Số lượt truy cập:   572931
New Page 9

MÁY ĐỊNH VỊ

 

          1. Các hệ thống định vị cho tàu cá 

          Từ thời xa xưa con người đã biết đi biển. Trên những con tàu vượt biển thời đó, thuyền trưởng phải dùng trăng, sao, và mặt trời để định hướng và vị trí của mình. Theo thời gian, ngành hàng hải ngày càng phát triển và đòi hỏi độ chính xác về vị trí, hướng đi, tốc độ của con tàu ngày càng cao và máy đo góc, lịch thiên văn xuất hiện. Khi phát minh ra điện và sóng vô tuyến thì một loạt các thiết bị hàng hải như la bàn điện, ra đa, vô tuyến định hướng…lần lượt ra đời nhằm đáp ứng tốt hơn những nhu cầu của con người muốn xác định vị trí tàu trên biển. 

         Các hệ thống định vị bằng sóng vô tuyến trên thế giới gồm có: Hệ thống Loran A, hệ thống Loran C, hệ thống DECCA, hệ thống Omega, hệ thống NNSS, hệ thống GPS. 

         Hiện nay, trên vùng biển Việt Nam chỉ só hai hệ thống định vị bằng sóng vô tuyến có khả năng thu nhận và xử lý được tín hiệu: Hệ thống Omega và hệ thống GPS.  

         1. 1. Hệ thống định vị vô tuyến hàng hải LORAN 

          Hệ thống Loran gồm một số trạm phát tín hiệu vô tuyến đặt cố định ở bờ. Một máy thu đặt trên tàu muốn xác định vị trí cần đo số hiệu thời gian tín hiệu truyền tới từ các cặp trạm rồi tra cứu đường vị trí trên bản đồ chuyên dụng của hệ thống để suy ra kết quả. Mỗi cặp trạm có một hệ thống đường hypecbôn được đánh mã số cụ thể. Các đường này đối xứng nhau qua đường tâm của cặp trạm. Điều này gây ra tính lưỡng trị và nó được giải quyết bằng phương pháp cho các trạm phát tín hiệu lệch nhau về thời gian. Nhờ cách bố trí đó mà ở bất kỳ vị trí nào tín hiệu của trạm chủ cũng đến trước tín hiệu của trạm phụ  và hiệu thời gian đo được cũng lớn hơn T/2 (một nửa chu kỳ xung). 

         Hệ thống Loran C là hệ cải tiến của Loran A. Hệ thống Loran chưa phủ sóng toàn cầu. Đặc biệt, vùng biển Việt Nam chưa được công bố tác dụng sóng chính thức nên các máy thu hệ này chưa được dùng ở nước ta. Các máy thu Loran ngày nay đã được vi tính hóa và chỉ thị các tham số hàng hải trực tiếp mà không cần phải thao tác điều chỉnh để đo xung trên màn hiện sóng. 

         1. 2. Hệ thống định vị vô tuyến hàng hải DECCA 

         Hệ thống Decca hoạt động dựa trên nguyên lý xác định vị trí bằng các đường hypecbôn. Hệ thống đặt trên đất liền phân bố thành từng nhóm bốn trạm. Trong mỗi nhóm có một trạm chủ và ba trạm phụ, 3 trạm phụ nằm trên đỉnh của một tam giác đều và trạm chủ là tâm. Tín hiệu ở hệ thống Decca có dạng xung của tín hiệu điều hòa. Máy thu hệ Decca đo hiệu pha của sóng từ hai trạm truyền đến chứ không đo hiệu thời gian. Để xác định vị trí cần đọc các hiệu pha, tra hải đồ chuyên dụng của Decca tìm điểm cắt nhau của hai đường hypecbôn. Máy thu Decca chỉ có tác dụng ở vùng biển Nhật Bản và châu Âu. 

         1. 3. Hệ thống định vị vô tuyến hàng hải OMEGA 

         Hệ thống Omega hoạt động dựa trên hệ thống vô tuyến hypecbôn trên cơ sở đo hiệu pha của tần số phát đi từ các cặp trạm để xác định vị trí. Lúc đầu hệ thống ở tần số 50KHz, dải điều tần 200KHz; đến năm 1955 được đổi thành tần số 10,2KHz; sau đó hệ thống được bổ sung thêm 2 tần số nữa là 11,33KHz và 13,6KHz. Năm 1960, có 4 trạm phát và đến năm 1980 có 8 trạm phát phân bố khắp các châu lục và phủ sóng toàn cầu. 

           Ưu nhược điểm của hệ thống hàng hải OMEGA:       

           - Ưu điểm:

            Hệ thống phủ sóng toàn cầu nên cho phép xác định vị trí ở mọi nơi trên trái đất. 

           Máy thu rẻ tiền hơn so với máy định vị qua vệ tinh NNSS hay GPS. 

           Khi đã xác định được vị trí tàu thì máy tự động theo dõi và cung cấp các tham số hàng hải liên tục. 

          - Nhược điểm: 

          Sóng truyền chịu ảnh hưởng của tầng điện ly (giờ trong ngày, mùa trong năm).

           Độ chính xác vị trí chưa cao. 

          Thứ tự thao tác còn phức tạp, nhiều bước để có vị trí đầu tiên khi mở máy. 

          Khả năng định vị phụ thuộc vào thời điểm trong ngày và thời tiết.

           1. 4. Hệ thống định vị vô tuyến hàng hải NNSS (hình 73)

           Hệ thống định vị vô tuyến hàng hải NNSS (Navy Navigation Satellite System) có 3 bộ phận: Các vệ tinh, các trạm theo dõi và điều khiển vệ tinh trên mặt đất, các máy thu của người sử dụng.

           Hệ thống gồm 6 vệ tinh bay ở độ cao trung bình 1.000-1.100 km theo quỹ đạo cực. Tín hiệu do vệ tinh phát ra truyền đến máy thu ở trên tàu nhận và xử lý ra các số liệu phục vụ hàng hải. Để xác định được vị trí tàu, các vệ tinh phải đảm bảo 3 yếu tố: 

         - Vệ tinh phát tín hiệu trên tần số ổn định 

         - Đo đạc thời gian chính xác 

         - Liên tục biết vị trí của vệ tinh một cách chính xác trong không gian 3 chiều. 

 

          Trên cơ sở tín hiệu của vệ tinh, có nhiều phương pháp xử lý, cung cấp các thông tin hàng hải có độ chính xác khác nhau. Phương pháp đo độ lệch tần số (hiệu ứng Doppler) của tín hiệu vệ tinh đối với người quan sát để xác định vận tốc hướng tâm hay hiệu khoảng cách được sử dụng phổ biến hơn cả. 

         Hệ thống NNSS có 6 vệ tinh bay theo quỹ đạo cực nên ở vùng  xích đạo mật độ thưa nhất còn hai đầu cực có mật độ dày nhất. Trong khi đó số lượng tàu cần định vị lại ngược lại. Tại xích đạo trong điều kiện thời tiết xấu có khi 1,5 giờ mới nhận được tín hiệu của vệ tinh để tính toán vị trí chính xác. Để có các tham số hàng hải liên tục phục vụ cho việc chạy tàu, phải thực hiện phương pháp nội suy. 

         Mặc dù đã có những tiến bộ vượt bật so với hệ thống vô tuyến đặt trên mặt đất nhưng hệ thống NNSS vẫn còn nhiều nhược điểm so với yêu cầu của ngành hàng hải hiện đại. Nhược điểm lớn nhất của hệ thống là tính gián đoạn trong việc thu và xử lý tín hiệu của vệ tinh để suy ra vị trí tàu. Ở xích đạo và khi thời tiết không thuận lợi có khi các lần thu được tín hiệu cách nhau hơn một giờ. Nguyên nhân là do: hệ thống chỉ có 6 vệ tinh bay theo quỹ đạo cực nên càng gần xích đạo mật độ vệ tinh càng thưa, trong khi đó ở hai đầu cực mật độ cao thì tàu lại ít. Vệ tinh bay thấp nên vùng nhìn thấy hẹp (vùng được vệ tinh phủ sóng thành một vệt có bề ngang 3.624 hải lý). Thời gian quan sát được một vệ tinh nhiều nhất là 18 phút khi nó bay qua đỉnh đầu để có nhiều đường vị trí nhất nhưng lại cho kết quả không tốt vì góc cắt hẹp, sai số lớn. Những vệ tinh bay thấp dưới 50 thì sóng điện từ bị khí quyển gây khúc xạ nên kết quả tính toán vị trí cũng có sai số lớn. Để có vị trí chính xác cần phải nạp vị trí dự đóan vào máy định vị với sai số không quá 10

         1. 5. Hệ thống định vị GPS  

          Sự xuất hiện của hệ thống GPS (Global Positioning System) đã đưa phép định vị bước vào một kỷ nguyên mới. Mục đích của hệ thống là cung cấp thông tin vị trí cho các đối tượng có nhu cầu trong mọi điều kiện thời tiết, mọi vùng lãnh thổ và cả phần không gian gần mặt đất với thời gian nhanh nhất cùng các tham số được tính toán liên tục. 

          Hệ thống GPS gồm các vệ tinh bay ở độ cao khoảng 20.000 km so với mặt đất. Các vệ tinh được chia thành nhiều nhóm, mỗi nhóm bay trên một quỹ đạo xác định; 21 vệ tinh đầu tiên được chia thành 6 nhóm bay trên 6 mặt phẳng quỹ đạo. Nhiệm vụ chủ yếu của các vệ tinh là: 

          - Thu nhận, lưu trữ và xử lý thông tin của các trạm điều khiển từ mặt đất.

           - Duy trì bộ phát chuẩn tín hiệu thời gian. 

          - Phát tín hiệu chứa thông tin cần thiết xuống trái đất cho các máy thu định vị. 

          - Hiệu chỉnh quỹ đạo bằng tên lửa đẩy nhằm khử các nhiễu lọan trong khi bay thông qua sự điều khiển của trạm mặt đất.

          Để phép định vị được liên tục trong không gian 3 chiều (3D) thì tối thiểu ở mọi nơi trên mặt đất, và mọi thời điểm máy thu phải nhận được tín hiệu của 4 vệ tinh trở lên. Ngoài ra, để có độ chính xác cao cần có tín hiệu của nhiều vệ tinh hơn nữa để lựa chọn nhóm, góc nâng quỹ đạo để hạn chế sai số. Khi sử dụng máy cần chú ý đến các nguyên nhân gây nên sai số thông thường sau: 

          - Không nhập dữ liệu độ cao lắp đặt anten trên mặt nước biển vào mục SETUP. Hiện có một số máy không cần nhập tham số này. 

          - Vị trí các vệ tinh trên thiên cấu tạo nên các đường đẳng trị cắt nhau thành một góc hẹp. 

          - Các vệ tinh có góc nâng quỹ đạo nhỏ, bay gần đường chân trời so với vị trí máy thu làm sóng vô tuyến của nó phát ra truyền qua lớp khí quyển gần mặt đất bị khúc xạ mạnh hơn. 

          - Độ cao và vị trí đặt anten hiện tại không phù hợp làm cho máy thu nhận được hai hay nhiều đường truyền sóng từ một vệ tinh đến do các chướng ngại vật phản xạ xung quanh. Hiện tượng trên vừa gây lộ trình sóng khác nhau và nếu vật phản xạ lớn ở gần thì còn gây ra một ảnh ảo của anten khiến cho các đặc tính biên độ, pha thu giống như một tổ hợp. 

           Nguyên nhân gây nên sai số này rất cần được chú ý khi phép định vị yêu cầu độ chính xác thấp hơn 10m. 

         2. Một số loại máy định vị thường được sử dụng ở Việt Nam

          Hệ thống GPS ra đời đã đánh bại các hệ thống định vị vô tuyến hàng hải khác và nó đã xâm nhập vào nhiều lĩnh vực như: quân sự, địa chính, lâm nghiệp, ngư nghiệp, hàng không, du lịch, bưu điện, giao thông đường bộ,…Trên thế giới, máy thu GPS trên bộ luôn nhiều hơn so với máy thu trong nghề biển nhưng ở Việt Nam thì ngược lại. Ngư dân đã thực sự thấy được lợi ích của máy định vị trong nghề nghiệp của mình.

         Tại Việt Nam, các máy định vị được triển khai cho ngư dân vào khoảng năm 1992. Mục đích là xác định vị trí tàu, nhớ các điểm quan trọng, lưu lại vết đường đi lúc kéo lưới để xem xét cho các mẻ lưới sau, điều động tàu theo con đường tối ưu nhất,… 

         Tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng, các hãng sản xuất khác nhau mà có nhiều loại máy với tính năng khác nhau. Các hãng sản xuất chính gồm có: FURUNO, JRC, CODEN, JMC, JRC,…Thường được sử dụng trong nghề cá Việt Nam có: 

        - Một số máy định vị GPS của hãng CODEN như: KGP - 97, KGP - 911, KGP - 912, KGP - 930, CODEN 2000, CODEN 4500, GTD - 2000, GTD - 22000, GTD - 2400, GTD - 2410, GTD - 210, GTD - 2020,…

            - Một số máy định vị GPS của hãng FURUNO như: FURUNO GP 30, FURUNO GP 50, FURUNO GP50 mark3,… 

           - Một số máy định vị GPS của hãng JRC như: JRC - NWZ 4550, JRC 660, JFC - 790,… 

           - Một số máy định vị GPS của hãng JMC như: JMC - V608P, JMC - NB680

 

Bùi Văn Tùng

Nguyễn Văn Kháng

Nguồn: Bách khoa thủy sản

Hội Nghề cá Việt Nam

TIN VẮN



Coppyright Trung tâm nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Phần mềm
Trường Đại học Nha Trang

Hội nghề cá Khánh Hòa - 04 Phan Chu Trinh (Khu liên cơ 2) - Tp Nha Trang