Hệ thống định vị Bắc Đẩu (là một dự án của Trung Quốc phát triển một hệ thống vệ tinh định vị độc lập. Tên gọi này có thể đề cập một hoặc cả hai thế hế hệ thống định vị của Trung Quốc.
Hệ thống Bắc Đẩu đầu tiên, chính thức được gọi là “Hệ thống thử nghiệm định vị vệ tinh Bắc Đẩu”, hay được gọi là “Bắc Đẩu 1“. Thế hệ thứ hai của hệ thống, được gọi là Compass hay Bắc Đẩu 2, sẽ là một hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu bao gồm 35 vệ tinh, vẫn còn đang được tạo dựng.
Nó đã hoạt động với phạm vi toàn Trung Quốc trong tháng 12 năm 2011.Theo kế hoạch hệ thống sẽ cung cấp dịch vụ cho khách hàng trong khu vực châu Á-Thái Bình Dương vào năm 2012 và các hệ thống toàn cầu sẽ được hoàn thành vào năm 2020, sau khi sở hữu 35 vệ tinh.
Nội dung chính
1. Lịch sử và phát triển Compass
- COMPASS ( thế hệ thứ 2 của hệ thống Vệ tinh Bắc Đẩu ) hay Bắc Đẩu 2, là hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu gồm 35 vệ tinh, vẫn còn được tạo dựng. Nó đã hoạt động với phạm vi toàn quốc trong tháng 12/2011. Theo kế hoạch hệ thống sẽ cung cấp dịch vụ cho khách hàng trong khu vực châu Á-Thái Bình Dương trong năm 2012 và hệ thống sẽ được hoàn thành vào năm 2020, sau khi sở hữu 35 vệ tinh.
- Theo công bố của Cơ quan Không gian Quốc gia Trung Quốc, Compass được phát triển theo lộ trình ba bước: Hệ thống nền tảng (experimental) – Hệ thống khu vực – Hệ thống toàn cầu.
- Hệ thống nền tảng đã được khởi động bằng chính hệ thống BeiDou-1, với trùm được tạo thành bởi 3 vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh GEO, hệ thống này cung cấp dịch vụ định vị và liên lạc viễn thông qua các bản tin ngắn.
- Hệ thống tiếp theo BeiDou-2 theo thiết kế ưu tiên để xây dựng hệ thống khu vực tạo thành bởi trùm bao gồm 5 vệ tinh GEO, 5 vệ tinh IGSO, và 5 vệ tinh MEO.
- Sau đó chính hệ thống này sẽ được mở rộng ra thành hệ thống toàn cầu với cấu hình bao gồm 5 vệ tinh GEO, 3 vệ tinh IGSO, và 27 vệ tinh MEO.
- Theo kế hoạch, hệ thống khu vực sẽ bắt đầu hoạt động và cung cấp dịch vụ trên lãnh thổ Trung Quốc và vùng lân cận vào cuối năm 2012, còn hệ thống toàn cầu sẽ hoàn chỉnh và chính thức đi vào hoạt động vào cuối năm 2020.
- Hệ thống định vị vệ tinh Compass sẽ cung cấp các dịch vụ ở hai mức khác nhau. Dịch vụ mở – miễn phí cho tất cả người sử dụng trong lĩnh vực dân sự với độ chính xác định vị vị trí điểm nằm trong khoảng 10 mét, độ chính xác về thời gian đạt được 20 nano giây (ns) và độ chính xác vận tốc di chuyển đạt 0.2 mét/giây (m/s). Dịch vụ cấp quyền sử dụng đảm bảo sẽ đạt được độ chính xác và tính tin cậy cao hơn ngay trong những điều kiện và tình huống khó khăn và có thể bao gồm cả dịch vụ kết nối truyền thông bằng các bản tin ngắn.
Bước xây dựng hệ thống khu vực đã gần như đến giai đoạn hoàn chỉnh, kế hoạch xây dựng trùm vệ tinh gần như đã hoàn tất. Bên cạnh những dịch vụ tiêu chuẩn và khả năng định vị tức thời chính xác, những kết quả điều tra nghiên cứu chi tiết về dịch vụ định vị thời gian thực độ chính xác cao của hệ tống Compass gần đây cũng đưa ra những số liệu rất đáng quan tâm.
Số liệu từ 12 trạm đo phân bố trên lãnh thổ Trung Quốc, Khu vực Thái Bình Dương, Châu Âu, và Châu Phi để kiểm tra khả năng hoạt động của hệ thống Compass được cấu thành bởi 4 vệ tinh địa tĩnh quỹ đạo Trái đất GEO, 5 vệ tinh quỹ đạo nghiêng IGSO, tất cả các vệ tinh này đều đang trong chế độ hoạt động. Hệ thống khu vực sẽ hoàn chỉnh vào cuối năm 2012 với trùm bao gồm 5 vệ tinh GEO, 5 vệ tinh IGSO và 4 vệ tinh quỹ đạo trung bình Trái đất MEO. Đến năm 2020 Compass sẽ chính thức hoàn chỉnh mở rộng trên quy mô toàn cầu.
2. Cấu trúc của hệ thống vệ tinh Compass
a. Phần không gian.
Hệ thống Bắc Đẩu sử dụng chòm 3 vệ tinh địa tĩnh ở kinh độ 80º20’,110º40’ và 139º90’. Vệ tinh đầu tiên được phóng sau năm 2000 và có cấu hình đầy đủ vào năm 2004 . Tín hiệu thu nhận tốt trong khoang kinh độ từ 70º đến 150º phục vụ tốt cho lãnh thổ đất nước và các nước láng giềng. Các vệ tinh phát tín hiệu ở tần số sóng tải là 2491.75MHz .Độ chính xác của vị trí trong vùng phủ tín hiệu có thể đạt khoảng 20m (1-sigma). Có thể cấp phát tín hiệu cho 540000 trạm thu nhận tín hiệu cố định trên mặt đất. Sau khi phóng thêm 27 vệ tinh địa tĩnh nữa vào quỹ đạo thì bán kính quỹ đạo khoảng 27840km và nghiêng 1 góc 55º.
b. Phần điều khiển.
Bộ phận này bao gồm các trạm điều khiển đặt tại các vị trí khác nhau trên mặt đất trong đó trạm điều khiển chính đặt tại Bắc Kinh. Bộ phận này có chức năng thu nhận các tín hiệu từ vệ tinh và tiến hành phân tích để lấy thông tin phục vụ cho các mục đích khác nhau.
c. Phần sử dụng.
Mảng sử dụng bao gồm thiết bị thu nhận vệ tinh GPS và người sử dụng,cụ thể như sau:
Các quá trình điều hành.
- Phần cứng (để theo dõi tín hiệu và trị đo khoảng cách)
- Phần mềm (là các thuật toán sử dụng và giao diện của thiết bị với người sử dụng)
Các thiết bị thu nhận tín hiệu vệ tinh trên mặt đất từ các thiết bị thu nhận chuyên dụng (trạm thu phát saongs, thiết bị dẫn đường trên các laoij tên lửa, máy bay không người lái, thuyền bè trên biển,…) đến các thiết bị thu ngoại vi đơn giản (điện thoại, hệ thống dẫn đường trên ô tô,…)
3. Nguyên lý hoạt động và tình hình ứng dụng của hệ thống
a. Nguyên lý hoạt động
- Cũng giống như các hệ thống định vị khác trên thế giới thì hệ thống định vị COMPASS hoạt động dựa trên nguyên lý tương tác, thu nhận và chuyển đổi dữ liệu giữa các hợp phần.
- Thông qua các quá trình thu nhận tín hiệu từ các thiết bị thu của vệ tinh rồi chuyển đến các trung tâm điều khiển, tại đây tiến hành các quá trình dịch mã và chuyển đổi dữ liệu sau đó các kết quả thu được lại được truyền đến người sử dụng thông qua hệ thống các thiết bị thu – phát tín hiệu trên mặt đất.
- Bộ phận không gian phát các loại sóng với các tần số khác nhau, với đặc trưng cho từng đối tượng, vị trí ra trong không gian. Bộ phận điều khiển thu nhận và xử lý các tín hiệu đó (thông qua các chương trình đã được lập trình sẵn) để thu nhận các mảng thông tin khác nhau rồi trả lại các vệ tinh tín hiệu đã được giải mã để truyền tới bộ phận sử dung.
- Từ năm 2000, Trung Quốc đã đưa 4 vệ tinh Compass thử nghiệm vào vũ trụ để hình thành nên một hệ thống định vị kiểm tra. Hệ thống này có khả năng cung cấp thời gian và thông tin về hệ thống định vị toàn cầu (GPS) cho Trung Quốc cùng một số nước láng giềng. Nó đã được sử dụng rộng rãi và đóng một vai trò to lớn trong các lĩnh vực giao thông, đánh bắt hải sản trên biển, dự báo thời tiết, giám sát các công trình thủy điện, giảm nhẹ thiên tai.
b, ứng dụng của hệ thống
- Có khả năng cung cấp tín hiệu dẫn đường cho người dùng trên toàn thế giới dưới 2 dạng:
- Dịch vụ tự do miễn phí cho mục đích dân sự với độ chính xác ở vị trí 10m và tốc đọ chính xác là 0,2 m/s và thời gian chính xác là 50 nano giây.
- Dịch vụ đăng kí có độ chính xác cao hơn chỉ ứng dụng cho dân sự và các ứng dụng khác được cấp phép.
- Nhóm thiết kế COMPASS dự đoán nó sẽ tạo ra một thị trường dịch vụ định vị có trị giá tới 63 tỷ USD trong khoảng thời gian từ nay tới năm 2020
- Ngoài việc đáp ứng nhu cầu, mục đích bảo vệ lợi ích quốc gia (chính trị, kinh tế, quân sự,..) ngoài ra nó còn phục vụ các lợi ích dân sự như:
- Lợi ích kinh tế – thương mại: việc Trung Quốc đưa hệ thống COMPASS vào hoạt động sẽ phá vở thế đọc quyền của Mỹ và tạo ra trong lĩnh vực định vị – dẫn đường, thông qua các bản hợp đồng bán bản quyền, cho thuê đường truyền vệ tinh,…, ngoài ra hệ thống này ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế biển.
- Ứng phó với các vấn đề an ninh mới.
- Cung cấp các dịch vụ cho dân sự như: dẫn đường, cứu hộ, cứu nạn,phòng chống thiên tai, dự báo thời tiết, xây dựng bản đồ thông minh,…
- Xây dựng các chiến lược quốc phòng: Đây là cơ sở để Trung Quốc tiến hành thiết kế và xây dựng các hệ thống phòng chống tên lửa, xây dựng các loại vũ khí tự động lập trình tấn công mục tiêu,..
- Các chuyên gia còn cho biết, cơ sở hạ tầng vũ trụ quan trọng, một hệ thống vệ tinh định vị – giống như một trạm định vị radio trong vũ trụ – kết hợp các yếu tố thuận lợi của định vị trên không truyền thống và các hệ thống định vị radio dưới mặt đất. Nó có thể mang lại những lợi nhuận khổng lồ về kinh tế, nhưng chỉ một số quốc gia trên thế giới hiện có khả năng phát triển hệ thống định vị riêng trong nước.
