Thử nghiệm tín hiệu băng tần C khi GPS bị gây nhiễu

Thử nghiệm tín hiệu băng tần C khi GPS bị gây nhiễu.

Tín hiệu băng tần C hoạt động khi GPS mất ổn định

TrustPoint, doanh nghiệp phát triển giải pháp định vị và dẫn đường từ không gian, vừa công bố kết quả thử nghiệm tín hiệu băng tần C trong điều kiện hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu bị gây nhiễu.

Trong thử nghiệm, bộ thu có thể tiếp nhận, bám theo tín hiệu băng tần C và tạo dữ liệu vị trí chính xác ngay cả khi tín hiệu GPS suy giảm hoặc không thể sử dụng. TrustPoint thực hiện chương trình theo hợp đồng với Bộ Tư lệnh Hệ thống Không quân Hải quân Mỹ, viết tắt là NAVAIR.

TrustPoint phối hợp với Hexagon, tập đoàn công nghệ đo lường của Thụy Điển, để tiến hành thử nghiệm. NovAtel, công ty con của Hexagon chuyên sản xuất thiết bị thu tín hiệu vệ tinh, đã phát triển bộ thu băng tần C cải tiến phục vụ chương trình.

Kết quả cho thấy tín hiệu của TrustPoint vẫn có thể cung cấp dữ liệu định vị trong môi trường mà tín hiệu từ các hệ thống vệ tinh dẫn đường truyền thống bị can thiệp. Tuy nhiên, các bên chưa công bố đầy đủ mức công suất gây nhiễu, sai số vị trí, thời gian duy trì kết nối và phạm vi thử nghiệm. Vì vậy, chưa đủ dữ liệu độc lập để định lượng khả năng “xuyên qua nhiễu mạnh” của hệ thống.

Vì sao GPS dễ bị gây nhiễu?

GPS là một thành phần của hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu, thường được gọi bằng tên viết tắt GNSS. Nhóm này còn có Galileo của Liên minh châu Âu, GLONASS của Nga và BeiDou của Trung Quốc.

Tín hiệu GPS truyền từ vệ tinh ở quỹ đạo cách xa Trái đất. Khi tới anten của thiết bị, tín hiệu đã rất yếu. NovAtel cho biết mức tín hiệu GNSS điển hình chỉ khoảng âm 130 dBm. Nguồn phát vô tuyến ở gần, kể cả khi tuân thủ giới hạn phát xạ, vẫn có thể mạnh hơn tín hiệu vệ tinh nhiều lần và làm giảm độ nhạy của bộ thu.

Gây nhiễu là hành vi phát tín hiệu vô tuyến mạnh hơn vào dải tần mà thiết bị định vị đang sử dụng. Bộ thu khi đó khó phân biệt tín hiệu thật từ vệ tinh với năng lượng vô tuyến gây nhiễu. Hệ quả có thể là sai vị trí, mất kết nối hoặc không thể cung cấp dữ liệu về vị trí, vận tốc và thời gian.

Phần lớn tín hiệu GPS hoạt động trong băng tần L. TrustPoint phát triển dịch vụ định vị thay thế bằng băng tần C, một vùng tần số cao hơn. Việc sử dụng dải tần khác tạo ra tính đa dạng tần số. Nếu đối phương hoặc nguồn nhiễu tập trung vào băng tần L, đường truyền băng tần C vẫn có khả năng hoạt động.

Cách tiếp cận này không có nghĩa băng tần C không thể bị gây nhiễu. Một nguồn phát được thiết kế để tác động trực tiếp vào dải tần C vẫn có thể gây gián đoạn. Giá trị của hệ thống nằm ở việc bổ sung một đường định vị độc lập, khiến hoạt động gây nhiễu trở nên khó khăn và tốn kém hơn.

Phần cứng thương mại được cải tiến ra sao?

Cụm từ “phần cứng tiêu chuẩn” cần được hiểu thận trọng. Thiết bị dùng trong thử nghiệm dựa trên nền tảng bộ thu GNSS thương mại OEM7 của NovAtel, nhưng không phải sản phẩm nguyên bản có thể tiếp nhận ngay tín hiệu TrustPoint.

Theo tài liệu kỹ thuật được trình bày tại hội nghị của Viện Dẫn đường Mỹ, nguyên mẫu sử dụng bộ thu OEM718D có hai đầu vào tín hiệu vô tuyến. Nhóm phát triển bổ sung thiết bị chuyển đổi tín hiệu băng tần C xuống vùng tần số mà bộ thu hiện có có thể xử lý. Phần mềm điều khiển của bộ thu cũng được sửa đổi để tạo phép đo khoảng cách và pha sóng mang từ tín hiệu TrustPoint.

Thiết kế này giúp nhà phát triển tận dụng một nền tảng đã được tối ưu về điện năng, kích thước và khả năng sản xuất. Doanh nghiệp không phải chế tạo toàn bộ bộ thu từ đầu. Đây là yếu tố có thể rút ngắn quá trình đưa công nghệ vào thiết bị hàng không, hàng hải và các hệ thống quốc phòng.

Nguyên mẫu còn sử dụng kỹ thuật tạo điểm triệt tín hiệu. Bộ thu điều chỉnh khả năng tiếp nhận của anten để giảm năng lượng đến từ hướng có nguồn gây nhiễu, trong khi vẫn theo dõi tín hiệu định vị cần thiết.

Hợp đồng trị giá 1,2 triệu USD

TrustPoint nhận hợp đồng nghiên cứu doanh nghiệp nhỏ giai đoạn hai trị giá 1,2 triệu USD từ Hải quân Mỹ vào năm 2025. Chương trình do Trung tâm Tác chiến Không quân Hải quân, bộ phận máy bay, quản lý với sự tham gia của NovAtel và Hexagon US Federal.

Mục tiêu của hợp đồng là phát triển bộ thu có thể tạo dữ liệu vị trí và thời gian độc lập với GPS khi băng tần L bị gây nhiễu hoặc phát tín hiệu giả. Phát tín hiệu giả khác với gây nhiễu ở chỗ thiết bị bị đánh lừa bằng dữ liệu giống tín hiệu vệ tinh thật, từ đó tính toán sai vị trí hoặc thời gian.

TrustPoint đang xây dựng hệ thống định vị dựa trên các vệ tinh nhỏ ở quỹ đạo Trái đất thấp. Vệ tinh ở quỹ đạo thấp có khoảng cách đến người dùng ngắn hơn vệ tinh GPS truyền thống, qua đó có thể tạo tín hiệu mạnh hơn tại mặt đất. Công ty cho biết hiện có ba vệ tinh thử nghiệm trên quỹ đạo và đang chuẩn bị một hệ thống trình diễn gồm bốn vệ tinh cùng bốn trạm mặt đất.

Chưa thể thay thế GPS ngay lập tức

Cuộc thử nghiệm xác nhận bộ thu cải tiến có thể xử lý tín hiệu băng tần C trong một môi trường có gây nhiễu. Kết quả này chưa đồng nghĩa công nghệ đã sẵn sàng thay thế GPS trên quy mô toàn cầu.

Một hệ thống định vị vệ tinh hoàn chỉnh cần đủ vệ tinh để bảo đảm vùng phủ, đồng bộ thời gian chính xác, trạm điều khiển mặt đất, thiết bị thu tương thích và cơ chế bảo vệ tín hiệu. TrustPoint cũng phải chứng minh độ chính xác, độ ổn định và khả năng vận hành trong nhiều điều kiện địa hình, thời tiết và nhiễu điện từ khác nhau.

Trong giai đoạn đầu, tín hiệu băng tần C phù hợp hơn với vai trò nguồn định vị bổ sung. Máy bay, tàu biển hoặc phương tiện tự hành có thể chuyển sang nguồn này khi GPS suy giảm, đồng thời kết hợp với cảm biến quán tính và các hệ thống dẫn đường khác.

Với thị trường dân dụng, chi phí bộ thu, anten, thiết bị chuyển đổi tần số và thuê dịch vụ sẽ quyết định khả năng phổ biến. Các nhà sản xuất cũng phải giải quyết vấn đề quản lý phổ tần vì băng tần C đang được nhiều dịch vụ vệ tinh và viễn thông sử dụng tại các quốc gia.

Băng tần C khác băng tần GPS thế nào?

GPS chủ yếu truyền tín hiệu trong băng tần L, khoảng từ 1 đến 2 GHz. TrustPoint sử dụng băng tần C ở vùng tần số cao hơn. Hai hệ thống hoạt động trên những vùng phổ khác nhau nên một nguồn nhiễu nhắm vào GPS chưa chắc tác động tương tự tới tín hiệu TrustPoint. Tuy nhiên, băng tần C vẫn cần anten, bộ thu và phần mềm xử lý tương thích.