Nghiên cứu xây dựng hệ thống định vị vệ tinh hỗ trợ phi công trên máy bay Su-22M4

Bài viết đề xuất xây dựng một hệ thống bao gồm một phần mềm hỗ trợ sỹ quan dẫn đường lập kế hoạch bay và một thiết bị hỗ trợ phi công lái máy bay SU22M4 xác định vị trí trên bản đồ. Thiết bị trên máy bay sẽ sử dụng các thông tin thu được từ hệ thống định vị GPS (Global Positioning System) được tích hợp bên trong cùng các linh kiện khác.

Trang 1

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VỆ TINH HỖ TRỢ

PHI CÔNG TRÊN MÁY BAY SU-22M4

Huỳnh Thị Lệ Quyên*, Nguyễn Quang Minh

Tóm tắt: Bài báo đề xuất xây dựng một hệ thống bao gồm một phần mềm hỗ trợ

sỹ quan dẫn đường lập kế hoạch bay và một thiết bị hỗ trợ phi công lái máy bay SU-22M4 xác định vị trí trên bản đồ Thiết bị trên máy bay sẽ sử dụng các thông tin thu được từ hệ thống định vị GPS (Global Positioning System) được tích hợp bên trong cùng các linh kiện khác Thiết bị này có thể hoạt động độc lập hoặc lấy dữ liệu bài tập bay được thiết kế sẵn, dữ liệu thu được sau quá trình bay có thể được xem lại và

so sánh với dữ liệu bài tập phục vụ cho công tác kiểm tra, đánh giá

Từ khóa: GPS, Su-22M4, Dẫn đường, Huấn luyện, Thiết bị chuyên dụng

1 MỞ ĐẦU

Hiện nay trong nước đã có nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến công nghệ định vị vệ tinh phục vụ giám sát quản lý các trang thiết bị, phương tiện đường

bộ, đường không Các ứng dụng này dựa trên cơ sở các thiết bị định vị vệ tinh để đọc thông tin và xử lý [1] Tuy nhiên, trong lĩnh vực quân sự thiết bị định vị dành riêng cho máy bay Su-22M4 vẫn chưa có giải pháp cụ thể Đây là loại máy bay đời

cũ, khi phi công bay biển xa, cách xa đài ra đa trung tâm sẽ khó liên lạc với trạm chỉ huy, khó xác định được địa tiêu như khi bay trên đất liền Loại máy bay này sử dụng một hệ thống dẫn đường dựa vào tín hiệu radio để xác định vị trí và tốc độ của máy bay (RSBN-6S tại mặt đất, A-312 đặt trên máy bay) và một hệ thống dẫn đường quán tính Các máy thu sóng radio (vô tuyến) đặt trên máy bay chỉ có thể làm việc với các máy phát sóng của hệ thống định vị mặt đất tại các sân bay trong bán kính nhỏ hơn 300 km Đồng thời, các trạm phát sóng radio trên mặt đất cũng chỉ có tầm phủ sóng dưới 300 km [2,3] Bên cạnh đó, vì đặc thù là máy bay quân

sự, các vị trí trên buồng lái đều có những chức năng riêng, khi muốn đặt thêm bất

cứ một thiết bị nào cũng phải được đo đạc, lắp ráp phù hợp Do vậy, việc xây dựng một thiết bị dành riêng cho máy bay Su-22M4, có thể hỗ trợ phi công hoàn thành nhiệm vụ bay biển xa là một điều rất cần thiết

Nội dung bài báo bao gồm 04 mục, mục 1 - Mở đầu, tập trung vào việc phân tích các đặc tả và yêu cầu của bài toán Mục 2 - Thiết kế hệ thống, đưa ra mô hình, kiến trúc hệ thống Mục 3 - Xây dựng hệ thống và mục 4 - Kết luận, là những đánh giá cũng như hướng phát triển tiếp theo của hệ thống

2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Hệ thống hỗ trợ phi công trên máy bay Su-22M4 được chỉ ra trong hình 1, bao gồm 2 phân hệ chính:

- Phần mềm lập kế hoạch bay;

- Thiết bị đặt trên máy bay Su-22M4

Nhiệm vụ các khối trong sơ đồ

- Chip GPS: Thu nhận tín hiệu vệ tinh, trả về dữ liệu theo định dạng mặc định

chuẩn NMEA 0183

Trang 2

các s

hình d

22M4, là kh

kh

ho

máy bay thu nh

2.1 H

2.2.

- Ph

các s

hình d

- Thi

22M4, là kh

khối nguồn…) đ

- Ph

hoạch bay dựa tr

máy bay thu nh

- Máy tính

2.1 H

2.2 H

Phần mềm hỗ trợ dẫn đ

các số liệu kinh độ, vĩ độ, ph

hình dư

Thi

22M4, là kh

ối nguồn…) đ

Phần mềm lập kế hoạch bay

ạch bay dựa tr

máy bay thu nh

Máy tính

2.1 Hệ thống phần mềm lập kế hoạch bay

Hệ thống đặt tr

ần mềm hỗ trợ dẫn đ

ố liệu kinh độ, vĩ độ, ph

ưới dạng chữ số v

Thiết bị tr

22M4, là kh

ối nguồn…) đ

ần mềm lập kế hoạch bay

ạch bay dựa tr

máy bay thu nh

Máy tính

ệ thống phần mềm lập kế hoạch bay

ệ thống đặt tr

ới dạng chữ số v

ết bị tr

22M4, là khối chứa các th

ối nguồn…) đ

ạch bay dựa tr

máy bay thu nh

Máy tính

ết bị trên Su

ối chứa các th

ối nguồn…) đ

ạch bay dựa tr

máy bay thu nhận đ

Máy tính: cài đ

ên Su

ối chứa các th

ối nguồn…) được

ạch bay dựa trên các công th

ận đ : cài đ

ên Su

ối chứa các th

ợc cài đ

ên các công th

ận được, vẽ biểu đồ, hỗ trợ chỉ huy đánh giá b : cài đặt phần mềm lập kế hoạch bay

ệ thống đặt trên máy bay Su

ới dạng chữ số và v

ên Su-22M4

ối chứa các th

cài đ

ên các công th

ợc, vẽ biểu đồ, hỗ trợ chỉ huy đánh giá b

ặt phần mềm lập kế hoạch bay

ên máy bay Su

à v

22M4

ối chứa các th

cài đặt phần mềm hỗ trợ dẫn đ

ên các công th

ên máy bay Su

ố liệu kinh độ, vĩ độ, phương v

à vị trí tr

22M4:

ối chứa các thành ph

ặt phần mềm hỗ trợ dẫn đ

ên các công th

ên máy bay Su

ần mềm hỗ trợ dẫn đường

ương v

ị trí tr : Lắp đặt tại vị trí cố định tr ành ph

ên các công thức hỗ trợ dẫn đ

Hình 1.

ên máy bay Su

ờng

ương v

ị trí trên b

ắp đặt tại vị trí cố định tr ành phần phần cứng (máy tính, chip GPS, m

ần mềm lập kế hoạch bay: có ch

ức hỗ trợ dẫn đ

Hình 1.

ên máy bay Su

ờng: Đ

ương vị, cự ly,

ên bản đồ số

ắp đặt tại vị trí cố định tr

ần phần cứng (máy tính, chip GPS, m

: có ch

Hình 1.

ên máy bay Su-22M4

Đọc dữ liệu từ GPS, xử lý v

ị, cự ly,

ản đồ số

: có ch

Hình 1 Sơ đ

22M4

ọc dữ liệu từ GPS, xử lý v

ị, cự ly,

ản đồ số

: có chức năng hỗ trợ sỹ quan dẫn đ

Sơ đ

22M4

ị, cự ly, độ cao…, hiển thị các số liệu tr

ản đồ số

ức năng hỗ trợ sỹ quan dẫn đ

ức hỗ trợ dẫn đư

Sơ đồ khối hệ thống.

ộ cao…, hiển thị các số liệu tr

ức năng hỗ trợ sỹ quan dẫn đ ường, xử lý các số liệu do thiết bị tr

ồ khối hệ thống.

ặt phần mềm hỗ trợ dẫn đư

ức năng hỗ trợ sỹ quan dẫn đ ờng, xử lý các số liệu do thiết bị tr

ường

ắp đặt tại vị trí cố định trên bu

ờng

ên bu

ợc, vẽ biểu đồ, hỗ trợ chỉ huy đánh giá bài

ồ khối hệ thống

ên buồng lái máy bay Su

ài bay c

ọc dữ liệu từ GPS, xử lý và phân tách thành

ồng lái máy bay Su

bay c

à phân tách thành

bay của phi công

ức năng hỗ trợ sỹ quan dẫn đư ờng, xử lý các số liệu do thiết bị tr

ủa phi công

ường lập kế ờng, xử lý các số liệu do thiết bị tr

ủa phi công

ộ cao…, hiển thị các số liệu trên màn

ần phần cứng (máy tính, chip GPS, màn hình,

ờng lập kế ờng, xử lý các số liệu do thiết bị tr

ủa phi công

ên màn

àn hình,

ờng lập kế ờng, xử lý các số liệu do thiết bị tr

ủa phi công

ên màn

ồng lái máy bay

Su-àn hình,

ờng lập kế ờng, xử lý các số liệu do thiết bị trên

ên màn

-àn hình,

ờng lập kế

ên

Trang 3

- Vỏ hộp chứa các linh kiện được thiết kế và lắp ráp theo bản vẽ;

- Module hỗ trợ dẫn đường: Được tích hợp máy thu GPS, thu nhận dữ liệu định vị của máy bay, hiển thị trên màn hình các số liệu cần thiết hỗ trợ phi công xác định vị trí hiện tại

2.3 Hoạt động của hệ thống

Máy vi tính được cài đặt phần mềm lập kế hoạch bay, đặt tại mặt đất gồm hỗ trợ

sỹ quan dẫn đường: Cập nhật tỉnh thành, cập nhật sân bay, địa tiêu…; Lập kế hoạch bay, tính toán các số liệu dựa trên lý thuyết dẫn đường; Bài tập bay được thiết kế sẵn và lưu vào một USB có thể chuyển lên thiết bị trên máy bay để hỗ trợ phi công theo dõi đường bay bài tập đồng thời để lưu trữ dữ liệu bay sau khi phi công hoàn thành bài bay Dữ liệu này được dùng để so sánh với số liệu của trạm ra

đa dẫn đường ghi nhận được

Thiết bị lắp trên máy bay, hoạt động độc lập sử dụng nguồn điện của máy bay được cài đặt phần mềm hỗ trợ dẫn đường, hệ thống được xây dựng và hoạt động dựa trên nguyên lý dẫn đường hệ thống định vị toàn cầu GPS, ở đây người sử dụng chính là hệ thống thu nhận tín hiệu vệ tinh được đặt trên máy bay Phần mềm cài đặt trên thiết bị sẽ phân tích các dữ liệu trả về từ chip GPS thành các thành phần kinh độ, vĩ độ, độ cao, tốc độ và hướng hiện thời của máy bay và hiển thị lên màn hình gồm các số liệu bằng số và hình ảnh trực quan dưới dạng ký hiệu trên nền bản

đồ số [4, 5, 6, 7]

3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.1 Lựa chọn linh kiện và thiết kế, lắp đặt phần cứng hệ thống

Buồng lái của máy bay rất nhỏ do vậynhóm tác giả tiến hành đo các kích thước của giá đỡ thiết bị, dự kiến sẽ chế tạo phần vỏ hộp thiết bị mới vừa vặn lắp đặt lên phần giá đỡ có sẵn Kích thước đo đạc được lần lượt theo chiều rộng, dài và cao là 160mm, 200mm và 80mm Với phần vỏ hộp kích thước nhỏ như thế này tiếp tục sẽ tiến hành lựa chọn các linh kiện cho phù hợp

GPS: Chipset Condor C1722

Anten tích cực Megnetic Mount

Máy tính công nghiệp Artigo A1100

Màn hình cảm ứng 5inch GD50TN33-GTT050RDH03/XX-XX

Ngoài các thiết bị này còn có các nguyên vật liệu khác kèm theo như dây điện chống cháy, dây nguồn, đầu cắm, usb…

3.1.1 Thiết kế mạch in bộ thu GPS tiêu chuẩn

Trang 4

phi công khi bay, đ

gi

có th

m

3.1.3

3.1.2

Đ

iả đ

có th

mặt b

3.1.3

3.1.2 Thi

Để đảm bảo khi lắp đặt thiết bị không ảnh h

ả đã đo đ

có thể lắp đặt vừa vặn m

ặt bên đ

3.1.3 Sơ đ

Thiết kế vỏ hộp thiết bị tr

ể đảm bảo khi lắp đặt thiết bị không ảnh h

đo đ

ể lắp đặt vừa vặn m

ên để lắp l

Sơ đ

ết kế vỏ hộp thiết bị tr

đo đạc v

ể lắp l

Sơ đồ lắp ráp các linh kiện của thiết bị

ạc và thi

ể lắp l

ồ lắp ráp các linh kiện của thiết bị

Hình 4.

Hình 2.

à thi

ể lắp lên bu

Hình 4.

Hình 2.

phi công khi bay, đồng thời

à thiết kế phần vỏ hộp thiết bị với kích th

ên buồng lái không v

Hình 4.

Hình 2.

ồng thời

ết kế phần vỏ hộp thiết bị với kích th

ồng lái không v

Hình 3.

Hình 4 Sơ đ

Hình 2 M

ồng thời

ể lắp đặt vừa vặn mà không che khu

ồng lái không v

Hình 3.

Sơ đ

Mạch in lớp tr

ồng thời,

à không che khu ồng lái không v

Hình 3.

Sơ đồ lắp ráp các linh kiện trong hộp thiết bị.

ạch in lớp tr

ết kế vỏ hộp thiết bị trên máy bay

có th

Hình 3 Thi

ồ lắp ráp các linh kiện trong hộp thiết bị.

ạch in lớp tr

ên máy bay

có thể dễ d

Thiết kế tổng thể

ạch in lớp tr

ên máy bay

ể dễ d

à không che khu ồng lái không vư

ết kế tổng thể

ạch in lớp tr

ên máy bay

ể dễ d

à không che khu

ướng v

ạch in lớp trên và m

ên máy bay

ể dễ dàng quan sát màn hình thi

à không che khuất tầm nh

ớng v

ên và m

àng quan sát màn hình thi

ất tầm nh ớng vào kính che bu

ên và mạch in lớp d

ể đảm bảo khi lắp đặt thiết bị không ảnh hư

àng quan sát màn hình thi

ất tầm nh

ào kính che bu

ết kế tổng thể c

ạch in lớp d

ưởng đến thao tác v àng quan sát màn hình thi

ất tầm nhìn c

ào kính che bu

của vỏ hộp.

ạch in lớp d

ởng đến thao tác v àng quan sát màn hình thi

ìn của phi công khi bay (vát một

ào kính che bu

ủa vỏ hộp.

ạch in lớp d

ủa phi công khi bay (vát một

ào kính che bu

ủa vỏ hộp.

ạch in lớp d

ết kế phần vỏ hộp thiết bị với kích thước 80 x 160 x 200 mm,

ào kính che buồng lái)

ủa vỏ hộp

ạch in lớp dưới.

ớc 80 x 160 x 200 mm,

ủa phi công khi bay (vát một ồng lái)

ới

ớc 80 x 160 x 200 mm,

ởng đến thao tác và t àng quan sát màn hình thiết bị, nhóm tác

ớc 80 x 160 x 200 mm,

ồ lắp ráp các linh kiện trong hộp thiết bị

à tầm nh

ết bị, nhóm tác

ớc 80 x 160 x 200 mm,

ầm nh

ớc 80 x 160 x 200 mm,

ầm nhìn c

ớc 80 x 160 x 200 mm,

ìn c

ớc 80 x 160 x 200 mm,

ìn của

ớc 80 x 160 x 200 mm,

ủa

ớc 80 x 160 x 200 mm,

Trang 5

Thiết bị sử dụng nguồn điện áp 27V từ điện ắc quy trên máy bay, hệ thống nguồn của thiết bị cần độ ổn định cao do các điều kiện vận hành khắc nghiệt Điện

áp cấp từ máy bay thay đổi dải rộng có nhiều xung áp cao do quá trình khởi động máy bay, các thiết bị công suất lớn trên máy bay hoạt động

3.1.4 Kiểm tra các thông số hoạt động của chip GPS bằng phần mềm

Sử dụng phần mềm Trimble GPS Studio Application để kiểm tra chức năng thu nhận tín hiệu từ GPS sau khi đã lắp ráp chipset theo bản vẽ Phần mềm này giúp người dùng cấu hình GPS, với giao diện dễ sử dụng, phần mềm làm việc với cổng kết nối serial qua chuẩn USB

Qua kiểm tra bộ thu GPS bằng phần mềm cho thấy tín hiệu GPS thu nhận tốt,

bộ thu đảm bảo các tiêu chuẩn về thiết kế

3.2 Giao diện và chức năng của hệ phần mềm

Hệ thống được xây dựng với các chức năng chính:

- Quản lý danh mục chung: Hình ảnh sân bay, địa tiêu, các loại máy bay, ký hiệu quân sự, thiết lặp các thông số chung cho hệ thống (màu sắc, đồ hình phương vị, tỉ lệ bản đồ…);

- Vẽ các bài bay theo kế hoạch;

- Theo dõi trực tiếp vị trí của máy bay trên màn hình thiết bị

Hình 5 Giao diện của phân hệ

hỗ trợ dẫn đường cho máy bay

Hình 6 Giao diện phân hệ hỗ trợ

lập kế hoạch bay

Hiển thị phương vị, cự ly, độ cao, tốc độ và hướng của máy bay

Hiển thị phương vị, cự ly so với sân bay, địa tiêu gần nhất

Lưu trữ danh sách các điểm cố định

Hiển thị đầy đủ các số liệu về phương vị, cự ly, độ cao, tốc độ và hướng của máy bay, ngoài ra còn hiển thị hình ảnh ký hiệu máy bay trực quan trên nền bản đồ

số giúp phi công xác định vị trí hiện tại của máy bay

Ghi lại toàn bộ số liệu bay của phi công, giúp phi công và người chỉ huy xem lại đường bay và đánh giá mức độ hoàn thành nhiệm vụ

Thiết bị sử dụng đường bay kế hoạch được lập bởi sỹ quan dẫn đường để giúp phi công theo dõi đường bay và bay đúng ý định người chỉ huy

Phần mềm lập kế hoạch bay giúp sỹ quan dẫn đường lập các đường bay kế hoạch trên nền bản đồ số dễ dàng, có thể chỉnh sửa các điểm trên đường bay nhanh chóng

Trang 6

Thông số kỹ thuật hệ thống

Kiểu thiết bị L1 frequency, C/A code, thu 22 kênh

Tốc độ: 0.1 knots

Độ cao: ± 8m Thời gian: UTC

đa sắc Tốc độ cập nhật vị trí 2 lần 1 giây lên đến 5 lần 1 giây

Đặc tính vật lý

3.3 Lắp đặt và thử nghiệm thiết bị

Hình 7 Thiết bị lắp đặt trên máy bay

Hình 8 Thiết bị hoạt động trên máy bay

Trang 7

Hình 9 Quy trình thử nghiệm thiết bị trên máy bay

4 KẾT LUẬN

Nhóm tác giả đề xuất và thử nghiệm thành công hệ thống thiết bị hỗ trợ cho phi công xác định vị trí khi bay trên máy bay Su-22M4 dựa trên các thông tin thu được từ hệ thống định vị GPS Thông tin của máy bay được xử lý và hiện thị trên bản đồ số với giao diện trực quan và dễ sử dụng, qua đó cho phép phi công có thể xác định được vị trí của máy bay Hệ thống đã được thử nghiệm và cho kết quả tốt tại Trung đoàn 937/Sư đoàn 370 Tuy nhiên, màn hình thiết bị hiển thị vẫn còn nhỏ, dưới điều kiện ánh sáng mặt trời ban ngày vẫn chưa phát huy tối đã tác dụng

Để bài toán được giải quyết triệt để, nhóm tác giả cần phải tối ưu giao diện hiển thị của thiết bị, chuyển các nút bấm trên màn hình cảm ứng sang nút bấm vật lý để hỗ trợ phi công thao tác tốt hơn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Thanh Hải, “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị định vị vệ tinh phục

vụ giám sát, quản lý phương tiện giao thông đường bộ, đường sắt”, Đề tài dự

án cấp nhà nước, 2010

[2] Bộ tư lệnh không quân, “Sổ tay dẫn đường”, Phòng tham mưu không quân,

1968

Trang 8

[3] Quân chủng phòng không không quân, “Tổ chức thông tin Rada bảo đảm bay của

trung, sư đoàn không quân”, Nhà xuất bản quân đội nhân dân, Hà Nội 2008

[4] Agnew, D.C and Larson, K.M “Finding the repeat times of the GPS

constellation” GPS Solutions (Springer) 11 (1): 71–76, 2007

[5] El-Rabbany, A “Introduction to GPS: The Global Positioning System”

2nd revised edition.Artech House Publishers, Boston, USA, 2006, ISBN 1-59693-016-0

[6] MapInfo Pitney Bowes Software Inc

[7] NMEA Reference Manual, SiRF Technology, Inc

ABSTRACT

RESEARCH ON BUILDING THE DEVICE INTEGRATED GLOBAL POSITIONING SYSTEM TO SUPPORT THE PILOT ON SU-22M4 AIRCRAFT

In the article, the construction of a system that includes the software of navigator guidance to plan flight and one device that supports the pilot on SU-22M4 aircraft located on the map is proposed The device will use the information obtained from the GPS (Global Positioning System) integrated within the same components This device can operate independently or retrieve pre-designed flight data, data obtained after flight can be reviewed and compared with exercise data for inspection and evaluation

Keywords: GPS, Su-22M4, Navigation, Training, Specialized equipment

Nhận bài ngày 16 tháng 8 năm 2017 Hoàn thiện ngày 26 tháng 11 năm 2017 Chấp nhận đăng ngày 28 tháng 11 năm 2017

Địa chỉ: Viện Công nghệ thông tin - Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự

*

Email: lequyenk41@gmai.com

Định dạng
Số trang	8
Dung lượng	1,35 MB