Số kênh thu trên máy GNSS có quan trọng hay không?

Trong những ngày đầu của máy thu GPS, có một mối tương quan trực tiếp giữa số lượng kênh theo dõi vệ tinh mà máy thu có và số lượng vệ tinh mà máy thu đang theo dõi. Ví dụ: Máy thu Trimble 4000S chỉ có 6 kênh, trong đó mỗi kênh theo dõi tín hiệu L1 trên một vệ tinh. Vào thời điểm đó, các vệ tinh thử nghiệm GPS chỉ phát tín hiệu L1 Coarse Acquisition, do đó có tên mã “L1C/A” dành cho mục đích dân sự.

Tín hiệu L1 từ vệ tinh A sử dụng trong một kênh theo dõi của máy thu.

Với sự ra mắt của các vệ tinh GPS vào cuối những năm 1980 và 1990, công nghệ máy thu GPS đã nâng cao cả về chức năng và thu nhỏ kích thước. Máy thu khảo sát Trimble bao gồm công nghệ độc quyền cho phép họ theo dõi tín hiệu L2 được phát bởi các vệ tinh GPS. Mỗi vệ tinh GPS phát sóng trên băng tần L1 và L2. Chữ “L” trong L1 và L2 đề cập đến ký hiệu được sử dụng cho băng tần L trong phạm vi 1-2 GHz (=1000-2000MHz).

Các tín hiệu nhận được từ vệ tinh B chiếm hai kênh của máy thu.

Tín hiệu vệ tinh GNSS bao gồm các mã khác nhau. Thuật ngữ “GNSS”, viết tắt từ “Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu” để mô tả mạng lưới các hệ thống vệ tinh định vị nằm trên quỹ đạo thay vì chỉ sử dụng thuật ngữ “GPS”, vì GPS là tên được trao cho hệ thống vệ tinh định vị thuộc sở hữu của Hoa Kỳ. Với sự bổ sung của hệ thống GLONASS của Nga, các hệ thống BeiDou của Trung Quốc và QZSS của Nhật Bản giúp việc điều hướng dựa trên vệ tinh đã mở rộng hơn nhiều so với việc chỉ sử dụng chòm sao GPS của Mỹ và “GNSS” đã trở thành thuật ngữ chính xác hơn.

Các mã phạm vi được lưu ý ở trên cho phép máy thu tính toán phạm vi (khoảng cách) từ vệ tinh đến ăng-ten máy thu. Trong trường hợp các vệ tinh GPS được hiện đại hóa, tín hiệu sóng mang L1 được điều chế (sửa đổi) ở cấp độ quân sự (C/A-), dân sự (C-) và các tín hiệu phạm vi mã (P/Y-) được mã hóa chính xác cấp quân sự, tức là L1C/A, L1C và L1P/Y. Trong khi sóng mang L2 được điều chế bởi hai loại mã L2C và L2P/Y. Các vệ tinh GPS cũng phát hai mã phạm vi trên băng tần L5: L5I và L5Q.

Vậy cần có một kênh thu chuyên dụng để theo dõi từng tín hiệu vệ tinh tương ứng. Nghĩa là, nếu máy thu theo dõi L1C, L1C/A, L2C và L5I và L5Q, thì nó sẽ cần phân bổ 5 kênh cho mỗi vệ tinh GPS.

Máy thu GNSS Trimble có thể theo dõi tín hiệu từ nhiều hệ thống vệ tinh. Trong đó mỗi vệ tinh phát sóng trên nhiều băng tần với nhiều mã khác nhau. Cấu trúc tín hiệu của dịch vụ QZSS Nhật Bản chủ ý tương thích với GPS, tuy nhiên, nhìn chung tất cả các Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu khác đều có cấu trúc tín hiệu riêng. Bảng dưới đây tóm tắt các cấu trúc tín hiệu GNSS.

Cấu trúc tín hiệu của hệ thống vệ đinh định vị toàn cầu.

Thông thường, từ 40 đến 60 vệ tinh GNSS sẽ hiển thị trên thiết bị của người dùng ở bất kỳ đâu trên Trái Đất. Giả sử rằng có 5 tín hiệu được theo dõi trên mỗi vệ tinh, thì điều này sẽ yêu cầu 200 đến 300 kênh trên máy thu.

Tuy nhiên, một số hệ thống (ví dụ như Galileo) có mã phạm vi phức tạp hơn. Về cơ bản, mã phạm vi là mã của số 0 và số 1 cho phép máy thu xác định thời gian và khoảng cách di chuyển của tín hiệu đó giữa vệ tinh và máy thu. Các mã phạm vi khác nhau được sử dụng cho các tín hiệu khác nhau, ví dụ: mã phạm vi cho tín hiệu L1C khác với mã phạm vi cho tín hiệu L2C.

Máy thu cần có khả năng tạo các bản sao của các mã được phát bởi mỗi vệ tinh để theo dõi chúng. Do các mã hoàn toàn khác nhau được sử dụng bởi các vệ tinh khác nhau, cần phải dành một số kênh nhất định cho các tín hiệu vệ tinh cụ thể. Điều đó có nghĩa là không phải tất cả các kênh theo dõi vệ tinh máy thu đều có thể bất khả tri và một số cần được dành cho các loại mã cụ thể.

Vì vậy, bây giờ chúng ta có thể bắt đầu hiểu tại sao một máy thu GNSS lại cần nhiều kênh theo dõi vệ tinh đến vậy. Nhiều kênh là chung chung, nghĩa là chúng sẽ theo dõi các tín hiệu tương tự, chẳng hạn như một số tín hiệu GPS và một số tín hiệu Beidou. Tuy nhiên, một số kênh được đặt sang một bên để nhận các tín hiệu mã cụ thể (chẳng hạn như từ một số vệ tinh Galileo).

Hình dưới đây cho thấy một ví dụ về số lượng kênh theo dõi máy thu có thể được sử dụng khi chỉ theo dõi 5 vệ tinh riêng lẻ.

Số lượng kênh trên máy thu cần để theo dõi các hệ thống vệ tinh.

Vì vậy, đây có phải là một trường hợp của “càng nhiều, càng tốt”… có lẽ không hẳn. Một thiết bị không chỉ là việc có nhiều kênh để theo dõi các vệ tinh một cách tùy tiện, mà điều có tầm quan trọng hơn cả là các thuật toán trong bộ thu giải mã tín hiệu, giảm thiểu đa đường và tốc độ hội tụ các tín hiệu đó để xác định vị trí của bạn cũng như nguồn hiệu chỉnh của bạn.

Điều bạn thực sự muốn yên tâm là bộ thu của bạn có khả năng theo dõi tất cả các tín hiệu vệ tinh hiện có, vì bạn càng theo dõi nhiều tín hiệu thì bộ thu của bạn càng có cơ hội hoạt động với tiềm năng tối đa. Cuối cùng, việc theo dõi tất cả các tín hiệu vệ tinh có sẵn sẽ tăng cơ hội có được một vị trí cố định và hoàn thành công việc của bạn một cách hiệu quả và chính xác nhất có thể.

Bảng bên dưới hiển thị danh sách các hệ thống vệ tinh khác nhau, số lượng vệ tinh, số lượng tín hiệu và mô hình quỹ đạo của chúng.

Nguồn bài viết: The State of GNSS Receiver Tracking Channels & Satellite Constellations in Orbit

Xem thêm:

>>> 5 LÝ DO SỬ DỤNG GNSS TRIMBLE CATALYST DA2 GIÚP QUẢN LÝ TÀI SẢN TỐT HƠN

>>> REAL-TIME GNSS CORRECTIONS TRIMBLE - DỊCH VỤ HIỆU CHỈNH GNSS THỜI GIAN THỰC CỦA TRIMBLE