Nghiên cứu xác định định hướng không gian của thiết bị bay theo các phép đo từ trường trái đất Xem đầy đủ: https://1drv.ms/f/s!AnR3XNNgwgZpngH9G4icGakdPql0?e=KvxnwZ

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
______________________________________________________________________
ĐỖ VĂN PHÁN
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH
ĐỊNH HƢỚNG KHÔNG GIAN CHO THIẾT BỊ BAY
THEO CÁC PHÉP ĐO TỪ TRƢỜNG TRÁI ĐẤT
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2013

2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
______________________________________________________________________
ĐỖ VĂN PHÁN
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH
ĐỊNH HƢỚNG KHÔNG GIAN CHO THIẾT BỊ BAY
THEO CÁC PHÉP ĐO TỪ TRƢỜNG TRÁI ĐẤT
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 62.52.02.16
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS. TSKH. Nguyễn Công Định
2. TS. Vũ Hỏa Tiễn
HÀ NỘI - 2013

3. i
CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội
dung, số liệu và kết quả đã trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực
và chưa có tác giả nào công bố trong bất cứ một công trình nào khác.
TÁC GIẢ LUẬN ÁN
Đỗ Văn Phán

4. ii
LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới tập thể cán bộ hướng
dẫn khoa học:
Thiếu tướng, GS-TSKH. Nguyễn Công Định
Đại tá, TS. Vũ Hỏa Tiễn
đã tận tình chỉ đạo và giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện luận án.
Tác giả của luận án cũng xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo,
chỉ huy Khoa Kỹ thuật điều khiển, Bộ môn Tên lửa, Phòng Đào tạo
SĐH, Thủ trưởng Học viện KTQS và cá nhân các cán bộ, giáo viên Bộ
môn Tên lửa đã quan tâm, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn
thành luận án.
Xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, các nhà khoa học, các
đồng nghiệp đã quan tâm, giúp đỡ, góp ý và cổ vũ động viên tác giả
hoàn thành công trình khoa học này.
TÁC GIẢ
Đỗ Văn Phán

5. iii
MỤC LỤC
CAM ĐOAN ............................................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................... ii
MỤC LỤC...............................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU .........................................vii
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ................................................................xii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1
Chƣơng 1. HỆ DẪN ĐƢỜNG QUÁN TÍNH KHÔNG ĐẾ VÀ BÀI TOÁN
ĐỊNH HƢỚNG THIẾT BỊ BAY TRINH SÁT KHÔNG NGƢỜI LÁI ..... 10
1.1 Hệ thống dẫn đƣờng quán tính .........................................................................10
1.2 Cấu trúc hệ dẫn đƣờng cho máy bay không ngƣời lái.................................12
1.2.1 Sơ đồ cấu trúc của hệ dẫn đường quán tính..................................12
1.2.2 Thành phần hệ thống DĐQT, bao gồm: .......................................14
1.3 Hệ điều khiển định hƣớng thân TBBKNL .....................................................15
1.3.1 Nguyên lý làm việc và cấu trúc.....................................................15
1.3.2 Mô tả toán học quá trình xử lý thông tin ĐKĐH...........................19
1.4 Ý nghĩa của việc ổn định định hƣớng không gian cho TBB trinh sát .......22
1.5 Đặt vấn đề cần nghiên cứu..................................................................................23
Kết luận chƣơng 1.......................................................................................................25
Chƣơng 2. THÔNG TIN TỪ TRƢỜNG TRÁI ĐẤT VÀ KHẢ NĂNG SỬ
DỤNG TRONG BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƢỚNG THIẾT BỊ
BAY KHÔNG NGƢỜI LÁI ............................................................................... 26
2.1 Những khái niệm cơ bản về từ trƣờng Trái đất và cảm biến......................28
2.1.1 Mô hình chung của từ trường Trái đất...........................................28
2.1.2 Một số loại cảm biến từ trường công nghệ mới.............................31

6. iv
2.2 Bản chất và đặc tính của sai số khi đo từ trƣờng trên thiết bị bay.............35
2.3 Những khó khăn khi sử dụng từ trƣờng Trái đất để định hƣớng TBB....36
2.3.1 Sự thay đổi của từ trường...............................................................36
2.3.2 Ảnh hưởng bởi từ trường do TBB tạo ra .......................................37
2.3.3 Khó khăn chính của vấn đề định vị thiết bị bay theo từ trường ....38
2.4 Khả năng sử dụng thông tin từ trƣờng Trái đất trong điều khiển định
hƣớng cho thiết bị bay....................................................................................................39
2.4.1 Tính chất đa trị của định thức Jacobi về khả năng sử dụng đơn
thuần thông tin từ trường Trái đất...........................................................39
2.4.2 Mô hình đo VTT Trái đất kết hợp với nguồn thông tin độc lập khác
để ĐKĐH cho TBB.................................................................................42
2.4.3 Phân tích sai số đo các thành phần vận tốc góc của TBB thông qua
đo từ trườngg trái đất ..............................................................................46
2.4.4 Mô phỏng các phép đo VTG của TBB bằng phương pháp tính
thẳng VTT có thông tin bổ sung của cảm biến độc lập ..........................52
Kết luận chƣơng 2.......................................................................................................54
Chƣơng 3. TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐO VẬN TỐC GÓC CỦA THIẾT BỊ
BAY DỰA TRÊN LỌC PHI TUYẾN TỐI ƢU............................................... 55
3.1 Bài toán lọc các thành phần VTG.....................................................................55
3.1.1 Những mô hình toán học đã có và lựa chọn bài toán lọc cần giải.55
3.1.2 Xây dựng bài toán lọc các thành phần VTG..................................56
3.2 Thuật toán lọc phi tuyến các thành phần vector VTG của TBB................58
3.2.1 Mô hình toán học. ..........................................................................58
3.2.2 Mô phỏng thuật toán lọc trên máy tính..........................................61

7. v
3.3 Các thuật toán lọc phi tuyến khác trong tổng hợp bộ đo VTG của
TBB ....................................................................................................................................67
3.4 Mô phỏng đánh giá các mô hình hệ thống xác định VTG đã xây dựng...77
Kết luận chƣơng 3.......................................................................................................84
Chƣơng 4. THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THỰC TẾ HÓA
HỆ ĐO – XỬ LÝ THÔNG TIN VẬN TỐC GÓC CỦA THIẾT BỊ BAY
THEO TỪ TRƢỜNG TRÁI ĐẤT..................................................................... 86
4.1 Mô tả thực nghiệm...............................................................................................87
4.2 Thiết kế và tổ chức phần cứng thực nghiệm...................................................88
4.2.1 Lựa chọn các loại cảm biến............................................................88
4.2.2 Thiết kế Board Sensores ................................................................90
4.2.3 Lựa chọn ADC trên cơ sở Platform ElVIS-II của NI ....................92
4.2.4 Mô tả về giá thử con quay ba chiều ...............................................94
4.2.5 Sơ đồ kết nối phần cứng.................................................................95
4.3 Thiết kế và xây dựng phần mềm thực nghiệm...............................................96
4.3.1 Phần mềm thuật toán Extended Kalman Filter (EKF ....................97
4.3.2 Phần mềm thuật toán Unscented Kalman Filter (UKF).................99
4.3.3 Phần mềm thuật toán lọc Kalman thích nghi (MS-AUKF).........102
4.4 Đánh giá kết quả thực nghiệm........................................................................105
4.4.1 Đánh giá chất lượng xử lý thông tin của các thuật toán lọc ........105
4.4.2 Đánh giá về khả năng thực tế hóa bộ đo VTG của TBB .............109
4.5 Cấu trúc các kênh điều khiển định hƣớng TBB và phƣơng pháp phối
ghép với các bộ đo góc và VTG .................................................................................111
4.5.1 Hàm truyền các kênh điều khiển và ổn định TBB cánh phẳng ...112
4.5.2 Cấu trúc các kênh điều khiển và ổn định định hướng TBB.........116
4.5.3 Phương pháp ghép bộ đo VTG với các kênh điều khiển TBB ....118

8. vi
Kết luận chƣơng 4....................................................................................................118
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................... 120
DANH MỤC NHỮNG CÔNG TRÌNH CỦA LUẬN ÁN ĐÃ CÔNG BỐ 122
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................ 123

9. vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Viết tắt
ADC bộ biến đổi tương tự - số (Analog Digital Convertor)
AMR điện từ - trở (Anisotropic Magneto-Resistive)
AP hệ thống tự động lái (AutoPilot)
ASS hệ thống tự động ổn định (Automatic System Stabilization)
CBGTT cảm biến gia tốc thẳng
CBVTG cảm biến vận tốc góc
DĐQT dẫn đường quán tính
ĐHKG định hướng không gian
ĐKĐH điều khiển định hướng
ĐKQĐ điều khiển quỹ đạo
ĐKQT điều khiển quán tính
ĐKTBB điều khiển thiết bị bay
EKF bộ lọc Kalman mở rộng (Extended Kalman filter)
GPS hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System)
GTPT gia tốc pháp tuyến
GTT gia tốc thẳng
HTĐK hệ thống điều khiển
KHKT-CN khoa học kỹ thuật và Công nghệ
MEMS hệ thống vi-cơ điện tử (Micro electro mechanical systems)
MS-AUKF bộ lọc Kalman MS-AUKF (Master-Slaver Adaptive
Unscented Kalman Filte)
MTTK máy tính trên khoang
TBB thiết bị bay
TBBKNL thiết bị bay không người lái

10. viii
TBBP trung bình bình phương
TBBTSKNL thiết bị bay trinh sát không người lái
TBBTS thiết bị bay trinh sát
TBTS thiết bị trinh sát
TĐLK hệ tọa độ liên kết
TĐVT hệ tọa độ vận tốc
TTTĐ từ trường trái đất
UKF bộ lọc Kalman UKF (Unscented Kalman Filter)
VTG vận tốc góc
VTT vector từ trường
ЭДС suất điện động cảm ứng
Ký hiệu
 góc gật
 góc hướng
 góc liệng
prog góc gật theo chương trình bay
prog góc hướng theo chương trình bay
prog góc liệng theo chương trình bay
 góc tấn công TBB trong dòng khí
 góc trượt của TBB trong dòng khí
V vận tốc dòng khí tương đối so với TBB
W gia tốc pháp tuyến
r vector bán kính trọng tâm TBB trong hệ tọa độ được chọn
r bán kính trọng tâm TBB trong hệ tọa độ địa tâm
 vector vận tốc góc quay TBB như một vật thể cứng
F vector tổng các lực tác động lên TBB

11. ix
M vector tổng các mômen tác động lên TBB
u vector điều khiển
m khối lượng TBB, [kg]

 
, góc nghiêng quỹ đạo [rad] và đạo hàm bậc nhất của nó [rad/s]


 

,
, góc gật [rad] và các đạo hàm bậc nhất [rad/s], bậc hai [rad/s2
]


y
y
C
,
C đạo hàm riêng hệ số lực nâng trên cánh và cánh lái

 
, góc tấn công [rad] và đạo hàm [rad/s] của nó

 
, góc trượt [rad] và đạo hàm [rad/s]
y
 , z
 , E
 góc quay cánh lái tương ứng gật, hướng và liệng, [rad]
1
0
k
,
k hệ số truyền mạch hồi tiếp theo góc và tốc độ góc quay cánh lái
2
V
q
2

 áp lực tốc độ, [N/m2
; kg/m.s2
]
SM, SCL diện tích Miden và diện tích cánh lái, [m2
]
L chiều dài của TBB, [m]
Xm, XF, XF các tọa độ tương ứng với trọng tâm, tâm áp lực thân và tâm
áp lực cánh lái của TBB
G trọng lượng của thiết bị bay [N]
P lực đẩy của động cơ [N]
Ax gia tốc thẳng của TBB theo trục X
Ay gia tốc thẳng của TBB theo trục Y
Az gia tốc thẳng của TBB theo trục Z
x
a sai số GTT đo được do thành phần gia tốc trọng trường gây ra
6
a hệ số động lực nâng cánh lái
2
a hệ số ổn định tĩnh của thiết bị bay
1
a hệ số cản khí động

12. x
3
a hệ số hiệu quả cánh lái
TBB
T hằng số thời gian thiết bị bay
TBB
 hệ số tắt dần
V
T thời gian khí động
KAP hệ số truyền khối tự lái
)
p
(
K hàm truyền thiết bị bay theo góc gật
)
p
(
K hàm truyền thiết bị bay theo góc tấn công
)
p
(
K hàm truyền theo góc đổi hướng
)
p
(
K hàm truyền theo góc trượt
TBB
K hệ số truyền của thiết bị bay
TBB
T hằng số thời gian thiết bị bay
TBB
 hệ số tắt dần
V
'
T thời gian khí động
1
b hệ số cản khí động
2
b hệ số ổn định tĩnh của thiết bị bay
3
b hệ số hiệu quả cánh lái
4
b hệ số động lực nâng do góc trượt
6
b hệ số động lực nâng cánh lái hướng
c1 hệ số cản khí động trong chuyển động liệng
c3 hệ số hiệu quả cánh lái Eleron
Fx giá trị hiệu chỉnh quay trong mặt phẳng X
Fz giá trị hiệu chỉnh quay trong mặt phẳng Z
X tọa độ của TBB trong mặt phẳng X
Z tọa độ của TBB trong mặt phẳng Z
Ro bán kính trái đất

13. xi
Vz vận tốc của thiết bị bay theo trục Z
Vx vận tốc của thiết bị bay theo trục X
R vector bán kính của hệ tọa độ dẫn đường nằm trên thiết bị bay
 tốc độ góc của thiết bị bay
ωx tốc độ góc của thiết bị bay quanh trục X
ωy tốc độ góc của thiết bị bay quanh trục Y
ωz tốc độ góc của thiết bị bay quanh trục Z
ωc tốc độ quay của trái đất trong hệ tọa độ quán tính
g0 gia tốc trọng trường
0 kinh độ biết trước của thiết bị bay tại điểm A
0 vĩ độ biết trước của thiết bị bay tại điểm A
 kinh độ của thiết bị bay tại điểm B
 vĩ độ của thiết bị bay tại điểm B
v
 lệnh điều khiển vận tốc bay

 lệnh điều khiển độ cao

 lệnh đổi hướng

 lệnh cơ động liệng
prog lệnh điều khiển kinh độ theo chương trình
prog lệnh điều khiển vĩ độ theo chương trình
Vprog lệnh điều khiển vận tốc theo chương trình
Hprog lệnh điều khiển độ cao theo chương trình
H vector từ trường trong hệ tọa độ trái đất
H1 vector đo được của từ trường trái đất H trong hệ TĐLK
A ma trận chuyển

14. xii
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Mở đầu
Hình 1 Thiết bị bay trinh sát không người lái của một số nước trên thế
giới. ............................................................................................................. 1
Chƣơng 1
Hình 1.1 Sơ đồ máy bay và những cơ cấu điều khiển ..............................11
Hình 1.2 Sơ đồ khối đơn giản hệ thống điều khiển quán tính MBKNL...13
Hình 1.3 Cấu trúc hệ ĐKĐH cho TBBKNL.............................................17
Hình 1.4 Tương quan giữa 2 hệ TĐQT và TĐLK....................................19
Hình 1.5 Giải thích ảnh hưởng sai số góc định hướng tới vị trí ảnh ........23
Chƣơng 2
Hình 2.1 Từ trường Trái đất......................................................................28
Hình 2.2 Bản đồ từ trường Trái đất...........................................................30
Hình 2.3 Thay đổi từ trường trong mặt phẳng ngang XOZ......................30
Hình 2.4 Phần tử từ-trở cơ bản. ................................................................32
Hình 2.5 Quan hệ giữa giá trị điện trở so với hướng từ trường................32
Hình 2.6 Cầu từ trở Wheatstone ...............................................................33
Hình 2.7 Tính năng set/reset của Sensor...................................................33
Hình 2.8 Hình dạng bên ngoài của HMC2003 .........................................34
Hình 2.9 Giải thích không có khả năng định vị chỉ bằng các phép đo từ
trường........................................................................................................41
Hình 2.10 Sự quay của VTT trong hệ TĐLK...........................................42
Hình 2.11 Kết quả mô phỏng đo các thành phần VTT và VTG của TBB53
Chƣơng 3
Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc thuật toán lọc phi tuyến cận tối ưu VTG của TBB
theo vector từ trường Trái đất ...................................................................63
Hình 3.2 Kết quả mô phỏng mô hình lọc phi tuyến hệ số tĩnh.................64

15. xiii
Hình 3.3 Kết quả mô phỏng thuật toán lọc phi tuyến hệ số động.............66
Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc của bộ lọc MS-AUKF........................................75
Hình 3.5 Kết quả khi tính trực tiếp vận tốc góc........................................78
Hình 3.6 Sai số đánh giá các VTT và VTG khi sử dụng thuật toán EKF.
Mô phỏng theo phương pháp thực nghiệm Monte Carlo. ........................79
Hình 3.7 Sai số đánh giá các VTT và VTG khi sử dụng thuật toán EKF
khi cho nhiễu tăng. Mô phỏng theo phương pháp thực nghiệm Monte
Carlo..........................................................................................................80
Hình 3.8 Sai số đánh giá các VTT và VTG khi sử dụng thuật toán UKF.81
Mô phỏng theo phương pháp thực nghiệm thống kê Monte Carlo ..........81
Hình 3.9 Sai số đánh giá các VTT và VTG khi sử dụng thuật toán EKF và
UKF...........................................................................................................82
Hình 3.10 Sai số đánh giá các VTT và VTG khi sử dụng thuật toán .......83
MS-AUKF. Mô phỏng theo phương pháp thực nghiệm Monte Carlo. ....83
Chƣơng 4
Hình 4.1 Cảm biến LY510ALH................................................................88
Hình 4.2 Sơ đồ chức năng LY510ALH ....................................................89
Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý LY510ALH có bộ lọc mở rộng.......................90
Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý Board Sensores phần thực nghiệm .................91
Hình 4.6 Sơ đồ mạch in các miniboard sensores......................................92
Hình 4.7 Giới thiệu tính năng của Platform ELVIS-II .............................93
Hình 4.8 Kết nối Platform ELVIS-II với máy tính và giao diện thực
nghiệm.......................................................................................................93
Hình 4.9 Giá quay ba trục.........................................................................94
Hình 4.10 Kích thước tấm gá chuyên dụng trên giá quay ........................94
Hình 4.12 Lưu đồ thuật toán lọc EKF.......................................................98
Hình 4.13 Giao diện nhập tham số bộ lọc EKF........................................99

16. xiv
Hình 4.14 Lưu đồ thuật toán lọc UKF ....................................................101
Hình 4.15 Giao diện nhập tham số cho lọc UKF....................................102
Hình 4.16 Lưu đồ thuật toán lọc MS-AUKF..........................................104
Hình 4.17 Giao diện khởi tạo và hiển thị tham số bộ lọc MS-AUKF ....105
Hình 4.18 Kết quả đo VTT khi sử dụng bộ lọc EKF..............................106
Hình 4.19 Kết quả đo các thành phần VTG............................................106
Hình 4.20 Kết quả đo VTT khi sử dụng bộ lọc UKF (đơn vị gauss).....106
Hình 4.22 Kết quả đo các thành phần VTT ............................................107
Hình 4.23 Kết quả lọc UKF các thành phần VTG..................................107
Hình 4.28 Điều khiển đổi hướng đối với TBB cánh phẳng....................115
Hình 4.29 Sơ đồ cấu trúc kênh điều khiển gật........................................116
Hình 4.30 Sơ đồ cấu trúc kênh điều khiển hướng ..................................117
Hình 4.31 Sơ đồ cấu trúc kênh điều khiển liệng TBB............................117
Hình 4.32 Sơ đồ phối ghép hệ đo góc và VTG với các kênh điều khiển
TBBKNL.................................................................................................118

17. xv
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Chƣơng 2
Bảng 2.1 Đặc trưng kích thước, khối lượng và giá thành của con quay...27
Bảng 2.2 Các sai số và hệ số có ảnh hưởng tới kết quả đo VTG .............27
Bảng 2.3 Sai số trung bình bình phương tương đối của tạp .....................47
Chƣơng 3
Bảng 3.1 Dạng đặc biệt của ma trận các đạo hàm vector tín hiệu theo
vector đánh giá các tham số......................................................................58
Chƣơng 4
Bảng 4.1 Một số loại cảm biến mới........................................................110

18. 1
MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu.
Để nêu bật được mục đích và ý nghĩa vấn đề nghiên cứu trong luận án
(LA) định hướng tới đối tượng, ngay phần đầu tiên này tác giả xin đề cập
thẳng tới lớp đối tượng là thiết bị bay trinh sát không người lái (TBBTSKNL)
với hệ thống điều khiển trên khoang là hệ dẫn đường quán tính không đế.
Thiết bị bay trinh sát không người lái là hệ thống kỹ thuật hàng không
làm việc theo nguyên lý khí động, được điều khiển nhờ một hệ thống kết hợp
lệnh vô tuyến từ xa (đảm bảo các mục đích cất, hạ cánh) và dẫn đường quán
tính (bay theo quỹ đạo định trước bằng chương trình). Thực hiện thu thập
thông tin tình báo (chụp và truyền ảnh, nhận dạng mục tiêu mặt đất theo công
nghệ kỹ thuật số); truyền thông tin chỉ thị mục tiêu; gây nhiễu chiến tranh
điện tử; thả các thiết bị do thám mặt đất trong những trường hợp cần thiết;…
Đó cũng là lý do mà nhiều nước phát triển hệ thống trinh sát đường
không [46] sử dụng thiết bị bay không người lái (TBBKNL) để thu thập tin
tức tình báo. TBBTSKNL là mối quan tâm lớn trong chiến lược phát triển vũ
khí hàng không của nhiều quốc gia [37, 46] như Mỹ, Nga, Trung Quốc, Ấn
Độ, Israen, các nước thuộc NATO…
Dưới đây là một số mẫu TBBTSKNL tiên tiến trên thế giới.
“STIL” CH Belarus “Hermes-450S” USA “PChela-1” LB Nga
“Hellfire” USA “X-43A” USA “KillerBee” USA
Hình 1 Thiết bị bay trinh sát không người lái của một số nước trên thế giới.

19. 2
Đặc điểm chung của các TBBTSKNL là phải mang một tải trọng có ích
(TBTS) trên khoang và sử dụng nó vào mục đích trinh sát bề mặt trên đường
bay. TBBTSKNL được định hướng tới khu vực cần trinh sát nhờ chương trình
điều khiển. Thời gian hoạt động của thiết bị bay (TBB) cần phải lớn, trong
điều kiện hạn chế về khối lượng cất cánh. Vấn đề đặt ra là cần phải tối thiểu
hóa khối lượng kết cấu và trang thiết bị trên khoang TBB, tăng thời gian bay.
Điều khiển TBB thể hiện ở hai quá trình nối tiếp [38, 40] là điều khiển
định hướng thân và điều khiển trọng tâm theo một quỹ đạo định trước cho bởi
chương trình bay. Quá trình điều khiển được hình thành dựa vào 3 yếu tố cơ
bản: phương pháp dẫn; chương trình bay (tọa độ của quỹ đạo cho trước); tọa
độ của quỹ đạo tức thời tại mọi thời điểm. Máy tính trên khoang lần lượt giải
các bài toán điều khiển sau:
- Đo - xử lý thông tin từ các loại cảm biến trên khoang;
- Tính toán, biến đổi các thông tin đo được thành các thông tin về vị trí
(tọa độ), tốc độ góc và các góc định hướng tức thời thân TBB, gọi
chung là các tọa độ pha;
- So sánh tương ứng các tọa độ pha tức thời với các tọa độ pha chương
trình để xác định sai lệch hình thành các tham số điều khiển;
- Tính toán lệnh điều khiển i (i = 1, n) cho n kênh điều khiển trên cơ
sở của thuật toán dẫn đường và tham số điều khiển.
Dưới tác động của lệnh điều khiển i, máy lái làm quay cánh lái , tạo ra
lực và mômen điều khiển xuất hiện các góc tấn công , góc trượt , góc liệng
, tạo ra gia tốc pháp tuyến W cần thiết, làm thay đổi quỹ đạo thực TBB trùng
với quỹ đạo tính toán do chương trình bay xác định và ổn định thân TBB.
Vấn đề then chốt trong quá trình điều khiển là xác định chính xác tọa độ
tức thời trọng tâm của TBB và định hướng không gian của nó trong các mặt

20. 3
phẳng điều khiển [39]. Giải quyết vấn đề này đều do các phần tử đo – cảm
biến thuộc hệ điều khiển quán tính trên khoang đảm bảo. Việc xác định các
tọa độ tức thời vị trí trọng tâm TBB không phải là vấn đề quá phức tạp.
Truyền thống người ta sử dụng cảm biến gia tốc thẳng theo ba trục hệ tọa độ
vận tốc (TĐVT) để đo. Trong điều kiện hiện nay để khử sai số xác định vị trí
TBB, người ta sử dụng kết hợp thông tin hệ đo truyền thống với thông tin
định vị vệ tinh GPS (Global Positioning System).
Việc xác định và ổn định định hướng tức thời thân của TBB trong hệ tọa
độ liên kết (TĐLK) thông qua việc đo các góc gật, góc hướng, góc liệng cùng
các đạo hàm của chúng là vấn đề cần phải bàn tới, nhất là khi bài toán tối
thiểu hóa khối lượng kết cấu và bảo đảm độ tin cậy của thông tin điều khiển
được đặt ra.
Trong khá nhiều tài liệu liên quan đến việc xác định tọa độ các mục tiêu
mặt đất bằng các TBTS trên không, khái niệm định hướng không gian của vật
mang (TBB) là quan trọng và nhất thiết phải được đề cập [37, 39]. Định
hướng không gian của TBTS liên quan trực tiếp tới vị trí và tọa độ mục tiêu
trong thông tin trinh sát và nó hoàn toàn phụ thuộc vào sự bố trí TBTS trên
khoang và định hướng không gian của TBB.
Với hệ định vị quán tính có đế, việc đo góc định hướng TBB so với
hướng cho trước, người ta sử dụng cơ cấu đế ổn định bằng con quay ba bậc tự
do [4, 10, 37], có đặc điểm là khối lượng lớn (cỡ vài chục kg), giá thành cao,
sai số trôi “0” tích lũy theo thời gian lớn đáng kể. Để hiệu chỉnh trôi “0” của
con quay định vị, người ta sử dụng thông tin của các cảm biến vận tốc góc và
các cảm biến từ trường. Đối với hệ định vị quán tính không đế, việc đo các
góc định hướng của TBB người ta sử dụng con quay 3 bậc tự do kết hợp với
các con quay cảm biến vận tốc góc, các gia tốc kế (accelerometer) được gắn

21. 4
trên các trục của TBB [4, 37]. Tuy nhiên chúng cũng có giá thành cao, khối
lượng lớn. Cả hai giải pháp trên đều không phù hợp với đối tượng là thiết bị
bay trinh sát không người lái cỡ nhỏ. Có một các khác để xác định tư thế của
vật bay là người ta sử dụng duy nhất một con quay thẳng đứng hoặc một con
quay nằm ngang kết hợp với các con quay cảm biến vận tốc góc. Tuy nhiên
ngay cả trong phương pháp này thì thiết bị vẫn có khối lượng lớn không phù
hợp với TBBTSKNL cỡ nhỏ.
Vấn đề mang tính thời sự, cấp bách là cần nghiên cứu khả năng tạo ra hệ
thống cảm biến - điều khiển định vị TBB có độ chính xác bảo đảm yêu cầu,
giá thành rẻ và quan trọng là khối lượng nhỏ. Với mục đích trên ta cần lưu ý
tới sự tồn tại của từ trường Trái đất, ảnh hưởng của nó tới TBB. Việc đo chính
xác hướng và độ lớn vector từ trường Trái đất bằng những cảm biến nhỏ gọn,
rẻ tiền hiện nay không còn là vấn đề khó khăn trong lựa chọn của chúng ta
[40]. Những vi cảm biến từ trường dạng MEMS (Micro Electro-Mechanical
Sensor) hiện được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng không, hàng hải [13-
17]. Chúng cho phép tạo ra những thiết bị dẫn đường, định hướng và điều
khiển cực kỳ hấp dẫn về kích thước, trọng lượng và giá thành.
Từ những thông tin và phân tích ở trên, NCS lựa chọn đề tài luận án
“Nghiên cứu xác định định hướng không gian cho TBB theo các phép đo
từ trường trái đất” là vấn đề mang tính cấp thiết, vừa có ý nghĩa khoa học,
vừa có ý nghĩa thực tiễn, thiết thực.
II. Mục tiêu, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu của luận án
Mục tiêu chính của luận án là:
- Đưa ra hướng khắc phục những khó khăn trong sử dụng thông tin từ
trường một cách tin cậy và chính xác;
- Minh chứng khả năng ứng dụng các bộ cảm biến từ trường trong hệ

22. 5
thống điều khiển định hướng không gian cho TBB.
- Chứng minh bằng thực nghiệm khả năng sử dụng thông tin từ trường
Trái đất trong bài toán điều khiển TBBTSKNL.
Nhiệm vụ chính của luận án là:
- Xây dựng hệ thống ổn định và điều khiển định hướng không gian TBB;
- Xây dựng mô hình toán học liên hệ giữa phép đo từ trường với định
hướng của vector vận tốc góc của TBB;
- Xây dựng phương pháp tổng hợp các thuật toán xác định định hướng
và vector vận tốc góc TBB theo các dữ liệu đo từ trường Trái đất;
- Lựa chọn, tổng hợp các thuật toán lọc tối ưu vector vận tốc góc TBB
từ dữ liệu đo từ trường trái đất;
- Xây dựng mô hình khảo sát, đánh giá độ chính xác và độ tin cậy của
các thuật toán đã xây dựng.
- Kiểm chứng giá trị các thuật toán và khả năng thực tế hóa chúng bằng
phương pháp thực nghiệm.
Những giới hạn của luận án là chỉ tập trung sâu vào những vấn đề đo –
xử lý thông tin, thuật toán điều khiển và ổn định định hướng TBBKNL.
Những vấn đề liên quan tới điều khiển quỹ đạo, động lực học và khí động học
TBB được giới thiệu một cách hệ thống nhưng không đi sâu. Trong luận án sử
dụng các tham số khí quyển, điều kiện bay từ các tài liệu tham khảo [2, 12,
31, 37] để mô phỏng, khảo sát và làm thực nghiệm.
Giải quyết được những hạn chế, khó khăn về ứng dụng như đã nêu thực
sự là những nghiên cứu có tính khoa học và ý nghĩa thực tiễn, cho ta giải pháp
tối ưu trong bài toán điều khiển TBBTSKNL.
Bố cục luận án
Trên cơ sở cách đặt vấn đề nghiên cứu đã nêu, nội dung của luận án bao gồm:

23. 6
Chƣơng 1. Giới thiệu chung về sự cần thiết phải ổn định định hướng
thân TBBTSKNL; về cơ sở toán học mô tả chuyển động của TBB theo 6 bậc
tự do trong không gian; về hệ thống dẫn đường quán tính và về cấu trúc các
kênh điều khiển và ổn định định hướng TBB.
Ở chương 1 sử dụng các tài liệu [2, 4, 12, 37]; các tài liệu [37, 39] cho
nội dung dẫn đường quán tính không đế; các tài liệu [7, 9, 10, 11] cho
nội dung tổng hợp cấu trúc các kênh điều khiển và ổn định định hướng
thiết bị bay.
Chƣơng 2. Giới thiệu về hệ thống đo – xử lý thông tin điều khiển định
hướng; về các thuật toán xác định vận tốc góc và góc định hướng trong hệ
quán tính không đế; về khả năng sử dụng thông tin đo vector từ trường Trái
đất để xác định vận tốc góc và góc định hướng TBB; về những phương pháp
xử lý tối ưu thông tin đo từ các loại cảm biến định hướng.
Các tài liệu [1, 7, 9, 39] được sử dụng cho nội dung liên quan tới hệ
thống đo – xử lý thông tin điều khiển định hướng, các thuật toán xác định vận
tốc góc và góc định hướng trong hệ quán tính không đế; các tài liệu [39-40]
cho nội dung về khả năng sử dụng thông tin đo vector từ trường Trái đất để
xác định vận tốc góc TBB; các tài liệu [1, 7, 37] cho nội dung tổng hợp những
phương pháp xử lý tối ưu thông tin đo từ các loại cảm biến định hướng
Chƣơng 3. Giới thiệu về sự lựa chọn và kết hợp các loại cảm biến công
nghệ mới cho phép tổng hợp một hệ đo – xử lý thông tin định hướng TBB; về
sự lựa chọn phương pháp xử lý tối ưu thông tin đo bằng mô phỏng trên máy
tính; về khả năng thực tế hóa hệ thống.
Chương 3 sử dụng các tài liệu [13-26] cho nội dung lựa chọn và kết hợp
các loại cảm biến công nghệ mới, Chips vi xử lý để tổng hợp một hệ đo – xử
lý thông tin định hướng TBB; các tài liệu [1, 6, 9, 7, 37, 39] cho các nội dung:

24. 7
lựa chọn và tổng hợp các phương pháp lọc phi tuyến tối ưu thông tin đo VTG;
[3] mô phỏng trên máy tính; khả năng thực tế hóa hệ thống.
Chƣơng 4. Giới thiệu phương án thực nghiệm, chứng minh khả năng
hiện thực hóa của hệ đo –xử lý thông tin vận tóc góc của TBB theo từ trường
trái đất đã mô phỏng ở chương 2 và chương 3; đánh giá những kết quả lý
thuyết và thực nghiệm của luận án.
Chương 4 sử dụng các tài liệu [12-26] cho thực nghiệm.
Phƣơng pháp nghiên cứu
Luận án được hoàn thành dựa trên những phương pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp nghiên cứu và phân tích lý thuyết;
- Phương pháp toán vector, hình học giải tích;
- Phương pháp mô hình hóa toán học bằng máy tính;
- Phương pháp lọc phi tuyến và xử lý tín hiệu tối ưu, thích nghi;
- Phương pháp thực nghiệm đối chứng.
III. Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn
1. Về ý nghĩa khoa học:
Luận án góp phần hoàn thiện hơn về mô hình toán học mô tả phương
pháp xác định vector từ trường Trái đất tương đối so với hệ tọa độ quán tính
của TBB dưới dạng một bài toán ngược trong lý thuyết định vị TBB
Những biện luận dựa trên cơ sở toán học và hiện tượng vật lý ở chương
2 và 3 có sự gắn kết khoa học giữa bài toán kinh điển về khả năng không thể
sử dụng nguồn thông tin từ trường Trái đất một cách độc lập làm thông tin
điều khiển TBB, với khả năng vẫn sử dụng nó cũng với mục đích đã nêu,
nhưng trên cơ sở của nguồn thông tin bổ sung và công nghệ cảm biến mới
(MEMS). Những chứng minh lý thuyết, cơ sở toán học bộ đo các thành phần
VTG bằng VTT có đủ độ tin cậy khẳng định tính quan sát được và điều khiển

25. 8
được của mô hình đã xây dựng. Bởi vì nó đã được kiểm chứng bằng hai mức
thử nghiệm theo phương pháp mô phỏng và thí nghiệm trên thiết bị thực.
Những thuật toán lọc phi tuyến tối ưu bằng các phương pháp lọc Kalman
mở rộng, Kalman thích nghi, với hệ số tĩnh, hệ số động, lọc phi tuyến rời rạc
đã được đề xuất, triển khai nghiên cứu trong chương 3 và 4 của luận án, cho
thấy sự phong phú về số lượng các phương án, giải pháp khoa học có thể áp
dụng, mà còn cho ta sự lựa chọn tối ưu khả năng hiện thực hóa hệ thống đo –
xử lý thông tin định hướng thiết bị bay.
2. Về ý nghĩa thực tiễn:
Ý nghĩa thực tiễn của luận án đã được thể hiện rõ ngay trong phần mở
đầu và phần đầu chương I. Đó là định hướng nghiên cứu, thiết kế và hiện thực
hóa một hệ thống điều khiển định hướng không gian cho những đối tượng cụ
thể là lớp TBBTSKNL. Đối tượng nghiên cứu và đối tượng được áp dụng kết
quả nghiên cứu đều có tính cấp thiết, tính thực tế cao theo tình hình phát triển
TBBTSKNL của thế giới và phục vụ an ninh quốc phòng của nước ta.
Kết quả nghiên cứu ở chương 4 đã dẫn tới những kết luận quan trọng có
tính thực tiễn sâu sắc. Đó là khả năng kỹ thuật, khả năng công nghệ trong
nước có thể tự nghiên cứu, thiết kế chế tạo được hệ thống điều khiển định
hướng không gian cho TBB nói chung và TBBTSKNL nói riêng. Hơn nữa,
theo những tính toán trong luận án, thì những mục đích thực tế ban đầu đặt ra
như giá thành thấp, kích thước, khối lượng nhỏ, độ tin cậy của sản phẩm
cao,… hoàn toàn có thể đạt được.
Toàn bộ nội dung chương 4 còn có một ý nghĩa thực tế khác trong đào
tạo ở các Học viện, Nhà trường. Vì đó là một bài thí nghiệm hoàn chỉnh, bổ
ích và thiết thực trong vấn đề nâng cao khả năng thực hành cho người học
chuyên ngành điều khiển các TBB. Ý nghĩa thực tiễn của các nghiên cứu

26. 9
không chỉ thể hiện ở khả năng thực tế hóa mô hình hệ thống thành sản phẩm,
mà còn chứng minh được chất lượng và hiệu quả kinh tế của nó thông qua
việc sử dụng các giải pháp công nghệ mới và có giá thành phù hợp mà luận án
đề xuất, cùng kết quả thực nghiệm đạt được để khẳng định.

27. 10
Chƣơng 1
HỆ DẪN ĐƢỜNG QUÁN TÍNH KHÔNG ĐẾ VÀ BÀI TOÁN ĐỊNH
HƢỚNG THIẾT BỊ BAY TRINH SÁT KHÔNG NGƢỜI LÁI
Nội dung chương này giới thiệu những vấn đề cơ bản lý thuyết điều
khiển quán tính (ĐKQT) với hệ thống dẫn đường không đế có liên quan trực
tiếp với những nội dung cần nghiên cứu của LA như: sự cần thiết đặt bài toán
phải ổn định định hướng TBBTSKNL; cấu trúc của hệ thống điều khiển
(HTĐK) trên khoang TBB; về cơ sở toán học mô tả hệ ổn định định hướng
TBB trong hệ thống dẫn đường quán tính.
Những nội dung trên giúp ta hình dung toàn bộ quá trình điều khiển
TBBKNL trong mối liên hệ với những vấn đề cần triển khai nghiên cứu ở
những chương tiếp theo như: đo – xử lý thông tin vận tốc góc và góc định
hướng; điều khiển và ổn định định hướng TBB.
1.1 Hệ thống dẫn đƣờng quán tính
TBBKNL hiểu một cách thông thường là một loại TBB với sơ đồ khí
động kiểu cánh phẳng (sơ đồ máy bay). Trong cơ học bay [2, 4] người ta đã
mô tả chuyển động của TBB như chuyển động của một vật thể rắn, tức là xem
xét mọi chuyển động tịnh tiến của trọng tâm lẫn chuyển động quay của TBB
quanh trọng tâm một cách độc lập (hình 1.1). Mô hình này rất thích hợp khi
giải hầu hết các bài toán cơ học bay. Sự quan tâm tới những mô hình chuyển
động phức tạp có tính tới tính chất biến dạng TBB, dịch chuyển khối lượng
nhiên liệu,... rất ít khi phải đòi hỏi. Đối với mục đích của luận án này vấn đề
nghiên cứu mô hình chuyển động của TBBKNL như một vật thể rắn đã là đủ
vì nó chuyển động với vận tốc nhỏ (dưới 100km/h) và không đòi hỏi khả năng
cơ động cao.

28. 11
Hình 1.1 Sơ đồ máy bay và những cơ cấu
điều khiển
1 – thân; 2 – cánh; 3 – cánh liệng; 4 – cánh ổn
định; 5 – cánh lái tầm; 6 – cánh lái hướng; 7 –
cánh ổn định hướng.
Z1
Y1
X1
My1
Mx1
Mz1
1
2 3
4
5
6
7
Để mô tả chuyển động
của TBB người ta sử dụng
nhiều hệ tọa độ khác nhau, liên
hệ với Trái đất, với dòng khí
chuyển động hoặc với chính
bản thân TBB [2, 27, 33] như
hệ tọa độ địa lý (kinh độ, vĩ độ,
độ cao), hệ tọa độ quán tính
(XqYqZq), hệ tọa độ vận tốc
(XYZ) và hệ tọa độ liên kết
(X1Y1Z1).
Để mô tả những chuyển động quay của TBB có sơ đồ khí động cánh
phẳng người ta thường sử dụng các góc Ơ-le [2, 33]: góc gật , góc hướng 
và góc liệng .
Các lực và mômen tác động lên TBB trong dòng khí chuyển động
thường phụ thuộc vào các góc tấn công , góc trượt  và đại lượng vận tốc
dòng khí V (hay hệ số Mach - M) [2, 11, 44].
Trong trường hợp chung thì chuyển động của TBBKNL được mô tả
bằng những phương trình vi phân theo định luật 2 Niu-tơn:
F
r
2
2


dt
d
m và M


dt
d
j

(1.1)
Với: r – vector bán kính trọng tâm TBB trong hệ tọa độ được chọn;
m – khối lượng;
J – mômen quán tính;
 - vector vận tốc góc quay TBB như một vật thể cứng;
F – vector tổng các lực tác động lên TBB;
M – vector tổng các mômen tác động lên TBB.

29. 12
Trong (1.1) phương trình thứ nhất mô tả chuyển động tịnh tiến của TBB,
còn phương trình thứ hai mô tả chuyển động quay của nó xung quanh trọng
tâm. Những chuyển động đó tự chúng không phụ thuộc lẫn nhau, nhưng có
mối liên hệ thông qua dòng khí chuyển động bao xung quanh thân TBB.
Dòng khí và những bộ phận khí động (thân, cánh nâng, cánh lái) của TBB lại
sinh ra các lực và mômen khí động, tác động lên chính nó:
)
,
V
,
,
( u
F
F 

 (1.2)
)
,
V
,
,
( u
M
M 

 (1.3)
Ở đây:
 và  - góc tấn công và góc trượt tương ứng của TBB trong dòng khí;
V - vận tốc dòng khí tương đối so với TBB;
u - vector điều khiển (vị trí của cánh lái liệng, cánh lái độ cao, cần ga
điều chỉnh vòng quay động cơ để thay đổi tốc độ và nhiều cơ cấu khác).
1.2 Cấu trúc hệ dẫn đƣờng cho máy bay không ngƣời lái
Hầu hết các loại TBBKNL có cự ly hoạt động, thời gian hành trình đáng
kể đều sử dụng phương pháp dẫn đường quán tính (DĐQT). Tức là toàn bộ
thông tin điều khiển hành trình đều được lập trình trước, thu thập và xử lý trên
khoang TBB, không sử dụng nguồn thông tin từ bên ngoài.
1.2.1 Sơ đồ cấu trúc của hệ dẫn đường quán tính
Hệ thống điều khiển TBBKNL theo chức năng có thể phân thành hai hệ
con, gọi là hệ điều khiển quỹ đạo bay và hệ định hướng thân [37, 39].
- Hệ điều khiển quỹ đạo (ĐKQĐ) giải bài toán dẫn TBB theo một quỹ
đạo xác định cho trước, còn gọi là quỹ đạo chương trình.
- Hệ điều khiển định hướng (ĐKĐH) giải bài toán điều khiển định hướng
và ổn định thân TBB theo định hướng cho trước của quỹ đạo chương trình
thông qua các kênh điều khiển chuyển động gật, hướng và liệng.
Hệ ĐKĐH có liên hệ trực tiếp với hệ ĐKQĐ trong quá trình điều khiển

30. 13
để tạo lực - mômen, quá tải điều khiển, làm dịch chuyển trọng tâm, còn trong
quá trình ổn định định hướng hệ này hoạt động độc lập.
Mối liên hệ giữa TBB, các hệ điều khiển của nó với thế giới bên ngoài
và giữa chúng với nhau được thể hiện trên sơ đồ khối đơn giản hình 1.2.
Ch.trình
bay cho
trước
Hệ thống ĐK TBBKNL
Thân TBBKNL
Cánh lái và
động cơ của
TBB
Bộ đo
Tọa độ của
TBB
Các bộ đo góc
và vận tốc góc
định hƣớng
TBB
Các bộ đo
tín hiệu
không gian
của TBB
Thuật toán
ĐKQĐ bay
của TBB
Thuật toán
ĐKĐH thân
của TBB
tác động của dòng khí
chuyển động
tác động điều khiển
của hệ thống
Vector bán
kính
r=F(x,y,z)
Các góc ĐH: , ,
 và vector vận tốc
góc x, y, z,
Các góc ĐH: , 
theo dòng khí và
vector vận tốc V
Các tọa độ
đo được:
kinh độ; vĩ
độ; độ cao
Các góc ĐH và
vector vận tốc góc
 đo được
Các tín hiệu
không gian
đo được
Vector điều khiển u
các góc và vận tốc góc định
hướng cho trước (pro, pro, pro )
Hình 1.2 Sơ đồ khối đơn giản hệ thống điều khiển quán tính MBKNL
Hệ thống đạo hàng quán tinh

31. 14
Tác động lên TBBKNL là dòng khí chuyển động tương đối so với nó,
lực đẩy của động cơ và những góc quay cánh lái được thiết lập bởi vector u,
do hệ thống điều khiển tạo ra.
Những tác động đó làm thay đổi:
a) Trong hệ tọa độ quán tính OXqYqZq.
- Vị trí TBB trong không gian (vector r ) cho phép xác định cự ly và độ
cao.
- Vận tốc góc quay vector bán r (vector  ) trong không gian;
- Các góc định vị thân TBB trong không gian (góc hướng , góc gật ,
góc liệng );
b) Trong hệ tọa độ vận tốc XYZ và hệ tọa độ liên kết X1Y1Z1.
- Vận tốc dòng khí V và các góc tấn công , góc trượt ;
- Góc và vận tốc góc quay thân TBB quanh các trục X1Y1Z1 của hệ
TĐLK ( 




 

 ,
,
,
,
, );
- Gác góc nghiêng quỹ đạo (góc nghiêng vector vận tốc V ) trong mặt
phẳng đứng  và trong mặt phẳng ngang .
Như vậy trong hệ dẫn đường quán tính, các nguồn thông tin khác nhau
được lấy từ các hệ tọa độ khác nhau. Để thuận tiện cho quá trình xử lý tin,
người ta biến đổi chúng về cùng một hệ tọa độ nhờ phép quay Ơle và tính
toán chúng thông qua ma trận cosin định hướng. Hệ tọa độ về cơ bản có các
hệ tọa độ chính; hệ tọa độ quán tính, hệ tọa độ định tâm, hệ tọa độ địa
phương, hệ tọa độ vận tốc và hệ tọa độ liên kết.
1.2.2 Thành phần hệ thống DĐQT, bao gồm:
Hệ ĐKQĐ (bộ đo tọa độ trọng tâm, thuật toán điều khiển quỹ đạo
TBB);
Hệ ĐKĐH thân TBB (các cảm biến đo góc, vận tốc góc định hướng và
thuật toán ổn định, điều khiển định hướng).

32. 15
Hệ thống tạo tín hiệu không gian (các bộ đo vector từ trường Trái đất
1
H góc tấn công , góc trượt , vận tốc V, áp lực tốc độ q, độ cao H).
Hệ ĐKQĐ đo các tọa độ không gian của TBBKNL, so sánh các tọa độ
tức thời này với các tọa độ chương trình bay theo thuật toán điều khiển hình
thành các tham số điều khiển và sau đó là các lệnh điều khiển, cuối cùng là
hình thành ra tác động điều khiển làm thay đổi vị trí trong tâm của TBB trong
không gian.
Hệ thống tín hiệu không gian thực hiện đo vận tốc chuyển động, góc tấn
công và góc trượt của TBB và truyền những thông tin đo được vào hệ ĐKĐH
để hình thành ra các tác động điều khiển.
Hệ ĐKĐH thực hiện đo các góc định hướng thân và vector vận tốc góc
quay thân của TBB. So sánh các đại lượng đo được với những đại lượng cho
trước (do hệ ĐKQĐ tạo ra), ngoài ra sử dụng cả những thông tin do hệ thống
tín hiệu không gian, hệ ĐKĐH tạo ra những tác động điều khiển tới cánh lái,
tới động cơ (thay đổi lực đẩy), nói chung là làm thay đổi vector u (vector điều
khiển).
1.3 Hệ điều khiển định hƣớng thân TBBKNL
1.3.1 Nguyên lý làm việc và cấu trúc
a) Nguyên lý làm việc.
Hệ ĐKĐH [37, 39] thực hiện việc điều khiển vị trí và tốc độ quay thân
TBB quanh trọng tâm (quanh các trục của hệ TĐLK) trong hai chế độ: điều
khiển và ổn định quỹ đạo định hướng. Thay đổi hay ổn định vị trí góc thân
TBB theo phương pháp tạo lực và mômen điều khiển khí động cuối cùng đều
dẫn tới việc tạo ra hay ổn định gia tốc pháp tuyến do hệ thống điều khiển quỹ
đạo tạo ra. Kết quả cuối cùng là làm thay đổi hay ổn định quỹ đạo bay theo
các phép so sánh tọa độ với chương trình bay định trước.
b) Cấu trúc của hệ ĐKĐH

33. 16
Hệ ĐKĐH thân TBBKNL cấu thành từ ba kênh điều khiển - ổn định:
gật, hướng và liệng, tương ứng với ba chuyển động quay thân TBB quanh các
trục hệ TĐLK. Các chuyển động quay chủ yếu được mô tả bằng các phương
trình cân bằng mômen dưới tác động của các lực và các phương trình liên hệ
động hình học giữa các góc trong hai hệ tọa độ vận tốc và liên kết như đã
trình bày ở mục trên.
Trong hệ thống ĐKQT, sử dụng chung là khối cảm biến, gồm: bộ đo
GTT theo các trục; bộ đo vận tốc góc theo các trục hệ TĐLK (tương đối so
với hệ tọa độ quán tính OXqYqZq); bộ đo các tín hiệu không gian. Riêng cho
mỗi kênh là thuật toán điều khiển và ổn định định hướng. Trong thực tế tồn
tại hai loại hệ thống dẫn đường quán tính thường được sử dụng là hệ có đế và
không đế.
Hệ thống ĐKQT có đế có đặc điểm là hầu hết các loại cảm biến (trừ cảm
biến tín hiệu không gian) đều đặt trên một cơ cấu đế ổn định bằng con quay
lực hoặc con quay chỉ thị 3 bậc tự do. Cơ cấu đế được ổn định theo hệ quy
chiếu ban đầu (hệ tọa độ địa lý) và các sai lệch góc, vận tốc góc, sai lệch vị trí
trọng tâm TBB đều được đo trực tiếp trên cơ cấu đế để hình thành tham số
điều khiển (vector u).
Hệ thống ĐKQT không đế khác hẳn hệ có đế là các loại cảm biến trên
khoang được đặt trực tiếp trên thân TBB, giá trị các tham số đo được bởi các
cảm biến được tính toán, biến đổi nhờ các thuật toán ổn định và dẫn đường
bằng máy tính trên khoang. Vị trí hệ quy chiếu ban đầu (hệ tọa độ địa lý)
được đưa vào hệ thống dưới dạng các tham số ban đầu, điều kiện ban đầu của
các thuật toán.
Một đặc điểm cần lưu ý trong nghiên cứu của chúng ta ở đây là chỉ quan
tâm tới việc điều khiển TBBKNL bằng hệ DĐQT không đế. Thực tế hiện nay
hoàn toàn cho phép ta lựa chọn hệ thống nói trên bởi: khả năng giải quyết các

34. 17
bài toán đo – xử lý thông tin và điều khiển TBB phức tạp bằng máy tính số;
sử dụng các loại cảm biến vi-cơ (MEMS) giá thành thấp, gọn nhẹ, chất lượng
cao.
Mục đích của việc ĐKĐH là ổn định và điều khiển các góc và tốc độ góc
định hướng thân TBB, mà những đại lượng này do hệ ĐKQĐ bay yêu cầu
dưới dạng lệnh điều khiển, hoặc do yêu cầu về ổn định các trục hệ TĐLK
dưới dạng tín hiệu hồi tiếp thông qua các cảm biến VTG. Trong quá trình làm
việc, HTĐK có thể sử dụng thêm thông tin của hệ thống tín hiệu không gian.
Trong từng phương án thực tế hóa các hệ thống điều khiển, với mục đích
tối thiểu hóa trang thiết bị trên khoang, giảm khối lượng kết cấu, nâng cao độ
tin cậy, người ta sẽ cắt bớt số lượng những tham số cần xử lý. Như vậy, có thể
hoàn toàn không cần sử dụng những tín hiệu không gian, hoặc chỉ sử dụng
một phần nhỏ (ví dụ như chỉ cần đo vận tốc chuyển động V mà không cần
thông tin về góc tấn công  và góc trượt ). Có thể loại bỏ việc đo tất cả hay
chỉ một thành phần nào đó của vector vận tốc góc hoặc góc định hướng.
Cấu trúc của một hệ ĐKĐH trong hệ ĐKQT không đế mô tả trên hình 1.3.
Khối cảm biến
Đo VTG
- Cảm biến x1
- Cảm biến y1
- Cảm biến z1
Đo GTT
- Cảm biến Ax
- Cảm biến Ay
- Cảm biến Az
GPS
- Kinh độ (t)
- Vĩ độ (t)
- Độ cao H(t)
Khí áp kế
- Độ cao H(q)
- Vận tốc bay V(t)
Khối xử lý tín hiệu
Lọc t/h VTG
- Bộ lọc x1
- Bộ lọc y1
- Bộ lọc z1
Khối đo tọa độ góc
- Thuật toán đo
x1, y1, z1
- Thuật toán biến
đổi tọa độ , , 
Khối tạo th/số ĐK
- Thuật toán so sánh
, , 
- Thuật toán xác
định ’, ’, ’
prog
prog
prog
Khối tạo lệnh ĐK
Thuật toán tạo lệnh
- đ/kh độ cao 
- đ/kh hướng 
- đ/kh liệng 



Hình 1.3 Cấu trúc hệ ĐKĐH cho TBBKNL

35. 18
Hệ bao gồm: Khối cảm biến; Khối xử lý tín hiệu cảm biến; Khối đo các
tọa độ góc và vận tốc góc tức thời; Khối tạo tham số điều khiển và ổn định
định hướng; Khối tạo lệnh và tín hiệu điều khiển; Ba kênh điều khiển gật,
hướng và liệng.
c) Chức năng chính các thành phần
Khối cảm biến (chung cho cả hai hệ ĐKQĐ và ĐKĐH) gồm các loại
cảm biến: bộ đo GTT ba trục (3-axis accelerometer); bộ đo VTG ba trục (3-
axis velocity angulator); định vị vệ tinh GPS; bộ đo cao khí áp. Thu thập các
thông tin tức thời về:
- Gia tốc dịch chuyển trọng tâm TBB theo các trục hệ TĐVT (Ax, Ay, Az);
- Tốc độ quay các trục quanh trọng tâm TBB ( 1
Z



 , 1
Y



 , 1
X



 );
- Kinh độ G, vĩ độ G, độ cao HG và thời gian t bằng GPS;
- Vận tốc V(t), độ cao bay H(t) bằng khí áp kế.
Khối xử lý tín hiệu cảm biến bao gồm các bộ lọc khử, bù trừ ảnh hưởng
của nhiễu tới sai số các phép đo.
Khối đo các tọa độ góc và vận tốc góc tức thời có chức năng sử dụng các
thuật toán đánh giá các tốc độ góc sau xử lý để tính toán ra các góc trên cơ sở
các góc ban đầu.
Khối tạo tham số điều khiển và ổn định hướng có chức năng tính toán
xác định các sai lệch góc giữa góc tức thời và góc cho trước theo chương trình
bay, ngoài ra còn xác định cả tốc độ thay đổi các sai lệch góc là dữ liệu cho
việc hình thành lệnh điều khiển.
Khối tạo lệnh và tín hiệu điều khiển là khối hình thành các lệnh và tín
hiệu điều khiển trên cơ sở các thuật toán điều khiển và ổn định cho trước. Tín
hiệu điều khiển ở đầu ra khối này sẽ được đưa tương ứng tới đầu vào ba kênh
điều khiển gật, hướng và liệng.

36. 19
1.3.2 Mô tả toán học quá trình xử lý thông tin ĐKĐH
Dưới đây là mô hình toán học cơ bản mô tả các quá trình ổn định và điều
khiển định hướng không gian của TBB nói chung và TBBKNL nói riêng [32,
37].
a) Phương trình động hình học
Hướng của các trục hệ TĐLK
được hình thành từ hướng của hệ
TĐQT bằng cách xoay liên tiếp theo 3
góc: góc gật – ; góc hướng – ψ; góc
liệng – γ, (xem hình 1.4). Việc chuyển
từ hệ TĐQT sang hệ TĐLK được thực
hiện bởi 3 lần quay liên tiếp quy ước
viết như sau:
1
1
1
q
q
q Z
Y
X
C
,
,
Z
Y
X 



,
với C là ma trận biến đổi bằng các cos-sin định hướng so với hệ TĐQT.





























cos
.
cos
sin
.
cos
sin
sin
.
cos
cos
.
sin
.
sin
cos
.
cos
sin
.
sin
.
sin
cos
.
sin
sin
.
sin
cos
.
sin
.
cos
cos
.
sin
sin
.
sin
.
cos
cos
.
cos
C






 (1.4)
Các hình chiếu của một vector bất kỳ trong hệ TĐQT liên hệ với các
hình chiếu của nó trong hệ TTDLK bằng biểu thức nhân ma trận sau:
1
1
1
q
q
q
z
y
x
C
z
y
x
 (1.5)
Xác định các góc liên hệ giữa hai hệ tọa độ có trong ma trận cos-sin định
hướng C theo biểu thức (1.4), và các vận tốc góc trong chuyển động tuyệt đối,
tương đối và chuyển vị. Vector vận tốc góc tuyệt đối  của TBB có thể biểu
Xq
Yq
Zq
X1
Y1
Z1
O
ψ

γ
Hình 1.4 Tương quan giữa 2 hệ
TĐQT và TĐLK

37. 20
diễn như một vector tổng của 3 vận tốc góc thành phần, xuất hiện khi chuyển
từ hệ TĐQT sang hệ TĐLK bằng 3 phép quay nối tiếp (hình 1.4)






 

 (1.6)
hoặc chiếu lên hệ TĐLK:
















cos
cos
sin
sin
cos
cos
sin
1
1
1
z
y
x













(1.7)
Từ biểu thức (1.7) ta nhận được hệ phương trình vi phân đối với các góc
Ơ-le , ψ, γ:
 





 cos
sin
cos
1
1
1 z
y 

 (1.8)




 sin
cos 1
1 z
y 

 (1.9)
)
cos
sin
(
tg 1
1
1 z
y
x 





 


 (1.10)
Các phương trình (1.8) và (1.10) có những điểm đặc biệt khi mà góc
hướng 



 .
n
2
. Điểm đặc biệt đó có thể tránh được, nếu như các cos-sin
định hướng đối với góc gật, hướng và liệng tính thông qua các cung phần tư
theo phép biến đổi Quaternion. Trong trường hợp đó ta sử dụng các phương
trình xác định tham số Roth-Hamington (1.11) – (1.15):
)
q
q
q
(
5
,
0
q
)
q
q
q
(
5
,
0
q
)
q
q
q
(
5
,
0
q
)
q
q
q
(
5
,
0
q
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
z
0
y
2
x
1
3
z
1
y
0
x
3
2
z
2
y
3
x
0
1
z
3
y
2
x
1
0





























(1.11)
Đóng vai trò các điều kiện ban đầu khi tích phân các phương trình (1.11)
là những giá trị sau:

p
p
q 0
0 ;

p
p
q 1
1 ;

p
p
q 2
2 ;

p
p
q 3
3 (1.12)

38. 21
Trong đó:
2
sin
2
sin
2
sin
2
cos
2
cos
2
cos
p0








2
cos
2
sin
2
sin
2
sin
2
cos
2
cos
p1








2
sin
2
cos
2
sin
2
cos
2
sin
2
cos
p2








2
sin
2
sin
2
cos
2
cos
2
cos
2
sin
p3







 (1.13)
2
3
2
2
2
1
2
0 p
p
p
p
p 




Ma trận C thay cho ma trận cos-sin định hướng (1.4) có dạng mới.
33
32
31
23
22
21
13
12
11
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C  (1.14)
Với các hệ số ma trận được xác định thông qua các tham số Roth-Hamington:
1
q
2
q
2
C
)
q
q
q
q
(
2
C
)
q
q
q
q
(
2
C
)
q
q
q
q
(
2
C
1
q
2
q
2
C
)
q
q
q
q
(
2
C
)
q
q
q
q
(
2
C
)
q
q
q
q
(
2
C
1
q
2
q
2
C
2
3
2
0
33
1
0
3
2
32
2
0
3
1
31
1
0
3
2
23
2
2
2
0
22
3
0
2
1
21
2
0
3
1
13
3
0
2
1
12
2
1
2
0
11





















(1.15)
Trong các phương trình chuyển động của TBB những giá trị của các góc
gật, hướng và liệng trong phạm vi không có những điểm đặc biệt được xác
định bởi các công thức sau:
22
23
11
31
21
C
C
arctg
;
C
C
arctg
;
C
arcsin 






 (1.16)
b) Các phương trình điều khiển và ổn định
Khi xác định các góc gật, hướng và liệng theo (1.16), các góc này được
so sánh tương ứng với các góc đặt (prog, prog, prog) của chương trình bay do
hệ ĐKQĐ đưa tới, cũng như xác định đạo hàm của chúng theo thời gian. Các
phương trình điều khiển và ổn định các góc định hướng chính là các phương
trình biểu diễn mối quan hệ giữa các đại lượng trên với nhau.

39. 22
1.4 Ý nghĩa của việc ổn định định hƣớng không gian cho TBB trinh sát
Ta xét tầm quan trọng của việc ổn định định hướng không gian (ĐHKG)
trong quá trình điều khiển TBBTSKNL và ảnh hưởng của nó tới quá trình thu
thập tin tức tình báo dưới mặt đất bằng phương pháp chụp ảnh từ TBB.
Giả sử TBBTS bay bằng với vận tốc không đổi (Vo=const, Ho=const).
Trong hai trường hợp góc gật của TBB (=o và ’o) ta nhận được hai ảnh
chụp từ thiết bị trinh sát trên TBB hoàn toàn có vị trí (tọa độ) khác nhau theo
trục X (hình 1.5a). Tương tự như vậy, khi góc nghiêng bên (góc liệng =0 và
0) ta cũng nhận được các ảnh có tọa độ khác nhau theo trục Z (hình 1.5b).
Từ độ cao cho trước và giá trị góc sai lệch có thể xác định được sai số vị
trí của ảnh chụp theo các quan hệ hình học sau:
a) theo trục OX: 



















2
tg
2
tg
H
x o
(1.17)
b) theo trục OZ: 



















2
tg
2
tg
H
z o
(1.18)
Trong đó: o
H là độ cao bay tại thời điểm chụp ảnh; ,  tương ứng với góc
mở của camera trinh sát theo hai trục OX và OZ; ,  tương ứng với các
sai lệch góc định hướng của TBB theo hai kênh gật và liệng.
Sai lệch tâm của ảnh dưới mặt đất khi có các sai số góc định hướng được
xác định bởi công thức: 2
2
z
x
R 



 (1.19)
Phân tích các biểu thức (1.17) – (1.18) có thể rút ra một số nhận xét sau:
- Do tính chất ngẫu nhiên của các sai số góc định hướng ,  phụ
thuộc vào tính chất ổn định của các kênh điều khiển - ổn định định hướng
thân TBB, giá trị các sai lệch vị trí x, z và R cũng mang tính ngẫu nhiên,
ảnh hưởng rất lớn tới quá trình tổng hợp thông tin trinh sát (quá trình xử lý và
ghép ảnh).

40. 23
’o
=o
Ho
x
0
X
Y

a) sai số theo trục X b) sai số theo trục Z
=0
’0
z

Px
P’x Pz
P’z
Z
Ho
Hình 1.5 Giải thích ảnh hưởng sai số góc định hướng tới vị trí ảnh
- Giá trị các sai lệch vị trí x, z và R phụ thuộc vào độ cao bay Ho và
các sai lệch góc , .
- Biện pháp làm giảm sai lệch vị trí ảnh là giảm độ cao bay và tăng chất
lượng ổn định các góc định hướng TBB. Tuy nhiên giảm độ cao bay không
phải là biện pháp tốt đối với TBBTSKNL vì nó làm tăng khả năng bị tiêu diệt
bởi phòng không mặt đất và đòi hỏi tăng số lượng ảnh cần chụp trong một
phạm vi bề mặt xác định.
Qua những nhận xét trên ta thấy chỉ có biện pháp nâng cao tính ổn định
của các góc định hướng TBB là hiệu quả nhất. Đó cũng là lý do phải đi sâu
nghiên cứu bài toán định hướng không gian của TBBKNL.
1.5 Đặt vấn đề cần nghiên cứu
Xuất phát từ yêu cầu sử dụng TBBKNL vào mục đích trinh sát mục tiêu
trên mặt đất, qua phân tích ảnh hưởng định hướng thân TBB tới chất lượng
ảnh trinh sát, ta thấy vấn đề nâng cao chất lượng thông tin trinh sát được gắn
liền với chất lượng ổn định định hướng thân TBB.
Từ những thông tin khi phân tích mô hình toán học các chuyển động, cấu

41. 24
trúc các kênh điều khiển chuyển động và định hướng của TBB dưới đây, ta
thấy chất lượng ổn định định hướng không gian thân TBB phụ thuộc vào
những yếu tố chính sau:
a) chất lượng thông tin đầu vào các kênh điều khiển chuyển động;
b) chất lượng, tính ổn định của các kênh điều khiển chuyển động;
c) tác động của nhiễu và môi trường bay.
Từ đó, nếu như hạn chế vấn đề nghiên cứu ở yếu tố thứ hai, tức là coi
các kênh điều khiển gật, hướng và liệng hoàn toàn tường minh về cấu trúc, về
tham số và có chất lượng làm việc (sai số động học) đáp ứng yêu cầu, thì vấn
đề đặt ra cần nghiên cứu trong luận án như sau.
Để nâng cao chất lượng ổn định các góc định hướng thân TBBTSKNL
trong những điều kiện cần giảm trọng lượng kết cấu trên khoang để tăng khối
lượng nhiên liệu (tăng thời gian bay) và đảm bảo ảnh trinh sát từ trên không
có chất lượng cao, ta cần phải nghiên cứu khả năng sử dụng và tích hợp
những loại cảm biến công nghệ mới có trọng lượng siêu nhỏ nhưng bảo đảm
chất lượng thông tin cao. Hệ thống thông tin dẫn đường TBBTSKNL ngoài
yêu cầu về kích thước trọng lượng nhỏ phải là hệ dẫn đường quán tính không
đế khả thi, có thể tạo thành sản phẩm thực tế.
Như vậy luận án phải giải quyết những bài toán sau:
Bài toán thứ nhất. Biện luận, chứng minh khả năng lựa chọn và sử
dụng các loại cảm biến công nghệ mới, cụ thể hơn là các loại cảm biến dạng
vi-cơ (MEMS), trong đó định hướng tới cảm biến đo vector từ trường Trái đất
vào mục đích xác định vận tốc các góc định hướng thân TBB.
Bài toán thứ hai. Nghiên cứu các biện pháp xử lý thông tin từ cảm biến
đã lựa chọn dựa trên các phương pháp lọc, xử lý tối ưu. Tổng hợp và chứng
minh nhờ mô phỏng trên máy tính các phương án lọc tối ưu, từ đó lựa chọn
được bộ lọc đáp ứng tốt nhất yêu cầu chất lượng thông tin dưới tác động của

42. 25
nhiễu và môi trường.
Bài toán thứ ba. Chứng minh bằng thực nghiệm đối với phương án lựa
chọn và tích hợp các cảm biến; phương án lọc tối ưu; khả năng hiện thực hóa
hệ thống thông tin dẫn đường bằng thiết bị và thuật toán được xây dựng.
Kết luận chƣơng 1
Với bố cục và nội dung mang tính giới thiệu, đặt vấn đề nghiên cứu với
đối tượng cụ thể là TBBTSKNL chương I đã làm rõ những vấn đề sau:
- Ảnh hưởng của sai số định hướng thân TBB tới chất lượng thông tin
trinh sát, từ đó làm rõ yêu cầu về chất lượng của các hệ thống ổn định định
hướng.
- Vấn đề cần nghiên cứu của luận án dựa trên những kết quả phân tích hệ
thống dẫn đường quán tính không đế mà trong đó quan trọng hơn cả là xác
định được ba bài toán cần giải.
- Cấu trúc, nguyên lý làm việc của hệ thống và các thuật toán dẫn đường
quán tính. Quy trình xử lý các thông tin định hướng TBB.
Đây là những cơ sở lý thuyết, toán học và vật lý rất cần thiết để triển
khai các nội dung nghiên cứu ở những chương tiếp theo.

43. 26
Chƣơng 2
THÔNG TIN TỪ TRƢỜNG TRÁI ĐẤT VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG
TRONG BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƢỚNG THIẾT BỊ BAY
KHÔNG NGƢỜI LÁI
Qua những nội dung chính ở chương I ta có thể rút ra một số nhận xét
quan trọng sau:
Nhận xét thứ nhất. Hệ thống ĐKĐH trên khoang TBBKNL là một thành
phần quan trọng của hệ thống ĐKQT. Nhiệm vụ chính của hệ ĐKĐH là bảo
đảm định hướng đúng cho TBB trong quá trình bay tương ứng với sự cơ động
của nó khi có tác động điều khiển theo chương trình. Cùng với việc giải quyết
bài toán cơ bản là định vị, hệ ĐKĐH còn đảm bảo cho TBBTS thực hiện các
thuật toán xác định tọa độ mục tiêu dưới mặt đất bằng các thông tin về các
góc định vị của chính bản thân TBB.
Nhận xét thứ hai. Để định hướng trục thẳng đứng trong hệ ĐKQT có đế,
phần tử chính của hệ ĐKĐH là con quay thẳng đứng [39, 41], giá thành, khối
lượng và kích thước hình học của nó chiếm tỷ trọng đáng kể đối với phần còn
lại của hệ thống. Con quay thẳng đứng cung cấp cho hệ thống thông tin về vị
trí đường thẳng đứng vuông góc với mặt phẳng dẫn đường địa phương. Nhờ
có thông tin này mà việc giữ định hướng cho TBB theo góc gật và liệng mới
có khả năng thực hiện được. Đặc biệt quan trọng là việc giữ cho TBBKNL ở
đúng vị trí cần thiết theo độ liệng, bởi vì đối với TBB có sơ đồ khí động kiểu
cánh phẳng, nhìn chung, không tự đảm bảo giữ được góc liệng bằng 0 [42].
Con quay thẳng đứng là phần tử phức tạp và đắt giá nhất trong hệ thống
thiết bị điều khiển trên khoang của TBB. Bảng 2.1 dưới đây tổng hợp một số
dữ liệu thống kê về khối lượng và giá thành một số loại con quay thẳng đứng
khác nhau sử dụng trong hệ thống điều khiển TBBKNL [40].

44. 27
Bảng 2.1 Đặc trưng kích thước, khối lượng và giá thành của con quay
Tên gọi
Khối lƣợng
(kg)
Đơn giá
(USD)
Nhà sản xuất
Con quay thẳng đứng
TBBKNL "Con ong"
4,5 Không có dữ liệu
Nhà máy TBVT
"Kưstưm"
Con quay thẳng đứng
МГВ-5 của TBB "Moskar"
1,3 12.000
Liên hiệp
"TempAvia"
Con quay thẳng đứng
МГВ-6 của TBB "Grand"
1,0 6.000
Liên hiệp
"TempAvia"
Con quay thẳng đứng
МГВ-1У
4,5 Không có dữ liệu
Nhà máy chế tạo
TBĐ "Uran"
Nhận xét thứ ba. Người ta có thể sử dụng những cảm biến từ trường Trái
đất công nghệ mới có giá thành rẻ, khối lượng và kích thước rất nhỏ để làm
thiết bị đo bổ trợ trong hệ ĐKĐH [22, 24].
Nhận xét thứ tư. Hoàn toàn có khả năng xây dựng một hệ ĐKĐH không
dùng con quay thẳng đứng cơ – điện, mà thay vào đó là các cảm biến VTG
công nghệ mới có trọng lượng nhỏ, kích thước cực nhỏ và giá thành thấp [27].
Từ những nguồn thông tin nước ngoài ta có thể lập ra bảng 2.2 so sánh hệ dẫn
đường quán tính khi sử dụng cảm biến dạng con quay điện cơ truyền thống với
cảm biến dùng con quay vi cơ công nghệ mới [39, 40]:
Bảng 2.2 Các sai số và hệ số có ảnh hưởng tới kết quả đo VTG
TT
Hệ dẫn đƣờng
quán tính
Dạng cảm biến
Khối lƣợng
(kg)
Giá thành
(USD)
1 Có đế Con quay điện-cơ 2,5  35 5.000  100.000
2 Không đế Con quay vi-cơ 0.25  2.5 250  2.000
Dựa vào những nhận xét trên, trong chương này luận án tập trung đi sâu
phân tích, chứng minh cho khả năng sử dụng từ trường Trái đất vào mục đích

45. 28
điều khiển và ổn định định hướng cho TBBKNL, tức là khả năng xác định các
vận tốc quay của TBB quanh các trục hệ TĐLK thông qua việc đo vector từ
trường Trái đất
Các kết quả nghiên cứu cho phép ta xây dựng được những hệ ĐKĐH
cho TBB có đầy đủ chức năng, có chất lượng cao mà giá thành, khối lượng và
kích thước phù hợp, cho phép tăng thêm tải trọng của thiết bị trinh sát hay
nhiên liệu, tức là làm tăng hiệu quả hoạt động của TBBKNL.
2.1 Những khái niệm cơ bản về từ trƣờng Trái đất và cảm biến
2.1.1 Mô hình chung của từ trường Trái đất
Hiện vẫn tồn tại khá nhiều các giả thiết giải thích sự xuất hiện của từ trường
Trái đất (TTTĐ). Có một giả thiết hợp lý hơn cả liên hệ sự xuất hiện của TTTĐ
với các dòng chảy kim loại lỏng trong nhân Trái đất. Theo tính toán, người ta
cho rằng, vùng chịu tác động của cơ
chế “Máy phát từ trường” nằm trong
phạm vi khoảng cách 0,25  0,3 bán
kính trái đất so với tâm trái đất [40].
Theo quan điểm đó người ta coi từ
trường Trái đất như thể tạo bởi một
thanh nam châm thẳng đặt giữa tâm
Trái đất [40], xem hình 2.1.
Từ trường Trái đất đã được sử
dụng vào mục đích định hướng, dẫn đường từ thời Trung Hoa cổ đại, đó chính là
chiếc La bàn đầu tiên do người Trung Quốc phát minh. Từ trường đã và sẽ tiếp
tục được sử dụng vào việc định hướng nhờ các cực từ của Trái đất, nó có thể sử
dụng để xác định vị trí của đối tượng [14, 19].
Đã từ lâu kim nam châm trên một trục quay hay trong chất lỏng luôn chỉ
vào một hướng hoàn toàn xác định. Đó chính là hướng của vector cường độ từ
cực Bắc địa lý
Trái đất
cực Nam
địa lý Trái đất
cực từ Bắc
cực từ Nam
Lõi từ
Hình 2.1 Từ trường Trái đất
11.50

46. 29
trường của Trái đất. Nếu như ta dẫn mặt phẳng thẳng đứng đi qua trục dọc
của kim nam châm, thì vết của mặt phẳng thẳng đứng với mặt phẳng ngang
địa phương được gọi là kinh tuyến từ. Từ trường Trái đất tại mỗi điểm trong
không gian gần mặt đất được đặc trưng bởi 3 đại lượng: cường độ từ trường,
độ lệch và độ dốc vector cường độ từ trường [40].
Với mục đích định hướng cho TBB, ta quan tâm nhất tới các giá trị góc
của vector cường độ từ trường, đó là độ lệch và độ dốc của nó tại mọi điểm
trên quỹ đạo chuyển động. Vector cường độ từ trường ta sẽ gọi đơn giản là
vector từ trường (VTT).
Độ dốc đường sức từ trường được xác định bởi góc nghiêng giữa VTT
và mặt phẳng ngang địa phương (mặt phẳng đạo hàng). Độ lệch từ trường
được xác định bởi góc lệch giữa phương Bắc cực từ và kinh tuyến từ, tức là
phương vị của VTT so với phương Bắc địa lý [20]. VTT có thể biểu diễn dưới
dạng tọa độ đề-các thông thường [40]. Hình chiếu của nó lên mặt phẳng
ngang địa phương (thông thường ta gọi là thành phần ngang của VTT) chỉ góc
lệch của VTT so với phương Bắc địa lý. Hình chiếu đứng của VTT người ta
gọi là thành phần đứng của từ trường, thông thường thành phần này người ta
quan niệm như là nhiễu tạp trong phép đo từ trường và không được sử dụng.
Trong thực tế từ trường Trái đất có thể coi là bất biến theo thời gian.
Chính vì vậy người ta đã lập ra bản đồ từ trường Trái đất cho các khu vực
giống như bản đồ địa lý phục vụ cho công tác dẫn đường và định hướng. Ví
dụ cho bản đồ từ trường thể hiện trên hình 2.2.
Cường độ từ trường Trái đất có giá trị khoảng 0,5 - 0,6 gauss và
có một thành phần song song với bề mặt Trái đất và luôn luôn chỉ về một
hướng cực từ Bắc. Đây chính là cơ sở cho tất cả la bàn từ sử dụng để dẫn
đường và định hướng.

47. 30
Hình 2.2 Bản đồ từ trường Trái đất
Giá trị của từ trường theo các trục Hx và Hz sẽ có giá trị khác nhau nếu
đo bằng la bàn từ trong dải từ 0 đến 360 độ, xem hình 2.3.
Như vậy nếu bằng cách nào đó ta đo được giá trị của từ trường theo các
trục thì ta có thể hoàn toàn xác định được hướng của TBB và căn cứ vào tín
hiệu đo được ta có thể điều khiển định hướng cho TBB. Việc đo các thông tin
về từ trường Trái đất bằng các loại cảm biến từ trường có độ nhạy cao, độ
chính xác cao chỉ mới xuất hiện trong thời gian gần đây trên cơ sở công nghệ
tiến tiến cho phép ta thực tế hóa mong muốn trên.
Hình 2.3 Thay đổi từ trường trong mặt phẳng ngang XOZ
400
300
200
100
-400
-100
-200
-300
45 90 135 180 225 270 315 360
N E S W N
X
Z
[µG]

48. 31
2.1.2 Một số loại cảm biến từ trường công nghệ mới
Cảm biến từ trường đơn giản nhất để xác định hướng của VTT chính là
kim nam trong la bàn từ mà ta đã biết. Để có thể tự động lấy ra những thông
tin về sự thay đổi hướng chỉ của kim la bàn, người ta thay kim nam châm
bằng cuộn từ (nam châm điện), thông tin lấy từ cuộn nam châm điện được lấy
ra theo nguyên lý cảm ứng từ. Dưới đây ta điểm qua một số dụng cụ đo từ
trường hiện đại mà thường gọi là đầu dò hay bộ đo từ trường.
a) Đầu dò từ trường
Để sử dụng các dữ liệu về hướng của VTT trong các hệ thống tự động
điều khiển cách tốt nhất là các dữ liệu này cần nhận được dưới dạng tín hiệu
điện. Với mục đích đó, từ những năm 40 thế kỷ XX người ta đã sử dụng rộng
rãi đầu dò từ trường, ví dụ như đầu dò từ trường bão hòa [15].
Nguyên lý hoạt động của đầu dò từ trường cũng giống như bộ khuếch
đại từ. Trên một lõi từ hở bao gồm 2 thanh nam châm vĩnh cửu, người ta quấn
2 cuộn cảm ứng. Một trong hai cuộn là cuộn kích thích, cuộn còn lại là cuộn
đo. Đi qua cuộn kích thích người ta đưa dòng xung có chu kỳ lặp lại. Khi
không có từ trường bên ngoài (không có xung qua cuộn kích thích) trong cuộn
đo sẽ không có suất điện động cảm ứng (ЭДС). Từ trường bên ngoài sẽ phá
vỡ sự đối xứng của các cuộn, kết quả ở đầu ra cuộn đo sẽ xuất hiện các xung
cực tính xen kẽ (xung đổi dấu tuần tự), biên độ của chúng mang thông tin về
cường độ từ trường bên ngoài.
Độ nhạy cao, kích thước hình học nhỏ (vài milimet), không đòi hỏi phải
có phần tử chuyển động là những đặc trưng cơ bản minh chứng cho việc sử
dụng rộng rãi các loại đầu dò từ trường trong các hệ thống định hướng dẫn
đường.
Một hệ thống có 3 đầu dò từ trường như trên, bố trí vuông góc nhau tạo
nên một hệ tọa độ đề-các thuận cho phép ta xác định một cách đầy đủ từng

49. 32
thành phần của VTT, tức là tạo thành bộ vector đo VTT. Để có thể ứng dụng
trong tính toán, các kết quả đo, về nguyên tắc, cần phải chuẩn hóa, tức là
vector đo được cần phải quy về vector đơn vị.
b) Cảm biến điện từ-trở - AMR (Anisotropic Magneto-Resistive)
Từ trường vô hướng có trong
một số vật liệu sắt từ và có thể được
tạo thành một dải mỏng để trở thành
điện trở mà sau này ta gọi là từ -
trở*
(AMR). Một số hãng trên thế
giới bằng công nghệ tiên tiến đã
nghiên cứu và sản xuất thành công
các cảm biến từ-trở bằng các vật liệu
Permalloy (NiFe) để tạo thành một từ-trở hình 2.4, [19].
Mỗi phần tử từ-trở được chế tạo bằng vật liệu Permalloy trên một tấm
mỏng hai đầu của chúng được kết nối với bên ngoài bằng vật liệu mạ kim loại.
Đặc điểm của vật liệu này là khi ta cho dòng điện chạy qua tấm fim mỏng đó
và đặt chúng trong một môi trường có từ trường thì điện trở trong của chúng bị
thay đổi tỉ lệ bình phương với cos. Ở đây góc  là góc hợp bởi giữa chiều của
dòng điện cháy qua (I) với hướng của
từ trường tác dụng (M).
Quan hệ giữa giá trị điện trở
trong của từ-trở với hướng vector từ
trường được thể hiện trên (hình 2.5).
Để tạo ra cảm biến từ các phần
tử AMR, người ta sử dụng 4 phần tử
AMR được bố trí dưới dạng hình
kim cương với các đầu kết nối với
Hình 2.4 Phần tử từ-trở cơ bản.
Hình 2.5 Quan hệ giữa giá trị điện trở
so với hướng từ trường.

50. 33
nhau bằng mạ kim để tạo thành cầu Wheatstone). Các đầu nối trên cùng và
dưới cùng của bốn phần tử giống nhau được cấp điện áp một chiều (DC) kích
thích trực tiếp dưới dạng nguồn nuôi (Vs), hai đầu nối còn lại dùng để đo. Khi
không có từ trường bên ngoài tác động (0 gauss), các điện áp trên các phần tử
này có cùng một giá trị, ngoại trừ một điện áp nhỏ do dung sai sản xuất các
phần tử AMR. Với các phần tử AMR kết nối theo cách này để tạo thành cầu
Wheatstone sẽ tạo ra một điện áp vi sai (ΔV) tỉ lệ với MR và góc ϴ tạo bởi
giữa dòng điện chạy trong phần tử từ hóa với hướng của vector từ trường (M).
Hình 2.6 mô tả cầu cảm biến Wheatstone.
Trên cơ sở các nguyên lý cảm
biến trên, người ta chế tạo ra được
các IC cảm biến từ trường theo một,
hai hoặc ba trục tự do. Các cảm
biến này có thể được sử dụng vào
mục đích chỉ thị hướng như các la
bàn hoặc kết hợp với các con quay
2 bậc tự do để đo vận tốc góc.
Để đảm bảo cho các cảm biến
này có độ nhạy cao nhất trong quá
trình đo yêu cầu hướng của từ tính
do các vật liệu từ vô hướng tạo ra
phải được sắp xếp theo một hướng
xác định giống như băng từ catsset
trước khi ghi. Thông thường hướng
từ tính ban đầu của các cảm biến từ-
trở này được thiết lập tại nhà máy
sản xuất. Tuy nhiên trong quá trình đo đạc các cảm biến này chịu tác động
Hình 2.6 Cầu từ trở Wheatstone
Hình 2.7 Tính năng set/reset của Sensor

51. 34
của từ trường mạnh bên ngoài vượt quá 10-20 gauss "phá vỡ" giới hạn đo làm
giảm độ nhạy của cảm biến. Để đưa miền từ tính về hướng thiết lập ban đầu,
hãng HoneyWell đã phát minh ra phương pháp đặt vòng dây khử từ bên trong
IC và sử dụng các xung set/reset để khử từ dư và đưa các từ trường vô hướng
của các phần tử cảm biến về một hướng xác định đảm bảo cho độ nhạy của
cảm biến là cao nhất, điều đó được thể hiện ở hình 2.7.
c) Cảm biến từ trường 3 trục công nghệ cao
Hình 2.8 mô tả hình dạng một loại cảm biến từ trường công nghệ cao ký
hiệu HMC2003 có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực hàng không [18].
 Thông số kỹ thuật
+ Hãng sản xuất Honeywell – USA;
+ 20 chân, dạng DIP rộng (1x0,75inh);
+ Đo chính xác theo 3 trục (3-axis);
+ Tín hiệu đầu ra chuẩn Analog;
+ Dải đo từ 40 micro-gauss đến ± 2 gauss;
+ Điện áp đầu ra tương ứng 1 Volt/gauss;
(2.5v tương ứng với 0 gauss)
+ Trên board có điện áp chuẩn (điện áp
tham chiếu) 2,5V;
+ Nguồn cung cấp đơn cực dải 6  15VDC;
+ Vật liệu có từ tính rất nhỏ;
+ Nhiệt độ hoạt động trong dải từ -40° đến 85°C
 Đặc tính kỹ thuật và sử dụng
Cảm biến từ trường Honeywell HMC2003 (hình 2.8) là loại cảm biến có
độ nhạy cao theo 3 trục, được tích hợp từ bộ cảm biến lai. Điểm mạnh của nó
là để đo từ trường có giá trị nhỏ. Cảm biến từ-trở (HMC1001 và HMC1002)
là loại nhạy nhất của Honeywell được sử dụng để thiết kế HMC2003 đảm bảo
Hình 2.8 Hình dạng bên
ngoài của HMC2003

52. 35
độ tin cậy, độ chính xác của từ kế. Trong IC có nguồn tham chiếu, cho phép
chọn hệ số khuếch đại và vùng điện trở bù,làm giảm ảnh hướng của tác động
nhiễu loạn không mong muốn. Đầu ra có sử dụng các bộ lọc thông thấp 1kHz
cùng với mạch khuếch đại đảm báo các phép đo chính xác khi có nhiễu.
Trong cảm biến HMC2003 sử dụng ba bộ cảm biến permalloy từ-trở
(AMR) để đo cường độ và hướng của từ trường theo 3 trục. Cảm biến dạng
IC này lý tưởng cho các ứng dụng cần phải đo từ trường theo hai hoặc ba trục.
Cảm biến từ trường HMC2003 có thể bị ảnh hưởng bởi các nguồn từ
trường mạnh, tạm thời làm tín hiệu đầu ra bị suy giảm. Để loại bỏ hiệu ứng
này, và đảm bảo tín hiệu đầu ra nhận giá trị lớn nhất, trong chíp có sử dụng
chế độ set/reset (các chân SR+ và SR-) loại bỏ tác dụng của từ dư.
2.2 Bản chất và đặc tính của sai số khi đo từ trƣờng trên thiết bị bay
Sai số đo VTT có hai loại: sai số cố định (chính xác hơn là sai số tương
quan mạnh) và sai số tạp (tương quan yếu) [40].
a) Bản chất của hai loại sai số:
Những sai số cố định (tương quan mạnh) được đặc trưng bởi thành phần
cố định của từ trường riêng của TBB, mà từ trường này do các dòng điện
trong các mạch thiết bị điện tử trên khoang TBB sinh ra, ảnh hưởng tới phép
đo VTT trên TBB.
Sai số tạp (tương quan yếu) được đặc trưng trước hết bởi tạp âm của bản
thân bộ đo từ trường, sau đó là bởi thành phần từ trường của các thiết bị và
mạch điện tử số trên khoang TBB, khi chúng hoạt động.
b) Đặc tính của hai loại sai số:
Sai số cố định có tính quy luật, phụ thuộc vào cường độ, vị trí và thời
điểm làm việc của nguồn từ trường trên khoang TBB. Để loại bỏ sai số cố
định ta cần thường xuyên chuẩn lại bộ đo từ trường trên TBB. Loại bỏ sai
lệch chỉ số đo nên tiến hành với tất cả các chế độ làm việc của TBB (Ví dụ,

53. 36
khi có và không có tải trọng, khi mở và đóng động cơ v.v…). Kết quả loại bỏ
sai lệch đo cần phải được lưu trữ trong bộ nhớ của máy tính điện tử trên
khoang (MTTK) và được sử dụng trong các chương trình xử lý dữ liệu bộ đo
từ trường trên khoang.
Các sai số do tạp có đặc tính ngẫu nhiên, không thể tính trước được. Để
giảm ảnh hưởng của sai số này, người ta sử dụng các phương pháp tích lũy thông
tin và lọc sai số. Một trong những phương pháp có hiệu quả nhất để loại bỏ sai
số này là tổng hợp các bộ lọc trên cơ sở các thuật toán lọc phi tuyến tối ưu [44].
2.3 Những khó khăn khi sử dụng từ trƣờng Trái đất để định hƣớng TBB
2.3.1 Sự thay đổi của từ trường
Từ trường Trái đất thay đổi theo cả thời gian lẫn không gian [19, 39].
Những thay đổi đó mang cả tính quy luật và tính ngẫu nhiên. Những thay đổi
ngẫu nhiên sẽ nảy sinh giảm độ chính xác của kết quả đo. Trong một số trường
hợp do sự thay đổi từ trường theo thời gian, có lúc ta không thể áp dụng
phương pháp định vị đối tượng theo cực từ theo bản đồ từ trường Trái đất đã
được xây dựng.
Những thay đổi không gian không thường xuyên của từ trường Trái đất
được gọi là thay đổi dị thường, chúng thường có nguyên nhân gây bởi lớp
trầm tích chứa quặng từ ở gần bề mặt Trái đất.
Những thay đổi của từ trường theo thời gian được chia thành 2 dạng
thường xuyên và không thường xuyên. Người ta gọi những thay đổi thường
xuyên là những biến động hoặc di chuyển, chúng được phân thành biến động
thế kỷ, biến động theo năm và biến động theo ngày. Biến động thế kỷ có chu
kỳ khoảng 1000 năm. Sự thay đổi từ trường Trái đất trong vòng một năm do
hậu quả của biến động thế kỷ sẽ được người ta ghi lại trên bản đồ từ trường và
được tính tới trong các tính toán như một lượng hiệu chỉnh bổ sung. Những
biến động theo năm có chu kỳ một năm và không hề có ảnh hưởng gì tới việc

54. 37
dẫn đường hay định vị, cũng không có ảnh hưởng gì tới những biến động theo
ngày (trừ những vùng địa lý ở tại hay ở sát các cực từ) [24].
Những thay đổi không thường xuyên, không đoán trước được của từ
trường Trái đất được gọi là "bão từ". Đoán trước sự định hướng của VTT
trong thời gian có "bão từ" là không thể. Thời gian đặc trưng sự thay đổi rõ
nét của từ trường Trái đất khi có "bão từ" là khoảng 1 giờ [14].
2.3.2 Ảnh hưởng bởi từ trường do TBB tạo ra
Một ảnh hưởng có hại tới kết quả đo từ trường Trái đất đối với các bộ
cảm biến chính là từ trường của chính bản thân TBB sinh ra. Từ trường này
tạo bởi các phần tử mang từ tính hoặc có khả năng nhiễm từ do dòng điện
trong các mạch điện trên khoang TBB. Sai số của các cảm biến từ do từ
trường TBB gây ra được gọi là độ lệch từ.
Trong thực tế đã xác định được rằng, khi bay bằng, độ lệch từ tổng hợp
được cấu thành từ các độ lệch từ không đổi, độ lệch từ bán tròn và độ lệch từ
phần tư cung tròn [40]:









 2
cos
.
E
2
sin
.
D
cos
.
C
sin
.
B
A (2.1)
Ở đây:  - độ lệch từ tổng hợp; A, B, C, D và E – là các hệ số thực nghiệm,
tương ứng với độ lệch từ không đổi, độ lệch từ bán tròn và độ lệch từ phần tư
cung tròn;  - góc hướng từ.
Độ lệch từ thực tế của TBB được đo trong quá trình hiệu chỉnh độ lệch
riêng, độ lệch từ sẽ được tính đến để bù khử các kết quả đo từ trường trong
quá trình bay. Đó là một thực tế thông thường của các TBB [40].
Cùng với độ lệch từ cơ bản đã được mô tả, tồn tại khi TBB bay bằng,
còn tồn tại độ lệch từ liệng, xuất hiện khi thân TBB có góc nghiêng bên hay
góc gật so với mặt phẳng ngang của đế ổn định có gắn cảm biến từ. Nguyên
nhân xuất hiện độ lệch từ liệng là do sự thay đổi vị trí tương hỗ giữa cảm biến
từ và chiều đường sức các mạch từ trên TBB khi nghiêng thân. Độ lệch từ

55. 38
trên những loại TBB hiện đại không thể loại bỏ được, cách loại bỏ tạm thời
chỉ có thể là không sử dụng dữ liệu đo của các cảm biến từ khi TBB cơ động
lấy độ cao hay bay vòng tròn trong thời gian dài [40]. Độ lệch từ liệng làm
giảm đáng kể độ chính xác xác định tọa độ mục tiêu mặt đất, thực tế thử
nghiệm đã chứng minh.
2.3.3 Khó khăn chính của vấn đề định vị thiết bị bay theo từ trường
Khó khăn mang tính nguyên tắc khi định vị theo từ trường Trái đất trong
không gian ba chiều là sự không đồng nhất khi xác định hướng tới cực từ Bắc,
nếu như không biết trước đường thẳng đứng địa phương (hay đường chân trời).
Trong những la bàn từ hiện nay khó khăn đó thể hiện ở sai số quay [41].
Sai số quay rất giống độ lệch từ liệng, nhưng có bản chất hoàn toàn khác.
Sai số quay xuất hiện khi nghiêng bản thân la bàn tương đối so với mặt phẳng
ngang địa phương. Tình huống này thường xảy ra khi la bàn không đặt trên đế
ổn định mà gắn trực tiếp với thân TBB.
Nguyên nhân của sai số quay là do cảm biến từ không chỉ đo thành phần
ngang mà còn đo cả thành phần đứng của VTT. Hơn thế, nhiều khi thành
phần thẳng đứng lại lớn hơn nhiều lần thành phần ngang, vì vậy mà chỉ số đo
của la bàn có thể không phản ánh được thực tế cần phải đo [41].
Khó khăn lớn nhất khi sử dụng các loại vi cảm biến từ trường là tác động
thăng giáng của từ trường Trái đất và ảnh hưởng trực tiếp của từ trường tĩnh
điện của vật mang (TBB) tới độ chính xác phép đo và dữ liệu đo. Tuy nhiên
những khó khăn đó bằng nhiều cách khác nhau ta đều có thể khắc phục được.
Khả năng không thể xác định định hướng TBB theo vector từ trường cũng là
một khó khăn mang tính nguyên tắc, không khắc phục được nếu chỉ sử dụng
các cảm biến từ trường như nguồn thông tin chính để ổn định và điều khiển
định hướng không gian cho TBB. Khẳng định này sẽ được chứng minh bằng
toán học ở mục tiếp theo. Trong trường hợp có bão từ thì cũng không sử dụng
được.Vì vậy hệ thống định hướng sử dụng từ trường chỉ có thể là một hệ bổ