Khảo sát ảnh hưởng của hiệu ứng đa đường dẫn đến định vị gps tương đối tĩnh

Nhờ có vệ tinh nhân tạo loài người ñã từ chỗ sử dụng trị ño trắc ñịa Mặt ñất - Mặt ñất ñã chuyển sang sử dụng ña dạng các loại trị ño: Mặt ñất - Không gian, Không gian - Mặt ñất, Không g

Bộ giáo dục và đào tạo

Trường đại học mỏ - địa chất

Bùi quốc việt

Khảo sát ảnh hưởng của hiệu ứng

đa đường dẫn đến định vị GPS tương đối tĩnh

Bùi quốc việt

Khảo sát ảnh hưởng của hiệu ứng

đa đường dẫn đến định vị GPS tương đối tĩnh

Chuyên ngành: Kỹ thuật Trắc địa

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà nội, ngày 14 tháng 08 năm 2008

Tác giả

Bùi Quốc Việt

Chương 1: Tổng quan về ñịnh vị vệ tinh và tình hình nghiên cứu ảnh hưởng

của hiệu ứng ña ñường dẫn ñến ñịnh vị vệ tinh

11

1.2 Cấu trúc và nguyên lý hoạt ñộng của hệ thống ñịnh vị GNSS 20 1.3 Khái quát tình hình nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng ña ñường dẫn

Chương 3: Ảnh hưởng của hiệu ứng ña ñường dẫn ñến ñịnh vị GPS tương ñối tĩnh 61 3.1 Bản chất của hiệu ứng ña ñường dẫn trong ño GPS theo trị ño pha 61

3.3 Biện pháp làm giảm ảnh hưởng của hiệu ứng ña ñường dẫn 66

Chương 4: Khảo sát ảnh hưởng của hiệu ứng ña ñường dẫn ñến ñịnh vị

4.2 Xử lý kết quả ño và phân tích ảnh hưởng của hiệu ứng ña ñường dẫn ñến

Kết luận và kiến nghị 96

DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG

1 Bảng 1.1: Các giai ñoạn ñưa vệ tinh GPS lên quĩ ñạo 20

2 Bảng 2.1: Các nguồn sai số trong ño pha sóng tải 45

3 Bảng 4.1: Bảng thống kê cạnh tính theo ca ño 80

4 Bảng 4.2: Bảng thống kê tọa ñộ các ñiểm theo ca ño 81

5 Bảng 4.3: Bảng kết quả tính gia số tọa ñộ theo ca ño 83

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ðỒ THỊ

1 Hình 1.1: Các bộ phận kiến tạo hệ thống ñịnh vị toàn cầu 20

2 Hình 1.2: Sơ ñồ phân bố vệ tinh trong bộ phận không gian 21

3 Hình 1.3: Cấu trúc tín hiệu truyền của vệ tinh 22

5 Hình 1.5: Bộ phận ñiều khiển trong hệ thống ñịnh vị toàn cầu 24

12 Hình 2.6: Xác ñịnh hiệu số giữa các thời ñiểm ño 38

13 Hình 2.7: Ý nghĩa hình học của khoảng cách pha 44

14 Hình 2.8: Sơ ñồ nguyên lý ñịnh vị tuyệt ñối 51

15 Hình 2.9: Sơ ñồ nguyên lý ñịnh vị tương ñối 55

16 Hình 3.1: Hiện tượng ña ñường dẫn của tín hiệu GPS 61

17 Hình 3.2: Quan hệ giữa tín hiệu phát từ VT, máy thu và vật phản xạ 66

18 Hình 3.3: Phản xạ từ vật thể có kiến trúc dạng hình trụ ở gần anten 67

19 Hình 4.1: Máy thu GPS Trimble 4600 LS một tần số 70

20 Hình 4.2: Sơ ñồ bố trí ñiểm GPS trong thực nghiệm 70

21 Hình 4.3: Sơ ñồ qui trình xử lý kết quả ño 76

22 Hình 4.4: Nguyên tắc tính thời gian chung 77

23 Hình 4.5 : Biểu ñồ biểu thị dãy trị ño cạnh GPS-07-V.I theo ca ño 86

24 Hình 4.6: Biểu ñồ biểu thị dãy trị ño cạnh GPS-07-V.II theo ca ño 86

25 Hình 4.7 : Biểu ñồ biểu thị dãy trị ño cạnh GPS-VTK theo ca ño 87

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ðỒ THỊ ( TIẾP)

26 Hình 4.8: Biểu ñồ biến thiên của gia số toạ ñộ X( ∆XGPS-07 – V.I ) 88

27 Hình 4.9: Biểu ñồ biến thiên của gia số toạ ñộ Y( ∆YGPS-07 – V.I ) 89

28 Hình 4.10: Biểu ñồ biểu thị dãy tọa ñộ X của ñiểm V.I theo kết

29 Hình 4.11: Biểu ñồ biểu thị dãy tọa ñộ Y của ñiểm V.I theo kết

30 Hình 4.12: Biểu ñồ biểu thị chênh lệch toạ ñộ X của ñiểm V.I theo

31 Hình 4.13: Biểu ñồ biểu thị chênh lệch toạ ñộ Y của ñiểm V.I theo

MỞ ðẦU

1 Tính cấp thiết của ñề tài

Hiện nay, nước ta ñang trên con ñường phát triển nên quá trình công nghiệp hoá hiện ñại hoá ngày càng ñược chú trọng Do ñó việc xây dựng cơ sở hạ tầng cho các thành phố, thị xã ngày càng hoàn thiện và mở rộng ðồng thời dự án xây dựng các khu công nghiệp, các công trình ñầu mối , các công trình phúc lợi xã hội …ngày càng ñược ñưa vào thực thi trên khắp mọi miền ñất nước

Ngày nay quá trình xây dựng các công trình hiện ñại ñòi hỏi sự kết hợp của nhiều chuyên ngành khác nhau, trong ñó trắc ñịa ñóng vai trò quan trọng ñặc biệt Với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật thì tác nghiệp vụ trắc ñịa gắn với xây dựng , thi công công trình, qui hoạch ñô thị …ngày một ñòi hỏi có ñộ chính xác cao, ñảm bảo cho sự

ổn ñịnh và phát triển mở rộng của công trình Vì vậy, việc thành lập các mạng lưới trắc ñịa phục vụ các công việc ñó cần ñảm bảo ñộ chính xác cần thiết ñồng thời cũng ñáp ứng ñược tính kinh tế cao mà vẫn ñảm bảo tiến ñộ của dự án là một yêu cầu mang tính thực tiễn

Từ 1990 ñến nay là giai ñoạn phát triển hiện ñại của các kĩ thuật không gian với

sự ra ñời các hệ thống vệ tinh ñịnh vị mới (TRANSIT,NAVSTAR/GPS,GLONASS, GALILEO - GNSS) và các kĩ thuật không gian mới không chỉ có mục ñích ñịnh vị và ñạo hàng Nhờ có vệ tinh nhân tạo loài người ñã từ chỗ sử dụng trị ño trắc ñịa Mặt ñất

- Mặt ñất ñã chuyển sang sử dụng ña dạng các loại trị ño: Mặt ñất - Không gian, Không gian - Mặt ñất, Không gian – Không gian ñể xác ñịnh toạ ñộ của ñiểm trắc ñịa trên bề mặt trái ñất

Hệ thống ñịnh vị toàn cầu ( Global Positioning System) , một hệ thống dẫn ñường

và ñịnh vị chính xác dựa trên các vệ tinh NAVSTAR (Navigation Satellite Timing And Ranging) của bộ quốc phòng Mỹ Hệ thống này hiện ñang ñược sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực : trắc ñịa, ñịa chất , dầu khí , thuỷ văn , xây dựng, hải dương học, du lịch…

Công nghệ GPS ñược ñưa vào Việt Nam từ năm 1990 và ñược sử dụng ngày càng

nhiều trong các lĩnh vực của ựời sống xã hội Trong ựịnh vị bằng công nghệ GPS tồn tại các sai số mà ta có thể hiệu chỉnh vào kết quả ựo : Sai lệch ựồng hồ vệ tinh, máy thu

; sai số quĩ ựạo vệ tinh, sai số chiết quang của tầng ựối lưu , tầng ion ; lệch tâm pha anten và sai số do hiện tượng ựa ựường dẫn gây nên

Từ 1990 ựến nay, ở Việt Nam công nghệ GPS cũng ựã cập nhật và ngày càng ựược phát triển trong công tác trắc ựịa Tuy có rất nhiều trang thiết bị ựể thực thi công việc của trắc ựịa nhưng trong thành lập lưới khống chế thì công nghệ GPS thể hiện tắnh

ưu việt hơn cả bởi vì trong các mạng lưới trắc ựịa truyền thống sử dụng các trị ựo góc cạnh, thì ựiều quan trọng khi chọn ựiểm phải ựảm bảo thông hướng giữa các ựiểm đối với lưới GPS yêu cầu thông hướng giữa một số cặp ựiểm chỉ cần thiết khi phát triển lưới cấp thấp hơn bằng phương pháp truyền thống đây chắnh là vấn ựề thiết yếu khi thành lưới trắc ựịa trong khu vực thành phố, khu công nghiệpẦ

Tuy nhiên trong ựịnh vị ựiểm lưới trắc ựịa bằng công nghệ GPS sẽ tồn tại một số nguồn sai số ảnh hưởng ựến kết quả ựo GPS Có nhiều nguồn sai số ựã ựược loại bỏ hoặc giảm nhiều khi sử dụng trị ựo pha sóng tải ựể thực hiện phép ựo tương ựối trong mạng lưới GPS Tuy vậy cũng có một số nguồn sai số làm giảm ựộ chắnh xác kết quả

ựo có liên quan ựến vị trắ ựặt máy thu GPS , như sai số do hiệu ứng ựa ựường dẫn gây ra.vvẦChúng ta có thể xem xét một số nguồn sai số có thể ảnh hưởng ựến kết quả ựo GPS, và do ựó ảnh hưởmg ựến chất lượng ựịnh vị ựiểm Trên cơ sở ựó ta cần phải nghiên cứu, tìm biện pháp thắch hợp ựể hạn chế hoặc ựiều chỉnh như chọn ựiểm GPS phải lưu ý ựến ựiều kiện thông thoáng lên bầu trời,có như vậy các máy thu tin hiệu từ

vệ tinh không bị cản trở Hiểu biết về các ảnh hưởng này chúng ta sẽ vận dụng ựể chọn

vị trắ ựiểm ựo thắch hợp đó chắnh là lý do thiết yếu ựể tác giả chọn lựa ựề tài:ỢKhảo sát ảnh hưởng của hiệu ứng ựa ựường dẫn ựến ựịnh vị GPS tương ựối tĩnhỢ

ñể khảo sát ảnh hưởng của hiệu ứng ña ñường dẫn

Phân tích kết quả ñể rút ra những kết luận cần thiết khi xây dựng qui ñịnh kĩ thuật chọn ñiểm, ño và xử lý số liệu ño GPS

3 ðối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 ðối tượng nghiên cứu

- Các phân tích về hiệu ứng ña ñường dẫn

- Các vấn ñề trong bố trí ñiểm GPS thực nghiệm

- Ảnh hưởng của hiệu ứng ña ñường dẫn trong ñịnh vị GPS tương ñối tĩnh

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Giới hạn trong ảnh hưởng của hiệu ứng ña ñường dẫn dến ñịnh ñịnh vị GPS tương ñối tĩnh với việc bố trí một ñiểm gốc GPS và một ñiểm tham khảo(không tồn tại ảnh hưởng của hiệu ứng ña ñường dẫn) và hai ñiểm khảo sát dự kiến có ảnh hưởng hiệu ứng ña ñường dẫn do bề mặt phản xạ từ ñối tượng gần ñiểm khảo sát

4 Nội dung nghiên cứu của ñề tài

ðề tài tập hợp các kết quả nghiên cứu ñã có về hiệu ứng ña ñường dẫn ñể bố trí thực nghiệm, từ ñó lột tả ñược ảnh hưởng của hiệu ứng ña ñường dẫn ñến kết quả ñịnh

vị tương ñối tĩnh thông qua việc khảo sát và phân tích kết quả thực nghiệm

5 Phương pháp nghiên cứu

ðể ñạt ñược mục ñích và nội dung của ñề tài ñặt ra , trong luận văn ñã sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp thu thập tài liệu: Thu thập tài liệu về công nghệ GPS - Sổ tay ñịnh

vị GPS , các bài báo viết về công nghệ GPS có nói ñến ảnh hưởng của hiệu ứng ña ñường dẫn, các bài giảng viết về ảnh hưởng của hiệu ứng ña ñường dẫn

- Phương pháp thực nghiệm: Bố trí ñiểm GPS, ñịnh vị GPS tương ñối tĩnh theo ca

ño tương ứng với ñiểm bố trí

- Phương pháp thống kê bằng bảng biểu, ñồ thị kết quả xử lý số liệu ño

- Phương pháp phân tích tổng hợp: tổng hợp số liệu xử lý, phân tích ñánh giá số liệu ñịnh vị và kết quả ñạt ñược trên cơ sở ứng dụng phần mềm Gpsurvey 2.35

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài:

Trong bài giảng và tài liệu chuyên môn ñều ñề cập khái quát về hiệu ứng ña ñường dẫn và ảnh hưởng của nó ñến ñịnh vị ñiểm GPS Nhưng ở nước ta vấn ñề này chưa ñược chú ý ñến Do vậy tác giả tiến hành khảo sát ảnh hưởng của hiệu ứng ña ñường dẫn ñến ñịnh vị GPS tương ñối tĩnh trên cơ sở lựa chọn ñồ hình thực nghiệm , phương án xử lý số liệu Thông qua thực nghiệm và phân tích từ ñó rút ra các kết luận cần thiết cho chọn ñiểm và xử lý số liệu ño ñể làm giảm ảnh hưởng của hiệu ứng ña ñường dẫn trong ñịnh vị GPS tương ñối tĩnh nhằm nâng cao ñộ chính ñịnh vị

ðề tài nghiên cứu ñể minh chứng ñược sự tồn tại khách quan của hiệu ứng ña ñường dẫn trong ñịnh vị GPS tương ñối tĩnh Do ñó trong thực tiễn sản xuất khi yêu cầu ñịnh vị ñiểm với ñộ chính xác cao cần tính ñến ảnh hưởng của hiệu ứng ña ñường dẫn

7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm bốn chương với 98 trang, 5 bảng và 31 hình vẽ

Lời cảm ơn:

Trong quá trình thực hiện ñề tài và hoàn thành luận văn, tác giả ñã nhận ñược sự giúp ñỡ nhiệt tình của Bộ môn trắc ñịa cao cấp, ñặc biệt là sự chỉ dẫn chu ñáo, cặn kẽ của thầy giáo PGS.TS ðỗ Ngọc ðường, sự giúp ñỡ nhiệt tình của thầy giáo PGS.TS ðặng Nam Chinh- chủ nhiệm bộ môn cùng tất cả các thầy trong bộ môn Trắc ñịa cao cấp Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành ñối với tập thể và cá nhân ñã giúp ñỡ tác giả hoàn thành bản luận văn này

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ðỊNH VỊ VỆ TINH VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG ðA ðƯỜNG DẪN TRONG ðỊNH VỊ VỆ TINH 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA TRẮC ðỊA VỆ TINH

1 1 1 Giới thiệu chung

Các lưới toạ ñộ mặt ñất (các trị ño tiến hành trên bề mặt Trái ñất) do hạn chế về khoảng ngắm giữa các ñiểm nên phạm vi bao phủ nhỏ , không nối liền ñược ñất liền - hải ñảo, hải ñảo - hải ñảo Muốn nghiên cứu hình dáng, kích thước trái ñất cần có lưới phủ kín toàn cầu với khoảng cách giữa các ñiểm hàng ngàn km

Trước khi có vệ tinh nhân tạo(VTNT) của Trái ñất, Ơle(1798), Laplace(1802), Helmert(1884)… ñã quan sát vệ tinh của Trái ñất là Mặt trăng, Helmert ñã tính ñược ñộ dẹt của Trái ñất theo kết quả quan sát Mặt trăng là f = 1:297,8; Các ông ñều cho rằng kết quả tính không cho ñộ chính xác cao vì Mặt trăng ở quá xa và là mục tiêu quá to Nhu cầu cần có VTNT của Trái ñất ñể sử dụng vào các mục ñích trắc ñịa ñược ñặt ra một cách cấp thiết Năm 1946, Vaisala người Hà Lan thực hiện chụp ảnh mục tiêu cao phát sáng ñể xây dựng lưới tam giác có cạnh dài 200km lấy tên là lưới tam giác sao Tuy chưa có VTNT nhưng ñã có nền móng lý luận cho phương pháp chụp ảnh VTNT sau này

4/10/1957 Liên Xô cũ phóng thành công VTNT ñầu tiên của trái ñất, mở ñầu cho

kỷ nguyên khoa học vũ trụ trong ñó có môn học mới của trắc ñịa là trắc ñịa vệ tinh.Trắc ñịa vệ tinh dựa vào quan sát các vật thể vũ trụ , nhân tạo, ño hướng, ño khoảng cách và

ño sự thay ñổi của khoảng cách từ ñiểm quan sát mặt ñất ñến vệ tinh, từ vệ tinh ñến mặt ñất hoặc từ vệ tinh ñến vệ tinh ñể phục vụ cho các mục ñích:

- Xác ñịnh hệ toạ ñộ ba chiều cho toàn cầu và khu vực

- Xác ñịnh trường trọng lực của Trái ñất và cách biểu diễn nó dưới dạng một hàm tường minh

- Mô hình hoá và xác ñịnh các hiện tượng ñịa ñộng lực như dịch chuyển của cực Trái ñất, thay ñổi tốc ñộ quay của Trái ñất, biến dạng của vỏ Trái ñất…

Lúc ñầu vệ tinh nhân tạo ñược coi là mục tiêu cao, sau này VTNT là mục tiêu mang toạ ñộ chuyển ñộng có qui luật ñể thực hiện các kĩ thuật quan sát VTNT Có thể coi VTNT là máy thăm dò hay vật nhạy cảm với trường trọng lực và hình dáng Trái ñất, chính vì vậy từ quan sát sự thay ñổi các tham số quĩ ñạo của vệ tinh so với lý thuyết, người ta xác ñịnh ñược chính xác hình dáng , kích thước Trái ñất và thế trọng trường của Trái ñất

Có thể coi trước 1957 là giai ñoạn sơ khai của trắc ñịa vệ tinh

Từ năm 1957 ñến 1969 là thời kỳ ứng dụng kĩ thuật quang học quan sát vệ tinh nhân tạo và cho ra ñời các kĩ thuật mới

Từ 1970 ñến 1980 là thời kỳ thiết kế khoa học cho các kĩ thuật quan trắc mới như

ño khoảng cách laser tới vệ tinh SLR (Satellite Laser Ranging), ño khoảng cách laser ñến mặt trăng LLR (Lunar Laser Ranging), ño cao vệ tinh(Satellite Altimetry) Thời kỳ này cũng ra ñời các vệ tinh ñạo hàng ñịnh vị khu vực và ra ñời hệ thống ñạo hàng ñịnh

vị toàn cầu ñầu tiên TRANSIT

Từ 1980 ñến 1990 là giai ñoạn phát triển các kĩ thuật trắc ñịa vệ tinh mới phục vụ trắc ñịa cao cấp, ñịa ñộng lực và ñịa hình trong ñó có sự ra ñời của hệ thống GPS

Từ 1990 ñến nay là giai ñoạn phát triển hiện ñại của các kĩ thuật không gian với

sự ra ñời các hệ thống vệ tinh ñịnh vị mới và các kĩ thuật không gian mới không chỉ có mục ñích ñịnh vị và ñạo hàng

Nhờ có vệ tinh nhân tạo, loài người ñã từ chỗ sử dụng trị ño trắc ñịa Mặt ñất - Mặt ñất ñã chuyển sang sử dụng ña dạng các loại trị ño: Mặt ñất - Không gian, Không gian

- Mặt ñất, Không gian – Không gian

1 1 2.Các hệ thống ñịnh vị vệ tinh khu vực

ðể ñáp ứng các nhu cầu ñịnh vị chính xác cao cho cả một vùng rộng lớn nhưng ít phụ thuộc vào ñiều kiện thời tiết và thời ñiểm trong ngày người ta xây dựng các hệ thống ñịnh vị vệ tinh khu vực trong ñó vệ tinh ñược sử dụng thường là vệ tinh ñịa tĩnh

Một số hệ thống thuộc loại này như: Hệ thống STAR – FIX – là hệ thống ñịnh vị vệ tinh khu vực hoạt ñộng phủ toàn nước Mỹ và các vùng bao quanh phần Nam Canada , phần bắc Mexico, vùng vịnh Mexico và vùng biển phía Tây nước Mỹ Nguyên tắc làm việc của hệ thống này về cơ bản giống như hệ thống GPS Tuy nhiên hệ thống STAR – FIX chỉ cho phép xác ñịnh vị vị trí ñiểm quan sát trong không gian hai chiều với ñộ chính xác cỡ 5m; Hệ thống NAVSAT – ñây là hệ thống ñạo hàng vệ tinh Châu Âu Nó

sử dụng kết hợp cả các vệ tinh ñịa tĩnh thuộc loại thường dùng cho mục ñích liên lạc viễn thông và các vệ tinh bay ở quĩ ñạo cao tương tự như các vệ tinh GPS, và còn ñược gọi là GEO/HEO mix Hệ thống này xây dựng ñể ñáp ứng các nhu cầu ñịnh vị cao ở Châu Âu thuần tuý mang tính chất dân sự, và có thể trở thành hệ thống ña quốc gia, ña mục ñích Hiện nay Canaña, Nhật, Trung Quốc, Ấn ðộ có các hệ thốngñịnh vị vệ tinh riêng của mình

1 1 3 Các hệ thống ñịnh vị vệ tinh toàn cầu

1.1 3.1 Hệ thống TRANSIT

Hệ thống VT ñạo hàng hải quân (Navy Navigation Satellile System -NNSS) gọi tắt là hệ thống TRANSIT bắt ñầu thử nghiệm từ năm 1956, sử dụng từ năm 1963 ðầu tiên chỉ phục vụ ñạo hàng quân sự, từ năm 1967 cho phép sử dụng vào mục ñích dân

sự Hệ thống TRANSIT này và hệ thống CICADA của Liên Xô cũ cũng có cùng nguyên lý hoạt ñộng và cấu trúc, ñó là ño hiệu khoảng cách ñến vệ tinh dựa trên cơ sở

ño tần số Doppler

Tần số Doppler hay hiệu ứng Doppler có thể cảm nhận ñược khi ta nghe âm thanh phát ra từ còi xe cộ vốn có tần số ñều nhưng chuyển ñộng với tốc ñộ nhanh, tai người nghe thấy âm thanh biến ñổi từ cao ñến thấp khi xe tiến ñến gần và nhích xa người nghe

Nếu trên VT chuyển ñộng với tốc ñộ v phát tần số chuẩn fs thì máy thu mặt ñất sẽ nhận ñược tần số fr, hiệu fs –fr gọi là tần số Doppler hay hiệu ứng Doppler do nhà vật lý người Áo Doppler phát minh Quan hệ giữa tần số Doppler và tốc ñộ chuyển ñộng của

VT xác ñịnh theo phương trình sau:

) 1 (

c

v f

d d

ij ik g j k r g r

g

c

f t t f f dt f f

f

f f c N f

c r

ðưa toạ ñộ vệ tinh (XYZ)j và (XYZ)k cũng như toạ ñộ ñiểm mặt ñất (XYZ)i vào phương trình trên ta thấy có ẩn là (XYZ)i và ( fg - fs) khi ấn ñịnh trước quãng cách thời gian (tk –tj) và ño Nijk

Hệ thống này hoạt ñộng dựa trên nguyên lý của hiệu ứng Doppler , gồm 6 VT bay

ở ñộ cao 1075 km trên các quĩ ñạo hầu như tròn cách ñều nhau và có góc nghiêng so với mặt phẳng xích ñạo của trái ñất xấp xỉ 900 Tuỳ thuộc vào vị trí ñịa lý của ñiểm quan sát, vệ tinh xuất hiện liên tiếp trên bầu trời từ 35’ ñến 100’ ðiều này có nghĩa là trung bình cứ sau khoảng hơn một giờ ñồng hồ mới lại có thể quan sát vệ tinh ñể ñịnh

vị ðộ chính xác ñịnh vị với một lần vệ tinh bay qua chỉ ñạt cỡ vài ba chục mét .Hệ thống cho ñộ chính xác ñịnh vị ñiểm theo phương pháp ñiểm ñơn (Location) cỡ ± 1 m

và ñịnh vị chuyền ñiểm (Translocation) cỡ ± 0.1 m với thời gian quan trắc vài ngày ðể nâng ñộ chính xác của kết quả ñịnh vị cần tăng số lần quan sát vệ tinh ñi qua ðây cũng chính là nhược ñiểm của hệ thống ñịnh vị này trong việc ñáp ứng các nhu cầu ñịnh vị nhanh với ñộ chính xác cao

Khi ñược chuyển giao phục vụ cho mục ñích dân sự, rất nhiều quốc gia, trong ñó

có nước ta , ñã quan sát vệ tinh TRANSIT ñể xây dựng lưới toạ ñộ.Hệ thống TRANSIT chấm dứt hoạt ñộng vào năm 1995 khi hệ thống GPS có nhiều ưu ñiểm hơn

hoạt ñộnh ñầy ñủ Hiện nay hiệu ứng Doppler vẫn ñược dùng ñể xác ñịnh các tham số quĩ ñạo của vệ tinh từ ít nhất bốn trạm quan sát ñồng thời trên mặt ñất

Hiệu ứng Doppler cũng ñược dùng ñể xác ñịnh khoảng cách giả như một loại ñại lượng ño trong công nghệ GPS và dùng ñể xác ñịnh sự thay ñổi khoảng cách trong kĩ thuật vệ tinh theo dõi vệ tinh

1 1 3 2 Hệ thống NAVSTAR/GPS

Vào khoảng giữa những năm 60 bộ quốc phòng Mỹ khuyến khích xây dựng một

hệ thống ñạo hàng vệ tinh hoàn hảo hơn so với hệ thống TRANSIT Ý tưởng chính của

ñề án do Hải quân Mỹ ñề xuất là sử dụng khoảng cách ño từ các ñiểm trên mặt ñất ñến

vệ tinh trên cơ sở biết chính xác tốc ñộ và thời gian lan truyền tín hiệu vô tuyến ðề án

có tên là Timation

Các công trình nghiên cứu tương tự cũng ñược không quân Mỹ tiến hành trong khuôn khổ chương trình mang mã số 621B Song từ năm 1973 Bộ quốc phòng Mỹ quyết ñịnh ñình chỉ cả hai chương trình này ñể triển khai phối hợp nghiên cứu xây dựng

hệ thống ñạo hàng vô tuyến vệ tinh trên cơ sở các kết quả nghiên cứu của chương trình TRANSIT và hai chương trình vừa nói tới Hệ thống này có tên gọi là NAVSTAR GPS( Navigation Satellite Positioning Timing and Ranging / Global Position Syststem)

- Hệ thống ñạo hàng với tín hiệu giờ và ño khoảng cách hay hệ thống ñịnh vị toàn cầu hoặc gọi tắt là hệ thống GPS Nhiệm vụ chính của hệ thống này là xác ñịnh toạ ñộ không gian và tốc ñộ chuyển ñộng của ñiểm xét trên vũ trụ, máy bay, tàu thuỷ và trên ñất liền phục vụ cho Bộ quốc phòng Mỹ và các cơ quan dân sự Từ năm 1967 ñến 1969 hình thành ñề án thiết kế , năm 1978 vệ tinh ñầu tiên ñược phóng lên quĩ ñạo, từ năm

1989 ñến 1994 ñã hoàn chỉnh thiết kế ñể ñưa vào khai thác và liên tục ñược cải tiến từ năm 1980 chính phủ Mỹ cho phép sử dụng hệ thống GPS vào mục ñích dân sự và nhu cầu sử dụng hiện nay lại chiếm tỷ trọng cao hơn mục ñích dân sự

Khi ñược hoàn tất hệ thống GPS sẽ gồm có 21 vệ tinh hoạt ñộng và 3 vệ tinh dự trữ Các vệ tinh này quay trên 6 quỹ ñạo hầu như tròn, ở ñộ cao cỡ 20.200 km với chu

kì xấp xỉ 12h Với cách bố trí này thì trong suốt 24h tại bất kỳ ñiểm nào trên Trái ñất

cũng sẽ quan sát ñược ít nhất 4 vệ tinh Toàn bộ hệ thống ñược ñưa vào hoạt ñộng hoàn chỉnh từ tháng 5 năm 1994, với chi phí cho việc thiết lập hệ thống này cỡ 12 tỷ ñôla

Mỹ

1.1 3 3 Hệ thống vệ tinh ñạo hàng toàn cầu GLONASS

Từ năm 1990 Liên cũ ñã triển khai hệ thống vệ tinh ñạo hàng tương tự như hệ thống GPS của Mĩ có tên gọi là hệ thống vệ tinh ñạo hàng toàn cầu (Global Navigation Satellite System) viết tắt là GLONASS Liên bang Nga tiếp tục ñưa vào hoạt ñộng

Hệ THỐng GLONASS cũng là hệ thống ñạo hàng quân sự và cũng cho dân sự sử dụng mã thô Hệ thống triển khai giai ñoạn ñầu từ 1993 với 12 vệ tinh, ñến 1995 hệ thống hoạt ñộng ñầy ñủ với 21+3 vệ tinh

Mục ñích của hệ thống GLONASS là cung cấp việc ñịnh vị ba chiều , ño thời gian , ño tốc ñộ ở mọi nơi trong mọi ñiều kiện thời tiết trên trái ñất và không gian trên trái ñất

Hệ thống GLONASScũng có ba bộ phận hợp thành tương tự hệ thống GPS Tuy nhiên các vệ tinh phân bố ñều trên 3 quĩ ñạo có mặt phẳng quĩ ñạo cách nhau 120 0 kinh Trên mỗi quĩ ñạo có 8 vệ tinh phân bố cách nhau 450 vĩ Góc nghiêng của các mặt phẳng quĩ ñạo là 64048’, bán trục lớn của quĩ ñạo 25510km, chu kỳ chuyển ñộng trung bình của vệ tinh là 11h45m48s Vệ tinh lặp lại vị trí cũ sau 17 vòng quay quanh trái ñất hoặc sau 8 ngày ñêm sao

Vệ tinh ñầu tiên ñược ñưa lên quĩ ñạo ngày 12/10/1982 Dự kiến sẽ ñưa lên quĩ ñạo 71 vệ tinh trong ñó có 4 vệ tinh phục vụ SLR với tên gọi ETALON Tín hiệu vệ tinh ñược tạô ra bởi mã nhị phân tựa ngẫu nhiên CODE C/A với tần số 0.511MHz Mã C/A ñiều biến tần số L1, mã P ñiều biến cả L1 và L2

Bộ phận ñiều khiển (kiểm soát) gồm các trạm kiểm soát và lưới các trạm theo dõi phân bố trên lãnh thổ Nga Tương tự hệ thống GPS bộ phận kiểm soát của hệ này có nhiệm vụ theo dõi tình trạng các vệ tinh, tính và hiệu chỉnh các tham số quĩ ñạo phát lên vệ tinh cùng với thông tin ñạo hàng Thông tin ñạo hàng gồm vị trí vệ tinh trong không gian ở thời ñiểm tính ra nó cho phép lập kế hoạch ño, lựa chọn thời gian ño ñể

có chòm sao tốt nhất Bộ phận kiểm soát và bộ phận không gian có quan hệ hai chiều,

bộ phận kiểm soát và bộ phận sử dụng không có liên hệ với nhau , còn bộ phận không gian với bộ phận sử dụng có quan hệ một chiều theo sóng radio ở dải băng L

Giờ của hệ thống GLONASS do cơ quan giờ của Liên bang Nga quản lí và kiểm soát bởi trung tâm kiểm soát giờ với các ñồng hồ nguyên tử Hydro Maser có ñộ ổn ñịnh 5.10-14 s Giờ của các vệ tinh GLONASS ñược ñảm bảô bằng các ñồng hồ Cesium với

ñộ ổn ñịnh 10-13s ðộ chính xác ño thời gian của hệ thống GLONASS cỡ 20ns Tọa ñộ của hệ thống GLONASS cũng là hệ tọa ñộ ñịa tâm ba chiều nhưng là riêng của nước Nga

1 1 3 4 Hệ thống GALILEO

Ý tưởng có một hệ thống vệ tinh ñạo hàng chung của Châu Âu, tiến tới của cả thế giới ñã hình thành từ những năm 80 của thế kỷ trước do cơ quan vũ trụ của Pháp CNE khởi xướng, sau ñược cơ quan vũ trụ Châu ESA và tổ chức hàng không dân dụng quốc

tế ICAO ủng hộ Năm 1999 , Pháp - ðức - Ý và Anh có ý tưởng thiết kế hệ thống vệ tinh ñạo hàng dùng cho dân sự không giống như hệ thống GPS và GLONASS Năm

2003 EU chính thức chấp nhận hệ thống này khi Mĩ tấn công Irắc

Thiết kế ban ñầu lấy tên là hệ thống vệ tinh ñạo hàng toàn cầu GNSS (Global Navigation Satellite System) trên cơ sở tham khảo hệ thống GPS của Mĩ và GLONASS của Nga

Dự kiến giai ñoạn ñầu triển khai từ 2003 ñến 2015, lúc ñầu sử dụng 3 vệ tinh ñịa tĩnh phục vụ chio mục ñích quân sự riêng cho EU, tiếp theo phát triển thành hệ thống

vệ tinh ñạo hàng GALILEO với tên gọi khác là GNSS-2 hoạt ñộng ñầy ñủ từ 2015 Theo thiết kế, hệ thống GALILEO sẽ có 30 vệ tinh chuyển ñộng trên ba quĩ ñạo cách Trái ñất 23200km với góc nghiêng của các mặt phẳng ñạo là 560 Mỗi quĩ ñạo có

9 vệ tinh chính thức và 1 vệ tinh dự trữ phân bố cách nhau 400 theo ñộ vĩ Tuổi thọ của

vệ tinh thiết kế là 12 năm, trên mỗi vệ tinh có 2 ñồng hồ Rubi và 2 ñồng hồ Hydro Maser

Các vệ tinh có gương phản xạ laser phục vụ cho việc xác ñịnh quĩ ñạo vệ tinh, dự kiến vệ tinh GLILEO có 4 sóng tải: E5a (L5) tần số 1176.45MHz; E5b tần số 1207.14MHz; E6 tần số 1278.75 MHz; E2 - (L1) - E1 tần số 1575.42MHz

ðến năm 2007 có vệ tinh GIOVE-A (ñưa lên quĩ ñạo năm 2005) và vệ tinh GIOVE-B (ñưa lên quĩ ñạo năm 2006)

Dự kiến sử dụng vệ tinh GALILEO vào ñịnh vị ñiểm ñơn bằng máy thu 2 tần ñạt

ñộ chính xác là 4m về mặt bằng , 8m về ñộ cao và 50ns về thời gian

1 1 3 5 Hệ thống GNSS

Từ các hệ thống ñịnh trên ta có thể thấy rằng các hệ thống ñịnh vị hiện hành (GPS, GLONASS, TRANSIT)ñều có thể sử dụng cho mục ñích dân sự ñược nhưng nói chung các hệ thống này với ý tưởng thiết kế ban ñầu là chỉ phục vụ mục ñích quân sự

và ñều là hệ thống thông tin một chiều Có nghĩa là các tín hiệu và thông tin chỉ ñược truyền từ vệ tinh ñến máy thu Sở dĩ ñặc ñiểm thông tin một chiều là phổ biến vì xuất phát từ quan ñiểm quân sự-người sử dụng không bao giờ công bố vị trí của họ bằng cách phát ñi bất cứ một tín hiệu nào Ngoài ra người ta còn muốn các vệ tinh cần phải làm việc trong một ñoạn thời gian dài dưới ñiều kiện không có bất cứ liên hệ tín hiệu nào từ các trạm kiểm soát Những ñặc ñiểm này ñã làm cho hệ thống một chiều trở nên phức tạp và ñặt ra những yêu cầu cao ñối với vệ tinh và máy thu Các hệ thống dân sự yêu cầu người sử dụng phải nhận ñược tín hiếu vô tuyến hoặc vệ tinh phải hoạt ñộng một cách tự ñộng Do ñó cần có hệ thống vệ tinh thông tin hai chiều , lúc bấy giờ tính phức tạp của hệ thống ñược chuyển hóa từ các bộ phận vệ tinh và máy thu sang bộ phận kiểm soát Khi hệ thống GALILEO ra ñời ñã thúc ñẩy các nhà sản xuất máy thu và các

hệ thống ñịnh vị cần phải cải tiến, phát triển và mở rộng tầm hoạt ñộng của hệ thống cũng như sản xuất các máy thu có thể thu tín hiệu của bất cứ vệ tinh thuộc chòm vệ tinh thuộc hệ nào trong ñiều kiện thu ñược tín hiệu

Ngày nay sự phát triển lớn mạnh của các hệ thống ñịnh vị toàn cầu chính là phương thức cải tiến hoàn bị của hệ thống về nâng cao ñộ chính xác ñịnh vị, tính tin cậy và khả thi của thông tin nhờ sự hợp thành của bộ phận cung cấp thông tin ngoại vi

từ kết quả của quá trình tính toán của nhà sản xuất Có rất nhiều hệ thống như vậy trong không gian và chúng có tên chung hoặc miêu tả cơ bản (khái quát) như là hệ thống ñịnh vị cảm biến do máy thu tiếp nhận thông tin ngoại vi , hay còn gọi là hệ ñịnh

vị toàn cầu GNSS Chính vì vậy có thể nói hệ thống GNSS là hệ thống ñịnh vị toàn cầu hoàn thiện nhất của hệ thống vệ tinh nhân tạo Nó ñược hình thành từ hệ thống ñịnh vị khu vực và hệ thống thông tin toàn cầu Hệ thống này cho phép các máy thu GPS ñiện tử loại nhỏ cũng xác ñịnh ñược vị trí theo hệ tọa ñộ không gian (kinh ñộ, vĩ

ñộ , ñộ cao) trong vòng sai số một vài mét với tín hiệu ño là sóng radio lan truyền theo thời gian dọc theo ñường truyền từ vệ tinh ñên máy thu Máy thu ñược ñặt cố ñịnh trên mặt ñất cũng có trể tính toán chính xác thời gian lan truyền thông quan sự tương quan tín hiệu giữa vệ tinh và máy thu trong ñịnh vị ñòi hỏi yêu cầu ñộ chính xác cao.Do ñó tùy thuộc vào việc sử dụng máy thu mà có thể thu tín hiệu từ vệ tinh của bất cứ chòm

vệ tinh nào theo phương pháp (nguyên tắc)ñịnh vị

Như vậy khi hệ thống GNSS hoàn thành ñã cung ứng ñộ chính xác nâng cao và cung cấp sự kiểm tra ñịnh lượng chuẩn xác (toàn vẹn), tiện lợi cho việc ñịnh vị Hệ thống này ñược phân loại như sau:

GNSS-1 là hệ thống ra ñời do sự kết hợp của các vệ tinh còn tồn tại trong hệ thống GPS và GLONASS với các vệ tinh gốc(căn cứ) thêm vào trong hệ thống (SBAS – Satellite Based Augmentation Systems) hoặc trạm ñiều khiển cơ sở trên mặt ñất bổ sung vào trong hệ thống ( BAS – Ground Based Augmentation Systems ) Ở Mĩ ,các vệ tinh căn cứ hợp thành vùng mở bổ sung cho hệ thống ñịnh vị(WAAS – Wide Area Augmentation System) Ở châu Âu phần bổ sung ñược gọi là EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) Trạm ñiều khiển cơ sở (căn cứ) bổ sung ñược cung cấp bởi hệ thống LAAS(Local Area Augmentation System)

GNSS-2 là hệ thống ra ñời thứ hai, nó không phụ thuộc sự cung cấp tín hiệu của ñầy ñủ vệ tinh nhân tạo theo ñiều kiện ñịnh vị Ví dụ như hệ Galileo, hệ thống này cho

ñộ chính xác trong ñịnh vị và có sự kiểm ñịnh cần thiết cho mục ñích dân sự (hệ thống

vệ tinh thông tin hai chiều) Hệ thống này sử dụng hai loại sóng tải L1 và L2 , ñể

phục vụ mục ñích dân sự trong ñịnh vị chính xác dùng sóng tải L5 Việc phát triển,

mở rộng và hoàn thiện hệ thống GPS phục vụ cho mục ñích dân sự ñang ñược triển khai trên cả tần L2 và tần L5 chính là hệ thống GNSS-2

1.2 CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ðỘNG CỦA HỆ THỐNG GNSS

Hệ thống bao gồm ba bộ phận cấu thành : Bộ phận không gian - ñoạn không gian ( space segment); Bộ phận ñiều khiển- ñoạn ñiều khiển ( Control Segment), và bộ phận

sử dụng - ñoạn sử dụng (Use Segment)

Hình 1.1: Các bộ phận kiến tạo hệ thống ñịnh vị toàn cầu

Chương trình ñưa vệ tinh GPS lên quĩ ñạo ñược thực hiện qua ba giai ñoạn ñược thể hiện trong bảng 1.1:

1.2.1 Bộ phận không gian

ðến năm 2007 hệ thống GNSS ñầy ñủ thì bộ phận này gồm trên 32 vệ tinh, số lượng vệ tinh có thể thay ñổi vì các vệ tinh cũ hay có sự cố sẽ ñược sửa chữa , thay thế hoặc bổ sung Chúng quay trên 6 mặt phẳng quỹ ñạo cách ñều nhau và có góc nghiêng

550 so với mặt phẳng xích ñạo của trái ñất Quỹ ñạo của vệ tinh gần như tròn, các vệ tinh bay ở ñộ cao gần 20.200km so với mặt ñất Chu kỳ quay của vệ tinh là 718 phút( gần 12h), do vậy vệ tinh sẽ bay qua ñúng diểm cho trước trên mặt ñất mỗi ngày một lần Như vậy tại bất kỳ ñiểm nào trên trái ñất có thể cùng một lúc thu ñược tín hiệu của

ít nhất 4 vệ tinh Các vệ tinh có sơ ñồ phân bố như hình 1.2:

Hình 1.2: Sơ ñồ phân bố vệ tinh trong bộ phận không gian

Người ta ñã ñưa lên quĩ ñạo 11 vệ tinh thử nghiệm gọi là vệ tinh lô I( block I) tuổi thọ 5 năm ñến nay ñã ngừng hoạt ñộng.Giai ñoạn hoàn thiện từ năm 1992 ñến 1997 người ta ñưa lên quĩ ñạo 28 vệ tinh lô II và lô II- A(A- Advange) tuổi thọ 7,5 năm Từ năm 1997 ñến 2004 người ta ñưa lên quĩ ñạo 21 vệ tinh lô II- R(R- Replenishment) tuổi thọ 10 năm

Từ năm 2005 người ta ñưa lên quĩ ñạo vệ tinh lô II- RM và ñang nghiên cứu chế tạo II –F(F-Follow On) ðến 5-12-2007 có 3 0 vệ tinh ñang hoạt ñộng, trong ñó có 14

vệ tinh lô II- A, 12 vệ tinh lô II- R và 4 vệ tinh lô II R-M

Mỗi vệ tinh ñược trang bị máy phát tần số chuẩn nguyên tử f 0 có ñộ chính xác cao

(khoảng 10-12Hz ) Máy phát này tạo ra các tín hiệu tần số cơ sở L1= 1575,42MHz và L2 =1227,60 MHz Người ta sử dụng hai tần số ñể làm giảm ảnh hưởng của tầng ñiện

ly Mỗi vệ tinh lô II - R ñược trang bị 1 ñồng hồ Cecium, 3 ñồng hồ Rubi , các vệ tinh

lô II R- M ñược trang bị ñồng hồ Hydro maser tạo ra dao ñộng chuẩn f 0 = 10,23 Hz với

ñộ ổn ñịnh 10 -12 ÷ 10 – 13 s Sai số ñồng hồ vệ tinh ñược các trạm kiểm soát xác ñịnh

ñể phát lên vệ tinh, vệ tinh lại phát cho người dùng tính số hiệu chỉnh khi cần

Các sóng tải ñược ñiều biến bởi hai loại mã (code) khác nhau: C/A- code và P- code C/A- code là code thô ñược sử dụng cho các mục ñích dân sự và chỉ ñiều biến sóng tải L1 Code này ñược tạo bởi một chuỗi các chữ số 0và 1 ñược sắp xếp theo qui luật với tần số 1.023MHz ( bằng 1/10 tần số cơ sở) Mỗi một vệ tinh ñược gắn một C/A- code riêng biệt P- code là code chính xác, ñược sử dụng cho mục ñích quân sự và ñiều biến cả 2 sóng tải L1 và L2 Code này ñược tạo bởi nhiều chuỗi các chữ số 0 và 1 ñược sắp xếp theo qui luật với tần số 10,23MHz P- Code thay ñổi liên tục theo tuần nên rất khó giải mã ñể phục vụ mục ñích dân sự(mô hình mã hóa- Code ñược biểu thị trong hình 1.3) Các vệ tinh còn trao ñổi thông tin liên lạc với các trạm mặt ñất qua tần

số sóng tải 1783,74 MHz và 227,50 MHz Vệ tinh lô II có 65000 bộ phận hợp thành

Hình 1.3:Cấu trúc tín hiệu truyền của vệ tinh

Mỗi vệ tinh có trọng lượng 1830kg khi phóng và 930kg khi bay trên quĩ ñạo Các thiết bị trên vệ tinh hoạt ñộng nhờ năng lượng do các tấm pin mặt trời với sải cánh dài

580cm cung cấp(hình 1.4) Tuổi thọ của vệ tinh theo thiết kế là 7,5 năm, tuy nhiên vệ tinh bị hỏng khá nhanh và ñã ñược lần lượt thay thế

Hình 1.4: Vệ tinh trong không gian

ðoạn không gian có vai trò ghi nhận và lưu giữ thông tin ñược truyền từ ñoạn ñiều khiển , duy trì quỹ ñạo và thời gian với ñộ chính xác cao, chuyển tiếp thông tin ñến người sử dụng bằng các tin hiệu mã hoá khác nhau; ñồng thời có thể thay ñổi quĩ ñạo theo sự ñiều khiển tại mặt ñất

1.2.2 Bộ phận ñiều khiển

Bộ phận này gồm năm trạm quan sát trên mặt ñất, trong ñó có một trạm ñiều khiển trung tâm ñặt tại Colorado Spring và 4 trạm theo dõi ñặt tại Hawaii(Thái Bình Dương), Ascension Island (ðại Tây Dương), Diego Garcia (Ấn ðộ Dương), Kwajalein (Tây Thái Bình Dương)(hình 1.5) Các trạm này tạo thành vành ñai bao quanh trái ñất Các trạm ñiều khiển có toạ ñộ thuộc khung toạ ñộ trái ñất ITRF ñược xác ñịnh bằng các trị ño GPS của hệ thống và các kỹ thuật ño cao hơn như VLBI, SLR, LLR

Hình 1.5: Bộ phận ñiều khiển trong hệ thống ñịnh vị toàn cầu

Nhiệm vụ của bộ phận ñiều khiển là ñiều ñiều hành toàn bộ hoạt ñộng của hệ thống và chức năng của vệ tinh trên cơ sở theo dõi chuyển ñộng quỹ ñạo của vệ tinh cũng như ñồng hồ t.rên ñó Tất cả các trạm máy ñều có máy thu GPS, và chúng tiến hành thu tín hiệu từ vệ tinh phát về(ño khoảng cách và sự thay ñổi khoảng cách tới tất

cả các vệ tinh có thể quan sát ñược) và các số liệu liên quan tới khí tượng, các nguồn nhiễu v v Tất cả các số liệu ño ở mỗi trạm ñều ñược truyền về trạm trung tâm, tại ñây số liệu ñược xử lý ñể cho ra các ephermerit chính xác hoá của vệ tinh( tính toán ra toạ ñộ vệ tinh trên quĩ ñạo tại thời ñiểm xác ñịnh t0 (gốc lịch) và các số liệu liên quan cho người dùng nội suy ra toạ ñộ vệ tinh ở thời ñiểm ño t = t0 +∆t) Từ trạm trung tâm các số liệu ñó ñược truyền trở lại các trạm quan sát ñể từ ñó truyền tiếp cho các vệ tinh cùng các các lệnh ñiều khiển khác Các số liệu này ñược phát lên vệ tinh 3 lần trong ngày- việc chính xác hoá thông tin như thế ñược tiến hành 3 lần trong ngày ñể vệ tinh phát lại cho người dùng thông qua sóng tải L1 và L2 từ vệ tinh sau khi vệ tinh ñã nhận ñược tín hiệu cùng các lệnh ñiều khiển từbộ phận ñiều khiển

Tại các trạm kiểm soát có ñồng hồ nguyên tử Cesium và Hydro maser bảo ñảm tín hiệu giờ có ñộ chính xác 10 –14 s Giờ của hệ thống GPS là giờ AT ñược xác lập ñồng

bộ giữa 3 bộ phận của hệ thống và hoà nhập với giờ thế giới phối hợp UTC ( Universal Cooodinated Time) vào 0h tối thứ 7 sang ngày chủ nhật và có thêm ñơn vị ño là tuần lễ

GPS cũng tắnh từ mốc trên điều này cho phép xác ựịnh thời gian chắnh xác trong khoảng ngắn (403200s) dài tuỳ ý

1.2.3 Bộ phận sử dụng

Bộ phận sử dụng bao gồm tất cả các thiết bị và máy thu nhận thông tin từ vệ tinh

ựể khai thác và sử dụng cho các yêu cầu và mục ựắch khác nhau của khách hàng kể cả trên trời, trên biển và trên ựất liền Bộ phận sử dụng gồm phần cứng là các máy thu và phần mềm xử lý số liệu kèm theo phục vụ mục ựắch sử dụng: trắc ựịa, quân sự, ựạo hàng, ựo thời gian, v v đó có thể là một máy thu riêng biệt hoạt ựộng ựộc lập hay một nhóm gồm hai máy thu trở lên đó còn có thể là một hệ thống dịch vụ ựạo hàng GPS ựa năng trên phạm vi toàn cầu hoặc ở từng khu vực ựược thiết lập ở một số nước phát triển

Các máy thu gồm anten thu, bộ phận tạo tần số chuẩn là ựồng hồ thạch anh có ựộ

ổn ựịnh 19 Ờ09 s Trong máy thu cũng có bộ phận tạo ra tần số radio RF và tần số trung gian IF ựể thực hiện các chức năng thu nhận, phân luồng tắn hiệu vệ tinh, xử lý tắn hiệu theo một trong các kỹ thuật dựa vào mã (code dependent), không dựa vào mã hay bình phương( code.free, squaring) hoặc kỹ thuật phối hợp; máy thu có bộ phận vi xử lý, bộ phận ựiều khiển , bộ phận hiển thị, thiết bị ghi và bộ phận cung cấp năng lượng Các máy thu mới sản xuất hiện nay có khả năng tắch hợp không dây dẫn các thiết

bị khác nhau ựể thực hiện các chức năng khác nhau trên cùng một thiết bị thu chắnh (hình 1.6)

Hình 1.6: Một số máy thu GPS

1.3 KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG ðA ðƯỜNG DẪN ðẾN ðỊNH VỊ GPS

1.3.1 Khái quát tình hình nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng ña ñường dẫn ñến ñịnh vị GPS trên thế giới

Trong các tài liệu nước ngoài, hiệu ứng ña ñường dẫn cũng ñược ñề cấp ñến như :

B.Hofman-Wellenhof, H.Lichtenegger và J.Collins, Global Positioning System Theory

and Practice , Third revised edition Springer VerlagVien Newyork 1994 ;

HuangDingFa, Ding Xiaoli và các tác giả khác, Tạp chí trắc hội học báo , Trung Quốc

2/2001; Yuan Linguo,HuangDingFa và các tác giả khác,Tạp chí trắc hội học báo,

Trung Quốc 8/2004;Wladyslaw Góral và Jacek Szewczyk, Ứng dụng công nghệ GPS

vào ño biến dạng chính xác, Krakov 2004 Tuy nhiên các tài liệu này cũng ñề cập một

cách khái quát về sự tồn tại của hiệu ứng ña ñường dẫn trong kết ñịnh vị ðể làm giảm ảnh hưởng của hiệu ứng này thì các tài liệu ñó ñều ñưa ra nhận ñịnh là tránh xa bề mặt phản xạ một cách ñịnh tính ðồng thời ñể loại bỏ hiệu ứng ña ñường dẫn từ vật thể có góc ngưỡng thấp thì ñều ñề xuất các nhà chế tạo máy thu không ngừng hoàn thiện cấu

tạo của cả máy thu và ăng ten

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng ña ñường dẫn ñến ñịnh vị GPS trong nước

Ở Việt Nam, trong bài giảng về công nghệ GPS do GS.TSKH Phạm Hoàng Lân biên soạn cho học viên cao học - ðại học Mỏ- ðịa chất, Hà nội 1997 và trong bài giảng về công nghệ GPS do PGS.TS ðặng Nam Chinh và PGS.TS ðỗ Ngọc ðường biên soạn cho sinh viên ngành Trắc ñịa trường ðại học Mỏ- ðịa chất, Hà nội( 2003)

cũng chỉ ñề cập (có hay không có) ảnh hưởng của hiệu ứng ña ñường dẫn trong ñịnh vị GPS chứ chưa nghiên cứu ảnh hưởng của nó ñến ñịnh vị GPS tương ñối tĩnh

Và khi thành lập lưới khống chế bằng công nghệ GPS hay ñịnh vị ñiểm , trục công trình.ổơ nước ta vấn ñề này chưa ñược chú ý ñến

ðịnh vị GPS sẽ tồn tại các sai số : Sai số của ñồng hồ, sai số của quỹ ñạo vệ tinh, sai số do tầng ñiện ly và tầng ñối lưu, sai số do hiệu ứng ña ñường dẫn gây nên Sai số

của ñồng hồ, sai số của quỹ ñạo vệ tinh, sai số do tầng ñiện ly và tầng ñối lưu sẽ ñược loại trừ ñáng kể trong kết quả ñịnh vị tương ñối giữa hai ñiểm và bố trí ñiểm ñặt máy thu thông thoáng lên bầu trời hay sử dụng hiệu các trị ño giữa các vệ tinh cũng như giữa các trạm quan sát

Như vậy ñể ñịnh vị GPS với ñộ chính xác cao cần nghiên cứu sự tồn tại của hiệu ứng ña ñường dẫn và ảnh hưởng của nó ñến kết quả theo phương pháp ñịnh vị GPS tương ñối tĩnh

CHƯƠNG 2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP QUAN TRẮC VỆ TINH NHÂN TẠO

2.1 CHUYỂN ðỘNG CỦA VỆ TINH NHÂN TẠO VÀ LỊCH VỆ TINH

Như ñã giới thiệu ở chương 1, có thể coi vệ tinh là mục tiêu cao mang toạ ñộ và chuyển ñộng , vì vậy, trước khi nói ñến quan sát VTNT cần biết chuyển ñộng của VTNT và cách tính ra toạ ñộ của vệ tinh trên quĩ ñạo

VTNT rất nhỏ bé về khối lượng và kích thước so với trái ñất cho nên theo cơ học thiên thể có thể coi vệ tinh là chất ñiểm chuyển ñộng quanh trái ñất có vật chất tập trung ở trọng tâm Lúc này chuyển ñộng của VTNT cũng tuân theo 3 ñịnh luật Kepler

và gọi là chuyển ñộng trong môi trường lí tưởng hay chuyển ñộng Kepler

ðể xác ñịnh toạ ñộ của vệ tinh trong không gian người ta sử dụng hệ toạ ñộ ñịa tâm 3 chiều O- XYZ

Hình 2.1: Hệ tọa ñộ ñịa tâm

Quĩ ñạo của vệ tinh xác ñịnh theo phương trình:

r =

νcos

υ- khoảg cách góc thực của vệ tinh

e- tâm sai của elip

P- khoảng cách góc thực khi υ = 900

Mặt phẳng chứa quĩ ñạo gọi là mặt phẳng quĩ ñạo, nó cắt mặt phẳng xích ñạo trái ñất theo một ñường gọi là ñường nút như hình 2.2

i o

G '

G S

Hình 2.2: Quĩ ñạo của vệ tinh

Người ta qui ước chuyển ñộng thuận VTNT là chuyển ñộng từ phía Nam lên phía Bắc và N là ñiểm nút lên (hoặc ñiểm mọc) còn N’ có tên là nút xuống (ñiểm lặn) Mặt phẳng quĩ ñạo của vệ tinh xác ñịnh trong không gian bằng ñộ kinh ñường nút

Ω tính từ hướng tới ñiểm xuân phân γ và góc nghiêng i của mặt phẳng quĩ ñạo so với mặt phẳng xích ñạo Quĩ ñạo của vệ tinh ñược ñịnh hướng trong mặt phẳng chứa nó bằng khoảng cách góc ω của ñường viễn cận( ñường nối vị trí VT khi ở gần trái ñất nhất với vị trí VT khi ở xa trái ñất nhất) Hình dáng và kích thước của qũ ñạo ñược xác ñịnh bằng e và bán trục lớn bằng a Nếu gọi t0 là thời gian VT ñi qua cận ñiểm và t là thời gian bất kì thì góc υ có thể thay bằng t- t0 Vị trí của VT trên quĩ ñạo xác ñịnh bằng γ và r Như vậy có thể coi a, e, r, i , ω và t là sáu tham số xác ñịnh quĩ ñạo Kepler của VT Từ 6 tham số này ta có thể tính ñược toạ ñộ (XYZ) của VT

Thực tế VTNT chuyển ñộng quanh trái ñất có vật chất trong lòng phân bố không

ñều, ñặc biệt với hình elip chỗ lồi ra ở xích ñạo cỡ 21 km, tạo nên trường trọng lực thay ñổi, làm thay ñổi quĩ ñạo của VTNT Các yếu tố làm thay ñổi chuyển ñộng của VTNT

so với ñiều kiện lí tưởng gọi chung là các yếu tố nhiễu Các yếu tố nhiễu ngoài hai yếu

tố nêu trên còn phải kê ñến sức hút của Mặt trời , Mặt trăng, sức cản của không khí…, hậu quả là cả 6 tham số của quĩ ñạo ñều thay ñổi Chúng ñều là hàm của thời gian và của chính bản thân cả 6 tham số, chúng ñược biểu thị khái quát là:

r = r (a0, e0 , Ω0 , i0 , ω0, t, GM, J, K) (2 2) Trong công thức (2.2) : a0 , e0 … là các tham số quĩ ñạo ở thời ñiểm xét ban ñầu, t

là yếu tố thời gian, các yếu tố còn lại là hằng số trọng trường của trái ñất và hệ số hàm ñiều hoà trong triển khai thế trọng trường của trái ñất

Xác ñịnh toạ ñộ VT trên quĩ ñạo ở thời ñiểm tương ứng gọi là tính lịch vệ tinh Người ta phải dựa vào hệ phương trình vi phân của Lagrange, mô hình trọng trường trái ñất và mô hình khí quyển Trái ñất ñã xác ñịnh ñể tính lịch vệ tinh rồi cung cấp cho người sử dụng nội suy ra toạ ñộ VT ở thời ñiểm quan sát giữa hai thời ñiểm gốc lịch

Có ba loại lịch VT : lịch dự báo (Almanac) có giá trị sử dụng hàng tháng, ñộ chính thấp, dùng ñể lập kế hoạch quan sát Lịch quản bá (Broadcast Ephemerides) là lịch thông dụng dùng cho mục ñích ñạo hàng và ñịnh vị dân sự Lịch chính xác (Precise Ephemerides) , có ñộ chính xác cao phục vụ cho mục ñích quân sự và xử lí hậu kì kết quả ño cần ñộ chính xác cao

Quan trắc VTNT cũng gắn liền với việc ño thời gian chính xác Với tốc ñộ truyền sóng ñiện từ 3.108 m/s , muốn ño khoảng cách tới VT chính xác cỡ cm, ta cần phải ño thời gian chính xác cỡ ± 10 – 9 s Trrong quan sát VTNT , người ta sử dụng giờ nguyên

tử AT Mỗi hệ thống VT lại có giờ AT riêng ñược ñiều hành ñồng bộ giữa ñồng hồ trên vệ tinh và ñồng hồ dưới mặt ñất ðồng hồ trên VT thường có ñộ ổn ñịnh cỡ 10 -13 s còn ñồng hồ máy thu thường có ñộ ổn ñịnh cỡ 10 -9

Có rất nhiều phương pháp quan trắc VTNT, trong khuôn khổ của luận văn tác giả chỉ giới thiệu khái quát các phương pháp và ñi sâu hơn vào ứng dụng ñịnh vị ñiểm mặt ñất

2.2 PHƯƠNG PHÁP ðO HƯỚNG ðẾN VỆ TINH

Phương pháp này chủ yếu sử dụng các máy chụp ảnh VTNT trên các nền sao Dựa vào toạ ñộ sao ở các thời ñiểm chụp có ñược từ lịch sao suy ra toạ ñộ thiên cầu ( α δ) của VT, nói cách khác xác ñịnh ñược hướng ñến VT Người ta cũng xếp phương pháp

ño khoảng cách laser ñến VT – SLR( Satellite Laser Ranging) vào phương pháp quang học vì máy hoạt ñộng ñược nhờ có hệ thống quang học phát và thu Tuy gọi là phương pháp quang học nhưng cả hai phương pháp này ñều cần có thiết bị ñiện trong vận hành

và xử lí số liệu

Hình 2.3: Sơ ñồ ño hướng tới vệ tinh

Chụp ảnh VTNT là phương pháp quan sát VTNT ñược dùng ñể xây dựng hệ toạ

ñộ trái ñất cho ñến những năm 70 của thế kỷ trước, không cần biết chính xác phương trình chuyển ñộng của VTNT VTNT chuyển ñộng quanh trái ñất sẽ phát ra ánh sáng chớp loé hoặc phản xạ ánh sáng Mặt trời, ánh sáng laser (với VT có vỏ là các gương phản chiếu ) về phía trạm chụp mặt ñất

Máy chụp ảnh là các máy có cấu tạo ñặc biệt : sử dụng phim cỡ 18x18 cm, có ñộ nhạy cao ñể chụp ảnh sao và VT có ñộ sáng ñến cấp 14m (m là cấp sáng của sao trong

ño thiên văn), có tiêu cự dài(500mm÷1000mm) ñể tăng ñộ chính xác ño ảnh và có thị trường ống kính lớn (200 x 200) ñể chụp ñược phần lớn bầu trời sao rồi chọn 10 ÷ 15

sao thích hợp ñể nội suy ra toạ ñộ VT Máy chụp còn có hệ thống cửa chớp gắn liền với việc ghi thời gian chính xác ñến 10-3 s ñể phục vụ cho việc tính toạ ñộ các sao ở thời ñiểm chụp Máy ảnh còn có bộ phận tự ñộng ñiều chỉnh toạ ñộ chân trời của ống kính, sao cho một vệt bay của VT , chụp ñược nhiều ảnh mà ảnh nào VT cũng ở vào giữa tấm phim

Từ nguyên lý ño chụp ảnh hàng không người ta xây dựng mối quan hệ toạ ñộ trên phim và toạ ñộ sao trên thiên cầu ñể nội suy ra toạ ñộ thiên cầu(αδ) của VTNT Toạ ñộ ñiểm ñặt máy chụp trên mặt ñất ñược giải quyết theo phương pháp giao hội (hình 2.3) hoặc phương pháp dây cung ñể tạo thành lưới tam giác VT trên mặt ñất

Ban ñầu ñộ chính xác ñịnh vị ñiểm theo phương pháp chụp ảnh VT cỡ ± 180m, sau nâng ± 6m Các máy chụp ảnh VTNT cồng kềnh khó ñưa ñi dã ngoại, nên khi các phương pháp khác ra ñời cho ñộ chính xác cao hơn, dễ thực hiện , phương pháp chụp ảnh VTNT tưởng như hết vai trò thì thập niên cuối thế kỷ trước ra ñời bộ cảm biến CCD trong chụp ảnh kỹ thuật số ñược áp dụng vào chụp ảnh VTNT với ñộ chính xác

cỡ 0.1 ñến 0.2 pixel, ñã khôi phục lại phương pháp này và còn ứng dụng cả vào lĩnh vực thiên văn trắc ñịa với hướng mới là ño thiên văn vệ tinh( Astrometric Satellites)

2.3 ðO KHOẢNG CÁCH ðẾN VỆ TINH

ðo khoảng cách ñến VT ñược thực hiện bằng ño thời gian gian lan truyền sóng ñiện từ giữa trạm quan sát mặt ñất và VT khi ñã biết tốc ñộ truyền sóng ñiện từ c

Theo ñặc ñiểm phổ của sóng ñiện từ, người ta lại chia ra hệ thống (system) ño raña và hệ thống ño quang học

Hệ thống ño quang học ño khoảng cách ñến VT bằng xung laser SLR ñã ñề cập

ở mục ño hướng tới vệ tinh Vỏ VT ñược ghép bằng các lăng kính phản xạ xung laser

về trạm ño mặt ñất Phương pháp này phụ thuộc nhiều vào yếu tố thời tiết, ñộ chính xác hiện nay ñạt ± 5cm (ñời máy thứ 3), có thể ñạt ñến ± 1cm Máy SLR có bộ phận quang học phát và thu xung laser, bộ phận ño thời gian và bộ phận máy ñiều khiển ðời máy 1 chế tạo năm 1965 với ñộ dài xung 10 – 40ns dùng laser rubi; ðời máy thứ 2 chế tạo năm 1977 có ñộ dài xung 200ps; ðời máy thứ 3 có công suất nhỏ và phát xung phôtôn

với tần số là 1 – 3 xung/s

Hệ thống ño quang học ñược phát triển ñể ño khoảng cách laser ñến Mặt trăng LLR (Lunar Laser Ranging) Trên Mặt trăng hiện nay có 5 gương phản xạ phục vụ cho mục ñích này Từ kết quả ño này người ta ñã xây dựng xong lưới khống chế trên Mặt trăng

Hệ thống ño raña dùng sóng centimet hoặc decimet, không chịu ảnh hưởng của thời tiết nhưng lại chịu ảnh hưởng của chiết quang khí quyển

ðo khoảng cách ñến VT lại chia ra 2 kiểu (mode) ño: ño 1 chiều và ño 2 chiều Trong kiểu ño 2 chiều, máy ở trạm quan sát phát sóng tín hiệu xung ở thời ñiểm tj, sóng tín hiệu ñi mất ∆t thời gian ñể ñến VT ở thời ñiểm và quay về ñến máy thu ở thời ñiểm

tj + ∆t, quãng thời gian 2∆t ñược ño trong máy thu, khoảng cách từ máy thu ñến VT là

S, tính theo công thức:

t c

Trong kiểu ño 1 chiều, việc ño thời gian cũng diễn ra trong máy thu ñể ño quãng thời gian sóng tín hiệu ñi từ VT ñến máy thu Công thức (2.3) bây giờ có dạng:

t c

Trong kiểu ño 1 chiều lại chia ra cách phát tín hiệu xung và cách so pha

2.4 ðO HIỆU KHOẢNG CÁCH

Trong cách ño này người ta thu tín hiệu từ VT phát ñi tại ñiểm B trên mặt ñất trong các quãng thời gian (t2 – t1 ) và (t3 – t2) Mỗi trị ño hiệu khoảng cách trong các quãng thời gian kể trên xác ñịnh một mặt hyperbol mà VT là tiêu ñiểm ñược mô tả như hình 2.4:

Hình 2.4: Mô hình ño hiệu khoảng cách

Trong không gian 3 chiều, giao của 2 mặt hyperbol cho ta vị trí ñiểm cần ñịnh vị Cách ño này dựa vào hiệu ứng Dopple

2.5 ðO CAO VỆ TINH

ðo cao vệ tinh là phương pháp ño khoảng cách 2 chiều từ VT ñến mặt ñất, mà chủ yếu là ñến mặt nước biển (môi trường phản xạ tốt sóng raña), bằng máy ño phát sóng xung raña trên VT, mô tả như hình 2.5:

H

h

N a

Sóng xung có tần số cỡ 20ns và bước sóng cỡ 2cm, tạo ra vùng nhận và phản hồi sóng (footprint) trên mặt biển cỡ 10km Xử lý số liệu ựo, cho khoảng cách thẳng ựứng

từ VT ựến mặt nước biển trung bình tức thời là a và khoảng chên giữa nó với Geoid h

Vị trắ VT trên quỹ ựạo có ựược từ lịch VT chắnh xác hoặc ựo SLR, giúp ta tắnh ựược ựộ cao trắc ựịa H Nếu gọi N là dị thường ựộ cao ta có:

Người ta gọi việc xác ựịnh h là xác ựịnh ựịa hình mặt biển (Sea surface Toppgraphi) đo cao VT cung cấp số liệu cho TđCC xác ựịnh Geoid ựại dương nhằm xác ựịnh mặt ựẳng thế gốc cho việc nghiên cứu hìng dáng, cấu tạo của Trái ựất và mặt gốc ựộ cao; góp phần xác ựịnh dị thường trọng lực và xác ựịnh các hệ số hàm ựiều hoà trong triển khai thế trọng trường đo cao VT cũng cung cấp tài liệu cho Hải dương học xác ựịnh hải lưu, cho địa chất và địa vật lý xác ựịnh cấu trúc và cấu tạo mảng ựáy ựại dương

đo cao VT bắt ựầu ựược nghiên cứu từ năm 70 của Thế kỷ 20 Với các VT SEASAT 1978, GEOSAT 1985, ERS 1991 và TOPEX/ PoSeidom 1992 Hiện nay, người ta không chỉ phát sóng xung raựa mà còn phát sóng xung laser, dùng máy ựếm photon ựể nâng cao ựộ chắnh xác của kết quả ựo đã công bố ựộ chắnh xác xác ựịnh dị thường ựộ cao ổ 1.0 theo ô lưới 10x10 và từ ựó xác ựịnh dị thường trọng lực với ựộ chắnh xác ổ 8mGal

2.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC

Trong các phương pháp khác, ựầu tiên phải kể ựến phương pháp VT theo dõi VT SST (Satellite - to - Satellite Tracking) là loại trị ựo không gian - không gian dùng ựể nghiên cứu các thành phần tần số cao trong triển khai trường trọng lực của Trái ựất Hai

vệ tinh ựược thiết kế chuyển ựộng giữ khoảng cách lý thuyết với nhau, khi bay qua phần Trái ựất có trọng trường thay ựổi làm cho khoảng cách thay ựổi; cách ựo hiệu khoảng cách ựã nói ở trên xác ựịnh ựược sự thay ựổi của khoảng cách và giải ngược ra nguyên nhân thay ựổi Hiện nay SST ựã phát triển thành VT cao - VT thấp, VT thấp -

VT thấp và các hình thức linh hoạt khác

Trong các sách chuyên sâu về TðVT ta thấy người ta kể ñến phương pháp quan trắc nữa là ño giao thoa cạnh ñáy lớn VLBI (Very Long Base Interferometry) thu tín hiệu của các thiên thể ở rất xa ñến 2 ñiểm xa nhau vài ngàn km trên mặt ñất Sóng bức

xạ từ các thiên thể ñến 2 ñiểm coi như ñi song song từ cùng một nguồn phát nên ño ñược hướng ñến thiên thể Loại trị ño này dùng ñể xây dựng khung toạ ñộ Trái ñất quán tính ñộ chính xác cao 10-09 góp phần xây dựng hệ toạ ñộ cho các trạm theo dõi VTNT

và các nghiên cứu chính xác cao về Trái ñất

Hiện nay quan sát VTNT ñã phát triển thành các hệ thống VT, các kỹ thuật ño tổng hợp nhiều loại trị ño, nhiều kỹ thuật ño từ VT ñến mặt ñất và VT – VT lấy tên chúng là sứ mệnh vệ tinh (Satellite Mission) ñể ño gradian trọng lực, gia tốc trọng trường, nghiên cứu khí hậu, băng tan,… nhằm nghiên cứu tổng hợp về hình dáng, kích thước, trường trọng lực của Trái ñất và những biến ñổi của chúng liên quan ñến môi trường quanh Trái ñất phục vụ cho nhiều ngành khoa học liên quan mật thiết với nhau

2.7 CÁC NGUYÊN TẮC ðỊNH VỊ VỆ TINH

2.7.1 Các ñại lượng ño

Việc ñịnh vị bằng GPS ñược thực hiện trên cơ sở sử dụng hai dạng ñại lượng ño

cơ bản, ñó là ño khoảng cách giả theo các code tựa ngẫu nhiên ( C/A-code và P-code )

và ño pha của sóng tải ( l1 và L2)

2.7.1.1 ðo khoảng cách giả theo C/A-code và P-code

Code tựa ngẫu nhiên ñược phát ñi từ vệ tinh cùng với sóng tải máy thu GPS cũng ñược tạo ra code tựa ngẫu nhiên ñúng như vậy bằng cách so sánh code thu ñược

từ vệ tinh và code của chính máy thu có thể xác ñịnh ñược khoảng thời gian lan truyền của tín hiệu code, và từ ñây dễ dàng tính ñược khoảng cách từ vệ tinh ñến máy thu( ñúng hơn là ñến tâm ăng ten của máy thu) Do có sự không ñồng bộ giữa ñồng hồ của

vệ tinh và của máy thu và do có sự ảnh hưởng của môi trường lan truyền tín hiệu, nên khoảng cách tính theo khoảng thời gian ño ñược không phải là khoảng cách thực giữa

vệ tinh và máy thu Người ta gọi nó là khoảng cách giả

Ta hãy ký hiệu toạ ñộ của vệ tinh là XS , YS , ZS , toạ ñộ của ñiểm xét ( máy thu )