ĐỀ TÀI: Hệ thống vệ tinh biển (hàng hải) và ứng dụng ở Việt Nam

Ngày nay ,thông tin vệ tinh được ứng dụng ở nước ta bắt đầu từ những năm 80 mở ra một sự phát triển mới của viễn thông Việt Nam .Thông tin vệ tinh có nhiều ưu điểm nổi bật là vùng phủ só

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BỘ MÔN HỆ THỐNG VIỄN THÔNG

**************

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

ĐỀ TÀI: Hệ thống vệ tinh biển (hàng hải) và ứng dụng ở Việt Nam

Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Vũ Văn Yêm

Sinh viên thực hiện : Lê Văn Công 20090358

Nguyễn Hùng Cường

Hà Nội 5-2013

MỤC LỤC……….2

LỜI NÓI ĐẦU 3

PHẦN A: LÝ THUYẾT VỀ CÁC HỆ THỐNG VỆ TINH BIỂN 4

I Các hệ thống vệ tinh biển trên thế giới 4

1 Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu 4

1.1 Cấu trúc hệ thống GPS 4

1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống GPS 6

1.2.1 Xác định vị trí 6

1.3 Tín hiệu vệ tinh và mã hoá tín hiệu 8

1.3.1 Tần số của tín hiệu vệ tinh 8

1.3.2 Tín hiệu mã hoá 9

1.3.3 Bản tin hàng hải 12

1.4 Khả năng ứng dụng của hệ thống GPS trên biển 13

1.4.1 Các đối tượng trên biển 13

1.4.2 Những ưu điểm của hệ thống GPS đối với hệ thống hàng hải 14

1.2 Mạng thông tin vô tuyến hàng hải, an toàn cứu nạn (Global Maritime Distress and Safety System – GMDSS) 15

1.2.1 Cấu trúc 16

1.2.2 Nguyên lý hoạt động 17

1.3 Hệ thống vệ tinh hàng hải hải quân (Navy Navigation Satellite System – NNSS) 20

1.3.1 Cấu trúc 20

1.3.2 Nguyên lý 22

II Các hệ thống vệ tinh biển ở Việt Nam 28

1 Dự án MOVIMA 28

1.1 Tổng quan về dự án MOVIMAR 28

1.2 Các bên triển khai và đối tác 29

1.3 Hệ thống thiết bị thu phát tín hiệu 29

1.4 Sơ đồ khối 32

2 Các hệ thống viễn thông biển đang được triển khai khác 32

2.1 Hệ thống vệ tinh trên biển cho các ngư dân 32

2.2 Dịch vụ -Fleetphone của Vishipel 34

2.3 Dịch vụ Isatphone Link - Dịch vụ điện thoại cố định vệ tinh toàn cầu .36 B MÔ PHỎNG TRUYỀN THÔNG TIN 39

I Giới thiệu phần mềm mô phỏng 39

1 Phần mềm Orbitron 39

2 Phần mềm OrbcommPlotter 42

3 Phần mềm SDRSharp 44

C.KẾTLUẬN 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

LỜI NÓI ĐẦU

Thông tin vệ tinh chỉ mới xuất hiện trong hơn bốn thập kỷ qua nhưng đã phát triển rất nhanh chóng trên thế giới cũng như trong nước ta ,mở ra cho một thời kỳ mới cho sự phát triển trong lĩnh vực khoa học cũng như đời sóng nói chung và đặc biệt

là ngành viễn thông nói riêng

Ngày nay ,thông tin vệ tinh được ứng dụng ở nước ta bắt đầu từ những năm 80 mở

ra một sự phát triển mới của viễn thông Việt Nam Thông tin vệ tinh có nhiều ưu điểm nổi bật là vùng phủ sóng rất rộng ,triển khai lắp rắp nhanh và khả ngang cungcấp dịch vụ đa dạng cho người dùng.Nó là phương tiện hữu ích hiệu quả nhất để kết nối thông tin liên lạc với các vùng xa xôi ,biên giới ,hải đảo nơi mà mạng cố định không tới được ,đồng thời vệ tinh nhờ ưu điểm triển khai lắp rắp và thiết lập liên lạc nhanh sẽ là phương tiện liên lạc cơ động giúp ứng cứu kịp thời trong cách tình huống khẩn cấp

Trước những ưu điểm của hệ thống thông tin vệ tinh ,một ứng dụng nổi bật của nó

là hệ thống vệ tinh trên biển Hệ thống vệ tinh trên biển khổng chỉ ứng dụng để quản lý chủ quyền lãnh thổ mà còn ứng dụng để quản lý số lượng tàu thuyển đánh bắt cá xa bờ và còn nhiều ứng dụng khác nữa

Trong đề tài này ,chúng em mang tính tìm hiểu và mô phỏng bằng phần mềm hệ thống thông tin vệ tinh trên biển Trong bài báo cáo không tránh được những sai sót nhất định nên chúng em rất mong được sự góp ý để sửa chữa bài báo cáo hoàn thiện hơn Chúng em cũng xin cảm ơn để thầy PGS.TS Vũ Văn Yêm đã hướng dẫnchúng em đề tài này

Sinh viên thực hiện

PHẦN A: LÝ THUYẾT VỀ CÁC HỆ THỐNG VỆ TINH

BIỂN

I.Các hệ thống vệ tinh biển trên thế giới

1.Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu

Mỗi vệ tinh phát 2 tần số sóng mang với tần số cao L1=1575.42MHz và

L2=1227.60MHz Loại sóng này phát trên cơ sở dãy số tựa ngẫu nhiên bao gồmcác số 0 và 1 Mã này được gọi tên là mã P.Bên cạnh mã P còn mang đi mã C/Atrong songs L1.Mã C/A được phát với 2 tần số 10.23MHz và 1.023MHz Ngoài

2 mã trên vệ tinh còn phát mã phụ có tần số 50Hz chứa các thông tin về lịch vệ tinh Các vệ tinh được trang bị đồng hồ nguyên tử với độ chính xác cao

 Phần điểu khiển

Phần điều khiển là để duy trì hoạt động của toàn bộ hệ thống GPS cũng như hiệu chỉnh tín hiệu thông tin của vệ tinh hệ thống GPS Phần này bao gồm 8 trạm mặt đất trong đó có 4 trạm theo dõi ,một trạm điều khiển trung tâm và 3 trạm hiệu chỉnh số liệu Bao gồm các trạm giám sát ở Diego Grarreia, đảo Ascension, Kwajalein và Hawaii và một trạm điều khiển chính tại Colorado Spring, tiểu bang Colorado Hoa Kỳ Lưới trắc địa đặt trên 4 trạm này được xácđịnh bằng phương pháp giao thoa đường đáy dài Trạm trung tâm làm nhiệm

vụ tính toán lại tọa độ của các vệ tinh theo số liệu của 4 trạm theo dỗi thu được

từ vệ tinh Sau tính toán các số liệu được gửi từ trạm trung tâm tới 3 trạm hiểu chỉnh số liệu và từ đó gửi tiếp tới các vệ tinh Như vậy trong vòng 1h các vệ tinh đề có một số liệu đã được hiểu chỉnh để phát cho các máy thu

 Phần sử dụng

Phần sử dụng bao gồm các máy thu tín hiệu từ vệ tinh trên đất liền hay tàu thủyCác máy thu phân làm 2 loại:máy thu 1 tần số và máy thu 2 tần số Máy thu1 tần số chỉ nhận được các mã phát đi với sóng mang L1.Các máy thu 2 tần số nhận được car2 sóng mang L1 và L2 Các máy thu 1 tần số phát huy tác dụng trong đo tọa độ tuyệt đối chính xác và tọa độ tương đối với độ chính xác 1 đến 5cm trong khoảng cách nhỏ hơn 50km.Với khoảng cách lớn hơn 50km độ chính xác giảm đi đáng kể Để đo được tren những khoảng cách dài đến vài nghìn km chúng ta phải sử dụng máy 2 tần số để khử đi ảnh hưởng của tầng ion trong khí quyển trái đất Toàn bộ phần cứng GPS hoạt động trong hệ thống tọa độ WGS-84 với kích thước slipsoid a=6378137.0 m và 1:29825722

1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống GPS

1.2.1 Xác định vị trí

 Xác định vị trí vệ tinh

Vị trí người quan sát có thể xác định bằng khoảng tới 4 vệ tinh khi biết vị trí các vệtinh đó tại thời điểm phát tín hiệu Ngược lại với 4 trạm quan sát có vị trí đã biết khi nhận được tín hiệu phát đi từ 1 vệ tinh sẽ xác định được vị trí của vệ tinh lúc phát tín hiệu

Bốn trạm quan sát không chỉ thu riêng một vệ tinh mà chúng có thể nhận tín hiệu của tất cả các vệ tinh trong điều kiện cho phép Từng trạm sẽ xác định thời điểm đến của tất cả các tín hiệu vệ tinh thu được và gửi thông tin này đến trạm điều khiển Từ 4 vị trí đã biết của trạm quan sát và thời điểm của tín hiệu, trạm điều khiển có thể xác định được vị trí của vệ tinh trong không gian 3 chiều và cả thời điểm tín hiệu rời vệ tinh

 Phương trình khoảng cách

Vệ tinh phát tín hiệu tại thời điểm tsv (theo GPS time) mà các trạm sử dụng đã biết Trên đồng hồ của máy thu, thời điểm đến của tín hiệu là tu Nếu đồng hồ của vệ tinh và máy thu đồng bộ thì khoảng cách truyền tín hiệu là: C(tu - tsv)

Tuy nhiên đồng hồ của trạm sử dụng chậm hơn so với đồng hồ vệ tinh 1 lượng tbias,khi đó thời gian truyền tín hiệu là: Δt=tt=tu + tbias - tsv

Khoảng cách giữa vệ tinh với người sử dụng: D= C.Δt=tt = C(tu - tsv)+ C.tbias

 Xác định vị trí người quan sát

Lập một hệ trục toạ độ vuông góc có gốc trùng với tâm trái đất

Khoảng cách từ người sử dụng có toạ độ P(xu,yu,zu) và 1 vệ tinh thứ i có toạ độ

Si(xi,yi,zi) là: (x i  x u)2(y i  y u)2 (z i  z u)2 C t( u t bias  t sv)

Thời điểm tsv cho từng vệ tinh đã biết, như vậy còn 4 giá trị chưa biết là xu, yu, zu và

tbias Do đó ta cần 4 phương trình độc lập , tức là cần 4 vệ tinh đồng thời

Khi đó chỉ còn có 3 ẩn, tức là cần 3 phương trình và 3 vệ tinh là đủ.

1.3 Tín hiệu vệ tinh và mã hoá tín hiệu

1.3.1 Tần số của tín hiệu vệ tinh

Mọi thành phần của tín hiệu GPS đều dựa trên cơ sở tốc độ cơ bản của đồng hồ Cacsium là f0=10,23 MHz Trên thực tế, tốc độ đồng hồ vệ tinh được cố ý đặt thấp hơn 4,45.10-10 so với giá trị f0 để bù trừ các hiệu ứng tương quan trugn bình

Để tạo sóng mang, người ta dựa vào tần số cơ bản f0, đươc nhân như sau:

 f0 x 154 tạo tần số L1=1575,42 MHz (λ = 19 cm)

 f0 x 120 tạo tần số L2=1227,6 MHz (λ = 24 cm)

Hai tần số này sử dụng làm tham số sóng mang, phát tín hiệu tới người sử dụng

Đường lan truyền và thời gian lan truyền của tín hiệu chịu ảnh hưởng của sự khúc

xạ tầng ion Sự khúc xạ này sinh ra sai số trong việc đo khoảng cách Với việc pháttín hiệu mã chính xác P –code (precision code) ở 2 tần số L1 và L2 sẽ xác đinh được sai số đó Mã tiêu chuẩn ( mã thu thô – C/A – coarse acquisition code) chỉ phát ở tần số L1

1.3.2 Tín hiệu mã hoá

 Tương quan tự động

Giả sử có 2 đường cong hiệu điện thế biến đổi bất kỳ Khi 1 hiệu điện thế này dương, hiệu điện thế kia có khả năng dương hoặc âm và ngược lại Do đó lấy trungbình tích hiệu điện thế trong một thời gian đủ dài, giá trị trung bình sẽ bằng 0.Cho 2 đường cong giống nhau nhưng lệch hau về thời gian Nếu dịch chuyển cho trùng thời gian thì trung bình các tích sẽ đột ngột tăng đến cực đại rồi sau đó đột ngột về 0

Phương pháp này cho phép xác định một cách chính xác hiệu điện thế đường cong giống nhau có cùng pha hoặc khác pha được gọi là sự tương quan chéo.

Thay cho đường cong hiệu điện thế, vệ tinh phát đi các tín hiệu bao gồm các chuỗi hiệu điện thế dương hoặc âm (chips) Thời gian kéo dài của các chip gọi là

độ dài chip Mỗi chuỗi như thế gọi là chuỗi “tín hiệu giả ngẫu nhiên” PRN (PseudoRandom Noise)

Vệ tinh phát đi kế tiếp các chuỗi giống nhau Các chuỗi này được tạo bởi bộ ghi dịch Ở mỗi vệ tinh, bộ này có thể tạo rất nhiều chuỗi khác nhau do trạm điều khiển quy định

 Các mã PRN (Psendo Random Noise Code)

Hệ thống GPS sử dụng 2 laoị mã giả nhiễu ngẫu nhiên đó là C/A và mã P

Tần số sóng mang L1 được điều khiển bởi mã P và C/A và dữ kiện hàng hải Tần

số sóng mang L2 được điều khiển bởi mã P và dữ kiện hàng hải Trong đó mã C/A

là mã tiêu chuẩn SPS (Standard Positioning Service) phục vụ định vị chính xác

- Mã C/A: Có tần số chip là f0/10 = 1,023 MHz, chiều dài bước sóng khoảng 300m,

độ dài 1023 bit và chu kỳ 1ms Độ dài chip là 0,9975ms Độ dài mã 1ms= 1000µs

Như vậy 1 chuỗi gồm 1000/0,9975 =1000 chip Chuỗi này lặp lại mỗi ms Mỗi vệ tinh có 1 chuỗi C/A khác nhau.

- Mã P: có tần số chip lầ f0=10,23 MHz, chiều dài bước sóng 30m, độ dài 235 459

592 765 000 bit và chu kỳ 36 tuần (266 ngày) 9 giờ 45 phút và xấp xỉ 55,5 giây

Độ dài chip là 99,75 ns (=1/10 của mã C/A) Mỗi tổ hợp mã P được phân ra thành nhiều đoạn, mỗi đoạn dài 7 ngày và mỗi vệ tinh được phân 1 đoạn Mã P được lặp lại sau 1 tuần lễ vào lúc 00 : 00 UTC tối thứ 7, rạng sáng chủ nhật

Với độ dài mã như thế, máy thu bị khó khăn và tốn thời gian cho việc tìm phần của mã được sử dụng để tiến hành tương quan chéo Vì thế cứ mỗi 6s, máy phát vệ tinh sẽ phát đi 1 bản tin về thời gian đã qua từ khi bắt đầu mã P

 Xác định thời điểm đến của mã C/A

Phương pháp tìm tu được thực hiện như sau

- Giả sử chuỗi nhận được từ vệ tinh như dòng 1 (các chuỗi kế tiếp được lặplại)

- Một bản sao được phát đi từ máy thu như dòng 2, bắt đầu thời điểm tu=0

ở đồng hồ người sử dụng

- Ban đầu chuỗi phiên bản và chuỗi nhận được không cùng pha Chuỗi phiên bản được dịch đến khi trung bình tích hiệu điện thế đạt giá trị cực đại Khi đó chuỗi đã đồng pha

- Nếu khoảng cách giữa tàu và vệ tinh thay đổi, các ký tự phát từ vệ tinh sẽđến những thời điểm khác nhau Tuy nhiên bô tương quan tự động sau khi

ở trạng thái đồng pha sẽ tự động điều chỉnh để đảm bảo trạng thái này bằngcách dịch chuyển chuỗi phiên bản Mỗi dịch chuyển 1 µs tương đương với khoảng cách C.t = 300m

Sơ đồ tiến hành tương quan chéo như hình sau:

 Xác định thời điểm đến của mã P

Phương pháp xác định thời điểm đến của mã P về cơ bản tươn tự C/A ngoại trừ:

- Độ dài mã là một tuần, mỗi tuần một mã mới được sử dụng, vì thế không có sự nhầm lẫn

- Độ dài chip là 100 ns = 1/10 đối với C/A Nhờ đó thời điểm đến bộ tương quan xác định với độ chính xác cao

- Phương pháp tương quan chéo được áp dụng ở các trạm quan sát nhưngkết quả được đưa đến trạm điều khiển chính Ở đó thực hiện tính toán để xác định tsv và Δt=ttsv

1.3.3 Bản tin hàng hải

Tần số L1 và L2 của vệ tinh hàng hải được điều biến với bản tin hàng hải Nó được phát liên tục với tốc độ 50 bit/s Bản tin bao gồm thông tin cần thiết để xác định vị trí Các dữ liệu bao gồm: giờ hệ thống, số hiệu chỉnh đồng hồ, lịch vệ tinh

và thông tin về trạng thái hoạt động của hệ thống

Bản tin hàng hải bao gồm một số cơ cấu dữ kiện 1500 bit Cơ cấu này gồm 5 cơ cấu nhỏ và mỗi cơ cấu nhỏ chứa 300 bit Mỗi cơ cấu nhỏ được phát trong 6s với tốc độ 500 bit/s Mỗi bản tin cần 30s để truyền.

Mỗi cơ cấu nhỏ bao gồm 300 từ bit Hai từ thứ nhất trong mỗi cơ cấu nhỏ là TLM (Telemety Message – Bản tin xa) và HOW (Hand Over Word) Các từ này được phát từ vệ tinh Khâu điều khiển sẽ phát 8 từ còn lại của mỗi cơ cấu nhỏ

1.4 Khả năng ứng dụng của hệ thống GPS trên biển

1.4.1 Các đối tượng trên biển

 Đội tàu vận tải, tàu cá, tàu du lịch:

 Hàng hải đại dương, ven bờ và trong cảng

 Hàng hải trong kênh, sông

 Giám sát giao thông đường thuỷ

 Điều khiển tàu thuyền từ xa

 Tìm kiếm cứu hộ

 Thăm dò dầu khí

 Thăm dò: khảo sát thuỷ văn, khảo sát địa chấn trong không gian 3 chiều, quy ước khảo sát đặt dàn khoan và đường ống

 Khoan thử: điều kiện công trình địa chấn

 Định vị: các tàu khoan và thiết bị đo

 Mở rộng khu vực khai thác dầu

 Khảo sát thuỷ văn: thiết lập hải đồ chính xác, hoạ đồ đáy biển, chướng ngại vật nguy hiểm.

 Bảo vệ bờ biển, nạo vét kênh luồng: thiết kế xây dựng cầu tàu, phát triển cảng, thiết kế xây dựng đập nước

1.4.2 Những ưu điểm của hệ thống GPS đối với hệ thống hàng hải

 Đội tàu vận tải:

Mục đích chủ yếu là vận chuyển hàng hoá từ nơi này đến nơi khác sao cho tốn ít thời gian nhất, giá thành hạ thấp nhất trong mọi điều kiện thời tiết và tất nhiên phải

an toàn Theo quan điểm kinh tế thì cần phải phân tích, tính toán tìm con đường ngắn nhất để tốn ít nhiên liệu nhất Xét về góc độ an toàn thì người ta lại phân tích tuyến đường trên cơ sở mật độ tàu qua lại vùng ven bờ với độ sâu nhỏ

Hệ thống GPS thường xuyên hiệu chỉnh vị trí chính xác Đây là thiết bị có vai tròquan trọng trong việc dẫn tàu chính xác, nhanh chóng và loại trừ các rủi ro,tai nạn

va chạm

Hàng hải đại dương thường theo vòng cung lớn Hệ thống GPS liên tục hiệu chỉnh vị trí để bám sát cung vòng lớn đã vạch sẵn Nếu trên tàu được trang bị máy thu định vị toàn cầu làm thiết bị dẫn đường cho máy lái tàu tự độngthì con tàu sẽ tựđộng đi theo vòng cung lớn đã vạch sẵn từ trước

 Đội tàu đánh cá

Các bãi ca truyền thống ngày càng ít cá đi, cho nên người ta cần tìm các ngư trường mới phong phú hơn Mà việc đánh dấu các bãi cá cần phải chính xác cao như việc đánh dấu lại các khu vực đắm tàu, bãi đá ngầm, bãi rác công nghiệp ngoàibiển và các mục tiêu có thể gây hư hại cho tàu thuyền

Với những yêu cầu đó thì hệ thống GPS liên tục hiệu chỉnh vị trí chính xác sẽ đáp ứng được việc dẫn tàu cá đến bãi cá và việc đánh dấu các chướng ngại vật

 Tìm kiếm cứu hộ:

Các tàu hàng hải trong mọi điều kiện không thể tránh được các rủi ro xảy ra Nguyên nhân một phần do yếu tố khách quan, còn phần lớn do sai lầm của con người

Một khi con tàu gặp rủi ro, điều cần thiết khi cần có sự giúp đỡ từ bên ngoài là phải thông báo các thông tin về tai nạn: vị trí tai nạn, tính chất tai nạn… Trong đó

thông tin về vị trí tai nạn rất quan trọng, bởi vì nếu có vị trí chính xác thì công việctìm kiếm cứu hộ sẽ nhanh chóng hơn làm giảm được thiệt hại của tai nạn.

Hệ thống GPS sẽ đáp ứng nhu cầu đó, nó có thể ghi lại tức thời vị trí của tai nạn một cách nhanh chóng và chính xác cho việc thông tin về vị trí dễ dàng hơn

1.2 Mạng thông tin vô tuyến hàng hải, an toàn cứu nạn (Global Maritime Distress and Safety System – GMDSS)

Trong hàng hải có rất nhiều hệ thống, có thể kể đến: Hệ thống vệ tinh hàng hải hải quân (Navy Navigation Satellite System – NNSS); Hệ thống tìm kiếm cứu nạn toàn cầu (Global SAR Service); hệ thống thông tin an toàn và cấp cứu toàn cầu (GMDSS - Global Maritime Distress and Safety System) Trong đó hệ thống có ảnh hưởng nhiều nhất đến công tác tìm kiếm cứu nạn là hệ thống GMDSS

Năm 1988, hội nghị các nước thành viên công ước quốc tế về an toàn và cứu nạn trên biển, cùng với sự phối hợp của các tổ chức quốc tế khác, đã khai sinh ra Hệ thống thông tin an toàn và cứu nạn hàng hải toàn cầu GMDSS

Mục tiêu chính của hệ thống GMDSS là chuyển tải thông tin cấp cứu đến các cơ quan tìm kiếm cứu nạn ở trên bờ cũng như các tàu lân cận để có thể trợ giúp triển khai công tác phối hợp tìm kiếm cứu nạn một cách nhanh nhất, các tàu đảm bảo tuân thủ theo đúng qui định của hệ thống (SOLAS chương IV) sẽ có khả năng liên lạc với các đài bờ từ bất kỳ đâu và vào bất cứ thời điểm nào trong trường hợp bị nạn hoặc trao đổi các thông tin an toàn Hệ thống thực hiện bảy chức năng: báo nạn; thông tin phối hợp tìm kiếm cứu nạn; hông tin hiện trường; định vị; truyền bá thông tin an toàn hàng hải; trao đổi thông tin vố tuyến thông dụng; trao đổi thông tin giữa tàu và tàu (bridge to bridge)

Trong đó năm chức năng phục vụ cho công tác tìm kiếm và cứu nạn Thông tin trong hoạt động tìm kiếm cứu nạn là thông tin hai chiều, khác với với thông tin cảnh báo chỉ phát đi thông điệp theo một chiều Kỹ thuật thông tin trong hoạt động phối hợp tìm kiếm cứu nạn có thể là vô tuyến điện thoại (Radiotelephony) hoặc là telex vô tuyến (Radiotelegraphy) Phương thức thông tin thì có thể là thông tin vố tuyến mặt đất (Terresterial) hoặc thông tin vệ tinh (Satellite) tùy thuộc vào thiết bị

và vùng hoạt động của tàu

Chức năng của GMDSS: Hệ thống GMDSS phục vụ cho mục đích cấp cứu, an toàn và tìm kiếm cứu nạn hàng hải Ngoài ra, hệ thống GMDSS còn phục vụ thông tin liên lạc cho hoạt động hàng hải và các hoạt động khác trên biển (khai thác hải sản, nghiên cứu biển ), thông tin phục vụ khai thác, điều hành, kiểm soát và quản

lý các phương tiện hoạt động trên biển, phối hợp với các đơn vị chức năng khác thực hiện công tác tìm kiếm cứu nạn hàng hải, hàng không trên biển và góp phần trong việc cảnh báo và giữ gìn an ninh.

và cứu nạn, được thiết lập để xác định vị trí của thiết bị phao vô tuyến EPIRB trên tần số 121,5 MHz hoặc 406 MHz Hệ thống

Hệ thống thông tin mặt đất, thông tin an toàn và cứu nạn bằng DSC (Digital

Selective Calling - Gọi chọn số) là chủ yếu, phương thức thông tin bằng thoại hoặcbằng telex in trực tiếp Hệ thông tầm xa sử dụng tần số HF trên các dải 4, 6, 8, 12

và 16 MHz để thông tin theo hai chiều tàu - bờ và bờ - tàu Tầm trung sử dụng tần

số 2187.5KHz cho thông tin an toàn và báo nạn bằng DSC và 2182KHz cho thoại

và 2174.5 cho telex Tầm ngắn sử dụng VHF CH70 DSC và VHF CH16 cho thông tin hiện trường

Đặc tính của GMDSS: Hệ thống được phân chia vùng phủ sóng theo cự ly hoạt

động của tàu, từ đó xác định các loại thiết bị sẽ được lắp đặt trên tàu cùng với tần

số và phương thức thông tin nhất định Những thông tin ở cự ly xa sẽ được đảm bảo thông qua thiết bị thông tin vệ tinh và các thiết bị hoạt động trên dải sóng ngắn

HF Việc trực canh cấp cứu, thu nhận các thông báo an toàn hàng hải và dự báo thời tiết tự động bằng việc sử dụng các kỹ thuật gọi chọn số, truyền chữ trực tiếp băng hẹp và vô tuyến thoại trong thông tin liên lạc

1.2.2.Nguyên lý hoạt động

Cách chia vùng biển hoạt động của tàu

Tuy nhiên các thiết bị thông tin vô tuyến điện trong hệ thống GMDSS, ngoài những tính ưu việt của chúng còn có một số những hạn chế Nếu xét về cự ly hoạt động, vùng địa lý và các dịch vụ thông tin cung cấp bởi các thiết bị đó Chính vì những lý do đó mà yêu cầu về trang thiết bị thông tin trên tàu trong hệ thống

GMDSS sẽ được quyết định bởi vùng hoạt động của tàu chứ không phải theo kích

cỡ của tàu

Căn cứ vào đặc điểm của các trang thiết bị trong hệ thống GMDSS và để phát huy tính hiệu quả của hệ thống, tổ chức Hàng Hải quốc tế IMO đã chia các vùng biển

và đại dương thành 4 vùng như sau:

Vùng biển A1 là vùng nằm trong tầm hoạt động của ít nhất một trạm đài bờ VHF

có dịch vụ gọi chọn số DSC Thông thường mỗi trạm VHF có vùng phủ sóng với bán kính khoảng 25 - 30 hải lý

Vùng biển A2 là vùng biển nằm ngoài vùng A1, nhưng nằm trong tầm hoạt động của ít nhất một trạm đài bờ MF có dịch vụ gọi chọn số DSC Thông thường mỗi trạm MF có vùng phủ sóng với bán kính khoảng 150 - 200 hải lý

Vùng biển A3 là vùng biển trừ vùng A1, A2 nằm trong vùng bao phủ của các vệ tinh địa tĩnh INMARSAT của tổ chức vệ tinh hàng hải quốc tế từ 70 vĩ độ Bắc đến

70 vĩ độ Nam

Vùng biển A4 là vùng còn lại trừ vùng A1, A2, A3 ,về cơ bản đó là các phần địa

cực

Các quy định về trang thiết bị thông tin trên tàu trong hệ thống GMDSS

Để thực hiện được các chức năng thông tin và vấn đề an toàn trên biển trong hệ thống GMDSS tàu phải được trang bị đầy đủ các trang thiết bị thông tin Quy định

về trang thiết bị thông tin lắp đặt trên tàu không dựa trên cỡ tàu mà dựa trên cơ sở vùng biển mà tàu hoạt động

Quy định trang bị tối thiểu về thiết bị thông tin liên lạc cho các tàu là đối tượng của

hệ thống GMDSS đã được quy định rõ trong chương IV của SOLAS sửa đổi 1988

do IMO xuất bản năm 1997 có nội dung như sau:

Quy định chung cho tất cả các tàu hoạt động trên biển (không phụ thuộc vào vùng biển mà tàu hoạt động).

Mỗi tàu hoạt động trên biển bắt buộc phải được trang bị các thiết bị sau đây trong

hệ thống GMDSS mà không phụ thuộc vào vùng biển mà tàu hoạt động

- Máy thu phát VHF :

Có khả năng thu phát và trực canh liên tục bằng DSC trên kênh 70

Có các tần số của kênh thoại 156.8 MHz (kênh 16), 156.650 MHz (kênh 13) và 156.3 MHz (kênh 6) Thiết bị thu phát DSC trên kênh 70 có thể là độc lập hoặc kết hợp với thiết bị thu phát VHF thoại

- Thiết bị phản xạ radar - RADAR TRANSPONDER hoạt động trên tần số 9GHz

phục vụ cho tìm kiếm và cứu nạn - SART

- Thiết bị thu nhận thông tin an toàn hàng hải MSI máy thu NAVTEX nếu tàu hoạt

động trong vùng biển có các dịch vụ NAVTEX quốc tế Nếu tàu hoạt động ở các vùng biển không có các dịch vụ NAVTEX quốc tế thì phải được trang bị một máy thu gọi nhóm tăng cường EGC - Enhand Group call

- Phao định vị vô tuyến qua vệ tinh : Satellite EPIRB có khả năng phát báo động

cấp cứu qua vệ tinh quỹ đạo cực hoạt động trên tần số 406 MHz Hoặc nếu tàu chỉ hoạt động ở vùng bao phủ của vệ tinh Inmarsat thì EPIRB vệ tinh phải có khả năngphát báo động cấp cứu qua vệ tinh địa tĩnh Inmarsat hoạt động ở băng L Phao định

vị vô tuyến này phải được đặt ở vị trí thuận tiện, có khả năng hoạt động bằng tay,

tự nổi khi tàu chìm đắm và tự động hoạt động khi nổi

Cho đến ngày 01/2/1999, tất cả các tàu vẫn phải có một máy thu trực canh vô tuyếnđiện thoại cấp cứu trên tần số 2182 KHz Trừ các tàu hoạt động ở vùng biển A1 các tàu phải có máy tạo tín hiệu báo động điện thoại trên tần số 2182 KHz

Các tàu khách phải được trang bị các thiết bị cho thông tin hiện trường VHF – twoway phục vụ cho mục đích tìm kiếm và cứu nạn trên tần số 121.5 MHz và 123.1 MHz

Trang thiết bị vô tuyến điện cho tàu hoạt động ở vùng biển A1 và A2

Tất cả các tàu khi hoạt động ngoài vùng biển A1 nhưng trong vùng biển A2 ngoài các trang bị quy định chung ở trên sẽ phải trang bị thêm ;

- Thiết bị MF, có thể thu phát tín hiệu cấp cứu bằng DSC trên tần số 2187.5 KHz

và trên tần số 2182 KHz bằng thông tin vô tuyến điện thoại

- Máy thu trực canh DSC có khả năng duy trì liên tục việc trực canh trên tần số 2187.5 KHz

- Một thiết bị phát tín hiệu cấp cứu chiều từ tàu đến bờ (ngoài thiết bị MF) có thể làEPIRB - 406 MHz, hoặc thiết bị HF/DSC hoặc một trạm INMARSAT hoặc EPIRB

vệ tinh INM băng L.

- Thiết bị thu phát cho mục đích thông tin thông thường bằng vô tuyến điện thoại, hoặc truyền chữ trực tiếp băng hẹp NBDP hoạt động ở dải tần số từ 1605 KHz -

4000 KHz, hoặc ở dải tần số 4000 KHz - 27500 KHz hoặc một trạm INMARSAT

Trang thiết bị cho tàu chạy vùng biển A1, A2 và A3

Tất cả các tàu hoạt động ở ngoài vùng A1 và A2 nhưng trong vùng biển A3, ngoài các trang thiết bị chung đã quy định ở trên, sẽ phải trang bị theo một trong hai cáchlựa chọn sau:

* Lựa chọn 1:

- Trạm INMARSAT có khả năng :

+ Phát và thu những thông tin cấp cứu và an toàn bằng truyền chữ trực tiếp băng hẹp

+ Nhận những cuộc gọi ưu tiên cấp cứu

+ Duy trì việc trực canh đối với những báo động cấp cứu chiều từ bờ tới tàu

+ Phát và thu những thông tin thông thường bằng vô tuyến điện thoại, hoặc truyền chữ trực tiếp băng hẹp NBDP

- Một thiết bị MF có khả năng thu phát cấp cứu và an toàn trên tần số 2187.5 KHz bằng DSC và tần số 2182 bằng vô tuyến điện thoại

- Một máy thu trực canh có khả năng duy trì việc trực canh liên tục bằng DSC trên tần số 2187.5 KHz

- Một thiết bị phát tín hiệu cấp cứu chiều từ tàu  bờ Ngoài các thiết bị trên, có thể là EPIRB trên tần số 406MHz hoặc thiết bị HF/DSC hoặc một trạm

INMARSAT dự phòng hoặc một EPIRB vệ tinh INMARSAT

* Lựa chọn 2:

- Một thiết bị thu phát MF/HF cho mục đích thông tin cấp cứu và an toàn trên tất

cả các tần số cấp cứu và an toàn trong dải tần từ 1605 KHz - 4000 KHz và 4000 KHz - 27500 KH¬z bằng các phương thức thông tin DSC, thoại và truyền chữ trực tiếp băng hẹp NBDP

- Một thiết bị có khả năng duy trì việc trực canh bằng DSC trên tần số 2187.5 KHz

và 8414.5 KHz và ít nhất một trong những tần số cấp cứu và an toàn bằng DSC sau: 4207.5 KHz, 6312 KHz, 6312 KHz, 12577 KHz hoặc 16804.5 KHz

- Thiết bị phát tín hiệu cấp cứu chiều từ tàu đến bờ Ngoài thiết bị thu phát MF/HF,

có thể là EPIRB trên tần số 406 MHz hoặc qua một trạm INM, hoặc IPIRB vệ tinh INM

- Thiết bị thu phát MF/HF có dải tần 1605 -4000 KHz và 4000 - 27500 KHz , phục

vụ cho các dịch vụ thông tin thông thường bằng phương thức thông tin thoại hoặc truyền chữ trực tiếp băng hẹp NBDP

Trang thiết bị vô tuyến điện cho tàu hoạt động ở vùng biển A1, A2, A3 và A4

Tất cả các tàu hoạt động trên tất cả các vùng biển ngoài các trang thiết bị quy định chung sẽ phải trang bị thêm các thiết bị sau :

- Thiết bị thu phát MF/HF sử dụng cho mục đích an toàn và cứu nạn, có các

phương thức thông tin gọi chọn số DSC, thoại và truyền chữ trực tiếp băng hẹp NBDP

làm việc trong dải tần 1605KHz - 4000 KH và 4000 KH - 27500KHz

- Máy thu trực canh DSC trên tần số 2187.5 KHz 8414.5 KHz và ít nhất một trong các tần số sau : 4207.5 KHz, 6312 KHz, 12577 KHz và 16804.5 KHz

- Thiết bị EPIRB - 406 MHz thu phát tín hiệu cấp cứu chiều tàu đến bờ

Là một quốc gia biển, với hơn 3.000 Km bờ biển, Việt Nam cần có hệ thống thông tin hàng hải, an toàn cứu nạn Sớm nhận thấy vai trò, chức năng của hệ thống GMDSS, Việt Nam đã xây dựng các hệ thống thông tin duyên hải bao gồm

01 Trung tâm xử lý thông tin hàng hải và 29 Đài thông tin duyên hải nằm trải dọc theo bờ biển từ Móng Cái đến Hà Tiên Hệ thống Đài thông tin duyên hải Việt Nam đáp ứng đầy đủ các quy định của hệ thống GMDSS, làm chủ thông tin mặt biển khu vực, bảo đảm phục vụ mọi lưu lượng theo yêu cầu bằng mọi phương thức

kỹ thuật hiện có Đồng thời, với hệ thống này, Việt Nam luôn thực hiện trách nhiệm của mình trong công tác phối hợp tìm kiếm cứu nạn quốc tế

1.3 Hệ thống vệ tinh hàng hải hải quân (Navy Navigation Satellite System – NNSS)

1.3.1.Cấu trúc

Hệ thống vệ tinh hàng hải hải quân NNSS hay gọi là hệ thống TRANSIT, được ứng dụng vào hàng hải thương mại từ năm 1967 Hệ thống bao gồm:

-Trạm theo dõi (Tracking Station)

Gồm 3 trạm đặt tại Mỹ là: Prospect Habour – bang Maine; Rosemount – bang Minesota và Wahiawa – bang Hawaii Các trạm này thu tín hiệu từ vệ tinh, xác định độ dịch tần số Doppler, đưa kết quả về trung tâm tính toán

- Trạm quan sát hải quân (Naval Observatory): Phát tín hiệu thời gian chính xác

đến trung tâm tính toán

- Trung tâm tính toán (Computing Center): Đặt tại Point Mugu California ( Trung

tâm vụ trũ hải quân Mỹ) Trung tâm này tiếp nhận thông tin từ các trạm theo dõi vàtín hiệu thời gian chính xác từ trạm phát thời gian chuẩn để tính toán, dự đoán toạn

độ, quỹ đạo vệ tinh trong 16 giờ tới, sau đó chuyển thành mã cung cấp cho các trạm phát

- Trạm phát mặt đất (Injection Station): Phát lên vệ tinh các thông số quỹ đạo,

thông số vị trí vệ tinh, các số hiệu chỉnh thời gian Các thông số này được phát mỗi

ngày 2 lần cách nhau 12 giờ và có thể xác định vị trí vệ tinh trên quỹ đạo vớ độ chính xác 10m đến 15m.

- Vệ tinh (Satellite): Gồm 6 vệ tinh bay trên quỹ đạo cực có độ cao 1075 km (gồm

5 vệ tinh Transit và 1 vệ tinh Nova) Tốc độ của các vệ tinh là 7,3 km/s và thực hiện chu kỳ quay khoảng 107 phút Các mặt phẳng quỹ đạo của vệ tinh lệch nhau góc 300 Các vệ tinh thu nhận các thông số về toạ độ, thời gian từ mặt đất, lưu lại vịtrí bộ nhớ để phát lại cho người sử dụng Các vệ tinh quay trên quỹ đạo góc ngẩng nhỏ hơn 100 và lớn hơn 750 máy thu không thể nhận được tín hiệu Hoạt động của

vệ tinh duy trì được nhờ nguồn điện 30W và do 4 bản năng lượng mặt trời lắp đặt trên cánh vệ tinh

Các vệ tinh của hệ thống Transit có đặc điểm sau:

 Quỹ đạo hình ellipse có tâm sai e rất nhỏ nên gần như là đường tròn

 Độ cao quỹ đạo vệ tinh là 1075 km Ở độ cao thấp hơn ma sát của vệ tinh với không khí lớn, còn ở độ cao lớn hơn thì độ dịch tần số Doppler sẽ nhỏ,

độ chính xác của phương pháp không cao

 Tốc độ của vệ tinh là 7,3 km/s (tương đương 2600 km/h) vớ chu kỳ 107 phút( tương đương 13,5 vòng/ngày), do vậy tín hiệu từ các vệ tinh có thể nhận được trong khoảng 10 – 15 phút cho một vòng quay

 Thời gian máy thu dưới mặt đất quan sát được vệ tinh đi qua phụ thuộc vào

vĩ độ Khoảng giữa 2 lần xuất hiện vệ tinh là lớn nhất ở xích đạo và ngắn nhất ở địa cực

- Máy thu vệ tinh (Receiver):Thu nhận tín hiệu từ vệ tinh gồm: thông tin về quỹ

đạo vệ tinh, vị trí dự báo của vệ tinh, thông tin về thời gian và đo đạc độ dịch chuyển tần số Doppler… theo chu kỳ 2 phút Khi người dùng sử dụng nhập vào các thông số: vị trí dự đoán, chiều cao anten, tốc độ tàu, hướng đi của tàu… máy tính sẽ tính toán để cho ra thông số hàng hải về vị trí tàu

1.3.2.Nguyên lý

 Nguyên lý chung

Vị trí của các vệ tinh trên quỹ đạo tương ứng với mỗi thời điểm được xác định khi biết quỹ đạo của nó Quỹ đạo của vệ tinh được xác định khi mỗi vệ tinh đi qua các trạm theo dõi mặt đất, lúc đó tín hiệu từ vệ tinh phát ra sẽ được trạm theo dõi mặt đất thu nhận, chuyển về trung tâm điều khiển để tính toán xác định quỹ đạo mới của vệ tinh Thông tin về quỹ đạo và số hiệu chỉnh thời gian thực được trạm mặt đất phát trả lại vệ tinh từ các thông tin này vệ tinh sẽ xác định được quỹ đạo và tính toán vị trí của mình ở các thời điểm tiếp theo

Trong quá trình chuyển động trên quỹ đạo cực vệ tinh liên tục phát xuống mặt đất các bản tin dữ liệu chứa các thông tin về hàng hải Các trạm mặt đấtkhi nhận được bản tin sẽ xác định độ dịch chuyển tần số Doppler giữa sóng do vệ tinh phát ra và sóng do máy thu nhận được để tính toán xung phách (slant range change) hay là hiệu khoảng cách từ vệ tinh đến trạm phát vào hai thời điểm khác nhau.Sau hai lầ thu nhận tín hiệu và tính toán, máy thu sẽ xác định được một đường vị trí của mình(giao của mự hyperboloic của quả đất) Qua 2 lần xác định như vậy (ứng với 3 vị trí xác định của vệ tinh), máy thu sẽ xác định được 2 đường vị trí Giao của 2 đường vị trí này chính là vị trí của máy thu (tàu) Thông qua các thông số về hướngtàu và tốc độ nhạp vào từ máy thu, máy thu sẽ tiến hành loại trừ đa vị trí để xác định vị trí duy nhất và tính toán các vị trí tiếp theo

 Hoạt động của vệ tinh

Mỗi khi vệ tinh đi qua tầm liên lạc của 1 trạm theo dõi(tracking station), tín hiẹu từ vệ tinh qua tầng ion, tầng đôi lưu rồi đến trạm theo dõi, sau đó truyền đến các phương tiện tính toán Các dữ liệu quỹ đạo vệ tinh được so sánh với các dữ liệutrước đó để dự đoán trước quỹ đạo của vệ tinh với độ chính xác là 20m Dữ liệu mới về quỹ đạo vệ tinh được phát trở lại vệ tinh cùng với tín hiệu hiệu chỉnh thời