo:
• Dịch vụ mở (open service): miễn phí với mọi đối tượng. Người dùng có
thể sử dụng 2 tần số L1 và E5A. Độ chính xác đối với máy thu 2 tần số
là 4 m cho phương ngang và 8 m cho chiều thẳng đứng. Đối với máy
thu 1 tần số (L1), độ chính xác là 15 m và 35 m, tương đương với GPS
hiện thời.
• Dịch vụ trả tiền (commercial service): giành cho các đối tượng cần có

độ chính xác < 1 m với một khoản phí nhất định. Dịch vụ này sẽ được
cung cấp thông qua tần số thứ 3 (E6).
• Dịch vụ cứu hộ (safety of life service): giành riêng cho cứu hộ, độ bảo
mật cao, chống gây nhiễu sóng.
25