Luận án Nghiên cứu nâng cao độ chính xác dẫn đường cho tàu ngầm hoạt động trong khu vực biển đông

 thống dẫn đường quán tính 
lắp đặt trên tàu ngầm quân sự phải đạt các yêu cầu sau: 
45 
 - Độ chính xác vị trí: 1Nm / 24h; 
 - Sai số cố định con quay: < 0.0050/ h; 
 - Sai số cố định gia tốc kế: < 30 µg. 
 Khi tàu ngầm hành trình ngầm dưới biển, độ chính xác trong xác định vị 
trí từ 1 đến 2 hải lý là có thể chấp nhận được. 
 Hiện nay theo hiểu biết của NCS, chưa có quốc gia nào công bố chính 
thức về độ chính xác trong xác định vị trí tàu khi hành trình ngầm dưới biển. 
1.5. Kết luận chương 1 
 Trong chương 1, tác giả đã tập trung một số vấn đề nghiên cứu tổng quan 
đến luận án, đạt được kết quả cơ bản như sau: 
 - Phân tích, đánh giá chi tiết tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới 
và trong nước liên quan đến luận án mà nghiên cứu sinh đang nghiên cứu. Từ 
đó rút ra kết luận vấn đề nghiên cứu của luận án mang tính cấp thiết, đảm bảo 
ý nghĩa khoa học và đóng góp thực tiễn cho ngành khoa học hàng hải, không 
trùng lặp với các công trình nghiên cứu đã công bố; 
 - Nghiên cứu, phân tích một số công trình nghiên cứu về nâng cao độ 
chính xác cho hệ thống dẫn đường quán tính trong dẫn đường phương tiện 
ngầm; 
 - Hệ thống hóa mô hình toán học của tàu ngầm, các phương trình chuyển 
động của tàu ngầm ở các trạng thái khác nhau. 
 Trong chương 2, NCS sẽ tập trung nghiên cứu đánh giá về các nguyên 
nhân và yếu tố gây ra sai lệch trong xác định vị trí tàu, từ đó đề xuất ra các giải 
pháp xử lý để nâng cao độ chính xác dẫn đường cho tàu ngầm trong chương 3. 
46 
CHƯƠNG 2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC DẪN 
ĐƯỜNG CHO TÀU NGẦM 
2.1. Ảnh hưởng của yếu tố ngoại cảnh đến độ chính xác dẫn đường cho tàu 
ngầm 
2.1.1. Một số đặc trưng của khu vực Biển Đông 
2.1.1.1. Độ sâu 
 Biển Đông nằm hoàn toàn trong vùng xích đạo và nhiệt đới Tây Thái 
Bình Dương, kéo dài theo hướng Bắc Nam từ khoảng vĩ tuyến 200 Nam đến 
230 Bắc và theo hướng Đông Tây từ khoảng kinh tuyến 990 Đông đến 1220 
Đông [54], [13]. 
 Biển Đông kế cận với lãnh thổ của mười nước Đông Nam Á, là một trong 
những biển lớn nhất thế giới. Trên biển này có những đường hàng hải quốc tế 
quan trọng đi qua và trong những năm gần đây khu vực thềm lục địa Tây Nam 
của biển đã trở thành một khu vực hoạt động kinh tế kỹ thuật sôi động. 
 Tổng diện tích của Biển Đông khoảng 3,5 triệu km2, đứng thứ hai trong 
các biển thế giới. Độ sâu trung bình toàn biển là 1.024 m, thể tích khối nước 
khoảng 3.6 triệu km3. 
 Địa hình đáy biển rất phức tạp nhưng có thể chia thành ba vùng rõ rệt: 
vùng lòng chảo biển thẳm và hai vùng thềm lục địa phía Bắc và Nam. 
 Vùng thềm lục địa phía Bắc Biển Đông kéo dài từ Đài Loan đến Đà Nẵng 
rộng khoảng 100 -150 hải lý mở rộng dần về phía Tây Nam. Đảo Đài Loan và 
đảo Hải Nam nằm ở thềm lục địa này. Vịnh Bắc Bộ là phần rộng nhất của thềm 
có đáy hình lòng máng uốn cong theo đường bờ và dốc dần ra phía cửa vịnh, ở 
giữa vịnh độ sâu khoảng 50-60 m, ở giữa cửa vịnh độ sâu mới tròn 100m. 
47 
 Từ Đà Nẵng đến mũi Kê Gà, thềm lục địa thu hẹp nhanh chóng thành 
một dải rất hẹp (có chỗ rộng không đến 15 hải lý) nối liền với vùng thềm lục 
địa phía Nam. 
 Vùng thềm lục địa phía Nam (hay vùng thám sát Zond) là một trong 
những thềm lục địa rộng lớn nhất thế giới, kéo dài từ bờ biển Nam Bộ đến đảo 
Sumatra, từ bờ vịnh Thái Lan đến đảo Boocneo. Vịnh Thái Lan khá rộng, giữa 
Vịnh có độ sâu khoảng 70m. Phần Nam của vùng thềm này thực chất là một 
lòng chảo rộng và nông với độ sâu ở giữa khoảng l00m và rìa xung quanh 
khoảng 40m. Đáy biển ở đây không bằng phẳng mà bị nhiều thung lũng chia 
cắt, mỗi thung lũng rộng chừng 3 hải lý, chạy ngang qua thềm Zond rồi đổ vào 
vùng lòng chảo biển thẳm. 
 Vùng lòng chảo biển thẳm chiếm khoảng nửa diện tích Biển Đông có địa 
hình đáy rất phức tạp. Những vùng trũng hình thoi xen lẫn với những bãi cạn 
san hô rộng lớn và những dãy núi ngầm. Vùng trũng lớn nhất nằm ở phía Đông 
Nam quần đảo Hoàng Sa có độ sâu trung bình khoáng 4300m. Tại đây có độ 
sâu lớn nhất toàn Biển Đông là 5560m. Phía Tây đảo Palaoan cũng có một rãnh 
sâu, nơi sâu nhất tới 3475m. Rãnh này bị cao nguyên ngầm vùng quần đảo 
Trường Sa rộng lớn cắt rời vùng lòng chảo chính nói trên. 
 Trong Biển Đông có vô vàn những ngọn núi ngầm nhô lên từ mặt cao 
nguyên ngầm nằm ở độ sâu 1700 - 2500m. San hô phát triển qua nhiều thời kỳ 
địa chất đã tạo nên những bãi cạn san hô hoặc quần đảo như vùng quần đảo 
Trường Sa. Hoàng Sa... Vì vậy trên các bản đồ hàng hải quốc tế vùng này 
thường được ghi là vùng nguy hiểm, phải thận trọng khi qua lại. 
 Những cuộc khảo sát Biển Đông gần đây còn cho thấy ở đáy Biển Đông 
còn vô số núi lửa trẻ và cổ. Khả năng trao đổi nước giữa Biển Đông và các 
vùng nước xung quanh bị hạn chế một phần do đáy các eo biển xung quanh 
Biển Đông thường bị nâng cao. 
48 
 Eo biển Basi rộng và sâu nhất có độ sâu trên vùng yên ngầm là 1800m, 
là cửa chính thông ra Thái Bình Dương. Eo Balabac ở phía Bắc đảo Boócnêô 
cũng thông ra biển này nhưng chỉ sâu khoảng l00m. Các eo giữa đảo Sumatra 
và Bắc Boócnêô là cửa thông sang biển Java có độ sâu khoảng 40m. Eo Malacca 
là lối thông sang Ấn Độ Dương qua biển Adaman, eo này rất hẹp và nông (nơi 
hẹp nhất khoảng 17 hải lý và sâu khoảng 30m), độ sâu eo biển tăng dần từ Đông 
sang tới cửa phía Tây đạt 100m. 
 Ở phía Bắc còn có eo biển Đài Loan thông nước với biển Hoa Đông, nơi 
hẹp nhất của eo này khoảng 100 hải lý với độ sâu khoảng 70 m. 
Hình 2.1. Bản đồ độ sâu Biển Đông 
49 
2.1.1.2. Dòng chảy 
 Về chế độ dòng triều: Trong Biển Đông tồn tại 4 loại dòng triều và đan 
xen rất phức tạp. Nhìn chung, vùng có chế độ dòng triều hỗn hợp (nhật triều 
không đều hoặc bán nhật triều không đều) chiếm hầu hết diện tích Biển Đông. 
Các vùng có chế độ dòng triều bán nhật triều đều hay nhật triều đều chỉ chiếm 
diện tích nhỏ và nằm rải rác tại các khu vực khác nhau. 
 Chế độ thủy văn động lực Biển Đông, ngoại trừ chuyển động thủy triều, 
chủ yếu là do các quá trình tương tác biển - khí quyển - lục địa khu vực tạo nên. 
Trong đó, gió mùa Đông Bắc và Tây Nam đóng vai trò chính. 
 Sơ đồ phân bố dòng chảy tại Biển Đông và các vùng lân cận vào mùa 
đông được trình bày và mùa hè được trình bày dưới đây. 
Hình 2.2. Sơ đồ phân bố dòng chảy tầng mặt Biển Đông và lân cận vào mùa đông 
50 
Hình 2.3. Sơ đồ phân bố dòng chảy tầng mặt Biển Đông và lân cận vào mùa hè 
 Dữ liệu về dòng chảy được NCS lấy từ ATLAT dòng chảy của Hải quân 
Nga[54] và của Hải quân Việt Nam [13] đưa vào kết hợp trong phần mềm “XỬ 
LÝ THÔNG TIN VỊ TRÍ TÀU” để xử lý vị trí tàu từ hệ thống dẫn đường 
quán tính cung cấp khi không có tín hiệu từ vệ tinh, từ đó cung cấp vị trí tàu 
tham khảo mới, tin cậy hơn so với hệ thống dẫn đường quán tính cung cấp. 
2.1.2. Đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố ngoại cảnh đến độ chính xác 
dẫn đường cho tàu ngầm trong khu vực Biển Đông 
2.1.2.1. Các lực thủy tĩnh tác động lên tàu ngầm 
 Xem xét tàu ngầm như ở hình 2.1, lực trọng trường tác động vào 
trọng tâm tàu, xác định bởi véc tơ . Tương tự như vậy, lực nổi 
, xác định bởi véc tơ . Cùng xem xét hai lực này tại gốc là tâm 
của hệ tọa độ vật thể. Chúng được coi là lực thủy tĩnh tác dụng lên tàu ngầm. 
b
gf
g g g: [x ,y ,z ]
b T
gr 
b
bf
b b b: [x ,y ,z ]
b T
br 
51 
Hình 2.4. Các lực thủy tĩnh tác dụng vào tàu ngầm 
 Theo SNAME 1950 và Fredman(1979), véc tơ lực thủy tĩnh của tàu 
ngầm có thể viết dưới dạng: 
 (2.1) 
 Khi tàu ngầm hoạt động, ở độ sâu nhất định và bất kỳ tư thế nào (xác 
định bằng góc chúc , góc quay trở , ta có thể dễ dàng xác định được lực thủy 
tĩnh tác động vào tàu ngầm. Khi Δ=W-B=0, phương trình chuyển động của tàu 
ngầm ở trạng thái thả trôi được xác định bằng công thức 1.24. 
2.1.2.2. Ảnh hưởng của áp lực nước biển lên thân tàu ngầm 
 Khi tàu ngầm lặn hoặc nổi lên, áp lực nước ảnh hưởng rất lớn đến khả 
năng lặn hoặc nổi của tàu. Từ công thức 1.35, tiến hành tính toán, ta có: 
 Z1= αg(H-H0) (2.2) 
( )sin
( )cos sin
( )cos cos
( )
( )cos cos ( )cos sin
( )sin ( )cos cos
( )cos sin ( )sin
g b g b
g b g b
g b g b
W B
W B
W B
g
y W y B z W z B
z W z B x W x B
x W x B y W y B

 
 

   
  
  
CG 
CB 
52 
Trong công thức trên,  là lượng giãn nước của tàu ngầm, αg là hệ số áp lực 
của nước lên tàu ngầm, , với Hmax là độ sâu tối đa tàu ngầm có 
thể lặn xuống, H là độ sâu hiện tại, H0 là độ sâu ban đầu. 
2.1.2.3. Ảnh hưởng của mật độ nước biển 
 Lực nâng của nước biển chủ yếu do mật độ (nước biển) quyết định, mật 
độ nước biển càng lớn thì lực nâng càng lớn, ngược lại mật độ nước biển nhỏ 
thì lực nâng nhỏ, chúng là căn cứ chủ yếu để tàu ngầm điều chỉnh độ sâu trong 
khi lặn, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng nổi của tàu ngầm. Mật độ nước biển 
được quyết định bởi các yếu tố như nhiệt độ, độ mặn và áp lực của nước biển, 
do các nguyên nhân khí hậu, mật độ nước biển không chỉ khác nhau ở các vùng 
biển, mà thậm chí ngay ở độ sâu của cùng một vùng biển cũng khác nhau. Ở 
phương thẳng đứng, mật độ nước biển xuất hiện tầng quá độ (tầng giữa) nằm ở 
giữa hai lớp nước biển (lớp mật độ thấp và lớp mật độ cao), về học thuật gọi là 
lớp nhảy vọt mật độ. Thông thường, để tính toán ảnh hưởng này, người ta dùng 
2 phương pháp sau: 
 1 – Khi chuyển từ vùng biển này sang vùng biển khác, mật độ nước biển 
thay đổi từ 0 thành 1, ảnh hưởng của mật độ nước biển đến tàu ngầm là Z2, 
dùng công thức 2.2 để tính toán: 
 Z2=( 1 - 0) (2.3) 
 2 – Thay đổi độ sâu ảnh hưởng đến mật độ nước biển: 
 Căn cứ tư liệu của Hải quân Nga, mật độ nước biển trong điều kiện nhiệt 
độ bình thường biến thiên theo hàm số được cung cấp bởi công thức 2.4. 
4
max
13
10g
H
53 
 (2.4) 
 Khi tàu ngầm ở độ sâu bất kỳ, căn cứ công thức (2.4) có thể tính toán 
được giá trị mật độ nước biển tại độ sâu đó. Sự thay đổi của mật độ nước biển 
có thể được chia thành 4 lớp nước chính sau: 
 + Lớp nước có mật độ dương: Mật độ nước biển càng tăng khi độ sâu 
càng tăng, >0; 
 + Lớp nước có mật độ âm: Mật độ nước biển càng giảm khi độ sâu càng 
tăng <0; 
 + Lớp nước có mật độ cân bằng: Mật độ nước biển không thay đổi khi 
thay đổi độ sâu =0; 
 + Lớp nước có mật độ chuyển tiếp: Mật độ nước biển sẽ không thay đổi 
đến một độ sâu nhất định. Khi đến độ sâu này, lớp nước sẽ biến thiên tăng hoặc 
giảm mật độ, sau khi liên tục lặn xuống đến độ sâu giới hạn, mật độ nước biển 
sẽ không thay đổi nữa. Khi tàu ngầm ở lớp nước có mật độ nước biển dương, 
thì người điều khiển tàu sẽ rất dễ dàng giữ được ổn định của tàu ngầm, ngược 
lại khi hoạt động ở lớp nước có mật độ nước biển âm, người điều khiển phải 
liên tục theo dõi để giữ được ổn định độ sâu cho tàu ngầm. 
2.1.2.4. Ảnh hưởng của dòng chảy 
 Khi tàu ngầm hoạt động ngầm dưới nước, ảnh hưởng của gió và sóng coi 
như bỏ qua, người ta chỉ xét đến ảnh hưởng của dòng chảy. Dòng chảy dưới 
mặt nước là các hệ thống chuyển động theo chiều ngang và chiều thẳng đứng 
1
1.02501 .(1.02628 1.02501). ( 25 )
25
1
1.02628 .(1.02684 1.02628). (25 50 )
50 25
1
1.02684 .(1.02750 1.02684). (50 100 )
100 50
1
1.02750 .(1.02832 1.02750). (100 200 )
200 100
1
1.02832 .(1
300 200
H H m
H m H m
H m H m
H m H m
.02889 1.02832). (200 300 )H m H m
54 
gây ra bởi lực trọng trường, ma sát gió và sự biến thiên của mật độ nước trong 
các tầng khác nhau của hải dương. Dòng chảy đại dương ảnh hưởng đến hướng 
đi và tốc độ của tàu ngầm, dòng chảy và thủy triều có thể làm cho tàu ngầm đổi 
hướng đi, hành trình ngầm không an toàn. Vì vậy, chúng ta cần phải biết chính 
xác các thông tin và sự chuyển động của dòng hải lưu và kịp thời điều chỉnh 
hướng tàu ngầm, định vị vị trí một cách chính xác. 
 Theo[49], khi tính toán đến ảnh hưởng của dòng chảy, người ta thường 
quy về hệ tọa độ FLOW. Ma trận chuyển đổi từ hệ tọa độ FLOW sang hệ tọa 
độ BODY được xác định bằng 2 phép quay như sau: Đầu tiên từ trục dòng chảy 
xflow quay góc dạt - về phía trục zb để tạo thành trục mới gọi là trục ổn định 
xstab. Sau đó từ trục ổn định quay góc α về phía trục y tạo thành trục xb. Góc α 
gọi là góc tới. 
Hình 2.5. Góc tới và góc dạt 
 Dựa trên quy ước từ hình vẽ 2.5, ta có các thành phần vận tốc của tàu 
ngầm được tính theo các công thức dưới đây: 
 (2.5) 
cos( )cos( )
sin( )
w sin( )cos( )
u V
v V
V
 
 
55 
 Đối với tàu ngầm di chuyển về phía trước với vận tốc V>0, góc tới và 
góc dạt có thể được tính toán theo công thức: 
 (2.6) 
Giả thiết rằng góc α,  nhỏ, theo lý thuyết tuyến tính, ta có: 
 (2.7) 
 Vi phân theo thời gian với giả thiết vận tốc của tàu ngầm và dòng chảy 
là hằng số, trượt ngang của tàu ngầm sẽ là: 
 (2.8) 
Tỷ lệ góc dạt dòng khi V>0 là: (2.9) 
 Ảnh hưởng của dòng chảy đến tốc độ của tàu có thể được tính toán thông 
qua vận tốc chuyển động tương đối: 
 Vr = V0 – Vd (2.10) 
 Với Vr là vận tốc chuyển động tương đối; V0 là vận tốc tàu ngầm; Vd là 
vận tốc dòng chảy. 
 Khi phân chia vận tốc thành các thành phần vận tốc theo các trục, có thể 
viết: 
 (2.11) 
với , góc tới và góc dạt tương đối trong trường hợp này là: 
 (2.12) 
 Tương tự công thức 2.6, ta có: 
1
1
w
tan
sin
u
v
V

w
, , w , ,
v
u V v V V
V V
  
cos( )v V   
1
cos( )
v
V


0
0
0
r d
r d
r d
u u u
v v v
w w w
2 2 2
rV wr r ru v 
r
cos( )cos( )
sin( )
w sin( )cos( )
r r r r
r r r
r r r
u V
v V
V
 
 
56 
 (2.13) 
Giả thiết rằng góc α,  nhỏ, tương tự công thức 2.7, ta có: 
 (2.14) 
Động học vật rắn và các lực thủy động học tổng quát được viết như sau: 
 (2.15) 
Thông thường, giả thiết rằng, véc tơ vận tốc dòng chảy biến thiên chậm, nghĩa 
là: 0dv và . Vì vậy, phương trình chuyển động dòng chảy trở thành: 
 (2.16) 
 Vận tốc dòng chảy Vd thường được định nghĩa trong hệ tọa độ cố định 
trên trái đất với các trục dòng chảy, nghĩa là sao cho vận tốc dòng 
chảy được định hướng theo trục x. Biến đổi từ các trục dòng chảy sang các vận 
tốc ba chiều có thể được thực hiện bằng cách định nghĩa là góc tới của dòng 
chảy và là góc dạt do dòng chảy. Vận tốc dòng chảy ba chiều (3D) được 
tính bằng cách thực hiện nguyên lý hai phép quay: 
, , 0
0
d d
n
d d
n
d y z
n
d
u V
R R 

 
 (2.17) 
Trong đó, các ma trận quay và được định nghĩa như sau: 
 , ,
cos sin 0
sin cos 0
0 0 1
d d
d d
z z d dR R 
 
  
 (2.18) 
Khai triển (2.17) và (2.18), ta nhận được: 
1 r
1
w
tan
sin
r
r
r
r
r
u
v
V

r
w-w
, , w , ,r rr r r r r r r r r
r r
v v
u V v V V
V V
 
 RB RB A r A r r r rM v C v v M v C v v D v v g   
sè h¹ng thñy tÜnh häcc¸c sè h¹ng thñy ®éng häcc¸c sè h¹ng vËt thÓ r¾n 
0rv 
 RB A r r r rMv C v v C v v D v v g   
 ,0,0

dV
 d
d
, 

dy
R , 

 dz
R
57 
 ; (2.19) 
 ; (2.20) 
 sin cosnd d d dV  (2.21) 
 Các vận tốc dòng chảy ba chiều được biến đổi thành vận tốc cố định trên 
vật thể bằng cách sử dụng ma trận quay góc Euler. Do vậy: 
 . (2.22) 
 Từ trường hợp 2D, các phương trình (2.19) - (2.21) với , đơn giản 
thành: 
 ; (2.23) 
 . (2.24) 
 Vì thành phần không được dùng trong mặt phẳng nằm ngang. Do 
vậy, (2.22) đơn giản thành: 
 ; (2.25) 
 . (2.26) 
 Các công thức 2.25 và 2.26 được đưa vào các hệ thống điều khiển để xử 
lý tín hiệu giải quyết độ lệch do dòng chảy gây ra đối với các phương tiện ngầm. 
 Ngoài ra, ảnh hưởng của dòng chảy có thể được tính toán bằng cách tác 
nghiệp[3]. Gọi Hd và Vd lần lượt là hướng và vận tốc dòng chảy ngầm, khi chịu 
ảnh hưởng của dòng chảy, chuyển động của tàu sẽ chia làm 2 thành phần chính: 
 - Chuyển động tương đối với mặt nước theo hướng HT với vận tốc V0. 
 - Chuyển động so với đáy biển dưới tác dụng của dòng chảy theo hướng 
Hd và vận tốc Vd. 
cos cos  nd d d du V
sin  nd d dV
  
 

  
b n
d d
b n n
d b d
b n
d d
u u
R
0 d
cos nd d du V
sin  nd d dV
nd
 cos   bd d du V
 sin   bd d dV
58 
 Tổng hợp 2 chuyển động này, vị trí trọng tâm của tàu sẽ di chuyển theo 
hướng HTβ, với vận tốc V=V0+Vd gọi là hướng đi tuyệt đối. Hình dưới đây xác 
định vị trí tàu khi bị dòng chảy ảnh hưởng: 
Hình 2.6. Ảnh hưởng của dòng chảy đến chuyển động của tàu ngầm 
 Từ hình 2.6, chúng ta có thể thấy dòng chảy gây sai lệch vị trí tàu rất lớn 
khi dòng chảy có vận tốc lớn và vận tốc tàu nhỏ. Vì vậy, khi thực hành dẫn tàu, 
sĩ quan hàng hải phải đè góc dạt dòng để giảm thiểu ảnh hưởng đến sai số vị trí 
tàu, vết đi của tàu sẽ gần với vết đi kế hoạch nhất. Dựa trên hình 2.6, có thể tính 
toán các yếu tố dạt dòng theo các công thức sau: 
 - Bài toán 1: Biết hướng đi kế hoạch HT, vận tốc tàu V0, hướng dòng 
chảy Hd, vận tốc dòng chảy Vd, cần tìm góc dạt dòng  và vận tốc dạt dòng V. 
 (2.27) 
 - Bài toán 2: Biết hướng đi dạt dòng HTT, vận tốc tàu V0, hướng dòng 
chảy Hd, vận tốc dòng chảy Vd, cần tìm góc dạt dòng  và vận tốc dạt dòng V. 
0
2 2
0 0
sin( )
cos( )
2 cos( )




d d
d d
d d d
V H HT
Arctg
V V H HT
HTT HT
V V V V H HT V
59 
 (2.28) 
 Từ các công thức 2.27 và 2.28, có thể thấy rằng dòng chảy có ảnh hưởng 
rất lớn đến hướng đi và vận tốc của tàu. Nếu vận tốc tàu ngầm nhỏ, ảnh hưởng 
dòng chảy sẽ gây trôi dạt rất lớn, nếu người điều khiển tàu không nắm được 
dòng chảy(Hd, Vd) tại khu vực biển hoạt động để có sự điều động hợp lý sẽ gây 
ra sai lệch nghiêm trọng trong xác định vị trí tàu. 
2.2. Ảnh hưởng của hệ thống dẫn đường quán tính đến độ chính xác dẫn 
đường tàu ngầm 
2.2.1. Đồng chỉnh hệ thống quán tính 
 Nguyên tắc chung của hệ thống dẫn đường quán tính đòi hỏi cần phải 
xác định các thông tin ban đầu của hệ thống. Trong khi vị trí ban đầu và vận 
tốc có thể nhận được dễ dàng từ các thiết bị khác, nhưng đối với hệ thống GNSS 
và hệ thống quán tính INS thì hướng ban đầu của hệ thống không phải lúc nào 
cũng xác định được. Do đó, hệ thống INS cần phải được đồng chỉnh trạng thái 
ban đầu bằng cách đặt các trục cảm nhận của IMU trùng với hệ tọa độ dẫn 
đường (có thể là hệ tọa độ địa phương). Từ đó, vị trí ban đầu của hệ thống quán 
tính được khởi tạo và đặt là vị trí P0. Sau một thời gian hành trình, do sai số tích 
lũy của hệ thống quán tính, người dùng tiếp tục cập nhật lại vị trí cho hệ thống 
quán tính bằng tay hoặc tự động từ hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GNSS 
hoặc do người đo đạc cập nhật thủ công. 
 Trong thuật toán của hệ thống quán tính không đế, mục tiêu đồng chỉnh 
INS là thiết lập mối liên hệ giữa hệ tọa độ vật thể và hệ tọa độ địa phương; do 
đó, các thông tin ban đầu của ma trận biến đổi (ma trận chuyển từ hệ tọa 
0
0
0
Arcsin sin( )
cos cos( )
 

 


d
d
d
d
V
HT HTT H HTT
V
HTT HT
V
V V H HTT
V
ll
bR
60 
độ vật thể sang hệ tọa độ địa phương) cần được xác định. Muốn vậy, phải thực 
hiện cân bằng ngang cho gia tốc kế và cân bằng các góc định hướng cho cảm 
biến con quay. Bản chất của việc làm này là đồng chỉnh để các số liệu từ cảm 
biến tương hợp với hệ tọa độ địa phương. Để thực hiện đồng chỉnh hệ thống, 
người ta sẽ thực hiện 2 bước là cân bằng ngang và cân bằng phương vị. 
2.2.1.1. Cân bằng ngang 
 Cân bằng ngang nhằm mục đích xác định góc sai lệch ban đầu trong mặt 
phẳng ngang x(0) và y(0). Một cảm biến lý tưởng là trục đứng đo được trọng 
lực biểu kiến g, trong khi các trục còn lại có giá trị đo bằng không trong hệ tọa 
độ địa phương. 
2.2.1.2. Cân bằng phương vị 
 Tương tự như vấn đề về cân bằng ngang, cân bằng phương vị nhằm đồng 
chỉnh các phép đo trong hệ tọa độ địa phương. Về cơ bản, chức năng này nhằm 
xác định các góc phương vị A(0), được định nghĩa là góc giữa trục Bắc của hệ 
tọa độ địa phương và hình chiếu của trục dọc của hệ tọa độ vật thể lên mặt 
phẳng ngang. Về mặt lý thuyết, trong hệ tọa độ địa phương, cảm biến con quay 
Bắc đo hình chiếu của vận tốc góc của Trái đất Ucos , cảm biến con quay Đông 
có số đo bằng không. Sau khi hoàn chỉnh, mặt phẳng ngang XbYb (của hệ tọa 
độ vật thể) sẽ nằm ngang. Do đó, kết quả đo của cảm biến con quay xb, yb 
trong hệ tọa độ vật thể là hình