Vệ tinh thế hệ tiếp theo: Bước nhảy vọt trong lĩnh vực chấm công tự động với thuật toán LSTM

Việc giữ thời gian chính xác là điều cần thiết cho việc định vị vệ tinh, vì ngay cả những sai lệch nhỏ về thời gian cũng có thể dẫn đến sai số định vị đáng kể. Các hệ thống truyền thống phụ thuộc nhiều vào đồng hồ nguyên tử trên mặt đất, điều này gây ra rủi ro gián đoạn dịch vụ. Do những thách thức này, nghiên cứu nâng cao là cần thiết để phát triển các hệ thống lưu giữ thời gian vệ tinh tự động và đáng tin cậy hơn.

Biểu đồ luồng dự báo lỗi đồng hồ. Nguồn:  Định vị vệ tinh  (2024). DOI: 10.1186/s43020-024-00137-6

Các nhà nghiên cứu từ Viện Khoa học Đại học Trung Quốc và Học viện Đổi mới Vệ tinh Vi mô đã công bố một nghiên cứu trên tạp chí Điều hướng Vệ tinh trình bày một hệ thống tính giờ hai cấp mới sử dụng thuật toán Bộ nhớ ngắn hạn dài (LSTM) lấy mẫu thưa thớt để nâng cao độ chính xác và độ ổn định việc tính toán thời gian dẫn đường của vệ tinh.

Nghiên cứu đề xuất hệ thống định giờ vệ tinh hai cấp độ để cải thiện khả năng định giờ tự động có độ chính xác cao của các vệ tinh dẫn đường. Cấp độ đầu tiên sử dụng nhiều đồng hồ nguyên tử trên mỗi vệ tinh để tạo thành thang thời gian ổn định, trong khi cấp độ thứ hai tích hợp các thang thời gian riêng lẻ này vào thang thời gian cấp chòm sao bằng cách sử dụng các liên kết giữa các vệ tinh (ISL).

Một cải tiến quan trọng là việc sử dụng thuật toán LSTM lấy mẫu thưa thớt, giúp nâng cao đáng kể độ chính xác của các dự đoán lỗi đồng hồ dài hạn. Kết quả mô phỏng cho thấy độ ổn định tần số của thang thời gian trong không gian được cải thiện rõ rệt với phương pháp này.

Chẳng hạn, tại thời điểm lấy mẫu là 300 giây, độ ổn định tần số đạt 1,35 × 10-15 và sai số dự đoán trong 10 ngày giảm xuống còn 3,16 × 10-10 giây. Điều này thể hiện sự cải thiện đáng kể so với các mô hình dự đoán hiện có.

Tiến sĩ Wenbin Gong, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết: "Hệ thống tính giờ hai cấp độ của chúng tôi và ứng dụng thuật toán LSTM lấy mẫu thưa thớt thể hiện những tiến bộ đáng kể trong việc lưu giữ thời gian qua vệ tinh. Những đổi mới này không chỉ nâng cao độ chính xác của việc định vị vệ tinh mà còn cải thiện khả năng sự mạnh mẽ và độ tin cậy của thang thời gian dựa trên không gian."

Những tiến bộ được trình bày trong nghiên cứu này có ý nghĩa sâu rộng đối với tương lai của định vị vệ tinh và các công nghệ liên quan. Độ chính xác của việc giữ thời gian được nâng cao sẽ dẫn đến các dịch vụ định vị được cải thiện, mang lại lợi ích cho nhiều ứng dụng khác nhau như xe tự hành, hệ thống liên lạc toàn cầu và nghiên cứu khoa học.

Hơn nữa, phương pháp và kết quả của nghiên cứu này có thể được áp dụng cho các lĩnh vực khác đòi hỏi phải đồng bộ hóa và dự đoán thời gian chính xác, từ đó mở rộng hơn nữa tác động của nó.