Trong lĩnh vực đo đạc, khảo sát trắc địa công nghệ GNSS thu phát tín hiệu từ hệ thống vệ tinh GPS đang ngày càng phổ biến. Hệ thống vệ tinh địa tĩnh là một trong 2 tín hiệu vệ tinh GNSS đang được sử dụng. Vậy vệ tinh địa tĩnh là gì? Tín hiệu vệ tinh địa tĩnh có những ưu và nhược điểm gì? Ứng dụng của vệ tinh địa tĩnh trong đo đạc và khảo sát địa chất ra sao? Hãy cùng GeoTech Global tìm hiểu thông qua bài viết dưới đây nhé.
Vệ tinh địa tĩnh là gì?
Vệ tinh địa tĩnh là một vệ tinh xoay quanh Trái Đất, được đặt ở độ cao khoảng 35.800 km (tương đương 22.300 dặm) trực tiếp trên đường xích đạo.
Vệ tinh địa tĩnh quay cùng hướng theo hướng quay của Trái Đất (từ hướng tây sang đông). Một quỹ đạo của vệ tinh mất 24 giờ, bằng với khoảng thời gian Trái Đất hoàn thành quay một vòng xung quanh trục của nó.
Có thể hiểu theo hướng đơn giản hơn, rằng vệ tinh địa tĩnh là những vệ tinh được mỗi quốc gia phóng lên, với mục đích cá nhân, phục vụ cho các quốc gia đó trong các lĩnh vực như: Viễn thông, truyền hình vệ tinh hoặc hỗ trợ cho những tín hiệu vệ tinh được hiệu chỉnh chính xác hơn…Tín hiệu của vệ tinh địa tĩnh không được chia sẻ, hoặc chỉ được phép chia sẻ với một số quốc gia lân cận.
So với vệ tinh toàn cầu, vệ tinh địa tĩnh có quỹ đạo di chuyển trong một phạm vi nhỏ so với Trái Đất. Trong khi những vệ tinh toàn cầu sẽ được phóng lên khớp với quỹ đạo Trái Đất và bao phủ khắp toàn bộ Trái Đất.
Vị trí của vệ tinh địa tĩnh trên trái đất
Vệ tinh địa tĩnh được đặt ở độ cao lớn, cho phép chúng đo toàn bộ diện tích bề mặt trái đất, ngoại trừ các khu vực nhỏ ở cực nam và cực bắc địa lý, giúp ích cho việc nghiên cứu khí tượng. Các đĩa vệ tinh có tính định hướng cao giúp giảm nhiễu tín hiệu từ các nguồn trên mặt đất và các vệ tinh khác.
Một khu vực quỹ đạo là một vòng rất mỏng trong mặt phẳng xích đạo; do đó, một số lượng rất nhỏ các vệ tinh có thể ở trong khu vực đó mà không xung đột và va chạm với nhau. Vị trí chính xác của các vệ tinh địa tĩnh dao động nhẹ sau mỗi khoảng thời gian 24 giờ. Những dao động như vậy xảy ra do nhiễu loạn hấp dẫn giữa các vệ tinh, Trái đất, Mặt trời, Mặt trăng và các hành tinh khác.
Một số hệ thống vệ tinh địa tĩnh phổ biến trên Trái Đất
Vệ tinh SBAS
SBAS (Satellite-Based Augmentation System), là hệ thống mạng lưới các vệ tinh và các trạm điều khiển địa phương. Hệ thống này có khả năng tăng cường độ chính xác và tin cậy của hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GNSS.
Hệ thống SBAS này bao gồm các trạm được đặc trên các mốc sẵn có, với vị trí chính xác. Nếu tín hiệu từ hệ thống định vị hệ thống vệ tinh toàn cầu GNSS có sai số bởi nhiễu loạn tín hiệu khi xuyên qua bầu khí quyển, tầng địa ly, hoặc sai số quỹ đạo vệ tinh hay sai số đồng hồ thì hệ thống SBAS được dùng để so sánh với dữ liệu thu thập từ GNSS. Những hiệu chỉnh SBAS này được gọi là hiệu chỉnh độ lệch, và điều này giúp cho thiết bị thu GNSS xác định được chính xác vị trí với độ tin cậy cao hơn.
Hiện nay, có rất nhiều quốc gia, vùng lãnh thổ trên thế giới đã xây dựng một hệ thống SBAS riêng cho mình, nhằm mục đích cải thiện tín hiệu GNSS, nâng cao độ chính xác trong các phép đo, có thể kể đến như: WASS của Mỹ; SDCM của Nga; EGNOS của Châu Âu; BDS BASS của Trung Quốc; SPAN của Úc và New Zealand; MSAS của Nhật Bản; KASS của Hàn Quốc; GAGAN của Ấn Độ; A-SBAS của Châu Phi và Ấn Độ Dương…
Vệ tinh QZSS
QZSS (Quasi-Zenith Satellite System) là hệ thống định vị vệ tinh được phát triển bởi Nhật Bản, với mục tiêu cung cấp các dịch vụ định vị chính xác và ổn định cao trong khu vực Châu Á – Châu Đại Dương. Hệ thống vệ tinh QZSS này có khả năng tương thích với GPS và những hệ thống vệ tinh GNSS khác trên toàn cầu. QZSS đã góp phần giúp công tác đo đạc, khảo sát được nhanh hơn, chính xác và hiệu quả hơn.
Vệ tinh IRNSS
IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System) là hệ thống định vị khu vực của Ấn Độ, có độ phủ ở Ấn Độ và Bắc Ấn Độ Dương. Hệ thống này giúp định vị, chỉ đường với một số ứng dụng chỉ giới hạn tại Ấn Độ và các khu vực lân cận nằm trong bán kính 1500km tính từ biên giới Ấn Độ.
Ưu điểm và hạn chế của hệ thống vệ tinh địa tĩnh
Ưu điểm của vệ tinh địa tĩnh
- Có thể bao phủ toàn bộ hành tinh, ngoại trừ các khu vực nhỏ tập trung tại các cực phía Bắc và phía Nam.
- Một vệ tinh địa tĩnh có thể được truy cập bằng cách sử dụng một ăng-ten định hướng.
- Một ăng-ten định hướng trên mặt đất có thể được nhắm và sau đó để ở vị trí mà không cần điều chỉnh thêm.
- Có thể sử dụng các ăng-ten định hướng cao, giúp giảm thiểu nhiễu từ các nguồn trên bề mặt và từ các vệ tinh khác.
Nhược điểm của vệ tinh địa tĩnh
- Số lượng vệ tinh bị hạn chế do quỹ đạo tương đối hẹp.
- Độ trễ ít nhất là 240 mili giây cho một tín hiệu điện tử.
- Do lực hấp dẫn giữa vệ tinh và các hành tinh, vị trí chính xác của vệ tinh địa tĩnh sẽ bị thay đổi trong mỗi khoảng thời gian 24 giờ.
- Độ nhiễu EM bị gia tăng đáng kể khi vệ tinh ở gần Mặt Trời.
- Tín hiệu vệ tinh địa tĩnh thường không phổ biến do bị hạn chế về khả năng thu sóng ở một vài khu vực.
Ứng dụng của vệ tinh địa tĩnh trong công tác khảo sát, đo đạc
Đối với một số khu vực, việc sử dụng vệ tinh địa tĩnh đã đóng góp rất nhiều, mang lại sự hiệu quả và chính xác nhất định cho công tác đo đạc, khảo sát. Chẳng hạn, tại khu vực quốc gia Ấn Độ, sử dụng hệ thống vệ tinh IRNSS sẽ mang lại hiệu quả và độ chính xác cao nhất; hay đối với vệ tinh QZSS sẽ ứng dụng tốt nhất và ổn định trong khu vực Nhật Bản, Châu Á – Châu Đại Dương.
Riêng tại Việt Nam, trong một tháng chỉ có một vài ngày trong tháng có thể thu được tín hiệu từ các vệ tinh địa tĩnh. Vì thế, thay vì sử dụng vệ tinh địa tĩnh cho khảo sát đo đạc, thì tại Việt Nam, người dùng chỉ cần chú ý đến khả năng thu tín hiệu GPS của bốn hệ thống vệ tinh toàn cầu GPS, GLONASS, GALILEO, BEIDOU là đủ.
Thiết bị thu phát tín hiệu GNSS sử dụng trong đo đạc, khảo sát trắc địa phù hợp tại Việt Nam
Để thu phát tín hiệu GNSS ở Việt Nam hiệu quả,các kỹ sư nên dùng các thiết bị đo GPS RTK . Hiện nay, trên thị trường có nhiều hãng sản xuất các thiết bị GPS RTK nhưng dòng sản phẩm đến từ thương hiệu HI-tagert (Trung Quốc) và Satlab (Thuỵ Điển) đang được ưu chuộng nhất bởi vì tính năng cũng như giá thành. Sản phẩm nổi bật đến từ thương hiệu này gồm:
Hi -tagert có máy GNSS RTK Hi – tagert V200, GNSS RTK VRTK đây là 2 sản phẩm có công nghệ camera kép, bố trí và khảo sát điểm nhanh, kết quả chính xác, phù hợp với địa chất có nhiều góc và vật cản nguy hiểm.
Satlab có máy GNSS RTK Satlab Eyr sử dụng camera kép bên trên và mặt dưới đáy thu tín hiệu nhanh hơn, khả năng theo dõi vệ tinh và chống nhiễu tốt hơn, kết quả chính xác và có nhiều trải nghiệm tốt hơn.
Bài viết trên đây GeoTech Global đã tổng hợp những kiến thức về vệ tinh địa tĩnh. Hy vọng rằng với những thông tin chúng tôi cũng cấp sẽ giúp ích rất nhiều cho công tác đo đạc và khảo sát ngoài thực địa của các kỹ sư.
