Bài giảng hệ thống định vị toàn cầu GV thái văn hòa

- Vệ tinh phát tín hiệu được mã hoá và thông tin đạo hàng, được điều biến trên hai sóng tải.. Hình 1.2e Vệ tinh GPS Block III21 Nguồn: http://www.gps.gov/systems/gps/space/ Hình 1.4: Mô

Trang 1

Bộ môn Công nghệ Địa chính

Bài giảng

HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU

Tp HCM 5/2016

GV: Thái Văn Hòa Đt: 0908670778; 0964027940 Email: hoa.cndc@gmail.com

thaihoa@hcmuaf.edu.vn Web: http://www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=thaihoa

1

Đánh giá kết quả

1 Điểm chuyên cần 10%

- Đi học + thực hành đầy đủ

2 Điểm giữa kỳ 30%

- Bình sai + biên tập 7 bảng lưới khống chế địa chính đo bằng công nghệ GPS (5 người / nhóm)

3 Thi cuối kỳ 60%

- Thi tự luận 60’, không sử dụng tài liệu.

- Hoặc đề mở 75’, áp dụng tính toán.

2

Trang 2

1.1 Ý tưởng về GPS

Chương 1: TỔNG QUAN

HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS

3

4

GPS Navigation

Nguồn: https://www.youtube.com/watch?v=5ZEBmU9-qE8

Trang 3

ĐỊNH VỊ ĐIỂM

5

- Định vị là xác định vị trí của các vật thể tĩnh hoặc chuyển động Có 2 Phương pháp:

+ Theo một hệ tọa độ không gian ba chiều đã được định nghĩa.

+ Theo vị trí của một điểm khác, được thừa nhận là điểm gốc của một hệ tọa độ địa phương

ĐỊNH VỊ TƯƠNG ĐỐI

6

Trang 4

ĐỊNH VỊ VỆ TINH

7

ĐO CỰ LY TỚI VỆ TINH

8

Trang 5

ĐỊNH VỊ TƯƠNG ĐỐI TỪ VỆ TINH

9

1.2 Mô tả hệ thống GPS

Hình 1.1 Các đoạn trong hệ thống GPS 10

Trang 6

1.2.1 Đoạn không gian

- 24 vệ tinh chia thành 6 quỹ đạo

- Mỗi mặt phẳng quỹ đạo tạo với mặt xích đạo một góc 55o

- Cách mặt đất khoảng 20.200 km

- Mỗi vòng bay hết 11 giờ 58 phút

- Vệ tinh phát tín hiệu được mã hoá và thông tin đạo hàng, được điều biến trên hai sóng tải

- Vệ tinh có kích thước chừng 5m, trọng lượng 1÷2 tấn, được trang bị 2 đồng hồ nguyên tử loại rubidium và 2 đồng hồ nguyên tử loại celium

Tuổi thọ vệ tinh là 7,5 năm

11

Block Launch

Period

Satellite launches Currently in

orbit and healthy

Suc-cess

Fail-ure

In prep-aration

Plan-ned

(Last update: Feb 29, 2016)

12 Nguồn: https://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System

Trang 7

Nguồn: http://www.gps.gov/systems/gps/space/

14

Atlas V GPS IIF-12 Launch

Nguồn: https://www.gps.gov

Trang 8

GPS III

15 Nguồn: https://www.youtube.com/watch?v=LPwcKsF49iY

16

Trang 9

Hình 1.2a Vệ tinh GPS Block IIA Nguồn: http://www.gps.gov/systems/gps/space/

18

Hình 1.2b Vệ tinh GPS Block IIR Nguồn: http://www.gps.gov/systems/gps/space/

Trang 10

Hình 1.2c Vệ tinh GPS Block IIR(M) Nguồn: http://www.gps.gov/systems/gps/space/

Hình 1.2d Vệ tinh GPS Block IIF

20

Trang 11

Hình 1.2e Vệ tinh GPS Block III

21

Hình 1.4: Mô hình thu tín hiệu vệ tinh GPS

Trang 12

Hình 1.5: Thông tin quỹ đạo các hệ thống ĐVTC

Chương trình hệ thống GPS

24 Nguồn: http://www.gps.gov/systems/gps/modernization/

Trang 13

1.2.2 Đoạn điều khiển

25

2 SOPS keeps GPS flying

26 Nguồn: https://www.youtube.com/watch?v=unFVspzSIr0

Trang 14

GPS OCX Modernization

Nguồn: https://www.youtube.com/watch?v=k4gGwVH_MaU

1.2.3 Đoạn sử dụng

- Cách sử dụng máy thu tín hiệu GPS

- Các phương pháp đo GPS

- Các ứng dụng GPS

Hình 1.7 Quan hệ giữa các đoạn trong GPS 28

Trang 15

1.3 CƠ SỞ CỦA KỸ THUẬT ĐO GPS

1.3.1 Cấu trúc tín hiệu GPS

- Đồng hồ nguyên tử celium trên vệ tinh tạo tần số chuẩn fo=10,23Mhz với sai số 10-12 /ngày

- Sóng tải L1 được tạo ra bằng bội số 154 lần tần số chuẩn (tần số 1575,42 Mhz, bước sóng 19,0 cm)

- Sóng tải L2 được tạo ra bằng bội số 120 lần tần số chuẩn (tần số 1227,60 Mhz, bước sóng 24,0 cm)

29

Có 3 loại mã trên sóng tải là mã C/A, mã P

và Thông tin đạo hàng

- Mã C/A thường được hiểu là mã thông dụng gồm dãy 1023 kí tự 0 và 1, được lặp lại sau mỗi phần triệu giây, tương đương chiều dài bước sóng 300m Mã C/A chỉ được truyền có trên sóng tải L1

- Mã P - mã chính xác là chuỗi rất dài kí tự 0 và

1, được lặp lại sau 01 tuần lễ, chiều dài bước sóng

là 29,30m Nó được truyền trên cả hai sóng tải

- Tuy nhiên, Bộ Quốc phòng Mỹ đã sử dụng mã

W để che phủ lên mã P tạo nên mã Y Chỉ có Quân đội Mỹ và đồng minh mới được tiếp cận mã P

30

Trang 16

- Thông tin đạo hàng là chuỗi số liệu được

bổ sung trên hai sóng tải và điều biến lưỡng pha với tốc độ chậm 50bit /giây và lặp lại sau 30 giây

Thông tin đạo hàng chứa toạ độ vệ tinh theo thời gian, tình trạng sức khoẻ của vệ tinh, các trị hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh, số liệu almanac của vệ tinh, số liệu khí tượng

Mỗi vệ tinh truyền thông tin đạo hàng của riêng mình cùng với các thông tin trên các vệ tinh khác như là toạ độ gần đúng, tình trạng sức khoẻ

31

Hình 1.8 Sơ đồ về cấu trúc tín hiệu GPS

32

Trang 17

Các thành phần Tần số

(MHz)

Bước sóng

Sóng tải L1 (154fo) 1575,42 19,0 cm Sóng tải L2 (120fo) 1227,60 24,0 cm

Mã chính xác (P-code) fo 10,23 30 m

Mã thông dụng (C/A code) fo/10 1,023 300 m

Thông tin đạo hàng fo/204600 50.10-6 Bảng 1.2- Các thành phần tín hiệu GPS

33

Tín hiệu của các hệ thống định vị

Hình 1.9 Tần số của các hệ thống ĐVTC

34

Trang 18

1.4 Các loại máy thu GPS

Có thể phân ra hai loại máy thu GPS: máy thu một tần số và máy thu hai tần số

Máy thu một tần chỉ nhận được tín hiệu sóng tải L1 Máy thu 1 tần cũng có các cấu hình khác nhau và do đó chức năng cũng khác nhau, thông dụng hơn cả là loại máy thu 1 tần thu được cả code lẫn pha sóng tải

Máy thu 2 tần nhận được tín hiệu trên cả sóng tải L1 và L2 Tuy mã P bị che phủ, nhưng máy thu hai tần hiện nay có thể khôi phục được đầy đủ sóng tải L2 ở mức độ yếu hơn

35

Máy thu GPS có thể có số lượng kênh khác nhau, từ 1 đến 12 kênh Máy GPS tốt là máy nhiều kênh, trong đó mỗi kênh liên tục nhận tín hiệu từ một vệ tinh Hiện nay các máy thu chủ yếu có từ 9 đến 12 kênh

Việc lựa chọn máy thu GPS còn phụ thuộc các yếu tố khác như giá cả, dễ sử dụng, mức tiêu hao năng lượng, kích thước và trọng lượng, khả năng chứa số liệu trong và ngoại vi, khả năng tương tác và mức độ giảm thiểu ảnh hưởng khúc

xạ đa đường dẫn

36

Trang 19

Loại máy thu 1 tần giá rẻ, chủ yếu được sử dụng để đo đạc địa chính hay thành lập bản đồ

Nó cho phép đo chính xác trong khoảng cách ngắn, chừng 20 km trở lại

Loại máy thu 2 tần số hạn chế được ảnh hưởng này, nó cho phép đo khoảng cách tới các điểm xa tuỳ ý Đối với các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao như nghiên cứu chuyển động hiện đại, máy thu 2 tần số nhiên được ưu tiên lựa chọn

Ăng ten cũng là một bộ phận không thể thiếu của thiết bị đo GPS Để giảm ảnh hưởng của sai số khúc xạ đa đường dẫn (multipath), cần lựa chọn loại ăng ten giảm thiểu được ảnh hưởng này

37

Một số loại máy thu GPS của hãng Trimble

38

Trimble M7

* Precise Positioning Service capable GPS receiver for surveying

* Trimble Access field software designed for Military use

* Field tested, ruggedized Survey System build to Military standards

* Compatible with conventional (optical) equipment and construction machine control systems

* Power Trimble Business Center office software used for processing and adjustment of both GPS and conventional data

* Support both Military and Trimble data radios

Nguồn: http://www.trimble.com/Survey/Trimble-M7-GPS-Survey-System.aspx

Trang 20

Trimble R7

•Advanced, modular 72-channel system configuration

•Trimble R-Track satellite tracking technology

•External high power UHF radio provides the flexibility to be used on the pole or as a base station

•Select from the Zephyr-2 GNSS antenna

or the Zephyr-2 GNSS Geodetic antenna

•Partner with Trimble Access and the TSC3 controller

•Supports the GPS Modernization

signals L2C, L5 and GLONASS

•3 levels of OmniSTAR positioning – OmniSTAR HP, OmniSTAR XP and OmniSTAR VBS

•Tracks both GPS and GLONASS Satellites Nguồn: http://www.trimble.com/Survey/trimbler7gnss.aspx

40

Trimble R8

•Two integrated Trimble Maxwell 6 chips

•440 GNSS channels

•Capable to tracking satellite

systems CMRx commincluding

GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou(COMPASS), and QZSS

•unications protocol gives you the most reliable positioning

performance

Nguồn: http://www.trimble.com/Survey/trimbler8gnss.aspx

Tiêu đề	Hệ thống định vị toàn cầu
Người hướng dẫn	GV Thái Văn Hòa
Trường học	Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Hệ thống định vị toàn cầu
Thể loại	Bài giảng
Năm xuất bản	2016
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	20
Dung lượng	3,77 MB