Bình sai hỗn hợp lưới mặt đất và vệ tinh trong mô hình phẳng và xác đinh sai số hệ thống trong đo cạnh mặt đất

Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp thực tế sản xuất, ngoài việc ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh, người ta còn kết hợp sử dụng với các công nghệ mặt đất khác để đem lại hiệu quả tối ưu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

PHẠM THANH THẠO

BÌNH SAI HỖN HỢP LƯỚI MẶT ĐẤT VÀ VỆ TINH

TRONG MÔ HÌNH PHẲNG VÀ XÁC ĐỊNH SAI SỐ HỆ THỐNG

TRONG ĐO CẠNH MẶT ĐẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

PHẠM THANH THẠO

BÌNH SAI HỖN HỢP LƯỚI MẶT ĐẤT VÀ VỆ TINH

TRONG MÔ HÌNH PHẲNG VÀ XÁC ĐỊNH SAI SỐ HỆ THỐNG

TRONG ĐO CẠNH MẶT ĐẤT

Ngành: Kỹ thuật trắc địa - bản đồ

Mã số: 60520503

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

GS.TSKH HOÀNG NGỌC HÀ

HÀ NỘI - 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện

Các số liệu và kết luận nghiên cứu trình bày trong luận văn chưa từng được công bố ở các nghiên cứu khác

Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình

Hà Nội, ngày 02 tháng 10 năm 2014

Học viên

Phạm Thanh Thạo

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC BẢNG BIỂU 6

DANH MỤC HÌNH VẼ 7

MỞ ĐẦU 9

1 Tính cấp thiết của đề tài 9

2 Đối tượng nghiên cứu của đề tài 10

3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 10

4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 10

5 Nội dung nghiên cứu của đề tài 10

6 Phương pháp nghiên cứu của đề tài 11

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 11

8 Cấu trúc của luận văn 12

CHƯƠNG 1: LƯỚI TRẮC ĐỊA MẶT ĐẤT 13

1.1 Lưới trắc địa mặt đất 13

1.1.1 Khái niệm chung 13

1.1.2 Lưới trắc địa mặt bằng 13

1.1.3 Lưới khống chế độ cao 14

1.2 Các nguồn sai số và cách khắc phục 14

1.2.1 Sai số đo và phân loại sai số đo 14

1.2.2 Phân loại sai số dựa vào nguyên nhân gây ra sai số 15

1.2.3 Phân loại sai số dựa vào tính chất của các loại sai số 15

1.3 Quy trình xây dựng và xử lý số liệu đối với lưới mặt đất 17

CHƯƠNG 2: LƯỚI TRẮC ĐỊA VỆ TINH 20

2.1 Khái niệm lưới trắc địa vệ tinh 20

2.2 Tổng quan vệ hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu 20

2.2.1 Phần không gian 21

2.2.2 Phần điều khiển 23

2.2.3 Phần sử dụng 24

2.3 Nguyên lý và các phương pháp định vị vệ tinh 25

2.3.1 Nguyên lý định vị vệ tinh 25

2.3.2 Các phương pháp định vị vệ tinh 28

2.4 Các nguồn sai số trong định vị vệ tinh 35

CHƯƠNG 3: BÌNH SAI HỖN HỢP LƯỚI MẶT ĐẤT VÀ VỆ TINH TRONG MÔ HÌNH PHẲNG VÀ XÁC ĐỊNH SAI SỐ HỆ THỐNG TRONG ĐO CẠNH MẶT ĐẤT 39

3.1 Cơ sở lý thuyết 39

3.1.1 Bình sai hỗn hợp lưới mặt đất và vệ tinh trong mô hình phẳng - tính chuyển các Baseline thành gia số tọa độ Δx, Δy 39

3.1.2 Bình sai hỗn hợp lưới mặt đất và vệ tinh trong mô hình phẳng - tính chuyển các Baseline thành cạnh S và góc phương vị α 41

3.2 Các phép tính chuyển tọa độ và ma trận hiệp phương sai giữa các hệ tọa độ 43

3.2.1 Mô hình chuyển đổi tổng quát 43

3.2.2 Tính chuyển từ tọa độ vuông góc không gian (X, Y, Z) sang hệ tọa

độ trắc địa (B, L, H) 44

3.2.3 Tính chuyển từ tọa độ trắc địa (B, L, H) sang hệ tọa độ vuông góc phẳng (x, y, h) 44

3.2.4 Tính chuyển ma trận hiệp phương sai từ hệ tọa độ vuông góc không gian (X, Y, Z) sang hệ tọa độ phẳng (x, y, h) 45

3.3 Phát hiện sai số hệ thống trong đo cạnh mặt đất 45

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THỰC NGHIỆM 48

4.1 Xây dựng chương trình bình sai hỗn hợp lưới mặt đất và vệ tinh trong mô hình phẳng và phát hiện sai số hệ thống trong đo cạnh mặt đất 48

4.1.1 Giới thiệu giao diện và cách sử dụng chương trình 48

4.1.2 Giới thiệu một số đoạn mã code của chương trình 51

4.2 Tính toán thực nghiệm 64

4.2.1 Thu thập số liệu 64

4.2.2 Tính toán thực nghiệm 72

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

PHỤ LỤC 76

Phụ lục 1: Tệp tin số liệu mặt đất 77

Phụ lục 2: Số liệu giải cạnh bằng phần mềm TBC 80

Phụ lục 3: Tệp tin kiểm tra thông tin số liệu đầu vào 100

Phụ lục 4: Tệp tin thành quả tính toán bình sai 110

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

GNSS (Global Navigation Satellite System): Là thuật ngữ chỉ hệ thống dẫn

đường bằng vệ tinh toàn cầu

GPS (Global Positioning Sytem): Là hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu của cơ

quan hàng không vũ trụ Mỹ

GLONASS (Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema): Là hệ

thống dẫn đường bằng vệ tinh toàn cầu của cơ quan hàng không vũ trụ Nga

GALILEO: Là hệ thống dẫn đường bằng vệ tinh toàn cầu của cơ quan hàng

không vũ trụ Châu Âu

BeiDou: Là hệ thống dẫn đường bằng vệ tinh toàn cầu của Ủy ban điều hành

vệ tinh Trung Quốc

RTK (Real Time Kinematic): Là thuật ngữ chỉ công nghệ định vị vệ tinh động

xử lý theo thời gian thực

PPK (Post Processing Kinematic): Là thuật ngữ chỉ công nghệ định vị vệ tinh

động xử lý sau

DGPS (Differential GPS): Là thuật ngữ chỉ công nghệ định vị vệ tinh cải

chính phần sai

WADGPS (Wide Area Differential GPS): là thuật ngữ chỉ công nghệ định vị

vệ tinh cải chính phân sai trên phạm vi rộng

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Các thông số cơ bản của phần không gian của một số hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu 22 Bảng 4 1: Số liệu đo góc của lưới thực nghiệm 69 Bảng 4 2: Số liệu đo cạnh của lưới thực nghiệm 69 Bảng 4.3: Số liệu giải cạnh thu được sau quá trình thực nghiệm và giải cạnh bằng phần mềm TBC 71

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Quy trình xây dựng lưới trắc địa mặt đất 19

Hình 2.1: Các thành phần cơ bản của hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu 21

Hình 2.2: Phần điều khiển của hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GPS của Mỹ 24

Hình 2.3: Một số thiết bị thu tín hiệu GNSS phục vụ dẫn đường, khảo sát đo đạc 25

Hình 2.4: Bài toán giao hội cạnh không gian 25

Hình 2.5: Nguyên lý định vị vệ tinh dựa trên bài toán giao hội cạnh không gian 26

Hình 2.6: Bài toán xác định tọa độ điểm trong công nghệ định vị vệ tinh 27

Hình 2.7: Kỹ thuật so trùng mã để xác định thời gian truyền sóng 28

Hình 2.8: Trị đo khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu theo pha sóng tải 30

Hình 2.9: Các phương pháp định vị vệ tinh 30

Hình 2.10: Phương pháp định vị tuyệt đối 31

Hình 2.11: Phương pháp định vị tương đối tĩnh 32

Hình 2.12: Phương pháp định vị cải chính vi phân DGPS 33

Hình 2.13: Phương pháp định vị động 34

Hình 2.14: Các nguồn sai số trong định vị vệ tinh 35

Hình 3.1: Sơ đồ bài toán bình sai hỗn hợp trị đo mặt đất và vệ tinh trong mô hình phẳng 42

Hình 4.1: Giao diện của chương trình bình sai hỗn hợp lưới mặt đất và vệ tinh trong mô hình phẳng và phát hiện sai số hệ thống trong đo cạnh mặt đất 48

Hình 4.2: Tệp số liệu đầu vào của chương trình 49

Hình 4.3: Chương trình sử dụng tệp đầu vào là tệp giải cạnh của phần mềm Trimble Business Center - TBC 49

Hình 4.4: Các bước thực hiện chạy chương trình 50

Hình 4.5: Chương trình thông báo khi hoàn thành tính toán 50

Hình 4.6: Các tệp tin thành quả tính toán của chương trình 51

Hình 4.7: Sơ đồ lưới thực nghiệm tại khu vực sân bay Phú Bài - Phú Bài - Hương Thủy - Thừa Thiên Huế 65

Hình 4.8: Mốc PACS1 và mốc PACS2 65

Hình 4.9: Quy cách mốc SACS - Mốc SACS4 66

Hình 4.10: Sơ đồ lưới các trị đo mặt đất (góc, cạnh) 67

Hình 4.11: Quá trình đo đạc các trị đo mặt đất (góc, cạnh) bằng máy toàn đạc điện tử Trimble M3 68

Hình 4.12: Sơ đồ ca đo vệ tinh lưới thực nghiệm 70

Hình 4.13: Quá trình đo đạc vệ tinh bằng máy thu Trimble R5 71

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong lĩnh vực trắc địa, việc áp dụng công nghệ định vị vệ tinh giúp giảm thời gian thi công, tăng năng suất lao động, giảm chi phí sản xuất đặc biệt, giá thành các thiết bị định vị vệ tinh đầu cuối đang ngày càng giảm, do

đó, công nghệ này đang được áp dụng rộng rãi, phổ biến nhất là trong việc thành lập lưới các cấp, hạng Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp thực tế sản xuất, ngoài việc ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh, người ta còn kết hợp sử dụng với các công nghệ mặt đất khác để đem lại hiệu quả tối ưu như: đo cạnh mặt đất bằng các máy có chức năng đo dài, đo các góc bằng máy đo góc Việc kết hợp hai công nghệ trên với nhau đặt ra yêu cầu về việc xử lý kết hợp hai loại số liệu này

Như chúng ta đã biết, số liệu đo vệ tinh cho ta các trị đo không gian, trong khi đó, công nghệ đo truyền thống cho ta các trị đo trong mặt phẳng Để

xử lý kết hợp hai loại số liệu trên, ta cần chuyển chúng về cùng một bề mặt toán học Có thể là chuyển về không gian, có thể chuyển về mặt phẳng hoặc

có thể chuyển về một mặt trung gian bất kỳ Tuy nhiên, việc chuyển các trị đo

về mặt phẳng để xử lý có ưu thế về việc giảm khối lượng tính toán rất lớn Chính vì vậy, người ta thường áp dụng việc xử lý kết hợp số liệu lưới mặt đất

và vệ tinh trong mô hình phẳng

Khi đi sâu nghiên cứu các thuật toán về xử lý kết hợp số liệu đo mặt đất

và vệ tinh, có rất nhiều vấn đề được đặt ra như: xử lý sai số số liệu gốc, xử lý sai số thô, xử lý sai số hệ thống, khảo sát mối tương quan giữa các trị đo, khảo sát sự phụ thuộc của các trị đo Trong đó hướng nghiên cứu về việc xử

lý các sai số hệ thống là một hướng tương đối mới trong bình sai kết hợp lưới mặt đất và vệ tinh Nhằm hoàn thiện hơn về lý thuyết xử lý kết hợp số liệu đo mặt đất và vệ tinh, tôi xin đề xuất hướng nghiên cứu về việc xử lý sai số hệ

thống trong đo cạnh mặt đất trong việc bình sai kết hợp lưới mặt đất và vệ tinh trong mô hình phẳng

2 Đối tượng nghiên cứu của đề tài

- Đặc tính kỹ thuật của lưới trắc địa mặt đất

- Tổng quan về lưới trắc địa vệ tinh

- Thuật toán bình sai hỗn hợp lưới mặt đất và vệ tinh trong mô hình phẳng

- Phương pháp xác định sai số hệ thống của cạnh mặt đất trong bình sai hỗn hợp lưới mặt đất và vệ tinh

3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu đặc tính kỹ thuật của lưới trắc địa mặt đất

- Nghiên cứu tổng quan về lưới trắc địa vệ tinh

- Nghiên cứu về thuật toán bình sai hỗn hợp lưới mặt đất và vệ tinh trong mô hình phẳng

- Nghiên cứu phương pháp xác định sai số hệ thống của cạnh mặt đất trong bình sai hỗn hợp lưới mặt đất và vệ tinh trong mô hình phẳng

- Xây dựng chương trình tính toán bình sai hỗn hợp lưới mặt đất và vệ tinh trong mô hình phẳng và xác định sai số hệ thống trong cạnh mặt đất bằng ngôn ngữ Visual Basic 6.0

- Tính toán thực nghiệm với số liệu thực tế bằng chương trình đã xây dựng

4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Từ các tài liệu tham khảo trong trường, các trung tâm, viện nghiên cứu, trên mạng internet và các số liệu đo đạc trong thực tế sản xuất

5 Nội dung nghiên cứu của đề tài

Đề tài thực hiện bao gồm các nội dung chính như sau:

- Tổng quan về lưới trắc địa mặt đất:

+ Định nghĩa và phân loại

+ Các nguồn sai số và cách khắc phục

+ Quy trình xây dựng và xử lý số liệu

- Tổng quan vệ lưới trắc địa vệ tinh:

+ Khái niệm và cấu trích hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu

+ Nguyên lý và các phương pháp định vị vệ tinh

+ Các loại sai số trong định vị vệ tinh

- Thuật toán bình sai hỗn hợp lưới mặt đất và vệ tinh trong mô hình phẳng và xác định sai số hệ thống trong đo cạnh mặt đất:

+ Chương trình tính toán bình sai hỗn hợp lưới mặt đất và vệ tinh trong

mô hình phẳng và xác định sai số hệ thống trong đo cạnh mặt đất

+ Tính toán thực nghiệm

6 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu lý thuyết và đưa ra giải thuật toán học phục vụ cho việc lập trình

- Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình, các thủ pháp lập trình

- Thu thập số liệu đo thực tế, tính toán thực nghiệm và kiểm tra lại kết quả bằng tính tay và các phần mềm khác

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài nghiên cứu phát hiện sai số hệ thống trong đo cạnh mặt đất trong

xử lý hỗn hợp lưới mặt đất và vệ tinh giúp hoàn thiện hơn về lý thuyết xử lý hỗn hợp lưới mặt đất và vệ tinh

Đề tài nghiên cứu lý thuyết, đưa ra thuật toán và xây dựng chương trình tính toán bình sai hỗn hợp lưới mặt đất và vệ tinh trong mô hình phẳng và phát hiện sai số hệ thống trong đo cạnh mặt đất Sản phẩm của đề tài là một trong các tài liệu tham khảo bổ ích trong quá trình nghiên cứu lý thuyết bình sai hỗn hợp lưới mặt đất và vệ tinh Ngoài ra, chương trình bình sai hỗn hợp lưới mặt đất và vệ tinh và phát hiện sai số hệ thống trong đo cạnh mặt đất có thể được ứng dụng trong thực tế sản xuất để nâng cao chất lượng quá trình xử

lý số liệu đo đạc

8 Cấu trúc của luận văn

Bản luận văn bao gồm phần mở đầu, phần trình bày chi tiết và phần kết luận được trình bày trên 75 trang (chưa bao gồm phần phụ lục) Trong đó, phần trình bày chi tiết gồm bốn chương:

- Chương 1: Lưới trắc địa mặt đất

- Chương 2: Lưới trắc địa vệ tinh

- Chương 3: Bình sai hỗn hợp lưới mặt đất và vệ tinh trong mô hình phẳng

và xác định sai số hệ thống trong đo cạnh mặt đất

- Chương 4: Tính toán thực nghiệm

Trong bản luận văn có sử dụng bốn bảng biểu và hai mươi chín hình minh họa

Bản luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn khoa học của GS.TSKH Hoàng Ngọc Hà cùng với sự hỗ trợ tích cực của các đồng nghiệp trong quá trình triển khai thực hiện đề tài Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến GS.TSKH Hoàng Ngọc Hà cùng các đồng nghiệp và mong nhận được sự đóng góp ý kiến về đề tài

CHƯƠNG 1: LƯỚI TRẮC ĐỊA MẶT ĐẤT 1.1 Lưới trắc địa mặt đất

1.1.1 Khái niệm chung

- Lưới trắc địa mặt đất là khái niệm chung để chỉ các mạng lưới trắc địa mặt bằng hoặc lưới độ cao trong đó các thành phần tọa độ là hai chiều (X, Y) hoặc một chiều (h)

- Phương pháp xây dựng các mạng lưới mặt đất hầu hết là phương pháp đo đạc ngoài thực địa bằng các loại máy kinh vĩ, toàn đạc điện tử (TĐĐT) và máy thủy chuẩn

- Các trị đo trong lưới mặt đất:

+ Đối với lưới mặt bằng, có thể có các trị đo: trị đo góc bằng, trị đo cạnh, trị đo hướng, trị đo phương vị

+ Đối với lưới độ cao, trị đo hầu hết cho các mạng lưới là chênh cao, trong đo việc đo chênh cao có thể theo phương pháp: đo cao hình học, đo cao lượng giác, đo cao thủy tĩnh…

Các mạng lưới trắc địa mặt đất được phân loại một cách đa dạng theo cấp hạng (độ chính xác) hay theo phương pháp xây dựng lưới

Các mạng lưới trắc địa được xây dựng theo nguyên tắc từ tổng thể tới cục bộ, từ độ chính xác cao tới độ chính xác thấp và việc xây dựng một mạng lưới phải đảm bảo độ chính xác theo yêu cầu và thuận tiện cho việc xây dựng các cấp lưới tiếp theo

Trong lưới mặt bằng cần ít nhất bốn yếu tố gốc để có thể tính chuyền tọa

độ đi các điểm trong lưới, đó là các yếu tố: tọa độ Xo, Yo của một điểm gốc, một phương vị gốc αo và tỉ lệ thu phóng mo đặc trưng cho yếu tố cạnh gốc

- Lưới mặt bằng có số yếu tố gốc nhỏ hơn bốn thì được gọi là lưới tự do có

Lưới khống chế độ cao được phân loại chủ yếu theo cấp hạng (độ chính xác)

1.2 Các nguồn sai số và cách khắc phục

Trong quá trình đo đạc và xây dựng lưới, luôn tồn tại các sai số đo, do đó chúng ta cần phải có biện pháp phát hiện và khắc phục các loại sai số để có thể thu được kết quả cuối cùng có độ tin cậy cao nhất

1.2.1 Sai số đo và phân loại sai số đo

- Sai số đo của trị đo thứ i là độ lệnh giữa trị đo Li và trị thực X của nó

Tuy nhiên trong thực tế rất ít trường hợp biết được giá trị thực của đại lượng cần xác định mà chỉ có thể biết được đại lượng kì vọng M(x) của nó, lúc đó sai số đo là độ lệnh ngẫu nhiên giữa trị đo và kì vọng toán học

Phân loại sai số đo: chúng ta có hai cách phân loại, dựa vào nguyên nhân sai số và tính chất của sai số

1.2.2 Phân loại sai số dựa vào nguyên nhân gây ra sai số

1 Sai số do máy móc, dụng cụ đo

Được sinh ra do sai sót khi chế tạo máy, do quá trình vận hành, do va đập, tai nạn …

Để khác phục loại sai số này cần kiểm tra, kiểm nghiệm máy móc cẩn thận trước khi mua hoặc trước khi đưa máy vào sử dụng, vận hành máy đúng quy trình và bảo quản cẩn thận

2 Sai số do người đo

Được sinh ra do trong quá trình thao tác máy, các thao tác của người đo không thể chính xác một cách tuyệt đối, như khi định tâm máy, ngắm mục tiêu…

Cách khắc phục: nâng cao tay nghề người đo, cẩn thận trong đo đạc và

đo đúng quy trình

3 Sai số do điều kiện môi trường

Có nhiều các tác nhân gây ra sai số do ảnh hưởng của môi trường như: nhiệt độ làm co dãn các chi tiết máy hay dụng cụ đo, các loại chiết quang làm cong các tia ngắm …

Để khắc phục loại sai số này, cần chọn phương án thiết kế lưới hợp lý và chọn thời điểm đo thích hợp

1.2.3 Phân loại sai số dựa vào tính chất của các loại sai số

1 Sai số thô

Sai số thô nẩy sinh do sự không cẩn thận, sai lầm của người đo trong quá trình đo đạc và xử lý tính toán hoặc sự sai lệch của kết quả đo dưới tạc động của các yếu tố như: hỏng hóc của máy móc, biến động ngoại cảnh lớn

Tính chất của sai số thô là thường có trị số lớn, xuất hiện không theo quy tắc nhất định

Cách phát hiện:

+ Đối với các dãy trị đo nhiều lần của cùng một đại lượng, có thể phát hiện bằng phương pháp độ lệch cực đại hoặc theo phương pháp kiểm tra hiệu chênh, hai phương pháp này đều dựa vào lý thuyết kiểm định giả thiết thống

kê

+ Đối với dãy trị đo nhiều lần của nhiều đại lượng có thể phát hiện sai

số thô dựa vào các dạng phương trình điều kiện

Để khắc phục sai số thô cần tuân thủ theo một số nguyên tắc:

+ Cẩn thận trong đo đạc, xử lý tính toán

+ Kiểm nghiệm máy móc trước khi tiến hành đo đạc

+ Đo dư các trị đo để kiểm tra

2 Sai số hệ thống

Nguyên nhân: do ảnh hưởng mang tính hệ thống của hệ điều kiện đo

Các tính chất:

+ Thường có giá trị là một hằng số hay một hàm số xác định

+ Thay đổi có tính quy luật

+ Thường cố định về dấu

Cách phát hiện sai số hệ thống:

+ Kiểm nghiệm kĩ máy móc dụng cụ

+ Theo dõi quy luật biến đổi giá trị đo

+ Phát hiện thông qua dãy kết quả đo dựa vào tiêu chuẩn ABBE

Cách khắc phục:

+ Tìm trị số sai số và hiệu chỉnh vào trị đo

+ Sử dụng phương pháp đo và tính toán thích hợp

3 Sai số ngẫu nhiên

Nguyên nhân:

+ Được sinh ra do ảnh hưởng mang tính ngẫu nhiên của hệ điều kiện đo Các tính chất của sai số ngẫu nhiên:

+ Giá trị tuyệt đối của sai số ngẫu nhiên được giới hạn bới một giá trị nhất định:

+ Trong thực tế các phép đo luôn tồn tại sai số ngẫu nhiên Có thể khắc phục nó bằng các phương pháp xử lý số liệu như bình sai lưới và xây dựng quy trình đo, tính toán thích hợp

1.3 Quy trình xây dựng và xử lý số liệu đối với lưới mặt đất

Việc xây dựng các mạng lưới trắc địa mặt đất nói chung phải được thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: công tác chuẩn bị:

+ Lập phương án chung xây dựng lưới, thu thập các thông tin về tình hình địa lý, xã hội khu đo

+ Kiểm tra các tài liệu, các mốc khống chế đã có trong khu vực Bước 2: đưa ra phương án thiết kế lưới:

+ Tùy thuộc vào mục đích của việc xây dựng lưới và điều kiện thực tế

để đưa ra các hàm mục tiêu, điều kiện rằng buộc thích hợp phục vụ cho việc tính toán tối ưu lưới thiết kế

Bước 3: ước tính độ chính xác:

+ Là công tác để đưa ra một số chỉ tiêu, so sánh với quy phạm xem lưới thiết kế có đạt yêu cầu về độ chính xác hay không Nếu không đạt phải chỉnh sửa phương án thiết kế hoặc có phương án nâng cao độ chính xác đo đạc

+ Ước tính độ chính xác và đưa ra các yêu cầu cho công tác đo đạc lưới

Bước 4: Chọn điểm, chôn mốc:

+ Dựa vào phương án thiết kế cuối cùng, chúng ta tiến hành chọn điểm trên thực địa Các điểm được chọn phải đảm bảo một số yêu cầu: phải được đặt trên khu vực có nền địa chất ổn định để giữ được lâu dài, thuận tiện cho việc đo đạc và thông hướng tới các điểm khác như trong thiết kế Trong quá trình chọn điểm, nếu có những thay đổi lớn làm ảnh hưởng đến đồ hình lưới thì phải thực hiện lại bước 2 và bước 3 Sau khi kiểm tra lại nếu thấy đạt yêu cầu chúng ta mới tiến hành chôn mốc Bước 5: Tiến hành đo đạc:

+ Việc đo đạc phải được thực hiện theo đúng quy trình và đảm bảo độ chính xác cho mỗi thao tác như ở bước 3 đã đưa ra Các kết quả đo đạc phải được tính toán kiểm tra ngay tại trạm máy hoặc ngay sau khi có thể tính sai số khép

Bước 6: Tính toán bình sai:

+ Việc thực hiện đo đạc đúng quy trình và kiểm tra kết quả đo đạc chỉ

có thể làm phát hiện, loại bỏ được sai số thô và một phần sai số hệ thống

Để khắc phục phần còn lại của sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên, chúng ta phải tính toán bình sai mạng lưới

Chúng ta có thể tóm tắt quy trình xây dựng lưới qua Hình 1.1:

Ước tính độ chính xác Không đạt

CHƯƠNG 2: LƯỚI TRẮC ĐỊA VỆ TINH 2.1 Khái niệm lưới trắc địa vệ tinh

Lưới trắc địa vệ tinh là các mạng lưới được xây dựng dựa vào các phép quan sát, đo đạc các hệ thống vệ tinh Trong thực tế các mạng lưới vệ tinh có thể được đo với các kĩ thuật đo thiên văn, đo khoảng cách Laser đến vệ tinh,

đo giao thoa cạnh đáy dài… Các kĩ thuật này thường yêu cầu kĩ thuật cao, chủ yếu phục vụ cho nghiên cứu trái đất trên phạm vi lớn, ở nước ta ít có điều kiện thực hiện

Ngày nay các mạng lưới trắc địa vệ tinh có thể được xây dựng một cách phổ biến dựa vào các hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu: Global Positioning System - GPS của Mỹ, Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema - GLONASS của Nga, Liên minh châu Âu cũng bắt đầu đưa vào sử dụng hệ thống định vị đạo hàng mới có tên là GALINEO, ngoài ra Trung Quốc cũng đang phát triển hệ thống định vị vệ tinh riêng của mình với tên gọi BeiDou Các mạng lưới trắc địa được đo đạc dựa vào các hệ thống vệ tinh khác nhau có các đặc điểm khác nhau về hệ quy chiếu, phương pháp đo đạc… song nguyên lý chung cơ bản giống nhau Vì vậy trong luận văn này, tác giả lựa chọn hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu được ứng dụng phổ biến nhất hiện nay

là hệ thống GPS của Mỹ để phân tích và thực nghiệm Các hệ thống định vị

vệ tinh khác có nguyên lý và hoạt động tương tự

2.2 Tổng quan vệ hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu

Hiện nay, Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu (GNSS) được phát triển bởi một số quốc gia, tổ chức có tiềm lực kinh tế và kỹ thuật như: Mỹ (hệ thống Global Positioning System - GPS), Nga (Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema - Glonass), Liên minh Châu Âu (Galileo), Trung Quốc (Beidou) Các hệ thống này có những đặc điểm cấu tạo riêng biệt phù hợp với các mục đích riêng của từng nước, tổ chức phát triển chúng Tuy nhiên nhìn

chung, chúng được tạo lên bởi ba thành phần chính: phần không gian, phần điều khiển và phần sử dụng

Hình 2.1: Các thành phần cơ bản của hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu

2.2.1 Phần không gian

Phần không gian bao gồm các vệ tinh bay trên các quỹ đạo quanh trái đất Các vệ tinh này có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ phần điều khiển và liên tục phát ra các tín hiệu đạo hàng và các tín hiệu về thông tin vệ tinh thông qua sóng điện từ xuống trái đất

Cấu tạo, số lượng và quỹ đạo bay của các vệ tinh phải đảm bảo hoạt động ổn định để tại một vị trí bất kỳ trên trái đất luôn quan trắc được ít nhất bốn vệ tinh

Thông số của một số hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu hiện nay thể hiện trong Bảng 2.1:

Phần điều khiển

Phần không gian

Phần sử dụng

Thông số GPS GLONASS GALILEO BEIDOU

- 1.602GHz +

k × 562.5kHz (Tín hiệu L1)

- 1.426GHz +

k × 437.5kHz (Tín hiệu L2)

- 1.201GHz +

k × 437.5kHz (Tín hiệu L3)

1.164 1.215 GHz (Tín hiệu E5a

-và E5b)

- 1.300 GHz (Tín hiệu E6)

1.260 1.5591.260 1.591 GHz (Tín hiệu E1)

1.559 1.561098GHz (Tín hiệu B1) -1.20714 GHz (Tín hiệu B2) -1.26852GHz (Tín hiệu B3)

Bảng 2.1: Các thông số cơ bản của phần không gian của một số hệ thống

định vị vệ tinh toàn cầu

Các hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu thường được xây dựng với mục đích chính là quân sự, sau mở rộng ra các lĩnh vực dân sự Chính vì vậy, các

hệ thống này thường phát đi ba loại tín hiệu: tín hiệu thô (Coarse/ Acquisition code - C/A code), tín hiệu chính xác (Precision code - P code) và tín hiệu bảo

mật (Y-code) Trong đó, tín hiệu thô được phổ biến đến người dùng thông thường thông qua các tần số sóng mang, tín hiệu chính xác thường chỉ được dùng trong quân sự và chúng được trộn với tín hiệu bảo mật để mã hóa các thông tin

2.2.2 Phần điều khiển

Phần điều khiển bao gồm trạm điều khiển trung tâm (Master Control Station - MCS), trạm điều khiển dự phòng (Backup Control Station), trạm hiệu chỉnh số liệu (Unloading Station) và các trạm theo dõi (Monitoring Station) được xây dựng dưới mặt đất

Các trạm theo dõi được xây dựng phân bố rải rác quanh trái đất Có nhiệm vụ liên tục theo dõi hoạt động của phần không gian và gửi thông tin về cho trạm điều khiển trung tâm

Trạm điều khiển trung tâm ngoài nhiệm vụ duy trì hoạt động của toàn bộ

hệ thống định vị còn liên tục theo dõi và nhận thông tin theo dõi hoạt động của phần không gian từ các trạm theo dõi để tiến hành tính toán các thông số

về thông tin đạo hàng Từ đó cùng với các trạm hiệu chỉnh số liệu tiến hành cập nhật các thông số này lên phần không gian để chuyển đến phần sử dụng Như vậy vai trò của phần điều khiển rất quan trọng Nó không chỉ điều khiển toàn bộ hoạt động và chức năng của phần không gian mà còn tiến hành theo dõi chuyện động quỹ đạo của các vệ tinh và liên tục cập nhật để chính xác hóa các thông tin đạo hàng, đảm bảo độ chính xác cho công tác định vị

Hình 2.2: Phần điều khiển của hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GPS của Mỹ

2.2.3 Phần sử dụng

Phần sử dụng bao gồm các máy thu GNSS Các máy này thu tín hiệu vệ tinh định vị phục vụ cho các mục đích khác nhau như dẫn đường trên không, trên biển, trên đất liền và phục vụ cho công tác khảo sát đo đạc ở nhiều nơi trên thế giới

Trong việc khai thác hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu, người ta có thể kết nối các máy thu GNSS với các thiết bị thu phát khác để thực hiện các kỹ thuật đo khác nhau như: đo động thời gian thực (Real Time Kenimatic - RTK), đo cải chính vi phân (Differential GPS - DGPS), đo cải chính vi phân diện rộng (Wide Area Differential GPS - WADGPS)

Trong phần sử dụng, các máy thu GNSS là phần cứng quan trọng nhất Các máy thu hiện nay có thể thu được tín hiệu của một hoặc nhiều tần số khác nhau, thu được tín hiệu của một hoặc nhiều hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu cùng lúc

Hình 2.3: Một số thiết bị thu tín hiệu GNSS phục vụ dẫn đường, khảo sát đo đạc

2.3 Nguyên lý và các phương pháp định vị vệ tinh

2.3.1 Nguyên lý định vị vệ tinh

Nguyên lý của định vị vệ tinh dựa trên bài toán giao hội cạnh không gian Nếu ta biết được tọa độ của bốn điểm và khoảng cách từ bốn điểm đó đến một điểm P bất kỳ thì ta có thể xác định tọa độ của điểm đó một cách chính xác Khi đó, vị trí điểm P sẽ là giao điểm của bốn mặt cầu có tâm là tọa

độ bốn điểm đã biết và bán kính là các khoảng cách tương ứng từ các điểm tới điểm P

Hình 2.4: Bài toán giao hội cạnh không gian

Khi áp dụng vào định vị vệ tinh ta nhận thấy, một mặt cầu chính là trái đất Khi đó ta cần biết khoảng cách từ điểm P tới ba vệ tinh đã biết tọa độ là

có thể xác định được tọa độ của điểm P

Hình 2.5: Nguyên lý định vị vệ tinh dựa trên bài toán giao hội cạnh không gian

Trong công nghệ định vị vệ tinh, tọa độ vệ tinh được xác định dựa vào thời điểm vệ tinh phát tín hiệu và thông tin quỹ đạo của vệ tinh Khoảng cách

từ vệ tinh đến máy thu được xác định theo phương pháp đo thời gian truyền sóng:

Trong đó:

d: là khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu;

C: Là vận tốc lan truyền sóng điện từ;

t: Là thời gian sóng điện từ đi từ vệ tinh đến máy thu

Trong thực tế rất khó đến xác định chính xác thời gian truyền sóng t do

sự không đồng bộ giữa đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu Do đó, trong quá trình tính toán tọa độ điểm cần định vị P, người ta đưa thêm ẩn số Δt là sai số không đồng bộ giữa đồng hồ vệ tinh và máy thu vào xác định cùng với ba ẩn

số là ba thành phần tọa độ của điểm trong không gian Khi đó, khoảng cách từ

vệ tinh đến máy thu được tính theo công thức:

+ C.Δt (2.2) Trong phương trình (2.2) có bốn ẩn số là: tọa độ điểm XP, YP, ZP và sai

số không đồng bộ giữa đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu Δt Như vậy, nếu

có bốn phương trình dạng (2.2) ta sẽ xác định được vị trí của điểm P Do vậy trong thực tế bài toán định vị vệ tinh cần thu tín hiệu từ ít nhất bốn vệ tinh

Hình 2.6: Bài toán xác định tọa độ điểm trong công nghệ định vị vệ tinh

2.3.2 Các phương pháp định vị vệ tinh

2.3.2.1 Các loại trị đo trong định vị vệ tinh

Trong việc xác định khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu có hai phương pháp: phương pháp đo khoảng cách giả và phương pháp đo hiệu pha sóng tải

 Phương pháp đo khoảng cách giả

Đây là phương pháp xác định khoảng các từ vệ tinh đến máy thu thông qua việc đo thời gian lan truyền sóng điện từ từ vệ tinh tới máy thu

Giả sử tại thời điểm nào đó, một vệ tinh bắt đầu truyền một chuỗi tín hiệu dài Máy thu cũng bắt đầu tạo ra chuỗi mã giống hệt vào cùng thời điểm Khi tín hiệu từ vệ tinh truyền đến máy thu, chuỗi tín hiệu đó sẽ bị trễ so với chuỗi do máy thu tạo ra Chiều dài khoảng thời gian trễ này chính là thời gian truyền của tín hiệu từ vệ tinh tới máy thu Máy thu nhân thời gian này với tốc

độ lan truyền sóng điện từ (lấy bằng tốc độ ánh sáng) để xác định quãng đường truyền tín hiệu

Hình 2.7: Kỹ thuật so trùng mã để xác định thời gian truyền sóng

Trong phương pháp này, do vận tốc lan truyền sóng điện từ rất lớn (khoảng 3.108 m/s) nên chỉ cần một sai số nhỏ trong việc xác định thời gian lan truyền sóng cũng gây ra sai số rất lớn trong việc xác định khoảng cách từ

vệ tinh đến máy thu (nếu thời gian đo sai 1 micro giây cũng gây ra sai số khoảng 300 m) Vì vậy, việc định vị đơn thuần bằng các trị đo khoảng cách giả sẽ thu được kết quả có độ chính xác thấp

 Phương pháp đo hiệu pha sóng tải

Các vệ tinh liên tục phát xuống trái đất các sóng tải có bước sóng ổn định Khi đó, khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu có thể được xác định bằng công thức:

Trong đó:

N: là số nguyên lần bước sóng

λ: là bước sóng của sóng tải

: là hiệu pha sóng tải giữa pha sóng máy thu thu được từ vệ tinh và pha sóng do chính máy thu phát ra

C: là vận tốc lan truyền sóng điện từ (lấy bằng tốc độ ánh sáng)

Δt: là sai số không đồng bộ giữa đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu

Do các sóng tải đều có bước sóng ngắn (15cm ÷ 30cm), độ phân giải trị

đo đạt 1 ÷ 2% bước sóng nên độ chính xác xác định khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu có thể đạt đến milimet Do vậy, việc định vị bằng trị đo hiệu pha sóng tải cung cấp độ tin cậy cao

Hình 2.8: Trị đo khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu theo pha sóng tải

Trong công nghệ định vị vệ tinh, để nâng cáo độ chính xác định vị ngoài việc phát triển các thiết bị phần cứng để tăng độ chính xác của các loại trị đo, người ta còn áp dụng các thuật toán xử lý số liệu đo đạc khác nhau Do vậy cũng hình thành các phương pháp đo khác nhau phù hợp với yêu cầu định vị thực tế

Hình 2.9: Các phương pháp định vị vệ tinh

Định vị vệ tinh

Định vị tương đối tĩnh

Định vị cải chính

vi phân

Định vị tương đối động

2.3.2.2 Phương pháp định vị tuyệt đối

Là phương pháp định vị sử dụng một máy thu vệ tinh, thu tín hiệu từ ít nhất bốn vệ tinh Tính toán ra tọa độ tuyệt đối của điểm trong hệ tọa độ không gian theo nguyên lý của bài toán giao hội cạnh không gian Phương pháp định

vị tuyệt đối được minh họa như Hình 2.10:

Hình 2.10: Phương pháp định vị tuyệt đối

Khi đó, tọa độ điểm định vị được giải từ hệ phương trình:

(2.4)

Khi số vệ tinh thu được lớn hơn bốn vệ tinh, tọa độ điểm được giải theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất

Đặc điểm của phương pháp định vị tuyệt đối là triển khai định vị dễ dàng với chỉ một máy thu, cung cấp thông tin định vị trong thời gian ngắn Tuy nhiên độ tin cậy thấp, độ chính xác xác định vị trí có thể lên tới hàng chục mét

do chịu sự tác động tổng hợp từ nhiều nguồn sai số Do vậy, phương pháp này phù hợp với các ứng dụng không yêu cầu độ chính xác cao như kiểm soát máy bay, tàu biển cũng như các phương tiện giao thông khác Ngoài ra nó cũng đóng vai trò chính trong các ứng dụng cho quân sự

2.3.2.3 Phương pháp định vị tương đối tĩnh

Là phương pháp định vị sử dụng đồng thời nhiều máy thu vệ tinh, đồng thời thu tín hiệu từ ít nhất bốn vệ tinh để xác định hiệu tọa độ không gian (ΔX, ΔY, ΔZ) giữa các máy thu Để đạt được độ chính xác cao trong định vị tương đối, người ta sử dụng trị đo hiệu pha sóng tải, áp dụng thuật toán xử lý dựa trên các sai phân của pha sóng tải, từ đó sử khử bớt được các nguồn sai số (đặc biệt là sai số do các tầng khí quyển và không đồng bộ thời gian) để đạt được độ chính xác định vị cao Phương pháp định vị tương đối tĩnh được minh họa như Hình 2.11:

Hình 2.11: Phương

pháp định vị tương

đối tĩnh

Đặc điểm của phương pháp định vị tương đối tĩnh là cung cấp thông tin định vị có độ tin cậy cao, độ chính xác đạt cỡ centimet Khoảng cách định vị không giới hạn Tuy nhiên cần sự phối hợp định vị giữa nhiều máy thu đặt cố định, thời gian định vị thường kéo dài Do vậy, phương pháp định vị này phù hợp với các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao nhưng không yêu cầu định vị trong thời gian ngắn Phương pháp này được ứng dụng phổ biến trong các lĩnh vực khảo sát, đo đạc

2.3.2.4 Phương pháp định vị cải chính vi phân

Là phương pháp định vị sử dụng đồng thời nhiều hơn một máy thu, trong đó có ít nhất một máy thu đặt cố định (trạm tham chiếu) thu tín hiệu để hiệu chỉnh cho các máy thu khác nhằm thu được kết quả định vị nhanh chóng với độ chính xác cao hơn định vị tuyệt đối Phương pháp này được minh họa như Hình 2.12:

Hình 2.12: Phương pháp định vị cải chính vi phân DGPS

Đặc điểm của phương pháp định vị cải chính vi phân là khả năng định vị nhanh, cải thiện được một số nguồn sai số nên độ chính xác định vị cao hơn định vị tuyệt đối Khoảng cách giữa trạm tham chiếu và các máy thu khác có thể đạt đến hàng trăm kilomet Tuy nhiên, để áp dụng phương pháp này ta cần

sự phối hợp định vị giữa nhiều máy thu, cần xây dựng các trạm tham chiếu, trang thiết bị định vị theo phương pháp này thường có giá thành cao và yêu cầu về nhân công có chuyên môn Do đó, phương pháp định vị DGPS phù hợp với các ứng dụng yêu cầu định vị trên khoảng cách xa với độ chính xác trung bình Phương pháp này được ứng dụng phổ biến trong các lĩnh vực khảo sát, đo đạc biển

2.3.2.5 Phương pháp định vị tương đối động

Là phương pháp định vị sử dụng đồng thời nhiều hơn một máy thu, trong đó có ít nhất một máy thu đặt cố định (trạm Base) thu và gửi tín hiệu cho các máy thu khác để tiến hành tính toán nhằm thu được kết quả định vị nhanh chóng với độ chính xác cao Phương pháp này được minh họa như Hình 2.13:

Hình 2.13:

Phương pháp

định vị động

Đặc điểm của phương pháp định vị này là cung cấp khả năng định vị trong thời gian ngắn với độ chính xác cao (cỡ centimet) Tuy nhiên, phương pháp định vị động yêu cầu sự phối hợp giữa nhiều máy thu, trang thiết bị đo đạc có giá thành cao, yêu cầu nhân công có chuyên môn Ngoài ra, phương pháp định vị này bị giới hạn về khoảng cách định vị (khoảng cách giữa trạm đặt cố định (trạm Base) và trạm di động (trạm Rover)) theo khả năng của thiết

bị truyền sóng Phương pháp định vị động phù hợp với các ứng dụng yêu cầu định vị nhanh chóng với độ chính xác cao Nó được ứng dụng phổ biến trong các lĩnh vực khảo sát, đo đạc

2.4 Các nguồn sai số trong định vị vệ tinh

Giống như các phương pháp định vị khác, phương pháp định vị vệ tinh cũng chứa sai số trong kết quả định vị Các sai số này do các nguyên nhân chủ yếu sau:

Hình 2.14: Các nguồn sai số trong định vị vệ tinh

Sai số trong kết quả định vị vệ tinh

Ảnh hưởng của tầng đối lưu

Hiện tượng đa đường dẫn

Không đồng bộ đồng hồ

Do máy thu

Lệch tâm pha ăng ten

Đồng hồ máy thu Định tâm, cân bằng máy thu

 Sai số do quỹ đạo vệ tinh

Trong nguyên lý định vị vệ tinh, vị trí điểm định vị được tính dựa vào vị trí đã biết của vệ tinh Các thông số về vị trí vệ tinh được dự đoán dựa vào thông tin về quỹ đạo vệ tinh Tuy nhiên, do ảnh hưởng của lực hút từ mặt trăng, mặt trời dẫn đến sự sai lệch vị trí của vệ tinh so với quỹ đạo, từ đó gây ra sai số trong việc định vị vị trí điểm

Để khắc phục loại sai số này, ta có thể sử dụng lịch vệ tinh chính xác được các trạm theo dõi ở phần điều khiển xác định và thông báo

 Sai số do đồ hình vệ tinh

Nguyên lý định vị vệ tinh là việc giải bài toán giao hội nghịch không gian dựa vào điểm gốc là các vệ tinh và các khoảng cách tương ứng từ vệ tinh đến máy thu Trường hợp tối ưu khi thu tín hiệu vệ tinh là vệ tinh có sự phân

bố hình học cân đối trên bầu trời xung quanh điểm đo (các điểm gốc phân bố xung quanh điểm đo) Chỉ số mô tả đồ hình vệ tinh gọi là chỉ số phân tán độ chính xác DOP (Dilution of Precision)

Để có được đồ hình vệ tinh tối ưu khi định vị, ta có thể sử dụng các phần mềm lập lịch đo để thiết kế thời gian đo thích hợp

 Sai số do ảnh hưởng của tầng Ion

Tín hiệu định vị được các vệ tinh phát xuống các máy thu khi đi qua tầng Ion (là lớp chưa các hạt tích điện trong bầu khí quyển ở độ cao từ 50 ÷ 1000 km) sẽ bị khúc xạ và thay đổi vận tốc truyền sóng, gây ra sự sai lệch trong việc xác định khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu, dẫn đến sai số trong kết quả định vị vị trí điểm

Để giảm ảnh hưởng của loại sai số này, trong khâu xây dựng hệ thống định vị, các sóng mang được thiết kế có bước sóng ngắn Trong quá trình đo đạc, ta có thể sử dụng nhiều tân số sóng mang Ngoài ra, ảnh hưởng của tầng

Ion vào ban đêm sẽ thấp hơn so với ban ngày do đó ta có thể lựa chọn thời gian đo thích hợp

 Sai số do ảnh hưởng của tầng đối lưu

Trong khí quyển, tầng đối lưu có độ cao đến 8 km so với mặt đất là tầng làm khúc xạ đối với tín hiệu định vị do sự biến đổi của nhiệt độ, áp suất, độ ẩm Chiết suất của tầng đối lưu sinh ra độ chậm pha tín hiệu, gây ra sự sai lệch trong việc xác định khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu, dẫn đến sai số trong kết quả định vị vị trí điểm

Để giảm sự ảnh hưởng của loại sai số này, trong quá trình xử lý kết quả định vị, ta tiến hành hiệu chỉnh ảnh hưởng của tầng đối lưu bằng cách đưa vào các mô hình khí quyển để tính số cải chính Ngoài ra, ảnh hưởng của loại sai

số này cũng giảm đáng kể khi ta tăng góc ngưỡng quan sát vệ tinh

 Sai số do lệch tâm pha ăng ten

Tâm pha ăng ten của máy thu là nơi thu nhận các tín hiệu sóng từ vệ tinh

và chuyển chúng thành các tín hiệu điện Trong việc thiết kế máy thu, người

ta cố gắng chế tạo tâm pha ăng ten trùng với tâm vật lý (vị trí được người đo cân bằng định tâm trùng với điểm đo) Tuy nhiên, những hạn chế trong việc chế tạo máy gây ra sự sai lệch giữa tâm pha ăng ten và tâm vật lý máy, gây ra sai số trong việc đặt máy thu trùng với vị trí điểm cần định vị Từ đó gây ra sai số trong kết quả định vị

Để hạn chế loại sai số này, ngoài việc nâng cao công nghệ chế tạo máy, với mỗi máy thu được chế tạo, người ta sẽ tiến hành kiểm nghiệm độ lệch tâm pha ăng ten và đưa ra thông số hiệu chỉnh Khi tiến hành định vị, máy thu sẽ được đặt theo hướng giống với khi kiểm nghiệm để tiến hành kiểm nghiệm (Điểm đánh dấu trên ăng ten được đặt quay về hướng Bắc)

 Sai số do đồng hồ

Việc xác định khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu dựa trên bài toán đo thời gian truyền sóng từ vệ tinh đến máy thu Do vậy, sai số trong đồng hồ vệ tinh, sai số trong đồng hồ máy thu và sự không đồng bộ giữa đồng hồ máy thu

và đồng hồ vệ tinh dẫn đến việc xác định sai thời gian truyền sóng từ vệ tinh đến máy thu Gây ra sai lệch trong việc xác định khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu, tạo ra sai số trong kết quả định vị

Để giảm sai số do đồng hồ vệ tinh, các trạm theo dõi của phần điều khiển liên tục theo dõi hoạt động của các đồng hồ vệ tinh và phát đi các số cải chính đồng hồ vệ tinh

Để giảm sự ảnh hưởng của sai số đồng hồ máy thu và sự không đồng bộ giữa đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu người ra sử dụng các hiệu trị đo giữa các vệ tinh cũng như giữa các máy thu Từ đó đưa ra thuật toán và phương pháp đo thích hợp

 Sai số do định tâm, cân bằng máy thu

Khi tiến hành định vị, máy thu được cân bằng định tâm sao cho tâm máy thu trùng với điểm cần định vị Tuy nhiên, do sai lệch thiết bị cân bằng định tâm như chân máy, đế máy và tay nghề của người đo đạc dẫn đến sự sai lệch trong quá trình định tâm cân bằng máy thu Từ đó gây ra sai số trong kết quả định vị

Để giảm ảnh hưởng của loại sai số này đến kết quả định vị, trước khi tiến hành định vị ta phải kiểm nghiệm các trang thiết bị phục vụ đo đạc như: chân máy, đế máy Ngoài ra, người đo đạc phải liên tục học tập, rèn luyện để nâng cao tay nghề