Phối hợp tần số và tính toán can nhiễu cho vệ tinh quan sát trái đất

VIỆN
VI
ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ
NGH ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN

ĐỒ ÁN
TỐT
T NGHIỆP
NGHI
ĐẠI HỌ
ỌC
Đề tài:
PHỐI HỢP TẦN SỐ VÀ TÍNH TOÁN CAN NHIỄ
ỄU CHO
VỆ TINH QUAN SÁT
S
TRÁI ĐẤT

Giảng
ng viên hướng
hư
dẫn
Sinh viên thự
ực hiện
Lớp
Khóa
Hệ

:
:

:
:
:

T.S ĐẶNG ĐÌNH
ÌNH TRANG
NGUYỄN ANH THÁI
K16B
2013-2017
ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

Hà Nội,tháng 05/2017


VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CN ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN ANH THÁI
Lớp: K16B

Khóa: 16 (2013 – 2017)

Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật điện tử, Truyền thông

Hệ đào tạo: ĐHCQ

1/ Tên đồ án tốt nghiệp:
PHỐI HỢP TẦN SỐ VÀ TÍNH TOÁN CAN NHIỄU CHO VỆ TINH QUAN
SÁT TRÁI ĐẤT
2/ Nội dung chính của đồ án:
1. Vệ tinh quan sát trái đất
2. Thủ tụcđăng kí và phối hợp tần số cho vệ tinh quan sát trái đất
3. Tính toán can nhiễu cho vệ tinh quan sát trái đất.
3/ Cơ sở dữ liệu ban đầu
4/ Ngày giao đồ án: 10/03/2017
5/ Ngày nộp đồ án: 19/05/2017
TRƯỞNG KHOA

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………..…......
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………
…..……………………………………………………………………………………
………..………………………………………………………………………………
……..…………………………………………………………………………………
…………..……………………………………………………………………………

………………..………………………………………………………………………
……………………..…………………………………………………………………
…………………………..……………………………………………………………
………………………………..………………………………………………………
……………………………………..…………………………………………………
…………………………………………..……………………………………………
………………………………………………..………………………………………
……………………………………………………..…………………………………
…………………………………………………………..……………………………
………………………………………………………………..………………………
……………………………………………………………………..…………………
………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………..…………
…………………………………………………………………………………..……
………………………………………………………………………………………..
Hà Nội , ngày tháng 05 năm 2017
Giáo viên hướng dẫn
(Ký, ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN

Em xin được cảm ơn các anh chị tại TRUNG TÂM ĐIỀU HÀNH VIỄN
THÔNG BẮC NINH đã giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án.Em cũng xin được
gửi những lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến các thầy Đặng Đình Trang đã
tận tình hướngdẫn và chỉ bảo thật chi tiết để em có thể hoàn thành đồ án này.
Nhận được sự hướng dẫn của quý thầy và quý anh chị, em đã cố gắng vận
dụng các kiến thức đã học để hoàn thành đồ án, nhưng vì thời gian và kiến thức
cònhạn chế do đó sẽ không tránh khỏi những sai sót. Em mong nhận được sự góp ý
từquý thầy cô và các bạn để em có thể hoàn thiện hơn. Lời cuối cùng em xin được

gửilời chúc sức khỏe tới quý thầy và anh chị. Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày
Sinh viên

tháng

năm


LỜI NÓI ĐẦU
Trong những thập kỷ qua cùng với sự phát triển của khoa học, công nghệ thì
ngành viễn thông đã có những phát triển vượt bậc, đáp ứng nhu cầu trao đổi thông
tin trên toàn cầu. Chúng ta đang sống trong kỷ nguyên của sự bùng nổ thông tin,
việc trao đổi thông tin diễn ra khắp mọi nơi trên thế giới với yêu cầu nhanh chóng
và chính xác. Đối với thông tin quốc tế, thông tin vệ tinh đã cung cấp những đường
thông tin dung lượng lớn và chính xác, không những thế thông tin vệ tinh còn thể
hiện tính ưu việt của nó về mặt kinh tế.
Trong đồ án tốt nghiệp này em tập trung tìm hiểu về vệ tinh quan sát trái đất,
thủ tục đăng ký tần số quỹ đạo cũng như tính toán can nhiễu cho loại hình vệ tinh
này. Đây là một loại vệ tinh đóng vai trò quan trọng trong việc dự đoán các hiện
tượng thiên nhiên, cảnh báo thiên tai… dựa vào đó có thể đưa ra các biện pháp
phòng tránh nhằm giảm thiểu một cách tối đa thiệt hại về mọi mặt.


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đồ án tốt nghiệp của em gồm 3 chương:
CHƯƠNG 1: VỆ TINH QUAN SÁT TRÁI ĐẤT
Chương này tập trung tìm hiểu về các đặc điểm quỹ đạo của vệ tinh phi địa tĩnh vệ
tinh quan sát trái đất, hoạt động của vệ tinh quan sát trái đất, giới thiệu khái quát về

các dự án vệ tinh quan sát trái đất của Việt Nam
CHƯƠNG 2: THỦ TỤC ĐĂNG KÝ VÀ PHỐI HỢP TẦN SỐ CHO VỆ TINH
QUAN SÁT TRÁI ĐẤT
Trong chương này em tập trung tìm hiểu về các thủ tục để đăng kí, phối hợp tần số
cho vệ tinh quan sát trái đất theo quy định của Liên minh Viễn Thông quốc tế ITU.
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CAN NHIỄU CHO VỆ TINH QUAN SÁT TRÁI ĐẤT
Đây là chương trọng tâm của đồ án. Nội dung của chương nêu ra các trường hợp
xảy ra can nhiễu đối với vệ tinh quan sát trái đất trong băng tần X( 80258400MHz), phân tích tính toán và tìm ra mức ngưỡng giới hạn cho các trường hợp
đó. Vận dụng lý thuyết để tính toán can nhiễu cho vệ tinh quan sát trái đất của Việt
Nam.


SUMMARY
My graduation project includes 3 chapters:
CHAPTER 1: EARTH OBSERVATION SATELLITE (EOS).
In this chapter, I research about characteristic of EESS and EOS. After that I
introduced about VietNam’s EOS.
CHAPTER 2: PROCEDURE FOR REGISTRATION AND CO-ORDINATIONOF
EARTH OBSERVATION SATELLITE.
In this chapter, I research about the procedurefor registering, co-ordinating
frequency for EOS compliance with ITU regulations.
CHAPTER 3: INTERFERENCE COMPABILITY OF EOS.
This is the most important chapter in my project. In this chapter, I analysed the
interference between EOS and other services in X band (8025-8400 MHz).Base on
that analysis above, the compability interference for VietNam’s EOS was calculate


MỤC LỤC

CHƯƠNG 1.GIỚI THIỆU VỆ TINH QUAN SÁT TRÁI ĐẤT VNREDSat-1 và

LOTUSat. ………………...................................................................................... 1
1.1. Quỹ đạo vệ tinh............................................................................................. 1
1.1.1 Hình dạng quỹ đạo của các vệ tinh trong không gian........................................ 1
1.1.2 Các quỹ đạo vệ tinh quan trọng ........................................................................ 2

1.2 Vệ tinh quan sát trái đất (EOS) ...................................................................... 4
1.2.1 Khái niệm vệ tinh quan sát trái đất (EOS) ........................................................ 4
1.2.2 Hoạt động của vệ tinh quan sát trái đất (EOS) ................................................. 5
1.2.3 Tình hình phát triển vệ tinh quan sát trái đất trên thế giới ................................ 7

1.3 Các vệ tinh quan sát trái đất của Việt Nam ..................................................... 8
1.3.1 Vệ tinh VNREDSat-1 ........................................................................................ 8
1.3.2. Vệ tinh viễn thám radar LOTUSat. ................................................................ 15

1.4 Kết luận chương .......................................................................................... 18
CHƯƠNG 2.THỦ TỤC ĐĂNG KÝ VÀ PHỐI HỢP TẦN SỐ CHO VỆ TINH
VNREDSat-1

……………………………………………………………………19

2.1 Liên minh viễn thông quốc tế ITU ............................................................... 19
2.1.1 Tổng quan về ITU ........................................................................................... 19
2.1.2 Mô hình tổ chức của ITU ............................................................................... 19
2.1.3 Nhiệm vụ của ITU .......................................................................................... 20

2.2 ITU R .......................................................................................................... 21
2.2.1 Cấu trúc của ITU-R ........................................................................................ 21
2.2.2 Nhiệm vụ của ITU-R ....................................................................................... 21

2.3 Băng tần hoạt động cho vệ tinh quan sát trái đất .......................................... 22

i


2.3.1 Quy hoạch tần số............................................................................................ 22
2.3.2 Các nghiệp vụ vệ tinh ..................................................................................... 25
2.3.3 Nghiệp vụ vệ tinh thăm dò trái đất qua vệ tinh EESS ...................................... 26

2.4 Các quy định của thể lệ vô tuyến điện ITU đối với nghiệp vụ EESS ............ 28
2.4.1 Thủ tục đăng ký quỹ đạo và phối hợp tần số cho vệ tinh phi địa tĩnh ............... 29
2.4.2 Quá trình phối hợp tần số của VNREDSat-1 ................................................... 30

2.5 Kết luận chương: ......................................................................................... 33
CHƯƠNG 3.TÍNH TOÁN CAN NHIỄU CHO VỆ TINH QUAN SÁT TRÁI ĐẤT .
……………………………………………………………………………………...34
3.1 Các trường hợp can nhiễu ............................................................................ 34
3.1.1 Can nhiễu giữa vệ tinh EOS và nghiệp vụ cố định (vi ba, di dộng) .................. 34
3.1.2

Can nhiễu giữa vệ tinh EOS và vệ tinh địa tĩnh GSO .................................. 39

3.1.3 Can nhiễu giữa vệ tinh EOS với nhau ............................................................. 46

3.2 Can nhiễu đối với vệ tinh quan sát trái đất VNREDSAT-1........................... 50
3.3. Các biện pháp hạn chế can nhiễu cho vệ tinh EOS ...................................... 54
3.4 Kết luận chương .......................................................................................... 56
KẾT LUẬN………………………………………………………………………...54
TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………. ..55

ii

DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1-1: Minh họa định luật Kepler 1 .................................................................... 1
Hình 1-2: Các dạng quỹ đạo tròn ............................................................................. 2
Hình 1-3: Minh họa quỹ đạo mặt trời....................................................................... 4
Hình 1-4: Hình ảnh vệ tinh NOAA-15 của Mỹ trên quỹ đạo [4] .............................. 8
Hình 1-5: Quá trình chuẩn bị phóng VNREDSat-1 (ảnh internet) ............................ 9
Hình 1-6: Ảnh chụp khu vực sông Hồng gửi về từ VNREDSat-1(ảnh STI-VAST) 10
Hình 1-7: Cấu trúc dự án VNREDSat-1 (ảnh STI-VAST) ..................................... 11
Hình 1-8: VNREDSat-1 cùng các bộ phận (ảnh STI-VAST) ................................. 12
Hình 1-9: Minh họa tổng quát nền tảng ASTROSat-100 (ảnh STI-VAST) ............ 13
Hình 1-10: Quy trình đưa vệ tinh LOTUSat vào sử dụng ....................................... 18
Hình 2-1: Sơ đồ phân chia thể giới theo ITU ......................................................... 23
Hình 2-2: Khu vực 1 .............................................................................................. 24
Hình 2-3: Khu vực 2 .............................................................................................. 24
Hình 2-4: Khu vực 3 .............................................................................................. 25
Hình 2-5: Danh sách các nước có vệ tinh bị ảnh hưởng bởi VNREDSat-1 ............. 32
Hình 3-1: Mô hình can nhiễu giữa đài trái đất và EOS ........................................... 35
Hình 3-2: Mô hình can nhiễu giữa 2 trạm vệ tinh EOS và GSO ............................. 39
Hình 3-3: Minh họa quỹ đạo quay và vị trí tương đối giữa EOS và GSO[12]......... 40
Hình 3-4: Minh họa tính toán cho trường hợp xấu nhất.......................................... 41
Hình 3-5: Mô hình can nhiễu giữa 2 vệ tinh EOS .................................................. 47
Hình 3-6: Mô hình nhiễu minh họa cho trường hợp xấu nhất ................................. 48
Hình 3-7: Kết quả tính toán ngưỡng nhiễu ............................................................. 53
Hình 3-8: Kết quả mô phỏng tính toán I(t)/N ......................................................... 54
iii


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1-1: Sự khác biệt giữa vệ tinh GSO và EOS ................................................... 5

Bảng 1-2: Thông số của VNREDSat-1[5] .............................................................. 14
Bảng 1-3: Yêu cầu kỹ thuật đối với LOTUSat ....................................................... 16
Bảng 1-4: Yêu cầu đối với hệ thống SAR của LOTUSat ....................................... 17
Bảng 2-1: Phân bổ cho các nghiệp vụ cho băng tần 8025-8400 MHz..................... 28
Bảng 3-1: Mức giới hạn PFD theo quy đinh của ITU[12] ...................................... 37
Bảng 3-2: Thông số của 1 trạm phát mạng mặt đất trong thực tế[12] ..................... 37
Bảng 3-3: Giá trị ngưỡng suy hao có thể vượt quá trong p=0.025%t [12] .............. 38
Bảng 3-4: Khoảng cách tối thiểu giữa trạm phát mặt đất và trạm thu EOS để không
gây can nhiễu[12] .................................................................................................. 38
Bảng 3-5: Đặc điểm thông số kỹ thuật của SPOT 1/2/3/4[12] ................................ 42
Bảng 3-6: Giá trị C/I thực tế của vệ tinh SPOT[12] ............................................... 43
Bảng 3-7: Bảng giá trị p và pi[12] .......................................................................... 44
Bảng 3-8: Mô hình can nhiễu từ vệ tinh EOS tới trạm mặt đất của GSO [12] ........ 45
Bảng 3-9: Khoảng cách tối thiểu để không bị can nhiễu giữa vệ tinh EOS tới mạng
mặt đất GSO [12] .................................................................................................. 46
Bảng 3-10: Mức ngưỡng can nhiễu giữa 2 vệ tinh EOS [13] (theo ITU R)............. 50
Bảng 3-11: Thông số trạm không gian của 2 vệ tinh .............................................. 51
Bảng 3-12: Thông số trạm mặt đất của 2 vệ tinh .................................................... 51

iv


DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
API
IFRC
CR
LEO
EESS
EIRP

EOS
EPS
FSL
GSO
HEO
ITU
ITU D
ITU R

ITU T

MEO
MOST
NGSO
PFD
PL
SAR
SSO
STI
TM/TC
VAST

Tiếng Anh
Advance Publication
Information
International Frequency
Information Cirrcular
Coordination Request
Low Earth Orbit
Earth exploration Satellite

Service
Equivalent Isotropic Radiated
Power
Earth Observation Satellites
Electric Power Subsystem
Free Space Loss
Geostationary Orbit
Highly Eliptical Orbit
International Telecommunication
Union
International Telecommunication
Union- Development sector
International Telecommunication
Union -Radiocommunications
sector
International Telecommunication
Union - Telecommunication
Standardization Sector
Medium Earth Orbit
Ministry of Science and
Technology
Non Geostationary Orbit
Power flux density
Polarization
Synthetic Aperture Radar
Sun Synchronous Orbit
Space Technology Institute
Telemetry, Tracking &
Command
VietNam Academy of Science

and Technonogy

Tiếng Việt
Bộ hồ sơ sơ bộ
Thông tư về thông tin tần số
quốc tế
Bộ hồ sơ yêu cầu phối hợp
Quỹ đạo tầm thấp
Nghiệp vụ vệ tinh thăm dò trái
đất
Công suất bức xạ đẳng hướng
tương đương
Vệ tinh quan sát trái đất
Hệ thồng cung cấp điện
Suy hao trong không gian tự do
Quỹ đạo địa tĩnh
Quỹ đạo elip tầm cao
Liên Minh Viễn Thông Quốc Tế
lĩnh vực phát triển - thuộc ITU
lĩnh vực thông tin vô tuyến thuộc ITU
lĩnh vực Tiêu chuẩn viễn thông thuộc ITU
Quỹ đạo tầm trung
Bộ Khoa Học và Công Nghệ
Quỹ đạo phi địa tĩnh
Mật độ thông lượng công suất
Hệ số phân cực
khẩu độ tổng hợp của Radar
Quỹ đạo đồng bộ mặt trời
Viện Công Nghệ Vũ Trụ
Theo dõi từ xa và điều khiển

Viện Hàn Lâm Khoa Học và
Công Nghệ Việt Nam
v


VNREDSat

WRC

Vietnam Natural Resources
Environment & Diaster –
monitoring Satellite
World Radiocommunication
Conferences

Vệ tinh giám sát thảm họa và
môi trường, tài nguyên thiên
nhiên Việt Nam
Hội nghị thông tin vô tuyến thế
giới

vi


PHẦN MỞ ĐẦU
Đồ án tốt nghiệp chủ yếu tập trung vào khai thác, tìm hiểu và giải quyết các
vấn đề sau:
• Tìm hiểu, nghiên cứu về vệ tinh quan sát trái đất, về cấu tạo hình dạng, quỹ
đạo cũng như phương thức hoạt động của loại vệ tinh này.
• Thủ tục để đăng ký tần số cho vệ tinh quan sát trái đất EOS, quá trình phối

hợp tần số để phóng vệ tinh này.
• Các trường hợp can nhiễu giữa vệ tinh quan sát trái đất và các nghiệp vụ
khác.
Trong giới hạn phạm vi của đồ án là tập trung tính toán can nhiễu giữa vệ
tinh VNREDSat-1 của Việt Nam và một vệ tinh EOS khác trong băng tần X(80258400)MHz.

vii


Đồ án tốt nghiệp
p

Tháng 6/2017

CHƯƠNG 1. GIỚII THIỆU
THI
VỆ TINH QUAN SÁT TRÁI ĐẤT
VNREDSat-1 và LOTUSat.
1.1. Quỹ đạo vệ tinh
1.1.1 Hình dạng quỹ đạo
o của
c các vệ tinh trong không gian
Quỹ đạo của vệ tinh là hành trình của
c vệ tinh trong không gian mà trong đó
vệ tinh được cân bằng bở
ởi hai lực đối nhau đó là lực hấp dẫn củaa trái đất và lực ly
tâm hình thành do độ cong của
c hành trình vệ tinh. Quỹ đạo của vệ tinh nnằm trên một
mặt phẳng
ng có hình tròn hoặc

ho elip.[1]
Theo định luậtt Kepler thứ
th nhất: Tâm của trái đất nằm ở mộột trong hai tiêu
điểm của quỹ đạoo elip. Điểm
Đ
xa nhất của quỹ đạo so với trái đấtt nnằm ở phía tiêu
điểm thứ 2, được gọii là vi
viễn điểm (aprogee) còn điểm gần nhấtt đư
được gọi là cận
điểm (perigee).

Hình 1-1: Minh họa định luật Kepler 1

SVTH: NGUYỄN
N ANH THÁI – K16
Page 1


Đồ án tốt nghiệp

Tháng 6/2017

Hệ số ellip e được xác định bởi tỷ số giữa khoảng cách hai tiêu cự 2c và trục
lớn của ellip 2a. Nếu độ cao của apogee bằng ݄௔ và độ cao của perigee là ݄௣ thì hệ
số elip được xác định bởi:

e=

ha − hp

(1.1)

ha + hp

Khi e = 0, ellip biến thành đường tròn và quỹ đạo vệ tinh sẽ là quỹ đạo tròn.
Các quỹ đạo vệ tinh được phân chia thành các loại:
• Quỹ đạo cực: Khi mặt phẳng quỹ đạo chứa trục quay của trái đất.
• Quỹ đạo nghiêng: Khi mặt phẳng quỹ đạo không chứa trục quay của trái
đất và cũng không vuông góc với trục đó.
• Quỹ đạo xích đạo: Khi mặt phẳng quỹ đạo trùng với mặt phẳng xích đạo
của trái đất.

Hình 1-2: Các dạng quỹ đạo tròn

1.1.2 Các quỹ đạo vệ tinh quan trọng
Điểm khác biệt giữa các vệ tinh nhân tạo khi vận hành xung quanh trái đất là
căn cứ vào khoảng cách giữa quỹ đạo của chúng so với mặt đất. Như vậy có thể
chia làm ba loại:
• Quỹ đạo tầm thấp-LEO: Low Earth Orbit (nhỏ hơn 2.000km)
SVTH: NGUYỄN ANH THÁI – K16
Page 2


Đồ án tốt nghiệp

Tháng 6/2017

• Quỹ đạo tầm trung-MEO: Medium Earth Orbit (2.000 – 36.000 km)
• Quỹ đạo elip tầm xa-HEO: Highly Eliptical Orbit (trên 36.000km)
Trong các loại trên có hai loại quỹ đạo vô cùng quan trọng đó là quỹ đạo địa

tĩnh ở trái đất và quỹ đạo đồng bộ mặt trời.
Quỹ đạo địa tĩnh (GSO: Geostationary Orbit) là dạng quỹ đạo mà bất kỳ
điểm nào trên mặt phẳng xích đạo đều quay tròn xung quanh Trái Đất theo cùng
một hướng và với cùng một chu kỳ (vận tốc góc) giống như sự tự quay của Trái
Đất. Quỹ đạo này là trường hợp đặc biệt của quỹ đạo địa đồng bộ, chu kỳ quỹ đạo là
23 giờ 56 phút 4,1 giây. Chu kỳ thời gian đó còn gọi là một ngày thiên văn. Dạng
của quỹ đạo địa tĩnh là tròn, nằm trên mặt phẳng xích đạo và có độ cao 35.786 km
so với mặt đất. Quỹ đạo địa tĩnh là quỹ đạo được những người khai thác hoạt động
vệ tinh nhân tạo ưa thích (bao gồm các vệ tinh viễn thông và truyền hình).Các vệ
tinh có quỹ đạo và đặc điểm khác với vệ tinh địa tĩnh đều được gọi là quỹ đạo vệ
tinh phi địa tĩnh (NGSO: Non Geostationary Orbit).
Quỹ đạo đồng bộ mặt trời (SSO: Sun Synchronous Orbit)(Đây cũng là một
loại quỹ đạo phi địa tĩnh) là quỹ đạo mà mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh thông qua cực
bắc nam trái đất, mỗi ngày chuyển về hướng đông một góc 0.9856 độ, góc này đúng
bằng góc trái đất quay quanh mặt trời chuyển về hướng đông mỗi ngày. Độ cao quỹ
đạo từ 600 - 1000km. Mỗi ngày vệ tinh đi qua cùng một nơi trong cùng một thời
điểm, do đó có thể quan sát được trình tự biến đổi liên tục của vùng đó. [2].

SVTH: NGUYỄN ANH THÁI – K16
Page 3


Đồ án tốt nghiệp

Tháng 6/2017

Hình 1-3: Minh họa quỹ đạo mặt trời

1.2 Vệ tinh quan sát trái đất (EOS)

1.2.1 Khái niệm vệ tinh quan sát trái đất (EOS)
Vệ tinh quan sát trái đất (EOS: Earth Observation Satellites) là một loại vệ
tinh phi địa tĩnh (NGSO) là các vệ tinh được thiết kế đặc biệt cho việc quan sát trái
đất từ quỹ đạo tương tự như các vệ tinh do thám nhưng lại được sử dụng vào các
mục đích phi quân sự như là giám sát môi trường, khí tượng thủy văn, lập bản
đồ…vv.
Hầu hết các vệ tinh quan sát trái đất đều chuyển động với quỹ đạo đồng bộ
mặt trời (SSO) đều mang theo các dụng cụ cần được vận hành ở độ cao tương đối
thấp cỡ 600 km. Để có được vùng phủ sóng gần như là toàn cầu với một quỹ đạo
thấp như thế cần phải có một quỹ đạo cực hoặc là quỹ đạo đồng bộ mặt trời. Một
quỹ đạo thấp sẽ có quỹ đạo khoảng 100 phút trong khi trái đất sẽ tự quay quanh trục
của nó với độ lệch 25 độ sau hai quỹ đạo liên tiếp, và kết quả đã quan sát được trái
đất dịch chuyển 25 kinh độ theo hướng tây.[4]
• So sánh vệ tinh quan sát trái đất và vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh

SVTH: NGUYỄN ANH THÁI – K16
Page 4


Đồ án tốt nghiệp

Tháng 6/2017
Vệ tinh địa tĩnh

Vệ tinh quan sát trái
đất

Quỹ đạo

- Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh

- Quỹ đạo vệ tinh quan

là quỹ đạo tròn, chuyển

sát trái đất là quỹ đạo

động tương đối so với trái

hình elip đồng bộ mặt

đất: bất kỳ điểm nào trên

trời: chuyển động

mặt phẳng xích đạo đều

tương đối với mặt trời

quay xung quanh trái đất

(một loại quỹ đạo phi

tương tự sự tự quay quanh

địa tĩnh)

trục của trái đất
Độ cao so với

Vệ tinh địa tĩnh thường ở

Vệ tinh quan sát trái

bề mặt trái đất

độ cao rất lớn so với bề

đất thường cách mặt

mặt trái đất 35.786 km

đất chỉ600-1000km

Băng tần

Băng Ku, Băng C

băng S, X

Chức năng

-Cung cấp các đường

- Quan sát trái đất theo

truyền vệ tinh; mở rộng các dõi các hiện tượng
dịch vụ như là dịch vụ

thiên nhiên, thời tiết

thoại, truyền hình,
Internet…
Bảng 1-1: Sự khác biệt giữa vệ tinh GSO và EOS

1.2.2 Hoạt động của vệ tinh quan sát trái đất (EOS)
Hình ảnh quan sát được bằng các vệ tinh quan sát trái đất cho ta một cái nhìn
tổng thể và chính xác về các hiện tượng thiên nhiên có thể sẽ xảy ra trên trái đất.
Một hình ảnh vệ tinh duy nhất có khả năng cho thấy sự ô nhiễm không khí trên cả
một lục địa, giúp chúng ta có thể dự đoán được thiệt hại của một trận động đất, cháy
rừng, hay có thể dự đoán đường đi của một cơn bão cách xa 500 km trước 7 ngày.
Quan sát trái đất cho ta những cái nhìn về cả mặt không gian và thời gian. Cảm biến

SVTH: NGUYỄN ANH THÁI – K16
Page 5


Đồ án tốt nghiệp

Tháng 6/2017

không gian dựa trên tập hợp các dữ liệu từ các trang web trên toàn thế giới kể cả
những nơi quá xa và không thể thu thập được dữ liệu trên mặt đất.
Vệ tinh quan sát trái đất có thể giúp chúng ta theo dõi và đánh dấu những
thay đổi của môi trường xảy ra dần dần. Ví dụ như khi nhìn lại những dữ liệu mà vệ
tinh lưu trữ ta có thể thấy được sự ổn định của các rừng nhiệt đới trên thế giới, sự
gia tăng rõ rệt hàng năm của mực nước biển (2mm/năm) hay là sự suy giảm của
tầng ozone do sự tác động của ô nhiễm không khí. Về lâu dài nhờ sự theo dõi và
giám sát của các vệ tinh quan sát trái đất sẽ giúp chúng ta có thể đánh giá được các
tác động toàn cầu do hoạt động của con người cũng như mức độ nguy hiểm của sự

biến đổi khí hậu trong tương lai.
Mỗi buổi sáng bề mặt trái đất lại được nhận năng lượng từ mặt trời, một số
được hấp thụ còn lại một số khác được trả ngược lại không gian. Các vệ tinh quan
sát trái đất có thể thu thập được dữ liệu bằng cách ghi lại phản ánh năng lượng qua
các bước sóng khác nhau bao gồm cả ánh sáng nhìn thấy và dải ánh sáng không
nhìn thấy ( sóng hồng ngoại). Khi vệ tinh chụp ảnh bằng ánh sáng nhìn thấy thì
người bình thường nhìn những ảnh đó cũng có thể thấy được các hiện tượng mây,
mưa gió, hồ ao, rừng núi, tuyết rơi, cháy rừng, ô nhiễm khói bụi. Những hình ảnh
chụp bằng tia hồng ngoại thường dùng phương pháp quét thì phải những người có
chuyên môn cao mới phân tích được. Từ các ảnh chụp bằng máy gọi là bộ quét sóng
có thể tìm hiểu được các loại mây ở cao hay thấp, nhiệt độ trên mặt đất cũng như
trên mặt nước đại dương.
Dựa vào độ phân giải của ống kính quang học sẽ cho phép ta định tính một
cách chính xác hơn các vật liệu khác nhau, còn một cách tiếp cận khác đó là phóng
các xung radar xuống mặt đất để ghi lại các xung nhận được sau đó phản ánh ngược
trở lại không gian. Nhứng dụng cụ đo độ nhám bề mặt thay vì ánh sáng hay là năng
lượng nhiệt có ưu điểm là có thể nhìn xuyên qua bóng tối hay là những đám mây và
bằng cách kết hợp những hình ảnh bằng radar khác nhau tại cùng một vị trí thì ta có
thể quan sát được sự chuyển động của mặt đất với quy mô nhỏ cỡ mm.

SVTH: NGUYỄN ANH THÁI – K16
Page 6


Đồ án tốt nghiệp

Tháng 6/2017

Ngoài các công dụng kể trên vệ tinh quan sát trái đất còn giúp ta có thể đo
được độ cao của nước biển bằng các xung laser ( độ chính xác vài cm), giúp chúng

ta có thêm hiểu biết về các dòng hải lưu (dòng xoáy trên biển mà người đánh cá cần
lưu tâm), theo dõi tuyết rơi, khả năng dự trữ nước cho mùa màng hay nghiên cứu
các thảm thực vật trên toàn bộ bề mặt trái đất , lập bản đồ về các tài nguyên, đánh
giá mức độ nguy hại của thiên tai (các hiện tượng băng tan, núi lửa, ELNINO, sự
nóng lên toàn cầu…)
Khi các vệ tinh quan sát trái đất gửi ảnh về trái đất thì đó là những dữ liệu số,
những dữ liệu thô này cần được xử lý bằng các phần mềm máy tính sau đó được
trích xuất ra tùy vào mục đích phân tích và nghiên cứu ở mỗi nơi.
Qua đây chúng ta có thể thấy được lợi ích lớn lao từ các vệ tinh quan sát trái
đất là như thế nào. Các nước phát triển luôn chú trọng đầu tư để hệ thống vệ tinh đã
phóng làm việc hiệu quả, đồng thời tiếp tục phóng những vệ tinh mới có khả năng
ưu việt hơn. Tuy nhiên xu hướng hiện nay là phổ biến rộng rãi trên toàn cầu những
thông tin hình ảnh do vệ tinh cung cấp ( nhiều trường hợp cung cấp miễn phí để
nhiều nước có điều kiện tham gia). Những kết quả quan sát trái đất từ vệ tinh rất
quan trọng nhưng quan sát tại chỗ (ở mặt đất) cũng quan trọng không kém. Do đó
cần hình thành một mạng lưới rộng rãi có sự phối hợp chặt chẽ cả trong không gian
lẫn ở mặt đất ở nhiều vùng, ngoài ra các nước nghèo cũng có thể tham gia nghiên
cứu trái đất từ vệ tinh.
1.2.3 Tình hình phát triển vệ tinh quan sát trái đất trên thế giới
Hiện nay trên bầu trời có khá nhiều vệ tinh quan sát trái đất trong đó phần
lớn là các vệ tinh thời tiết của các nước khác nhau.
Các nước phát triển đều có cho riêng mình rất nhiều vệ tinh quan sát trái đất
phục vụ cho đất nước mình. Có thể kể đến như Mỹ có hàng loạt vệ tinh quỹ đạo cực
dự báo khí tượng ký hiệu là NOAA (số hiệu 12, 14, 15, 16, 17, 18). Châu Âu thì có
vệ tinh Metop-A, các vệ tinh quan sát đại dương, Nga có loạt vệ tinh Meteor và
RESURS. Ấn Độ và Trung Quốc là hai nước có rất nhiều vệ tinh quỹ đạo cực. Việt

SVTH: NGUYỄN ANH THÁI – K16
Page 7

Đồ án tốt nghiệp

Tháng 6/2017

Nam cũng đã phóng thành công vệ tinh VNREDSat-1 vào quỹ đạo và sắp tới là vệ
tinh LOTUSat.

Hình 1-4: Hình ảnh vệ tinh NOAA-15 của Mỹ trên quỹ đạo [4]

1.3 Các vệ tinh quan sát trái đất của Việt Nam

1.3.1 Vệ tinh VNREDSat-1
a) Tổng quan về VNREDSat-1
VNREDSat-1(VietnamNatural Resources Environment & Diaster monitoring
Satellite-1: Vệ tinh giám sát thảm họa và môi trường, tài nguyên thiên nhiên Việt
Nam) là dự án vệ tinh quan sát trái đất của Viện Công nghệ Vũ trụ (STI) – Viện
Hàn lâm Khoa học & Công Nghệ Việt Nam (VAST), được tài trợ bởi Bộ Khoa học
& Công nghệ Việt Nam (MOST). Vào tháng 8 năm 2010, một bản hợp đồng về việc
phát triển VNREDSat-1 bao gồm cả vệ tinh và trạm mặt đất được giao cho công ty
EADS Astrium SAS (Pháp).
SVTH: NGUYỄN ANH THÁI – K16
Page 8


Đồ án tốt nghiệp

Tháng 6/2017

VNREDSat-1 được phóng vào ngày 07 tháng 05 năm 2013 cùng với vệ tinh

Proba-V của ESA và CNES trên tên lửa đẩy VEGA của Arianespace tại bãi phóng
Guiana,Kourou,Pháp. Proba-V được đặt ở vị trí phía trên trong khoang chứa Vespa,
và VNREDSat-1 được đặt ở vị trí thấp hơn trong cấu trúc này. VNREDSat-1A rời
tên lửa đẩy sau 1 giờ 57 phút. ESTCube-1 được phóng ra 3 phút sau đó.[5]

Hình 1-5: Quá trình chuẩn bị phóng VNREDSat-1 (ảnh internet)

Ngày 13 tháng 05 năm 2013: Sau khi vào quỹ đạo, vệ tinh bước vào gian
đoạn vận hành thử nghiệm. Vệ tinh được bàn giao chính thức cho VAST sau khi kết
thúc giai đoạn này. Astrium cung cấp hình ảnh đầu tiên nhận được từ vệ tinh chỉ 48
giờ sau khi phóng. Ngày 04 tháng 09 năm 2013, hệ thống vệ tinh VNREDSat-1
chính thức được bàn giao cho Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vận
hành, khai thác và sử dụng. Sauk hi được phóng thành công lên quỹ đạo vệ tinh
VNREDSat-1 đã gửi về rất nhiều ảnh , tư liệu quý báu giúp cho các cơ quan chức
năng trong việc quản lý tài nguyên thiên nhiên và hơn thế nữa là trong vấn đề bảo
vệ chủ quyền biển đảo quốc gia. [6]

SVTH: NGUYỄN ANH THÁI – K16
Page 9


Đồ án tốt nghiệp

Tháng 6/2017

Hình 1-6: Ảnh chụp khu vực sông Hồng gửi về từ VNREDSat-1(ảnh STI-VAST)

b) Cấu tạo và thông số của VNREDSat-1
Cấu tạo

SVTH: NGUYỄN ANH THÁI – K16
Page 10


Đồ án tốt nghiệp

Tháng 6/2017

Hình 1-7: Cấu trúc dự án VNREDSat-1(ảnh STI-VAST)

Từ hình vẽ cho ta thấy cấu trúc của dự án truyền tin thông qua vệ tinh VNREDSat-1
gồm có :
• Phân đoạn không gian ( Space Segment): Sử dụng bus Astrosat 100; phạm vi
chụp ảnh rộng nhất là (độ rộng vùng quét) 17.5 km (swath), độ phân giải ảnh
toàn sắc PAN (đen trắng ) là 2.5 m, độ phân giải mầu 4 phổ (XS) là 10 m.
• Phân đoạn mặt đất ( Ground Segment): Vệ tinh VNREDSat-1A sử dụng một
đường downlink băng tần X 60MHz và hai đường băng tần S 20-384 kbps,
cả 2 đều vô hướng. Trong đó băng tần X chỉ có một đường xuống dùng để vệ
tinh gửi ảnh các dữ liệu chụp được về trạm mặt đất (Image Processing
SVTH: NGUYỄN ANH THÁI – K16
Page 11