ศูนย์รวมความรู้

กระทรวงเทคโนโลยี
สารสนเทศและการสื่อสาร

รายละเอียดแนวทางการพัฒนากิจการอวกาศ
ของประเทศไทย
 


หน่วยงานในสังกัดกระทรวงไอซีที












<< เชื่อมโยงเว็บไซต์ >>

  หน้าหลัก \ ศูนย์รวมความรู้

    ศูนย์รวมความรู้

โดย สมภพ ภูริวิกรัยพงศ์
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร 51 ถนนเชื่อมสัมพันธ์ เขตหนองจอก กรุงเทพ 10530
โทร 02-988-3655, 02-988-3666 โทรสาร 02-988-4040 E-mail: [email protected]


การระบุตำแหน่งดาวเทียมในอวกาศ
โดยใช้ระบบนำร่องด้วยดาวเทียม

การระบุตำแหน่งดาวเทียมในอวกาศ
การระบุตำแหน่งดาวเทียมในอวกาศสามารถทำได้โดยติดตั้งเครื่องรับสัญญาณระบบนำร่อง อาทิเช่น จีพีเอส หรือโกลนาส หรือกาลิเลโอ บนดาวเทียมดวงที่เราต้องการติดตามหรือต้องการทราบค่าตำแหน่งในอวกาศ

อย่างไรก็ตาม ผู้อ่านคงจะมีคำถามว่าเราสามารถนำเครื่องรับจีพีเอส (หรือโกลนาส หรือกาลิเลโอ) ที่มีขายกันตามท้องตลาดมาติดตั้งใช้งานบนดาวเทียมได้หรือไม่ คำตอบในเบื้องต้น โดยหลักการแล้วน่าที่จะทำได้ แต่ในความเป็นจริงแล้ว เครื่องรับฯ ที่วางขายโดยทั่วไปแล้วร้อยละเก้าสิบกว่าเปอร์เซนต์ไม่สามารถนำมาใช้งานบนดาวเทียมได้ เนื่องจากเหตุผลด้านเทคนิคเป็นหลัก ซึ่งเราจะมาทำความเข้าใจกัน

ข้อพิจารณาการใช้ระบบนำร่องในอวกาศ
1. เงื่อนไขด้านวงโคจร
จากที่เราทราบกันดีว่า กลุ่มดาวเทียมนำร่องไม่ว่าจะเป็นจีพีเอส หรือโกลนาส หรือกาลิเลโอ ต่างก็โคจรอยู่ในวงโคจรระดับกลาง (ประมาณ 20,000 กิโลเมตรจากพื้นโลก) ดังนั้นโครงการดาวเทียมต่างๆ ที่ต้องการรับสัญญาณดาวเทียมนำร่องก็ควรที่จะกำหนดให้วงโคจรดาวเทียมของโครงการตนเองให้มีระดับความสูงที่ต่ำกว่าวงโคจรของกลุ่มดาวเทียมนำร่อง เพื่อให้การรับสัญญาณนำร่องเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด

อย่างไรก็ตาม ผู้อ่านคงจะมีคำถามตามมาว่า ถ้าเป็นเช่นนั้นแล้ว บางโครงการที่กำหนดตำแหน่งวงโคจรของตนเองให้อยู่สูงกว่าวงโคจรของกลุ่มดาวเทียมนำร่องแล้วจะทำอย่างไร อาทิเช่น ดาวเทียมสื่อสารที่อยู่ที่วงโคจรค้างฟ้า (GEO: GEostationary Orbit ประมาณ 40,000 กิโลเมตร) หรือวงโคจรแบบพิเศษที่มีบางช่วงของวงโคจรมีความสูงสูงกว่าวงโคจรของกลุ่มดาวเทียมนำร่อง อาทิเช่น วงโคจรโมลนิยาของรัสเชีย

คำตอบเบื้องต้นสำหรับประเด็นดังกล่าว คือ การรับสัญญาณนำร่องสามารถทำได้เพียงในบางช่วงเวลา โดยตำแหน่งของดาวเทียมดังกล่าวจะต้องอยู่อีกด้านหนึ่งของโลก เนื่องจากสายอากาศของดาวเทียมนำร่องจะชี้มาที่โลกตลอดเวลา

วงโคจรดาวเทียม
การรับสัญญาณนำร่องของดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้า

2. เงื่อนไขการทำงานของเครื่องรับสัญญาณนำร่อง
ดังที่กล่าวไว้ในข้างต้น เครื่องรับสัญญาณนำร่องแบบที่ใช้บนพื้นโลกไม่สามารถนำมาใช้บนดาวเทียมได้ โดยมีข้อพิจารณาดังนี้

2.1 ผลของดอปเพลอร์ชิฟ
จากที่ทราบกันว่า ดาวเทียมในวงโคจรระดับต่ำเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 7.5 กิโลเมตรต่อวินาที ซึ่งส่งผลให้ดอปเพลอร์ชิฟของสัญญาณนำร่องมีค่าสูงถึง 44 กิโลเฮิร์ต (kHz)

ผลของดอปเพลอร์

เมื่อเปรียบเทียบกับผู้ใช้บนพื้นโลกที่เคลื่อนที่อยู่บนยานพาหนะ อาทิเช่น เครื่องบิน อากาศยาน เรือ หรือ รถยนต์ ค่าดอปเพลอร์ชิฟมีค่าเพียง 5 กิโลเฮิร์ต

ดังนั้นเราจึงไม่สามารถนำเครื่องรับสัญญาณนำร่องที่ใช้บนพื้นโลกมาใช้งานกับดาวเทียมได้โดยตรง จำเป็นที่จะต้องมีการปรับปรุงแก้ไขในส่วนของโปรแกรมควบคุมภายในเครื่องรับฯ เสียก่อน อย่างไรก็ตาม สำหรับเครื่องรับสัญญาณนำร่องที่เราสามารถซื้อได้โดยทั่วไปนั้น บริษัทผู้ผลิตไม่ได้ออกแบบให้ผู้ใช้สามารถดำเนินการแก้ไขในส่วนดังกล่าวด้วยตัวของผู้ใช้เอง หรือไม่สามารถแก้ไขอะไรได้เลย ดังนั้นเครื่องรับฯ ที่ใช้สำหรับดาวเทียมจึงต้องได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะ

2.2 การระบุตำแหน่งในครั้งแรก (TTFF)
ในการระบุตำแหน่งในครั้งแรก (TTFF: Time To First Fix) ในอวกาศจะใช้เวลามากกว่ากรณีที่ผู้ใช้อยู่บนพื้นโลก โดยมีสาเหตุหลักที่ว่าดาวเทียมเคลื่อนที่เร็ว ทำให้ชุดติดตามข้อมูลรหัสจำเป็นต้องใช้เวลานานในการสืบค้นและเปรียบเทียบรหัสที่เครื่องรับฯสร้างขึ้นกับรหัสที่ได้รับจากดาวเทียมนำร่อง

2.3 ยุทธวิธีการติดตามสัญญาณดาวเทียมนำร่อง
ในเบื้องต้น เมื่อเริ่มต้นติดตามสัญญาณดาวเทียมนำร่อง เครื่องรับฯ ที่ใช้งานในอวกาศจะต้องพยายามล็อคสัญญาณนำร่องให้เร็วที่สุด ซึ่งเครื่องรับฯ จะต้องเลือกติดตามดาวเทียมนำร่องที่โคจรอยู่ในตำแหน่งมุมเงยสูง เนื่องจาก ณ ตำแหน่งดังกล่าวจะทำให้สัญญาณที่รับได้มีความเข้มของสัญญาณสูง แต่ผลที่ตามมาก็คือ ผลจากการเลือกติดตามกลุ่มดาวเทียมที่อยู่ในตำแหน่งมุมเงยที่สูงนั้น จะส่งผลให้ค่าการระบุตำแหน่งมีความผิดพลาดสูง

การติดตามกลุ่มดาวเทียม ณ ตำแหน่งมุมเงยสูง
การติดตามกลุ่มดาวเทียม ณ ตำแหน่งมุมเงยต่ำ

หลังจากนั้น เมื่อเครื่องรับฯ สามารถระบุตำแหน่งของตนเองได้ (ซึ่งก็คือตำแหน่งของดาวเทียมเอง) เครื่องรับฯ จะทำการเลือกติดตามกลุ่มดาวนำร่องที่โคจรอยู่ในตำแหน่งมุมเงยที่ต่ำ ซึ่งจะมีข้อดีในแง่ที่การระบุตำแหน่งจะมีความผิดพลาดต่ำ อย่างไรก็ตาม สัญญาณนำร่องที่ได้รับได้จะมีความเข้มต่ำตามไปด้วยและมีสัญญาณรบกวนสูง อีกทั้งระยะเวลาการติดตามดาวเทียมดวงหนึ่งๆ อาจจะสั้นลงเมื่อเทียบกับกรณีแรก

3. แหล่งรบกวนวงโคจรดาวเทียม
จากพื้นฐานทางดาราพลศาสตร์ (astrodynamics) เป็นที่ทราบกันดีว่าแหล่งรบกวนวงโคจรดาวเทียมที่โคจรอยู่รอบโลกประกอบด้วย

3.1 ศักย์โน้มถ่วงโลก
ผลจากรูปพรรณสัณฐานของโลกมิได้เป็นทรงกลมและการกระจายมวลมีลักษณะไม่สม่ำเสมอ ส่งผลให้ดาวเทียมที่โคจรรอบโลกในระดับความสูงต่างๆ ต่างก็ได้รับอิทธิพลจากศักย์โน้มถ่วงโลกที่ไม่สม่ำเสมอนี้

รูปพรรณสัณฐานของโลก
ดาวเทียมโคจรใกล้ดวงจันทร์

3.2 แรงดึงดูดของดวงจันทร์
ผลจากแรงดึงดูดของดวงจันทร์จะส่งผลต่อวงโคจรระดับกลางและวงโคจรค้างฟ้า ส่วนวงโคจรระดับต่ำใกล้โลกได้รับผลน้อยมาก

3.3 ฝุ่นอวกาศ
ถึงแม้ว่าผลของฝุ่นอวกาศ (drag) จะมีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับสองหัวข้อในข้างต้น อีกทั้งจะส่งผลเฉพาะต่อดาวเทียมในวงโคจรระดับต่ำที่อยู่ใกล้โลกเท่านั้น โดยเฉพาะเมื่อระดับความสูงลดต่ำลงมา อย่างไรก็ตามโครงการดาวเทียมสำรวจที่มีความต้องการด้านการระบุตำแหน่งความแม่นยำสูง จำเป็นที่จะต้องนำผลของฝุ่นอวกาศมาพิจารณาด้วย การนำผลของฝุ่นอวกาศมาพิจารณาด้วยนั้นเป็นเรื่องที่ไม่ง่าย เนื่องจากจะต้องนำเรื่องวัฏจักรการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นทุก 11 ปี บนดวงอาทิตย์มาพิจารณาด้วย

ผลของฝุ่นอวกาศที่มีต่อวงโคจรดาวเทียม

ในตอนหน้าเราจะมาทำความเข้าใจต่อเนื่องในเรื่องการระบุตำแหน่งดาวเทียมในอวกาศโดยระบบนำร่องที่ใช้ดาวเทียมนำร่อง

เอกสารอ้างอิง
    [1] สมภพ ภูริวิกรัยพงศ์ และ สุวัฒน์ กุลธนปรีดา "การคำนวณหาวงโคจรดาวเทียมวงโคจรโลกต่ำ โดยใช้ข้อมูลการวัดสัญญาณจีพีเอส" รายงานวิจัย สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย

แก้ไขล่าสุด 8 เมษายน 2551

กลับไปด้านบน


copyright © 2016 กองโครงสร้างพื้นฐานเทคโนโลยีดิจิทัล สำนักงานคณะกรรมการดิจิทัลเพื่อเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติ กระทรวงดิจิทัลเพื่อเศรษฐกิจและสังคม
ชั้น 7 อาคาร B ศูนย์ราชการเฉลิมพระเกียรติ 80 พรรษา 5 ธันวาคม 2550 ถนนแจ้งวัฒนะ แขวงทุ่งสองห้อง เขตหลักสี่ กรุงเทพฯ 10210
โทรศัพท์ 0-2141-6877 โทรสาร 0-2143-8027 e-mail: [email protected]