Nghiên cứu triển khai công nghệ ADSB trong giám sát hàng không dân dụng tại Việt Nam (Luận văn thạc sĩ)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.69 MB, 66 trang )
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
----------------------------------
ĐỒNG GIANG NAM
NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ ADS-B
TRONG GIÁM SÁT HÀNG KHÔNG DÂN DỤNG
TẠI VIỆT NAM
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)
HÀ NỘI – 2019
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
----------------------------------
ĐỒNG GIANG NAM
NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ ADS-B
TRONG GIÁM SÁT HÀNG KHÔNG DÂN DỤNG
TẠI VIỆT NAM
Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
Mã số: 8.52.02.08
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)
Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. ĐẶNG HOÀI BẮC
HÀ NỘI – 2019
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hoàn toàn
trung thực, của tôi, không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ và
pháp luật Việt Nam.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
(Ký và ghi rõ họ tên)
Đồng Giang Nam
ii
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin trân trọng cám ơn các thầy cô giáo đã tạo điều kiện cho tôi một môi
trường học tập tốt, đồng thời truyền đạt cho tôi một vốn kiến thức quý báu,
một tư duy khoa học để phục vụ cho quá trình học tập và công tác của tôi.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các bạn trong lớp Cao học Kỹ thuật viễn thông
M17CQTE01-B khóa 2017- 2019 đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập
vừa qua.
Đặc biệt, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Đặng Hoài
Bắc đã tận tình chỉ bảo cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu,
giúp tôi có nhận thức đúng đắn về kiến thức khoa học, tác phong học tập và
làm việc, tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này.
Cuối cùng, tôi xin được gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã
động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn.
Hà Nội, ngày
tháng năm 2018
Đồng Giang Nam
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ ii
DANH SÁCH HÌNH VẼ ........................................................................................v
DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ............................................................. vi
MỞ ĐẦU ................................................................................................................1
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT HÀNG KHÔNG
DÂN DỤNG ...........................................................................................................2
1.1.Giới thiệu chung về hệ thống giám sát hàng không .........................................2
1.1.2 Rada sơ cấp (PSR – Primary Surveillance Radar) ....................................5
1.2.3. Radar thứ cấp (SSR – Secondary Surveillance Radar) ............................ 5
1.2 Cấu trúc một hệ thống giám sát hàng không ....................................................9
1.3 Đặc điểm và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng giám sát hàng không. .....13
1.3.1. Đường chân trời . ....................................................................................13
1.3.2 . Các yếu tố thời tiết ảnh hướng đến tín hiệu giám sát ............................ 13
1.3.3. Sự can nhiễu tần số vô tuyến điện. .........................................................14
1.3.4. Các trang thiết bị kĩ thuật .......................................................................14
1.4 Các công nghệ giám sát trong hàng không dân dụng. ....................................14
1.4.1. Công nghệ radar .....................................................................................15
1.4.2. Công nghệ Multilateration......................................................................18
1.4.3. Công nghệ ADS-B..................................................................................19
1.5. Tổng kết chương ............................................................................................ 20
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ ADS-B TRONG GIÁM SÁT HÀNG KHÔNG ....21
2.1 Nguyên lý hoạt động của ADS-B ...................................................................21
2.1.1. Universal Access Transceiver ................................................................ 23
2.1.2. VDL mode 4 ........................................................................................... 23
2.1.3. 1090ES ...................................................................................................23
2.2. Các thành phần trong hệ thống ADS-B .........................................................25
2.2.1. Hệ thống ADS-B IN ...............................................................................25
iv
2.2.2. Hệ thống ADS-B "OUT". .......................................................................26
2.2.3. Hệ thống các trạm thu ADS-B mặt đất. ................................................28
2.3. Các trường bản tin trong hệ thống ADS-B . .................................................30
2.3.1. Một số trường bản tin. ............................................................................30
2.3.2. Các ứng dụng khai thác ADS-B ............................................................. 31
2.4. Xử lý tín hiệu giám sát trong hệ thống ADS-B .............................................35
2.4.1 Hệ thống phát 1090 MHz ADS-B bên nguồn (source) ........................... 36
2.4.2 Hệ thống thu 1090 MHz ADS-B & TIS-B ..............................................37
2.4.3 Các đặc điểm hoạt động chính ................................................................ 39
2.5. Kết luận chương ............................................................................................ 41
CHƯƠNG 3: TRIỂN KHAI HỆ THỐNG ADS-B TRONG HÀNG KHÔNG
DÂN DỤNG TẠI VIỆT NAM .............................................................................42
3.1. Đặt vấn đề .....................................................................................................42
3.2 Mô hình triển khai hệ thống ............................................................................44
3.2.1. Điểm đặt trạm .........................................................................................44
3.2.2. Nguồn điện ............................................................................................. 45
3.2.3. Công suất và tầm phủ .............................................................................46
3.2.4. Yếu tố con người ....................................................................................47
3.2.5. Điều khiển từ xa và đồng bộ dữ liệu với hệ thống hiện tại ....................48
3.2.6. Các hạng mục cần đầu tư .......................................................................50
3.2.7. Giải pháp lắp đặt .....................................................................................50
3.3 Đánh giá thực tế hệ thống sau khi triển khai ..................................................51
3.4 Kết luận chương .............................................................................................. 54
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................57
v
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1 Tầm phủ của radar thứ cấp tại Việt Nam. Nguồn: Google Earth và phần
mềm Radio mobile. ....................................................................................................2
Hình 1.2 : Ảnh minh họa màn hình radar đặt tại vị trí giám sát , trung tâm hiệp đồng
điều hành bay. ............................................................................................................4
Hình 1.3 : Tín hiệu hỏi của máy bay . .......................................................................6
Hình 1.4 : Tín hiệu trả lời của máy bay. ....................................................................7
Hình 1.5: Giản đồ bức xạ của anten trong radar thứ cấp . ..........................................9
Hình 1.6 : Mô hình trung tâm xử lý tín hiệu radar tại Hà Nội và Tân Sơn Nhất . ....10
Hình 1.7 Mô tả tầm phủ của hệ thống radar sơ, thứ cấp tại 2 vùng thông báo bay
FIR Hà Nội và FIR Hồ Chí Minh..............................................................................11
Hình 1.8 Các trạm radar sơ cấp, thứ cấp tại Việt Nam .............................................12
Hình 1.9: Mô tả hoạt động của radar . ......................................................................15
Hình 1.10 : Sơ đồ hệ thống radar sơ cấp. ..................................................................16
Hình 1.11: Sơ đồ hệ thống Radar thứ cấp. ................................................................17
Hình 1.12: Sơ đồ hệ thống Multilateration. .............................................................18
Hình 1.13: Mô tả hoạt động hệ thống ADS-B. .........................................................19
Hình 2.1: Các thành phần của hệ thống ADS-B 1090 MHz. ....................................25
Hình 2.2 : Hệ thống ADS-B IN. ................................................................................26
Hình 2.3: Cấu trúc bản tin Extended squitters. .........................................................27
Hình 2.4:. Hệ thống ADS-B "OUT". ........................................................................27
Hình 2.5 : Bức tranh tổng quan về hệ thống ADS-B hiện tại và tương lai. ..............28
Hình 2.6 : Cấu hình trạm ADS-B mặt đất đơn. .........................................................29
Hình 2.7 Quy mô của hệ thống 1090 MHz TIS-B và các thành phần chính. ...........36
Hình 2.8 : Cấu trúc bản tin ADS-B. ..........................................................................40
Hình 3.1 Một số đường bay tại FIR Hồ Chí Minh. ...................................................43
Hình 3.2 : Anten ADS-B và anten Radar . ...............................................................44
Hình 3.3 : Tầm phủ của hệ thống radar hiện nay tại FIR Hồ Chí Minh. .................47
Hình 3.4 Tổng hợp dữ liệu của hệ thống giám sát . ..................................................49
Hình 3.5 : Tầm phủ của hệ thống radar sơ cấp và thứ cấp FIR Hồ Chí Minh . ........52
Hình 3.6 Tầm phủ của hệ thống radar và ADS-B sau khi được triển khai. .............53
vi
DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Viết Tắt
ABAS
ACAS
ACC
ADS-B
ADS-C
AIP
ATS
CDTI
Tiếng Anh
Aircraft-Based
Tiết Việt
Argumentation
System
Airbone Collision Avoidance
System
Dependent Hệ thống giám sát tự động phụ
Automatic
thuộc quảng bá
Surveillance - Broadcast
Dependent Hệ thống giám sát tự động phụ thuộc –
Automatic
Surveillance – Contract
Aeronautical
hợp đồng
Information
Publication
Display
CPDLC
Tập thông báo tin tức hàng không
Dịch vụ không lưu
Air Traffic Service
Traffic Thông tin giao thông hiển thị trên
of
buồng lái
Information
Cất hạ cánh
CHC
CNS
Hệ thống tránh va trạm tàu bay
Trung tâm kiểm soát đường dài
Area Control Center
Cockpit
Hệ thống tăng cường trên máy bay
Navigation Thông
Communication
truyền
Pilot
Data
không lưu và phi công
DGPS
Differential Global Position
Hệ định vị toàn cầu vi sai
FIR
Flight Information Region
Vùng thông báo bay
Flight Information Service –
Broadcast
Dịch vụ thông báo tin tức quảng bá
FL
Flight Level
Mức bay
FMS
Flight Management System
Hệ thống quản lý bay
GBAS
GLONASS
Ground-Based
Argumentation
System
GLObal
System
dẫn
Link Liên lạc dữ liệu giữa kiếm soát viên
Communication
FIS-B
thông,
đường, giám sát
Surveillance
Controller
tin
Navigation
Hệ thống tăng cường trên mặt đất
Satellite Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn
cầu
vii
GNSS
GPS
ICAO
IFR
Global
Satellite Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn
Navigation
System
cầu
Global Position System
Hệ định vị toàn cầu
International
Civil
Aviation Tổ
chức
hàng
không
dân
Organization
quốc tế
Instrument Flight Rules
Các quy tắc bay dựa vào thiết bị
Kiểm soát viên không lưu
KSVKL
MCS
Main Control Station
Trạm điểu khiển trung tâm
NDB
Non-Directional Beacon
Thiết bị dẫn đường toàn hướng
NM
Nautical Mile
Dặm biển
PRM
Precision Runway Monitoring
Giám sát đường lăn chính xác
PSR
Primary Surveillance Radar
Radar sơ cấp
SSR
Secondary Surveillance Radar
Radar thứ cấp
TACS
TIS-B
Traffic
Alert
and
Collision
Avoidance System
Hệ thống cảnh báo và tránh va trạm
Traffic Information Service – Dịch
vụ
thông
báo
giao
Broadcast
quảng bá
UTC
Universal Time Coordinated
Đồng hồ thời gian chuẩn toàn cầu
VFR
Visual Flight Rules
VHF
Very High Frequency
VMC
dụng
Vitual
Conditions
thông
Các quy tắc bay dựa vào quan sát bằng
mắt
Sóng cực ngắn
Meteological Các điều kiện khí tượng có thể nhìn
bằng mắt
1
MỞ ĐẦU
Để có những chuyến bay an toàn, điều hòa, hiệu quả thì công tác quản lý
không lưu phải được tổ chức, phối hợp hiệp đồng và thực hiện rất nghiêm ngặt và
chính xác. Trong ngành Quản lý bay thì giám sát tàu bay đóng vai trò quan trọng là
nhân tố quyết định chất lượng dịch vụ không lưu trong ngành hàng không.
Trải qua nhiều năm xây dựng và phát triển, đến nay công tác điều hành bay ở
Việt Nam đã có những cải thiện tích cực. Thông tin liên lạc đã gần như phủ kín 2
vùng thông báo bay Hà Nội và Hồ Chí Minh; Các đài dẫn đường được trải dài từ
Bắc đến Nam; Các đài radar được bố trí tại những điểm thích hợp đã giúp cho kiểm
soát viên không lưu có thể quan sát tương đối tốt trong các vùng thông báo bay. Tuy
vậy, các hệ thống hiện tại (đặc biêt là hệ thống giám sát) cũng đã bộc lộ một số hạn
chế đòi hỏi phải có những công nghệ tiến bộ hơn nữa nhằm đảm bảo cho yêu cầu an
toàn bay ngày càng cao với mật độ ngày một đông đúc hơn.
Luận văn cao học này nhằm đưa ra giải pháp để cải thiện chất lượng dịch vụ
giám sát hàng không hiện tại. Là người công tác trong lĩnh vực hàng không, qua
thời gian nghiên cứu, tìm hiểu thực tế, tôi đã mạnh dạn đề suất giải pháp triển
khaicông nghệ ADS-B trong giám sát hàng không dân dụng tại Việt Nam
Luận văn được trình bày gồm 03 chương với những nội dung chủ yếu sau:
- Chương 1: Tổng quan về hệ thống giám sát hàng không dân dụng.
- Chương 2: Công nghệ ADS-B trong hệ thống giám sát hàng không
- Chương 3: Triển khai hệ thống ADS-B trong hàng không dân dụng tại Việt Nam
Trong quá trình thực hiện luận văn không tránh khỏi những thiêu sót, tôi
mong muốn nhận được nhiều ý kiến đóng góp để luận văn được hoàn thiện và có
tính thực tiễn cao hơn nữa. Qua lời mở đầu này, tôi xin được gửi lời trân trọng cảm
ơn tới PGS.TS Đặng Hoài Bắc và đội ngũ cán bộ cùng đồng nghiệp đã giúp đỡ,
hướng dẫn và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này.
2
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT
HÀNG KHÔNG DÂN DỤNG
1.1.Giới thiệu chung về hệ thống giám sát hàng không
Hệ thống giám sát hàng không là hệ thống cung cấp các thông tin về máy bay
( số hiệu, độ cao, vận tốc....) giúp cho kiểm soát viên không lưu ( KSVKL) nhìn,
giám sát được vị trí tàu bay.
Hệ thống giám sát sử dụng chủ yếu là các thiết bị Radar ( Radio Detection
and Ranging). Radar là thiết bị thu phát vô tuyến điện. Truyền sóng theo đường
thẳng , phát và thu xung tín hiệu.
Hình 1.1 Tầm phủ của radar thứ cấp tại Việt Nam. Nguồn: Google Earth và phần
mềm Radio mobile. [8]
Ứng dụng , phân loại theo chức năng :
-
Radar Đường dài En-route: Thường đặt trên núi cao để có tầm phủ rộng ,
không bị núi, đồi và các chướng ngại vật che khuất . Đặt xa trung tâm để có
tầm phủ tối đa , phủ đến vùng xa của FIR . Trong vùng FIR thường đặt nhiều
3
Radar để đảm bảo tầm phủ chồng lấn ( overlap), đồng thời đảm bảo khả năng
dự phòng khi thiết bị trục trặc hoặc để bảo trì , bảo dưỡng , sửa chữa . Tầm
phủ 400-450km, tốc độ quay 6 vòng/phút.
-
Radar tiếp cận, tại sân – Airport radar : Đặt trong phạm vi sân bay , sao cho
nhìn thấy tàu bay cất , hạ cánh trên đường băng . Tầm phủ 60-80km , tốc độ
quay 12 vòng/phút.
-
Radar kiểm soát mặt sân – Surface Movement Radar (SMR) : thường đặt
trên đỉnh đài chỉ huy (TWR), khoảng 40-80m, gần khu vực trung tâm đường
lăn ( taxiway) và sân đỗ (apron) để kiểm soát viên không lưu quan sát được
hoạt động của các tàu bay và các loại xe cộ khác trong khu vực . Tầm phủ 5
km, tốc độ quay 60 vòng/phút.
Nguyên tắc giám sát : Tín hiệu Radar ( mục tiêu là tàu bay chuyển động ) được
truyền về trung tâm điều hành ( có thể xa hàng trăm, hàng nghìn kilomet ) để hiển
thị vị trí tàu bay trên màn hình cho kiểm soát viên không lưu giám sát . Trên màn
hình có sẵn bản đồ , các đường bay ( phần cố định ). kiểm soát viên không lưu xác
định được tên chuyến bay ( VD: VNA792) , độ cao. kiểm soát viên không lưu giám
sát sự di chuyển của tàu bay có theo đường bay định trước hay không và phân cách
so với các tàu bay khác , với các chường ngại vật khác .
Hình 1.2 : chỉ ra vị trí tàu bay hiện có trong vùng thông báo bay Hà Nội , toàn
màn hình sẽ chỉ ra các vị trí tức thời của các tàu bay trong cả 2 vùng thông báo bay
FIR Hà Nội và FIR Hồ Chí Minh . Các máy bay nằm trong tầm phủ của hệ thống
giám sát ( có thể chưa vào lãnh thổ Việt Nam ) cũng được thể hiện để KSVKL thấy
được rõ ràng , sẵn sàng nhận bàn giao của nước bạn về tàu bay sắp vào lãnh thổ.
4
Hình 1.2 : Ảnh minh họa màn hình radar đặt tại vị trí giám sát , trung tâm hiệp đồng
điều hành bay. Nguồn : VNAIC Việt Nam [17]
Phân loại theo nguyên lý hoạt động có hai loại là Radar sơ cấp và Radar thứ
cấp. Hiện nay tổng công ty Quản lý bay Việt Nam đang sử dụng các loai radar sơ
cấp, thứ cấp của các hãng Alenia và Thomson .
Trạm
Nội Bài
Vinh
Đà Nẵng
Quy Nhơn
Tân Sơn Nhất
Cà Mau
Loại radar
PSR Alenia ATCR33-S
SSR Alenia SIR-M
SSR Alenia SIR-M
PSR Thomson TRAC 2000
SSR Thomson RSM 970
SSR Thomson RSM 970
PSR Thomson TRAC 2000
SSR Thomson RSM 970
SSR Alenia SIR-M
5
1.1.2 Rada sơ cấp (PSR – Primary Surveillance Radar)
Hệ thống radar sơ cấp đảm bảo việc phát hiện mục tiêu (máy bay) và tiền xử
lý các thông tin thu được và chuyển tới trung tâm điều hành.
Nguyên lý hoạt động: Dựa trên nguyên tắc phản xạ tín hiệu. Hệ thống Radar
phát tín hiệu xung. Một phần năng lượng phản xạ (thụ động) từ mục tiêu được máy
thu của radar thu về. Hệ thống xử lý, tính toán xác định được vị trí mục tiêu:
+ Góc phương vị (azimuth) nhờ biết vị trí của anten so với phương Bắc;
+ Cự ly đến mục tiêu tàu bay, nhờ đếm được tổng thời gian đi và về từ mục tiêu.
Đặc điểm:
+ Tầm phủ phụ thuộc công suất phát: 80 NM đối với Radar Tiếp
cận, 150 NM đối với Radar đường dài.
+ Cần công suất phát lớn.
+ Công nghệ đòi hỏi chính xác, giá thành cao.
Trong cả nước hiện có 3 trạm radar sơ cấp đặt tại Nội Bài, bán đảo Sơn Trà
và Tân Sơn Nhất.
1.2.3. Radar thứ cấp (SSR – Secondary Surveillance Radar)
Radar giám sát thứ cấp được dùng để nhận dạng máy bay. Không giống như
radar sơ cấp, radar giám sát thứ cấp đòi hỏi có sự tham gia tích cực của máy bay. Vì
lý do này, trên máy bay có trang bị một thiết bị trả lời được gọi là “máy trả lời ”.
Nguyên lý hoạt động của radar giám sát thứ cấp :
Radar giám sát thứ cấp phát hỏi máy bay bằng các chuỗi xung tạo thành câu hỏi
còn gọi là “mode hỏi”. Máy trả lời trên máy bay giải mã tín hiệu hỏi và phát trả lời
lại bằng các chuỗi xung tạo thành tín hiệu trả lời dưới dạng mã trả lời.
Các thông tin trả lời có thể mang dữ liệu về độ cao của máy bay hoặc tín hiệu
nhận dạng tên máy bay.
SIR-M là hệ thống radar thứ cấp kênh đôi đang dùng tại Việt Nam. Mỗi kênh
gồm có một máy phát lập trình được, một máy thu monopulse, một khối tích hợp
controller/ extracter, một bảng điều khiển và một khối nguồn. Ngoài ra còn có khối
6
changeover dùng chung cho hai kênh để chuyển đổi giữa hai kênh trong cấu
hìnhhoạt động có dự phòng (hot stanby)
SIR-M có đầy đủ các tính năng của một radar thứ cấp đơn xung hiện đại như:
độ chính xác về cự ly và góc phương vị cao, công suất phát có thể lập trình được
theo từng góc phương vị, được trang bị hệ thống BITE, v.v…
Tín hiệu cao tần được tạo bởi dao động thạch anh sau đó được điều chế tại
máy phát bằng tín hiệu định thời lấy từ khối controller/extractor. Các xung tín hiệu
hỏi cao tần P1, P2 và P3 sau khi đã điều chế được gửi tới RF switch để tách riêng
cặp xung P1, P3 ra từ P2. Cặp xung P1, P3 được gửi đến kênh ∑ trong khi xung P2
được gửi tới kênh Ω. Tín hiệu từ một trong hai kênh đang hoạt động (tùy thuộc vào
trạng thái của change-over) sẽ được truyền tới antenna thông qua bộ nối coupler và
phát ra ngoài không gian.
Hình 1.3 : Tín hiệu hỏi của máy bay . Nguồn : [10]
Việc phát hỏi máy bay được thực hiện bằng các xung hỏi P1 và P3.Thời gian
giữa các xung này thay đổi tùy theo mode hỏi. Khoảng thời gian giữa P1 và P2 cố
định. Xung P2 này giữ nhiệm vụ quan trọng trong việc nén cánh sóng phụ.
Tín hiệu trả lời thu được từ máy bay được truyền tới khối change-over. Sau
đó thông qua bộ nối coupler tín hiệu sẽ được gửi tới máy thu để khuếch đại và tách
7
sóng. Xung hỏi được phát đi sẽ kích hoạt máy trả lời trên máy bay. Có hai loại máy
trả lời được sử dụng trong radar giám sát thứ cấp là loại I và G.
Các loại máy trả lời này thông qua tín hiệu trả lời cung cấp thông tin về vị trí,
độ cao của máy bay và một số thông tin nhận dạng phụ khác. (Hình 1.10) mô tảmột
mẫu tín hiệu tín hiệu trả lời của máy bay
Hình 1.4 : Tín hiệu trả lời của máy bay. Nguồn [10]
Tất cả các tín hiệu trả lời được theo một dạng thức: khung xung F1 cách
khung xung F2 một khoảng thời gian là 20.3µs.
Giữa hai khung xung này có thể có 12 xung cách đều nhau. Như vậy số mã
trả lời có thể lập nên là 212 = 4096 mã trả lời.
Radar giám sát thứ cấp sử dụng anten có tính định hướng cao. Giản đồ bức xạ
của một anten như vậy được chỉ ra trong hình 1.5 gồm :
-
Một cánh sóng chính hẹp, có độ lợi rất cao.
-
Rất nhiều cánh sóng phụ có độ lợi thấp.
Như vậy có hai nguy cơ xảy ra :
8
- Máy trả lời trên máy bay sẽ trả lời tín hiệu hỏi nhận được từ cánh sóng phụ của
anten (hình 1.5).
- Tín hiệu trả lời của máy bay cũng được thu bởi anten trên cánh sóng phụ (hình
1.5).
Với hai nguy cơ trên thì trong trường hợp nào trục anten cũng không tương
ứng với hướng của máy bay. Như vậy sẽ dẫn đến việc định vị sai.
Các nguy cơ này có thể được giảm thiểu bằng các biện pháp sau đây:
- Trong quá trình hỏi, nếu máy trả lời nhận được tín hiệu hỏi ở cánh sóng phụ của
anten phát hỏi thì không trả lời.
- Trong khi thu, máy thu dưới mặt đất sẽ tách các tín hiệu trã lời thu được ở cánh
sóng phụ và không xử lý các tín hiệu này.
Khi hai máy bay giao cắt nhau, tín hiệu trả lời của chúng sẽ bị chồng lên
nhau. Tương tự như vậy, khi tín hiệu trả lời bị phản xạ lại từ chướng ngại vật, nó sẽ
đến máy thu với thời gian trễ hơn đường tín hiệu đi thẳng, sẽ làm hai tín hiệu này bị
trộn lẫn nhau, gây ra khó khăn trong việc phân tích tín hiệu của các hệ thống có liên
quan.
Tín hiệu ra từ máy thu là dạng tín hiệu “raw video” sẽ được gửi tới khối
controller/extractor.
Khối controller/extractor có khả năng xử lý nhanh các tín hiệu vào, phân tích
và định dạng chúng rồi truyền tới mạng LAN.
Mạng LAN được nối tới bộ xử lý trung tâm RHP (Radar Head Processor). Tại
đây tín hiệu sẽ được xử lý quỹ đạo (tracking) và phối hợp với tín hiệu của radar sơ
cấp (nếu có).
Radar thứ cấp có tần số phát 1030 MHz, thu 1090 MHz. Công suất phát nhỏ
hơn radar sơ cấp. Tầm phủ theo tầm nhìn thẳng, tối đa 250 NM (450 km).
Hiện nay, tại Tổng công ty Quản lý bay Việt Nam, hệ thống radar thứ cấp đặt
tại 6 trạm là Nội Bài, Vinh, Đà Nẵng, Quy Nhơn, thành phố Hồ Chí Minh và Cà
Mau
9
Hình 1.5: Giản đồ bức xạ của anten trong radar thứ cấp . Nguồn :[10]
1.2 Cấu trúc một hệ thống giám sát hàng không
Như phần 1.2.1 đã nêu, trong ngành hàng không dân dụng Việt Nam, hệ
thống giám sát có bao gồm hệ thống radar sơ cấp và thứ cấp đặt tại các đài, trung
tâm trên khắp cả nước bao gồm hệ thống radar sơ cấp: Nội Bài, Đà Nẵng, Tân Sơn
Nhất; hệ thống radar thứ cấp đặt tại Nội Bài, Vinh, Đà Nẵng, Quy Nhơn, Tân Sơn
Nhất và Cà Mau
Số liệu giám sát từ các trạm radar sơ cấp, thứ cấp được truyền về trung tâm xử
lý dữ liệu (RDP/FDP – Radar Data Proccessing / Flight Data Proccessing) qua
phương tiện truyền dẫn là thuê kênh truyền bưu điện hoặc cáp quang hoặc VSAT
10
(các kênh truyền này dự phòng lẫn nhau). Tín hiệu tổng hợp từ một trong 2 trung
tâm này sẽ được hiện lên màn hình kiểm soát viên không lưu và các vị trí có liên
quan, nhờ đó KSVKL có đầy đủ thông tin giám sát các hoạt động bay trên vùng
không phận được quản lý
Hình 1.6 chỉ ra sơ đồ liên kết tổng quát của trạm radar sơ, thứ cấp Sơn Trà,
Vinh và Tân Sơn Nhất với trung tâm xử lý tín hiệu đặt tại Hà Nội và thành phố Hồ
Chí Minh. Với hệ thống đường truyền phong phú (thuê kênh bưu điện, VSAT, cáp
quang) dự phòng lẫn nhau, hệ thống luôn đảm bảo không bị ngắt quãng dữ liệu,
phục vụ tốt cho công tác điều hành bay an toàn.
Hình 1.6 : Mô hình trung tâm xử lý tín hiệu radar tại Hà Nội và Tân Sơn Nhất .
Nguồn [17]
11
Hình 1.7 Mô tả tầm phủ của hệ thống radar sơ, thứ cấp tại 2 vùng thông báo
bay FIR Hà Nội và FIR Hồ Chí Minh. Nguồn VNAIC Việt Nam [17]
Dễ nhận thấy phần FIR Hà Nội đã được phủ hoàn toàn, còn một phần phía
Đông - Nam FIR Hồ Chí Minh hiện nay radar vẫn chưa phủ tới, điều này ảnh hưởng
12
đến chất lượng của dịch vụ không lưu tại Việt Nam, đặc biệt FIR phía Hồ Chí Minh
có tần suất bay chiếm hơn 80% trên tổng số chuyến bay quá cảnh và đi đến của Việt
Nam. Hơn nữa, mật độ bay tại FIR Hồ Chí Minh ngày càng tăng cao do có những
đường bay từ Băng Cốc đến Quảng Châu như các đường A1, L642, M711, N892 và
L625.
Thực tế đó đòi hỏi phải nâng cao chất lượng giám sát, đảm bảo 100% diện tích
trong vùng FIR Việt Nam quản lý đều phải được giám sát. Đây cũng chính là lý do
dẫn đến hướng nghiên cứu của luận văn này.
Hình 1.8 Các trạm radar sơ cấp, thứ cấp tại Việt Nam . Nguồn VNAIC Việt Nam [17]
13
1.3 Đặc điểm và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng giám sát hàng
không.
1.3.1. Đường chân trời .
- Sự ảnh hưởng của khí quyển lên đường chân trời của tín hiệu giám sát là một
yếu tố đánh giá khả năng phát hiện một mục tiêu nào đó và đặc biệt là các đường bờ
biển.
- Tầm xa của đường chân trời tùy thuộc vào độ cao của anten và độ bẻ cong sóng
radar . Sự bẻ cong này gây ra sự nhiễu xạ và khúc xạ . Sự nhiễu xạ là đặc tính vốn
có của sóng điện từ . Khúc xạ là tùy vào điều kiện khí quyển nào đó .
1.3.2 . Các yếu tố thời tiết ảnh hướng đến tín hiệu giám sát
- Trong trường hợp có mưa , các phần tử nước mưa trong mưa sẽ tác động làm
phân tán và suy hao . Sự phân bố lượng mưa có ảnh hưởng đến mức độ suy hao tín
hiệu giám sát .
- Nếu kích thước hạt mưa có tỉ lệ đáng kể với bước sóng 3cm , thì sự cản trở
xung dội mạnh sẽ sinh ra tán xạ suy hao . Nếu mục tiêu nằm trong vùng có mưa ,
xung dội từ đó sẽ bị suy giảm và ảnh hưởng đến tầm hoạt động của radar.
- Nếu có trận bão mạnh , hình ảnh của radar có khả năng bị xóa sạch vì cường độ
suy hao quá lớn làm mất tín hiệu giám sát.
Sương mù :
-
Trong hầu hết trường hợp có sương mù , các xung phản hồi radar không thật
sự chịu ảnh hưởng . Nhưng ở các vùng có sương mù dày đặc có thể khiến sự
suy hao đến tầm hoạt động của radar làm giảm vùng giám sát.
Mây
-
Hình dạng hạt nước tạo thành đám mây quá nhỏ để tạo ra sự đám ứng đối với
tín hiệu ở bước sóng 3cm . Nếu có một lượng mưa trong đám mây , người
khai thác giám sát có thể thấy nó như một mục tiêu trên màn hình radar gây
ra sai lệch tín hiệu giám sát.
Mưa đá
14
-
Xét về khía cạnh nước , mưa đá về cơ bản là các hạt mưa đóng băng phản xạ
năng lượng tín hiệu giám sát ít hơn so với nước. Vì vậy trong thực tế độ suy
hao tín hiệu giám sát từ mưa đá thấp hơn so với mưa thường.
Bụi
-
Bụi cũng làm ảnh hưởng đến tầm hoạt động của radar gây ra giảm tầm giám
sát. Các phần tử bụi có kích thước khác nhau có thể gây ra sai lệch với tín
hiệu giám sát .
1.3.3. Sự can nhiễu tần số vô tuyến điện.
Hệ thống giám sát hàng không cũng giống như các hệ thống vô tuyến điện
khác . Các thiết bị giám sát cũng bị ảnh hưởng can nhiễu bởi một hoặc nhiều nguồn
phát xạ , bức xạ hoặc những cảm ứng trên máy thu trong hệ thống vô tuyến điện
khác dẫn đến làm giảm chất lượng hoặc bị mất hẳn tín hiệu giám sát và không thể
khôi phục lại được do những năng lượng không cần thiết chồng lấn sang.
Một số thiết bị viễn thông có tần số sử dụng gần với tần số dùng để giám sát
trong hệ thống giám sát hàng không có chất lượng kém gây ra can nhiễu sang tần số
giám sát.
1.3.4. Các trang thiết bị kĩ thuật
Hệ thống giám sát hàng không ở Việt Nam cũng như một số nước trên thế giới
hiện nay chủ yếu sử dụng các phương tiện kĩ thuật để giám sát tàu bay. Do vậy chất
lượng giám sát hàng không có tốt hay không phụ thuộc phần nhiều vào chất lượng
của các trang thiết bị kĩ thuật .
1.4 Các công nghệ giám sát trong hàng không dân dụng.
Có rất nhiều công nghệ giám sát được sử dụng trong ngành hàng không
dân dụng. Nhưng do yêu cầu về đảm bảo an toàn và tính chính xác nên hiện nay
công nghệ giám sát trong hàng không dân dụng chủ yếu sử dụng công nghệ chính là
radar . Tuy nhiên hiện nay có một số công nghệ mới được ICAO khuyến nghị sử
dụng để tăng cường, hỗ trợ với radar giúp làm tăng chất lượng giám sát tàu bay
15
trong hàng không dân dụng. Luận văn này hiện chỉ giới thiệu 3 công nghệ giám sát
chính hiện nay ở Việt Nam đã và đang triển khai là Radar, Multilateration và ADSB
1.4.1. Công nghệ radar
Radar là thuật ngữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Radio Detection and
Ranging (dò tìm và định vị bằng sóng vô tuyến) hay của Radio Angle Detection and
Ranging (dò tìm và định vị góc bằng sóng vô tuyến) trong tiếng Anh. Đây là một hệ
thống sử dụng để định vị và đo khoảng cách và lập bản đồ các vật thể như máy bay
trong ngành hàng không
Radar hoạt động ở tần sô vô tuyến siêu cao tần, có bước sóng siêu cực ngắn,
dưới dạng xung được phát theo một tần số lập xung nhất định. Nhờ vào ănten, sóng
radar tập trung thành một luồng hẹp phát vào trong không gian. Trong quá trình lan
truyền, sóng radar gặp bất kỵ mục tiêu nào thì nó bị phản xạ trở lại. Tín hiệu phản
xạ trở lại được chuyển sang tín hiệu điện. Nhờ biết được vận tốc sóng, thời gian
sóng phản xạ trở lại nên có thể biết được khoảng cách từ máy phát đến mục tiêu
Hình 1.9: Mô tả hoạt động của radar . Nguồn :[1]
16
1.4.1.1 Hệ thống Radar sơ cấp
Hình 1.10 : Sơ đồ hệ thống radar sơ cấp. Nguồn [10]
Hệ thống radar sơ cấp bao gồm:
- 1 máy phát
- 1 hệ thống anten để phát xạ sóng điện từ và thu tín hiệu phản hồi
- 1 hiển thị.
Sơ đồ khối đơn giản của hệ thống Radar được mô tả như trên hình 2.1.
Tín hiệu sóng điện từ từ máy phát sẽ được bước xạ ra ngoài không gian
bởi hệ thống anten. Một phần tín hiệu được phát xạ sẽ bị chắn bởi vật phản xạ và
bức xạ lại theo tất cả các hướng. Hệ thống Anten thu tín hiệu phản xạ theo
hướng ngược lại và chuyển tới máy thu. Khoảng cách từ vật phản xạ tới máy thu
được xác định bằng cách đo khoảng thời gian tín hiệu điện từ phát xạ tới mục tiêu
và phản hồi lại máy thu.
