Mời các bạn cùng tham khảo nội dung đề tài "Hệ thống định vị toàn cầu GPS và ứng dụng" trong bài báo cáo đề tài Công nghệ vệ tinh sau đây để nắm bắt được tổng quan về cơ sở lý thuyết của hệ thống định vị toàn cầu GPS, các nguyên lý và phương pháp định vị tọa độ của một điểm trên trái đất, các thông tin về sai số và khảo sát độ chính xác của hệ thống GPS,...
Đ i H c Qu c Gia TP. H Chí Minh
ng Đ i H c Công Ngh Thông Tin
Ph n 1ầ Tr
Đ TÀI
GVHD:
ThS. Tr n Bá Nhi m
ự ệ Nhóm SV th c hi n: 08520599 Lê Văn
Th ngươ 08520618
08520032 Nguy n ễ
Thành Vinh
̣ ̉ Đăng Tiêu
Binh̀
TP. HCM, tháng 4 – 2012
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
́
́ Trich yêu
̀ ̀ ́ ụ ượ ̉ ̉ ́ M c tiêu va đôi t ́ ng tim hiêu cua bao cao
́ ́ ̀ ́ ́ ̀ ệ ố ầ ị ị ̉ ̣ ́ ứ Bao cao tim hiêu môt sô vân đê liên quan đên h th ng đ nh v toàn c u GPS và các ng
́ ̀ ự ủ ễ ễ ở ế ớ ứ ụ ự ̣ ̉ ụ d ng th c ti n c a nó. Trong đo, viêc tim hiêu các ng d ng th c ti n th gi i và
́ ́ ́ ̃ ̀ ư ở ệ ượ ̣ ̉ ̉ cũng nh Vi t Nam đ c quan tâm xem xet. Cu thê, bao cao se đi tông quan vê c s ơ ở
́ ́ ́ ầ ị ị ươ ̉ ̣ ly thuyêt cua hê thông đ nh v toàn c u GPS, các nguyên lý và ph ị ọ ị ng pháp đ nh v t a
ể ề ả ấ ộ ố ộ ộ ủ đ c a m t đi m trên trái đ t, các thông tin v sai s và kh o sát đ chính xác c a h ủ ệ
́ ́ ́ ̀ ̀ ố ứ ụ ả ̉ ̃ ̀ ư tim hiêu th ng GPS. T đo bao cao se ủ ệ ố vê các ng d ng c a h th ng GPS và kh năng
ụ áp d ng chúng vào th c t ự ế .
̀ ̀ ́ ́ ́ ươ ư Ph ng phap nghiên c u va tim kiêm thông tin
́ ́ ́ ́ ́ ́ ̃ ư ượ ̣ ở ̣ ử Trong bao cao, chung em s dung cac kiên th c đa đ c hoc môn “Công ngh v ệ ệ
ệ ạ ễ ượ ̣ ̣ tinh” và môn “Công ngh m ng vi n thông” đ c day ̣ ở ươ tr ̀ ̣ ng Đai hoc Công nghê
́ ́ ̀ ư ượ ử ề ệ ứ ̣ ́ Thông tin. Cac kiên th c đ ễ c s dung bao gôm các bài nghiên c u v v tinh và vi n
́ ̀ ́ ́ ̀ ử ̣ ̉ ̣ ể thông. Chung em s dung search google.com đê tim kiêm cac tai liêu liên quan, tìm hi u
ề ệ ố ủ ườ ạ ọ ệ ở ọ ệ các báo cáo v h th ng GPS c a các tr ng đ i h c, h c vi n Vi t Nam cũng nh ư
ế ớ ể ổ ợ ỉ trên th gi ộ i đ t ng h p thành m t bài báo cáo hoàn ch nh.
́ ́ ̉ Cac kêt qua thu đ ượ c
ượ ơ ả ủ ệ ố ệ ị ị ượ ư Đ a ra đ c các khái ni m c b n c a h th ng đ nh v GPS, nêu lên đ c các
ế ớ ộ ị ị ệ ố h th ng đ nh v “công c ng” trên th gi i.
ể ượ ấ ủ ệ ố ư ị ị Tìm hi u đ c c u hình c a h th ng đ nh v GPS, cũng nh các nguyên lý, các
ươ ị ọ ộ ủ ấ ỳ ể ị ể ấ ộ ph ng pháp đ đ nh v t a đ c a m t đi m b t k trên trái đ t.
ể ượ ư ố ị ị Tìm hi u đ c các nguyên nhân gây ra sai s trong quá trình đ nh v và đ a ra
Trang 3
ứ ủ ộ ị ằ ị các m c c a đ chính xác khi đ nh v b ng GPS.
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ủ ệ ố ự ứ ụ ể ộ ị ị D a vào đ chính xác khi đ nh v , tìm hi u các ng d ng c a h th ng GPS và
ứ ụ ả kh năng ng d ng chúng vào th c t ự ế .
Muc luc
̣ ̣
̀ơ
L i cam n
ướ ố ử ờ ả ơ ấ ế ắ ầ Tr c tiên, em mu n g i l ệ ầ i c m n sâu s c nh t đ n th y giáo ThS. Tr n Bá Nhi m
̀ ̀ ́ ̀ ́ ̀ ậ ướ ư ẫ đã t n tình h ́ ng d n chung em trong qua trinh nghiên c u đê tai nay.
́ ́ ỏ ờ ả ơ ữ ế ắ ả ạ Chung em xin bày t ầ i c m n sâu s c đ n nh ng th y cô giáo đã gi ng d y chung l
́ ữ ứ ế ậ ố ượ ả em trong b n năm qua, nh ng ki n th c mà chung em nh n đ c trên gi ng đ ườ ng
Trang 4
́ ữ ướ ươ ạ ọ ẽ đ i h c s là hành trang giúp chung em v ng b c trong t ng lai.
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
́ ̃ ́ ử ờ ả ơ ế ấ ả ạ ắ ố ố ̉ ́ Cu i cùng, chung em mu n g i l i c m n sâu s c đ n t ̀ t c b n bè đa gop y đê bai
́ ́ ơ ̣ ̀ bao cao hoan thiên h n.
́ ̀ ́ TP. Hô Chi Minh, thang 4 năm 2012
Danh muc̣
́ ́ ́ ́ Nhom viêt bao cao
̀ ̣ ̉ Danh muc hinh anh
Trang 5
ể ụ ả Danh m c b ng bi u
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
̣ ư Danh muc t ́ ́ ̀ viêt tăt
ừ ế ắ ả ườ T vi t t t Gi i thích T
ng minh C
CDMA Code Division Multiple Access ậ Đa truy nh p theo mã
G
ệ ố ầ ị ị H th ng đ nh v toàn c u
ộ ố GPS Global Positioning System ỳ do b qu c phòng Hoa K
Trang 6
ị ị thành l pậ ầ ệ ố H th ng đ nh v toàn c u GALILEO
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ố ị ầ ủ c a liên minh kh i EU ị ệ ố H th ng đ nh v toàn c u GLONASS
ủ c a Liên Bang Nga Là tên dùng chung cho các
ị ị ầ ệ ố h th ng đ nh v toàn c u
ử ụ s d ng ệ v tinh nh ư GPS
ố ị GNSS Global Navigation Satellite System ệ (Hoa Kỳ), H th ng đ nh
ị v Galileo (Liên minh châu
Âu) và GLONASS (Liên
ị GIS Geographic Information System bang Nga). ệ ố H th ng thông tin đ a lý
S
ụ ẩ ị ỉ D ch v tiêu chu n, ch
ấ ộ SPS Standard Positioning Service cung c p cho quân đ i Hoa
Kỳ
U
ụ ả ỳ USNO C c h i quân Hoa K
ị United States Naval Observatory ậ Đ nh lu t
ể ộ Các hành tinh chuy n đ ng
ặ ờ quanh m t tr i theo qu ỹ ị ậ Đ nh lu t ớ ặ ờ ạ đ o hình elip, v i m t tr i . Kepler I: ở ộ ể m t trong 2 tiêu đi m
ệ ở ị ủ c a elip đó. Di n tích quét b i vector ậ Đ nh lu t
ủ ộ bán kính c a m t hành tinh Kepler II:
ậ ớ ờ ỷ ệ t l thu n v i th i gian.
ộ Hay nói m t cách khác
Trang 7
ệ di n tích bán kính vector
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ượ quét đ ộ c trong m t
ả ờ kho ng th i gian là nh ư
ươ nhau. Bình ph ng chu k ỳ
ủ ể ộ ộ chuy n đ ng c a m t
hành tinh thì t ỷ ệ ớ ậ v i l p l ị ậ Đ nh lu t ươ ụ ớ ph ủ ng bán tr c l n c a Kepler III: ỹ ạ ủ qu đ o elip c a hành tinh
đó.
Trang 8
( T2/a3 = const )
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ể ượ ậ ứ ệ ằ ọ Ngày nay, khoa h c công ngh ngày càng phát tri n v ầ t b c nh m đáp ng nhu c u
ủ ườ ệ ị ngày càng cao c a con ng i. Trong đó, công ngh đ nh vị vị trí v tậ thể ở ngoài trời
ấ ượ ở ấ cứ vị trí nào trên trái đ t đ b t c quan tâm phát tri n ể . Hi nệ nay, có r tấ nhi uề
ệ ố ệ ố ầ ố ị ị ị chổ ức, qu cố gia phát triển h th ng đ nh v toàn c u. Trong s các h th ng đ nh v t ị
ệ ố ầ ị ị ượ ử ụ ổ ế ả ơ toàn c u đó thì h th ng đ nh v GPS là đ ệ ố c s d ng ph bi n h n c . H th ng
ượ ử ụ ự ự ả ộ ỹ GPS đ c s d ng c trong lĩnh v c quân s (dành riêng cho quân đ i M ) hay dân
ế ớ ượ ừ ữ ự s (toàn th gi i, đ ủ ỹ c chính ph M cho phép t nh ng năm 1980 mà không tính
ượ ử ụ ự ể ụ ụ ề ờ ề phí). Chính nh đi u này, GPS đã đ c s d ng trong nhi u lĩnh v c đ ph c v con
ườ ỉ ườ ả ả ị ườ ng ề i: qu n lý và đi u hành xe, ch đ ắ ng, kh o sát tr c đ a, môi tr ả ng, b n đ ồ
hàng không. Ở Vi ề tệ Nam do nhi u nguyên nhân và đi uề ki nệ khác nhau GPS v nẫ
ụ ượ ế ả ư ch a đ ượ sử dụng m tộ cách r ng ộ c ư ư ậ rãi cũng nh ch a t n d ng đ c h t kh năng
ặ ệ ố ớ ườ ố ủ c a GPS, đ c bi t đ i v i ng ầ i dùng đ u cu i.
ứ ứ ạ ổ ề ệ ố Trong khuôn kh nghiên c u này, chúng em xin m n phép nghiên c u v h th ng
ự ễ ủ ụ ứ ụ ủ ứ ị ằ ị đ nh v GPS và các ng d ng th c ti n c a nó. M c tiêu c a nghiên c u không nh m
ủ ệ ố ề ơ ở ỉ ư ư ế ị ị ậ đi sâu v c s lý thuy t cũng nh cách v n hành c a h th ng đ nh v mà ch đ a ra
ề ệ ố ạ ộ ứ ứ ổ ụ các nhìn t ng quan v h th ng, cách th c ho t đ ng và sau đó đi tìm các ng d ng
ự ế ượ ừ ệ ố ủ ấ ượ th c t đã đ ụ c áp d ng t h th ng này. C u trúc c a báo cáo đ c chia thành các
ư ầ ph n chính nh sau:
ờ ớ ề ề ạ ượ ụ ệ ầ 1. ầ – Gi i thi u v đ tài và các m c tiêu c n đ t đ c khi L i nói đ u
nghiên c u.ứ
ơ ở ớ ệ ổ ị ị 2. ế – Gi ầ ề ệ ố i thi u t ng quan v h th ng đ nh v toàn c u C s lý thuy t
ệ ố ứ ệ ị ị ạ ư nói chung và h th ng đ nh v GPS, đ a ra các khái ni m và cách th c ho t
ủ ệ ố ư ậ ộ đ ng cũng nh v n hành c a h th ng GPS.
Trang 9
Ứ ủ ệ ố ụ ứ ị ị 3. ụ ự ễ – Nêu ra các ng d ng c a h th ng đ nh v GPS. ng d ng th c ti n
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ả ạ ượ ế ế 4. ữ ậ – Rút ra nh ng k t qu đ t đ ứ c trong quá trình nghiên c u K t lu n
ề đ tài.
2.1. Khái quát v GPS và h th ng đ nh v GPS
ệ ố ầ ượ ị ị ế Global Positioning H th ng đ nh v toàn c u đ c vi ế ắ t t t theo ti ng Anh là GPS (
ệ ố ệ ố ệ ờ ộ ộ System). Hi n th i có hai h th ng GPS “công c ng”. H th ng NAVSTAR là m t
ỹ ở ữ ượ ộ ố ỹ ệ ố h th ng do M s h u và đ c B Qu c phòng M (DoP: Department of Defense)
ề ở ữ ủ ệ ố ệ ố ặ ộ giám sát. H th ng GLONASS là h th ng thu c quy n s h u c a Nga. M c dù
ệ ố ệ ố ữ ề ị ị ầ ả c hai h th ng NAVSTAR và GLONASS đ u là nh ng h th ng đ nh v toàn c u
ư ườ ượ ề ậ ệ ố ớ ọ nh ng NAVSTAR th ng đ c đ c p v i tên g i là GPS vì h th ng này t n t ồ ạ i
ướ ệ ố ề ậ ỉ ậ ề ế ộ tr c. N i dung đ tài này ch t p trung đ c p đ n h th ng NAVSTAR GPS.
ệ ố ượ ả ở ươ H th ng NAVSTAR đ c qu n lý b i Văn phòng ch ng trình NAVSTAR GPS
ặ ạ ứ (NAVSTAR GPS Joint Program Office) đ t t i căn c không quân Los Angeles.
ạ ấ ự ể ề ẫ Đi m liên l c l y thông tin v NAVSTAR cho phía dân s là Trung tâm D n
ườ ả ậ ộ ộ đ ng Hàng h i ( ậ ả NAVCEN) thu c b ph n Giám sát H i ph n M ( ỹ U. S. Coast
ệ ố ấ ệ ề ạ Guard). NAVCEN cung c p thông tin v tr ng thái h th ng trong các trang tài li u
ụ ể ậ ả ẩ ừ ệ ố NANU. Máy thu dân d ng có th nh n các s n ph m t h th ng NAVSTAR
Ủ ụ ụ ế ị thông qua y Ban Giao ti p d ch v GPS dân d ng (CGSIC).
ệ ố ẫ ườ ề ị ệ ể ấ ố ộ Các h th ng d n đ ng v tinh dùng đ cung c p thông tin v v trí, t c đ và
ờ ở ọ ể ề ệ ờ ọ th i gian cho các máy thu ờ ấ m i th i đi m trên trái đ t, trong m i đi u ki n th i
ế ệ ố ố ừ ể ớ ị ị ế ti t. H th ng có th xác đ nh v trí v i sai s t vài trăm mét đ n vài mét và có th ể
ấ ả ố ộ ỉ gi m xu ng ch còn vài centimet. T t nhiên, đ chính xác càng cao thì máy thu GPS
Trang 10
ứ ạ ế ơ càng ph c t p h n và giá thành vì th cũng tăng theo.
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
2.2. C u hình c a h th ng đ nh v GPS
ệ ố ạ ạ ồ H th ng GPS bao g m ba phân đo n là phân đo n không gian (space segment),
ủ ệ ố
ấ
ị
ị
Hình 2.1. C u hình c a h th ng đ nh v GPS
ề ể ạ ạ ườ phân đo n đi u khi n (control segment), phân đo n ng i dùng (user segment).
2.2.1. Phân đo n không gian
ộ ệ ố ỹ ạ ể ệ ồ ộ GPS là m t h th ng g m 24 v tinh chuy n đ ng trên các qu đ o chung
ỗ ệ ử ụ ấ ả ấ ượ ặ quanh Trái Đ t. M i v tinh n ng kho ng 2 t n, s d ng năng l ờ ặ ng M t Tr i,
ặ ấ ể ả ấ ộ ỳ chuy n đ ng cách m t đ t kho ng 20.183km và có chu k quay quanh trái đ t là
ờ ệ ầ ấ 11 gi 57’58”. Các v tinh GPS bay vòng quanh Trái Đ t hai l n trong ngày theo
ộ ỹ ạ ấ ệ ố
ấ m t qu đ o r t chính xác và phát tín hi u có thông tin xu ng Trái Đ t. Các Trang 11
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ằ ậ ượ ượ máy thu GPS nh n thông tin này và b ng phép tính l ng giác tính đ c chính
ủ ị ườ ề ả ấ ờ xác v trí c a ng ệ i dùng. V b n ch t, máy thu GPS so sánh th i gian tín hi u
ượ ừ ệ ậ ớ ượ ề ờ đ c phát đi t ờ v tinh v i th i gian nh n đ ệ c chúng. Sai l ch v th i gian
ế ồ ớ ề ệ cho bi t máy thu GPS cách v tinh bao xa. R i v i nhi u quãng cách đo đ ượ c
ớ ệ ề ể ượ ị ủ ườ ể ị t i nhi u v tinh máy thu có th tính đ c v trí c a ng i dùng và hi n th lên
ồ ệ ử ủ ả ượ ớ ấ ả b n đ đi n t c a máy. Máy thu GPS ph i có đ ệ ủ c v i tín hi u c a ít nh t ba
ể ể ề ộ ộ ị ượ ệ v tinh đ tính ra v trí hai chi u (kinh đ và vĩ đ ) và đ theo dõi đ ể c chuy n
ơ ố ệ ớ ố ề ể ầ ộ đ ng. V i b n hay nhi u h n s v tinh trong t m nhìn thì máy thu có th tính
ượ ị ề ộ ộ ộ ị ườ đ ộ c v trí 3 chi u (kinh đ , vĩ đ và đ cao). M t khi v trí ng i dùng đã tính
ượ ư ố ộ ướ ể đ c thì máy thu GPS có th tính các thông tin khác nh t c đ h ể ng chuy n
ể ớ ế ể ặ ờ ọ ờ ộ đ ng, bám sát di chuy n quãng cách t ặ i đi m đ n, th i gian M t Tr i m c, l n
ữ ề ứ và nhi u th khác n a.
ơ ả ứ ạ Phân đo n không gian có các ch c năng c b n sau:
ữ ữ ệ ượ ậ ừ ề ể ạ ư Nh n và l u tr d li u đ ề c truy n lên t phân đo n đi u khi n.
ẩ ầ ố ờ ờ ử Duy trì th i gian chính xác nh các chu n t n s nguyên t ệ trên v tinh
ử ồ ồ (đ ng h nguyên t ).
ệ ớ ề ườ ặ Truy n thông tin và tín hi u t i cho ng ộ i dùng trên m t ho c hai băng
Trang 12
ầ t n L.
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ạ
Hình 2.2. Phân đo n không gian
ề ể ề ể ạ ầ ồ Ph n đi u khi n bao g m: 1 tr m đi u khi n trung tâm (Master Control Station)
ệ ệ ạ ạ ố ỉ và 5 tr m theo dõi v tinh (Monitor Station), 3 trong s đó là tr m hi u ch nh s ố
ặ ấ ụ ệ ặ ườ li u (Upload Station) đ t trên m t đ t, liên t c giám sát đ ủ ng đi c a các v ệ
tinh trong không gian.
ụ ệ ể ầ ạ ề Các tr m trong ph n đi u khi n có nhi m v :
ồ ệ ỹ ạ ệ ồ ỉ Giám sát và hi u ch nh qu đ o và đ ng h v tinh.
ẫ ả ườ ệ ả ượ ở Tính toán và g i các b n tin d n đ ng v tinh. B n tin này đ ậ c c p
ậ ả ề ị ươ nh t hàng ngày mô t ệ v v trí v tinh trong t ậ ữ ệ ng lai và thu nh n d li u
ở ề ệ ừ ấ ả t t c các v tinh g i v . t
Trang 13
ẫ ườ ậ ậ ả ệ ộ ườ C p nh t các b n tin d n đ ng v tinh m t cách th ng xuyên.
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ệ ố
ề
ầ
ể ệ Hình 2.3. Ph n đi u khi n v tinh trong h th ng GPS
ặ ở ề ạ ạ ể Tr m đi u khi n trung tâm đ t Colarado Spring, Colorado USA. Tr m trung
ạ ộ ề ể ề ề ể ạ ố ọ ầ tâm đi u ph i m i ho t đ ng trong ph n đi u khi n. Tr m đi u khi n trung
ộ ồ ồ ử ồ ờ ượ tâm có m t đ ng h nguyên t ủ ồ , th i gian c a đ ng h này đ ề ể c dùng đ truy n
ể ệ ệ ờ ồ ồ ỉ ử ủ ẩ ế đ n cho v tinh, là th i gian chu n đ hi u ch nh đ ng h nguyên t c a v ệ
ặ ạ
ể
ị
ặ ấ ề Hình 2.4. V trí đ t tr m đi u khi n GPS trên m t đ t
Trang 14
tinh.
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ể ệ ề ạ ạ ẽ ề Các tr m giám sát theo dõi v tinh 24h/ngày. Tr m đi u khi n trung tâm s đi u
ể ạ ườ ặ ạ ể ố khi n các tr m giám sát thông qua các đ ng n i. Các đi m đ t tr m giám sát
ấ ủ ệ ố c a h th ng trên trái đ t:
Ascension island
Colorado Spring, Colorado USA
Diego Garcia island
Hawaii
Kawajalein island
ạ ở ố ừ ệ Tr m theo dõi thông tin g i xu ng t v tinh:
ủ ồ ồ ệ ủ ờ Báo cáo chính xác c a th i gian c a đ ng h v tinh.
ề ữ ệ ể ể ề ạ ậ ợ ọ T p h p chuy n cho tr m đi u khi n m i thông tin v d li u khí t ượ ng
ấ ồ ệ ộ ể ươ ể ạ bao g m: áp su t khí áp, nhi t đ , đi m s ề ng. Tr m đi u khi n trung
ữ ệ ử ụ ữ ự ư ề ể ỹ ạ tâm s d ng nh ng d li u này đ tính toán và đ a ra d báo v qu đ o
ươ ệ v tinh trong t ng lai.
ố ệ ử ụ ể ở ề ể ệ ạ ạ ỉ Tr m đi u khi n trung tâm s d ng các tr m hi u ch nh s li u đ g i thông
ệ ồ tin cho v tinh bao g m:
ử ụ ệ ệ ệ ệ ệ ạ ỉ ệ M nh l nh hi u ch nh vĩ đ o v tinh. V tinh s d ng tín hi u này đ ể
ể ư ệ ở ộ ử ề ề ạ kh i đ ng các tên l a đi u khi n đ a v tinh v vĩ đ o đúng.
ẫ ườ ả ế ệ B n tin d n đ ng đ n v tinh.
ố ệ ệ ạ ạ ỉ ượ ặ ở Các tr m hi u ch nh s li u là các tr m đ c đ t Ascension island, Diego
Trang 15
Garcia island và Kawajalein island.
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
2.2.3.
Phân đo n s d ng
ồ ế ị ử ụ ụ ề ệ Bao g m các thi t b thu tín hi u GPS s d ng cho nhi u m c đích khác nhau.
ể ạ ế ị ế ứ ạ ừ ế ị Ki u lo i thi t b thu h t s c đa d ng, t các thi ắ ề t b xách tay không đ t ti n
ệ ố ứ ạ ả ượ ỏ ấ ượ ứ ấ ỉ ế đ n các h th ng ph c t p đòi h i ph i đ c c p ch ng ch ch t l ng k ỹ
ứ ử ụ
Hình 2.5. Các hình th c s d ng GPS
ậ ể ẫ ườ ị ề thu t đ trang b cho các trung tâm d n đ ng, đi u hành bay.
ế ị ệ ậ ộ ồ ả Thi ủ ế t b máy thu tín hi u GPS ch y u g m anten thu, b ph n gi i mã, b ộ
ố ớ ử ủ ệ ệ ậ ph n x lý các mã c a tín hi u v tinh GPS, riêng đ i v i ngành hàng không nó
ử ẫ ườ ề ể ổ còn x lý các thông tin d n đ ị ng và truy n hi n th các thông tin cho t lái và
ế ị ầ ử ụ ữ ệ ộ ố m t s thi t b c n s d ng d li u GPS trong quá trình bay.
2.3. Nguyên lý xác đ nh v trí c a GPS
ệ ể ấ ị ế Các v tinh chính là các đi m tham chi u cho các v trí trên trái đ t. Nguyên lý c ơ
ử ụ ể ả ủ b n c a GPS là s d ng “phép tính toán tam giác”. Đ tính toán tam giác, máy thu
ự ể ề ế ả ờ ờ GPS đo kho ng cách d a vào th i gian truy n sóng vô tuy n. Đ đo th i gian đó,
ầ ị ượ ả ờ ộ ớ ả GPS c n ph i xác đ nh đ c th i gian m t cách chính xác. Cùng v i kho ng cách,
ầ ả ị ượ ủ ị GPS cũng c n ph i xác đ nh đ ệ c chính xác v trí c a v tinh trong không gian.
ố ệ ố ễ ệ ề ầ ả ờ ỉ
ầ Cu i cùng, h th ng c n ph i hi u ch nh th i gian tr khi truy n sóng qua t ng khí Trang 16
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ể ả ằ ị ớ ệ ể ị ượ quy n. B ng cách xác đ nh kho ng cách t i 3 v tinh, ta có th xác đ nh đ ị c v trí
ị ộ
ằ
ị
ể Hình 2.6. Cách đ nh v m t đi m trong không gian b ng GPS
ể ằ ỉ ạ ể ộ ủ c a ta ch có th n m t i m t trong hai đi m trong không gian.
ề ừ ệ ề ấ ờ ỉ ớ ờ V n đ ch còn là đo th i gian truy n t v tinh t ộ ấ i máy thu. Th i gian là m t v n
ấ ở ứ ạ ứ ế ệ ấ ắ ờ ở ề đ khá ph c t p. Th nh t b i vì th i gian r t ng n. N u v tinh ngay phía trên
ỉ ấ ề ầ ả ả ờ ồ thì th i gian truy n ch m t kho ng 0.06 giây. Do đó chúng ta c n ph i có các đ ng
ả ử ể ộ ồ h chính xác. Gi ộ ả ệ s có m t cách đ làm cho c v tinh và máy thu cùng phát m t
ư ệ ờ ư ề ớ ệ ế ể tín hi u nh nhau đúng 12 gi tr a. N u tín hi u đó có th truy n t i máy thu, thì
ộ ừ ẽ ệ ộ ừ ệ ẽ chúng ta s có hai tín hi u, m t t chính máy thu, m t t v tinh. Khi đó, s có hai
ộ ớ ả ừ ệ ể ị ễ ả ồ phiên b n không đ ng b v i nhau. Phiên b n t v tinh có th b tr ả do ph i
ề ế ả ố ế ặ truy n qua kho ng cách 11000 d m (~20000km). N u ta mu n bi t tín hi u t ệ ừ ệ v
ị ễ ể ế ồ ộ ớ ệ ủ tinh b tr bao nhiêu, ta có th cho tín hi u c a máy thu đ n khi chúng đ ng b v i
nhau.
ệ ủ ả ị ể ể ả ờ ượ Kho ng th i gian chúng ta ph i d ch chuy n tin hi u c a máy thu đ có đ ồ c đ ng
ề ừ ệ ớ ớ ể ờ ộ ằ b b ng v i th i gian truy n t v tinh cho t i máy thu. Do đó, chúng ta có th nhân
Trang 17
ớ ậ ố ẽ ờ ị ượ ả ớ ệ th i gian đó v i v n t c ánh sáng và s xác đ nh đ c kho ng cách t i v tinh.
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ứ
ả
ừ
ế ệ
Hình 2.7. Công th c tính kho ng cách t
máy thu đ n v tinh
Distance = Time Delay * Speed of Light
ỗ ệ ộ ả ấ ẫ ả ẫ ề ử ụ M i v tinh đ u s d ng m t mã gi ng u nhiên duy nh t. Mã gi ng u nhiên là
ề ặ ậ ơ ở ủ ứ ạ ố ấ ầ ộ ộ m t ph n c s c a GPS. V m t v t lý nó là m t mã s r t ph c t p, nói cách
ộ ỗ ự ệ ế ở ỗ khác nó là m t chu i các ký t ầ ứ ạ đóng m . Tín hi u ph c t p đ n n i trông nó g n
ư ễ ẫ ả ẫ nh là nhi u ng u nhiên, đó đó nó có tên là “gi ng u nhiên”.
ả ằ ứ ạ ộ ư ự ự ể ả ồ ứ ạ S ph c t p đó có m t u đi m: s ph c t p đ m b o r ng máy thu không đ ng
ệ ệ ạ ả ả ộ ố ộ ớ b v i m t tín hi u nào đó không mong mu n. D ng tín hi u cũng đ m b o không
ư ậ ễ ệ ệ ạ ộ ộ ở có m t tín hi u nhi u nào có d ng đúng nh v y. B i vì v tinh có m t mã gi ả
ệ ắ ằ ầ ẫ ấ ả ủ ng u nhiên duy nh t, do đó đ m báo r ng máy thu không b t nh m tín hi u c a
ầ ố ố ể ử ụ ộ ệ ệ m t v tinh khác. Do đó các v tinh có th s d ng t n s gi ng nhau mà không s ợ
ễ ẫ ệ ố ề ế ễ ố ơ gây phi n nhi u l n nhau. Và còn khó h n n u ai đó mu n gây nhi u cho h th ng.
Trang 18
ự ế ả ỹ ề ể ẫ ộ ố Trong th c t mã gi ng u nhiên còn cho phép b qu c phòng M đi u khi n truy
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ữ ể ử ụ ệ ố ư ộ ả ẫ ậ c p vào h th ng. Nh ng còn m t lý do n a đ s d ng mã gi ng u nhiên, đó là
ể ử ụ ế ệ ế ể ạ có th s d ng “lý thuy t thông tin đ khuy ch đ i tín hi u GPS”. Đó chính là lý do
ầ ử ụ ể ệ ề ớ ạ t i sao các máy thu GPS không c n s d ng các anten l n đ thu tín hi u – đi u này
ế ấ ở khi n cho GPS tr nên r t kinh t ế .
ư ấ ệ ế ố ờ ừ ệ ế ờ N u nh m u ch t là đo th i gian tín hi u đi t v tinh đ n máy thu, thì th i gian
ả ấ ệ ế ầ ầ ở ộ ớ ờ đó c n ph i r t chính xác, b i vì n u th i gian l ch đi m t ph n nghìn giây thì v i
ộ ệ ẽ ặ ị ị ố ộ t c đ ánh sáng, đ l ch v trí xác đ nh s là 200 d m.
ố ớ ệ ự ỳ ộ ờ ồ ở ồ Đ i v i v tinh, th i gian có đ chính xác c c k cao b i vì nó có đ ng h nguyên
ặ ấ ố ớ ớ ằ ư ử ấ t r t chính xác. Nh ng còn đ i v i các máy thu trên m t đ t? Ta nh r ng c v ả ệ
ả ồ ầ ộ ả ệ ố ẫ ớ ớ tinh và máy thu c n ph i đ ng b mã gi ng u nhiên v i nhau thì h th ng m i có
ủ ư ế ầ ả ồ ồ ị ử giá tr . Nh ng n u máy thu c a chúng ta c n ph i có đ ng h nguyên t thì h ệ
ẽ ở ố ế ồ ử ừ th ng GPS s tr nên không kinh t ồ (đ ng h nguyên t có giá t ế $50 đ n $100),
ữ ấ ả ườ ế ế ệ ố ẩ làm tăng giá thành s n ph m. R t may là nh ng ng i thi t k h th ng GPS có
ệ ờ ự ữ ệ ế ộ ộ ờ m t sáng ki n tuy t v i, đó là th c hi n thêm m t phép đo n a. Bây gi chúng ta s ẽ
Trang 19
ể ụ ể tìm hi u c th :
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ả ử ị ự ủ Gi s v trí th c c a chúng ta n m ằ ở
ệ ệ cách v tinh A là 4 giây và cách v tin B
ườ là 6 giây. Hai đ ắ ng tròn c t nhau t ạ i
ể ầ ị ị ị đi m X chính là v trí c n đ nh v .
ả ử ằ ồ ủ ồ ư Nh ng gi s r ng đ ng h c a máy
ớ ồ ậ ơ ồ ầ thu ch m h n so v i đ ng h toàn c u
ả ừ 1 giây. Khi đó kho ng cách t máy thu
ệ ớ ệ ẽ ế đ n v tinh A s là 5 giây và t i v tnh
ủ B là 7 giây. Do đó, giao c a hai đ ườ ng
ẽ ạ ể tròn s là t ư ậ i đi m XX. Nh v y
ả ừ ớ kho ng cách t X t ẽ i XX s là sai s ố
ự ủ ồ gây ra do s không chính xác c a đ ng
ờ
ỉ
ề ứ ỏ Hình 2.8. Mô ph ng cách th c đi u ồ ạ ủ ồ i máy ch nh th i gian c a đ ng h t thu
ờ ộ ệ ử ụ ồ h . Bây gi ta s d ng m t v tinh th ứ
ư ồ ế ồ ba. N u nh đ ng h chính xác thì c ả
ẽ ắ ể ạ ộ ba đi m này s c t nhau t ể i m t đi m.
ườ ắ Mà hai đ ng tròn trên đã c t nhau t ạ i
ườ ứ ế XX thì n u đúng, đ ng tròn th ba
ư ẽ ể cũng s đi qua đi m XX. Nh ng vì
ồ ủ ế ồ đ ng h c a ta sai 1 giây, do đó k t
ả ẽ ườ ứ qu s là: đ ng tròn th ba không đi
ế qua XX, do đó máy thu bi t ngay là có
ố ề ờ sai s v th i gian.
ố ờ ẽ ả ở ưở ấ ả B i vì sai s th i gian này s nh h ng lên t t c các phép đo cho nên máy tính s ẽ
ị ử ỗ ộ ấ ả ườ tính toán và rút ra m t giá tr s a l i sao cho t t c các đ ộ ng tròn đi qua đúng m t
ụ ể ị ượ ị ầ ử ẽ ừ đi m. Trong ví d này, giá tr c n s a s tr đi 1 giây. Sau khi xác đ nh đ c giá tr ị
ể ử ụ ừ ị ử s a, máy thu có th s d ng giá tr này cho các phép đo sau này. Và t ồ đó đ ng h ồ
Trang 20
ượ ộ ớ ử ấ ồ ờ ủ c a máy thu đã đ ầ c đ ng b v i th i gian toàn c u. T t nhiên quá trình s a này
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ỳ ể ả ả ồ ồ ộ ị ầ ậ ạ c n l p l ớ ồ ủ i theo đ nh k đ đ m b o đ ng h c a máy thu luôn luôn đ ng b . V i
ữ ẻ ể ấ ậ ượ ờ cách này, th m chí nh ng máy thu GPS r nh t cũng có th có đ c th i gian chính
ư ử ụ ồ ồ ử ờ ể ị xác nh s d ng đ ng h nguyên t và bây gi chúng ta đã có th xác đ nh đ ượ c
ị chính xác v trí.
ệ ố ử ụ ả ủ ệ ể ằ ầ ấ S d ng h qu c a nguyên lý trên, ta có th rút ra r ng: h th ng GPS c n ít nh t
ệ ể ể ị ượ ớ ệ ị ố b n v tinh đ có th xác đ nh đ ủ c chính xác v trí c a ta so v i v tinh.
ể ả ị ị ế ị ủ ệ ể ấ ể Đ xác đ nh v trí ta còn ph i bi ế t v trí c a v tinh đ l y đó làm đi m tham chi u.
ỹ ạ ể ộ ề ơ ả v c b n các qu đ o là khá chính xác. Tuy nhiên, đ tăng đ chính xác thì các v ệ
ượ ọ ử ụ ở ộ ố tinh GPS luôn đ c giám sát b i b qu c phòng. H s d ng các radar vô cùng
ể ể ả ị ủ ể ệ ồ ị chính xác đ có th ki m tra v trí chính xác c a các v tinh, bao g m c v trí và
ộ ỗ ượ ể ượ ọ ỗ ả ở ưở ố t c đ . L i đ c ki m tra đ c g i là “l i thiên văn” b i vì chúng nh h ế ng đ n
ỹ ạ ệ ọ ộ ộ ỗ ở ự ọ ọ t a đ thiên văn hay g i là t a đ qu đ o v tinh. Các l i này gây ra b i l c hút
ấ ủ ứ ạ ặ ờ ặ ờ ệ ặ ỗ ủ c a m t trăng, m t tr i và do áp su t c a b c x m t tr i lên v tinh. Các l i này
ườ ỏ ư ự ế ẽ ế ả ấ ố th ng r t nh nh ng n u mu n có s chính xác thì s ph i tính đ n nó. Sau khi b ộ
ủ ệ ọ ẽ ề ố ị qu c phòng đã đo chính xác v trí c a v tinh, h s truy n thông tin đó quay l ạ ệ i v
ề ị ủ ẽ ệ ệ ả tinh. V tinh sau đó s phát cùng trong tín hi u c a mình c thông tin v v trí đã
ủ ệ ư ậ ủ ệ ề ả ả ồ ỉ hi u ch nh. Nh v y b n tin c a v tinh bao g m c thông tin v thiên văn c a nó
ỹ ạ ớ ờ ị ị ượ ủ ị (qu đ o, v trí). V i th i gian chính xác và xác đ nh đ c v trí chính xác c a v ệ
ủ ể ị tinh ta có th tính toán v trí c a mình.
2.4.
Ph
ng pháp đ nh v trí c a GPS
2.4.1. Định vị tuy tệ đối
Định vị tuy tệ đối còn gọi là đ nị h vị điểm đ nơ , tức là dựa vào trị đo khoảng
cách từ v ệ tinh đến máy thu GPS để xác định trực ti pế vị trí tuy tệ đối của
anten máy thu trong hệ toạ độ WGS84 (hệ toạ độ có điểm gốc là tâm
khối l ngượ Trái đất). Định v ị tuyệt đối còn đ
cượ chia thành định vị tuyệt đối Trang 21
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
tĩnh và định vị tuyệt đối đ nộ g. "Tĩnh" hay "động" là nói trạng thái của
(anten) máy thu trong quá trình định vị.
Độ chính xác của định vị tuyệt đối tĩnh cướ đ tạ cỡ mét, còn độ chính xác định
2.4.2.
Định vị t
ngươ đối
vị tuy tệ đối động khoảng 10 40 mét.
Định vị t ngươ đối là trường hợp dùng hai máy thu GPS đặt ở hai đi mể
khác nhau (hai đi mể mút của một đường đáy) quan tr cắ đồng bộ cùng các
v ệ tinh để xác định vị trí tư nơ g đối (DX, DY, DZ ho cặ DB, DL, DH) giữa hai
đi m mể út của đư nờ g đáy ho c ặ vector đư nờ g đáy trong h ệ toạ độ WGS84.
Tư nơ g tự, nhiều máy thu đ cượ đ tặ ở các điểm mút của một số đường đáy,
ể quan tr c ắ đồng bộ cùng các v ệ tinh GPS thì có th xác định được một số vector
đư nờ g đáy đó. Nếu đã biết toạ độ của một điểm thì có thể dùng vector đường
đáy để tính to ạ độ của đi m ể kia.
Định vị tương đối cũng đ cượ phân chia thành định vị tư nơ g đối tĩnh và đ nị h vị
2.4.3. Định vị sai phân
tư nơ g đối động.
Định vị GPS sai phân còn gọi là định vị GPS vi phân (Differential GPS viết t tắ
là DGPS). Trong phư nơ g pháp này, một máy thu đ tặ t iạ một đi mể đã biết toạ
độ, gọi là trạm gốc ho cặ trạm tham khảo, đồng thời có máy thu khác đ tặ ở
điểm cần xác định toạ độ, gọi là trạm đo. Dựa vào toạ độ chính xác đã biết
của tr mạ gốc, tính số hiệu chỉnh khoảng cách từ tr mạ gốc đến vệ tinh và số
hi uệ ch nỉ h này được máy GPS ở tr mạ gốc phát đi. Máy thu ở tr m ạ đo, trong
khi đo đ nồ g thời cũng thu được số hiệu ch nỉ h từ tr mạ gốc và ti n ế hành hiệu
Trang 22
ch nỉ h kết quả định vị, từ đó nâng cao độ chính xác đ nị h vị.
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
2.5.
Sai s trong đ nh v GPS
Định vị GPS về thực chất đ cượ xây d nự g trên cơ sở giao hội không gian các
khoảng cách đo được từ máy thu đ nế các vệ tinh có to ạ độ đã biết. Khoảng cách
đo được là hàm của thời gian và tốc độ lan truyền tín hiệu trong không gian giữa
v ệ tinh và máy thu. Vì v yậ k tế quả đo chịu ảnh hưởng trực ti pế của các sai số
của vệ tinh, của máy thu, của môi trư nờ g lan truy nề tín hi uệ và các nguồn sai số
khác. Các nguồn sai số đó có tính chất hệ thống và tính chất ng uẫ nhiên ảnh
2.5.1. Sai số đồng hồ
hư nở g đến k tế qu ả đo GPS.
Sai số đồng hồ gồm sai số đồng hồ vệ tinh, đ nồ g hồ máy thu và sự
không đồng bộ giữa chúng. Đ nồ g hồ vệ tinh là đồng hồ nguyên tử, độ chính
xác cao nhưng không ph iả hoàn toàn không có sai số. Trong đó sai số hệ
thống lớn hơn sai số ng uẫ nhiên rất nhiều, nh ngư có th ể dùng mô hình để cải
chính sai số hệ thống, do đó sai số ngẫu nhiên trở thành chỉ tiêu quan trọng để
đánh giá độ chính xác của đồng hồ. Khi hai tr mạ đo ti nế hành quan tr cắ đồng
ưở bộ đối với v ệ tinh thì ảnh h ng của sai số đ nồ g hồ vệ tinh đối với trị đo của
hai tr mạ là như nhau.
Đồng hồ máy thu là đ nồ g hồ thạch anh. Cùng một máy thu, khi quan tr cắ
đ nồ g thời nhiều vệ tinh thì sai số đồng hồ máy thu có ảnh hư nở g như
nhau đối với các trị đo t ngươ ứng và các sai số đồng hồ của các máy thu có thể
đ cượ coi là độc l pậ với nhau.
Trang 23
8 Như đã bi t ế v n ậ tốc truy nề tín hiệu x pấ x ỉ 3.10 m/s, do đó nếu đ nồ g hồ
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
4 thạch anh có sai số 10 giây thì sai số t ngươ nứ g của khoảng cách là 30.000m;
7 nếu đồng hồ nguyên tử có sai số 10 giây thì sai số t ngươ nứ g của
khoảng cách là 30m.
Trong định vị GPS t ngươ đ iố , sử dụng các sai phân b cậ 1, 2, 3, có th ể loại
2.5.2. Sai số quỹ đạo v tệ inh
trừ hoặc gi mả thi uể ảnh h ngưở sai số đồng hồ trong kết quả đo.
ườ Do sự thay đổi của trọng tr ng Trái đất, sức hút Mặt trăng, Mặt trời và các
thiên thể khác... tác động lên vệ tinh, nên chuyển động của vệ tinh trên quỹ
đ oạ không hoàn toàn tuân theo đ nị h lu tậ Kepler. Đó là nguyên nhân gây nên sai
số quỹ đạo vệ tinh hay còn gọi là sai số vị trí của vệ tinh. Trong đ nị h vị GPS
cần phải sử d nụ g lịch quỹ đạo vệ tinh (Ephemerit). Các tr mạ điều khiển
quan tr cắ liên tục để xác đ nị h quỹ đ oạ chuyển đ nộ g của vệ tinh và đa ra lịch
dự báo, gọi là lịch v ệ tinh quảng bá, cung c pấ đại trà cho người sử d nụ g bằng
cách thu trực tiếp nhờ máy thu GPS. Lịch vệ tinh quảng bá cho phép xác đ nị h
vị trí tức thời của v ệ tinh với độ chính xác cỡ 20 100 m.
Ngoài lịch v ệ tinh quảng bá còn có lịch v ệ tinh chính xác (Precise Ephemerit).
Lịch v ệ tinh này đ cượ thành lập từ k tế quả hậu xử lý số liệu quan tr cắ ở các
thời điểm trong khoảng thời gian quan tr c,ắ có độ chính xác toạ đ ộ v ệ tinh cỡ
10 50m.
Sai s ố v ị trí của vệ tinh chịu ảnh h ngưở g n ầ như trọn v n ẹ đến đ cộ hính xác
t aọ độ điểm định vị tuy tệ đối (định vị điểm đ nơ ), nh ngư l iạ đ cượ lo iạ trừ
Trang 24
v ề cơ bản trong kết qu ả định vị t ngươ đ iố .
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
2.5.3. Sai số do tầng đi n ệ ly và tầng đối l uư
Tầng đối lưu đ cượ tính từ mặt đất tới độ cao 50km và tầng điện ly ở đ caoộ
từ 50km đến 1000km. Tín hiệu truyền từ vệ tinh qua tầng đi nệ ly, tầng đối
lưu đ nế máy thu, bị khúc x ạ và thay đổi tốc độ lan truyền.
Đối với tầng điện ly, giá trị sai số tăng tỷ lệ thu nậ với m tậ độ đi nệ tử t ự do
và tỷ lệ nghịch với bình phương của tần số tín hiệu. Đối với tín hiệu GPS,
số hiệu chỉnh khoảng cách theo hư nớ g thiên đỉnh có thể đạt giá trị tối đa là
0 50m, theo hư nớ g có góc cao 20 , có th ể đạt đến 150m. Đ ể gi m ả thiểu sai số
do tầng đi nệ ly thư nờ g dùng máy thu 2 t nầ số, dùng mô hình hi uệ ch nỉ h
hoặc dùng hiệu các trị đo đồng bộ.
Đối với tầng đối l uư , sự khúc xạ của đờng truyền tín hiệu càng phức t pạ
h nơ , phụ thuộc vào sự bi nế đổi của khí hậu mặt đất, áp lực không khí,
nhiệt độ và độ m,ẩ ảnh h ngưở của khúc xạ trong tầng đối lưu phụ thuộc
o
vào góc cao của đường truy nề tín hiệu. Giá trị ảnh h ngưở sai số theo hướng
thiên đ nỉ h có thể đ tạ đến 23m, theo hướng có góc cao 10 có thể đ tạ đ nế
2.5.4. Sai số do nhiễu tín hi uệ
20m.
Tín hi uệ từ v ệ tinh đến máy thu GPS có thể bị nhiễu do một số nguyên nhân
như: Tín hi uệ phản xạ từ các vật khác (kim loại, bê tông, m tặ nước...) ở gần
máy thu GPS; tín hiệu b ị nhiễu do ảnh h ngưở của các sóng đi n ệ từ khác (khi
đặt máy thu ở gần các tr mạ phát sóng, gần đường dây tải đi nệ cao áp); tín
hiệu bị gián đoạn do bị che chắn bởi các v tậ cản (nhà cửa, cây c iố ...). Các tín
hiệu bị nhi uễ nói trên chập với tín hiệu truyền trực ti pế từ vệ tinh đ nế máy
Trang 25
thu gây ra sai số đối với trị đo.
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
Để khắc phục sai số do nhiễu tín hiệu, cần phải đ tặ máy thu cách xa các v tậ
dễ ph nả xạ tín hi uệ ho cặ các đối tư nợ g gây nhiễu tín hiệu; không thu tín hiệu
khi trời đầy mây, đang mưa, không đặt máy thu ở dưới các rặng cây.
Ngoài các nguồn sai số chủ yếu trên đây còn có các nguồn sai số khác như sai
số do ảnh h ngưở xoay của Trái đất, do triều tịch của Trái đất, do hi u ệ ứng
của thuyết t ngươ đ iố , sai số vị trí của máy thu, sai số vị trí tâm pha của
anten. Trong định vị chính xác cao c nầ ph iả xem xét và tìm bi nệ pháp gi mả
ảnh h ngưở của các nguồn sai số này.
2.6.
So sánh hai h th ng đ nh v NAVSTAR GPS và GLONASS
ệ ố ố ượ ả ệ ấ C hai h th ng (GPS và GLONASS) có s l ỹ ạ ủ ng v tinh và c u trúc qu đ o c a
ầ ươ ự ụ ự ệ ị ph n không gian t ng t nhau, nghĩa là d đoán các vùng làm vi c d ch v cho
ườ ử ụ ủ ế ế ố ụ ộ ng i s d ng ch y u ph thu c vào y u t ệ ủ ả ầ ố PDOP. Các d i t n s làm vi c c a
ươ ố ầ ườ ử ụ ể ệ ố h th ng GPS và GLONASS t ng đ i g n nhau nên ng i s d ng có th thu
ệ ủ ệ ố ộ ề ế ạ ằ ậ ộ nh n tín hi u c a hai h th ng b ng m t anten và b ti n khu ch đ i chung.
ữ
ự
ả
ả
B ng 2.1. B ng so sánh s khác nhau gi a GLONASS và GPS
ơ ả ự ượ ả ữ S khác nhau c b n gi a GLONASS và GPS đ c cho trong b ng sau:
GLONASS GPS Thông số
ố ượ 21+3 24+3 S l ệ ng v tinh
ố ặ ỹ ạ 3 6 ẳ S m t ph ng qu đ o
ỹ ạ 64, 80 550 Góc nghiêng qu đ o
ộ ệ 19. 100km 20. Đ cao v tinh
200km
Trang 26
ờ 11 Gi 15 phút 12 Giờ ỳ Chu k bay
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ể ố ươ ả ữ ệ ị ộ Thông s chuy n đ ng Thông số Ph ng pháp mô t d li u l ch
ệ v tinh trong h to đ ệ ạ ộ Kepler
đ a tâmị
ệ ố ờ ệ ỉ UTC (SU) UTC (USNO) Hi u ch nh th i gian h th ng so
ớ v i UTC
ượ ệ ị 120 Bit 152 Bit Dung l ng l ch v tinh
ờ ệ ả ị 2, 5 Phút 12, 5 Phút Kho ng th i gian phát l ch v tinh
ươ ệ ậ T n sầ ố Mã Ph ng pháp truy nh p tín hi u
ệ v tinh
ả ầ ệ D i t n làm vi c (1602, 5625(cid:0) 161, 5)(cid:0) 0, 1575, 42(cid:0) 1
5MHz MHz
ầ ố ả T n s d i L2 1246, 4375(cid:0) 1256, 5 MHz 1227, 6 MHz
ố ầ ử ủ ộ 511 1023 S ph n t c a m t mã
0, 511 MHz 1, 023 MHz ầ ố T n s mã
ữ ứ 48 DB 21 DB M c giao thoa gi a hai kênh lân
c nậ
ỳ ặ ủ ồ 2 Giây 6 Giây ộ Chu k l p c a mã đ ng b
ồ ố ộ 30 6 S bit trong mã đ ng b
ể ị Mã vàng ị ử ụ Ki u mã s d ng đ nh v
ượ ạ ớ ệ ố ệ ố ườ Ng i v i h th ng GPS, trong h th ng GLONASS ng c l ử ụ i ta s d ng
ươ ầ ố ự ệ ệ ể ộ ph ng pháp chia t n s tín hi u. S khác bi ấ t này có th gây ra m t vài v n
ứ ạ ộ ồ ộ ầ ả ầ ở ố ể ề đ ph c t p, b i vì c n ph i phát tri n các b đ ng b t n s cho máy thu
ườ ử ụ ể ạ ạ ạ ầ ố ừ ệ ố ng i s d ng đ t o l ỗ i d ng tín hi u g c cho t ng t n s sóng mang cho m i
Trang 27
ợ ệ v tinh thích h p.
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ệ ủ ệ ố ượ Tín hi u c a h th ng GLONASS đ ầ c phát trên hai băng t n L1 và L2. Các tín
ệ ượ ế ề ặ ệ ớ ự ụ hi u trên L2 đ c đi u ch theo mã đ c bi t v i d tính không áp d ng cho
ườ ử ụ ự ơ ữ ả ầ ố ể ng ệ i s d ng dân s . H n n a, các tín hi u phát trên d i t n s này có th còn
ượ ể ạ ừ ụ ố ầ ệ ậ ằ ỹ ả đ c áp d ng đ lo i tr sai s t ng đi n ly b ng k thu t gi ệ i mã tín hi u
ậ ượ nh n đ c.
ầ ạ ộ ượ ữ ự M t khía c nh khác c n đ ệ ạ ộ ắ c xem xét là s khác nhau gi a hai h to đ tr c
ệ ắ ầ ị ượ ử ụ ệ ố ị đ a là h tr c đ a toàn c u WGS84 đ c s d ng trong h th ng GPS, còn h ệ
ạ ộ ị ượ ử ụ ự to đ đ a tâm SGS85 đ c s d ng cho GLONASS. S khác nhau này làm
ị ẫ ườ ệ ị ố ế ợ ệ ố ự phát sinh sai s trong vi c đ nh v d n đ ng khi k t h p hai h th ng. S khác
ứ ủ ề ẽ ầ ả ẩ ờ ệ ố nhau v chu n th i gian c a các h th ng s yêu c u 5 ch không ph i 4 v ệ
ấ ằ ệ ố ậ ủ ể ị ự ị ố ỹ tinh đ đ nh v . D a vào các thông s k thu t c a hai h th ng ta th y r ng,
ươ ươ ề ơ ả v c b n là t ng đ ng nhau.
ề ạ ế ể ấ ộ ế ủ Xét v khía c nh kinh t ớ xã h i, ta th y, v i đà phát tri n kinh t ỹ c a M cũng
ư ả ưở ự ặ ề ị ệ ế ậ ả nh các nh h ng v chính tr quân s , đ c bi t là kh năng ti p c n th ị
ườ ệ ả ủ ấ ạ tr ạ ng nhanh trong vi c s n xu t hàng lo t các ch ng lo i máy thu GPS, trong
ự ế ẻ ầ ả ế ượ ư ấ ọ đó có c máy c m tay r t g n và r , nên trong th c t GPS chi m đ c u th ế
ị ườ ố ế ị ạ ộ ằ ứ ế ệ ị ơ h n trên th tr ng qu c t . Và c nói đ n đ nh v to đ b ng v tinh là ng ườ i
Trang 28
ủ ế ỹ ta nói đ n GPS c a M .
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
3.1. X lý th i gian th c và x lý sau
ử ự ờ ườ ượ ử ụ ụ ứ ẫ ườ X lý th i gian th c th ng đ c s d ng cho các ng d ng d n đ ng, trong
ườ ị ộ ụ ứ ệ ả ị ử khi đó x lý sau th ề ng hi u qu cho các ng d ng đ nh v đ ng. Trong nhi u
ườ ế ự ệ ậ ợ ộ ộ tr ng h p, vi c xem xét đ n s nâng cao đ chính xác và đ tin c y có th ể
ượ ế ậ ử ụ ự ế ầ ằ ờ đ c thi ả ủ t l p b ng cách s d ng k t qu c a th i gian th c làm đ u vào cho
ệ ơ vi c làm tr n sau.
ươ ư ự ể ấ ờ Ph ậ ứ ng pháp th i gian th c có hai u đi m. Nó cung c p thông tin ngay l p t c
ố ệ ố ư ươ ề và cách nén s li u t t. Đi u này hoàn toàn đúng, nh ph ọ ng pháp l c Kalman,
ộ ố ượ ộ ạ ữ ệ ệ ớ ớ v i nén m t s l ng l n các d li u v tinh và quán tính vào m t tr ng thái
ộ ố ệ ầ ậ ớ ỏ ộ ươ ứ vector v i m t s nh các thành ph n và m t ma tr n hi p ph ng sai ch a các
ữ ể ẽ ố ậ ộ ọ thông tin th ng kê. Không có nh ng b l c chuyên dùng s khó có th xác l p
ộ ệ ố ầ ư ạ ộ ữ ư ủ ể ử m t h th ng ho t đ ng và nhu c u l u tr . Tuy nhiên, u đi m c a phép x lý
ự ẽ ờ ượ ủ ử ộ ọ ể ở ờ th i gian th c s là nh c đi m c a x lý sau. B i vì các b l c th i gian ch ỉ
ể ử ụ ố ệ ạ ể ọ ờ ủ có th s d ng các s li u t i th i đi m l c, các ướ ượ c l ng c a chúng ch t ỉ ố i
ư ố ớ ậ ố ệ ạ ả ố ế ể ậ ờ u đ i v i t p con các s li u t i th i đi m đó. Vì v y các k t qu t ấ t nh t
ử ể ậ ỉ ượ ượ ủ c a phép x lý sau ch có th nh n đ c sau khi có đ ộ ố ệ c toàn b s li u.
ả ư ữ ề ỏ ữ ế ế ả Nh ng đi u này đòi h i ph i l u tr k t qu trung gian, n u không làm nh ư
ự ẽ ử ấ ờ ị ậ v y phép x lý th i gian th c s làm m t đi các thông tin có giá tr cho vi c x ệ ử
ư ậ ữ ể ộ ọ ỉ lý sau. Nh ng phân tích nh v y không ch quan tr ng theo quan đi m đ chính
ầ ế ố ớ ố ượ ư ữ ệ ệ xác mà còn c n thi t cho vi c phát hi n nh ng sai s l n, nh sai s tr t chu
Trang 29
ể ạ ỏ ệ ử ự ấ ờ ỳ k , mà r t khó khăn đ lo i b trong vi c x lý th i gian th c.
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ạ ỏ ầ ử ữ ề ế ấ Phép x lý sau (postmission processing) lo i b h u h t nh ng v n đ trong x ử
ộ ặ ự ờ ợ ể ệ lý th i gian th c và tăng thêm m t đ c tính có l ả ế i cho vi c ki m tra và c i ti n
ể ự ệ ề ề ằ ươ ố mô hình. Đi u này có th th c hi n b ng nhi u ph ng pháp, trong s đó
ươ ơ ố ư ẻ ươ ố ph ng pháp làm tr n t i u (optimal smoothing) có v là t ợ ng đ i thích h p.
ả ặ ế ộ ệ ườ ợ ộ ủ Đ chính xác cao c a k t qu , đ c bi t trong tr ng h p mô hình đ ng đ ượ c
ệ ệ ẽ ỗ ễ ở ơ ử ụ s d ng, s giúp cho vi c phát hi n các l i thô tr nên d dàng h n. Ngoài ra,
ố ặ ể ượ ư ố ồ các sai s th ng d và các ngu n sai s ngoài mô hình có th đ c phân tích và
ậ nh n bi ế ầ ủ t đ y đ .
ư ả ớ ữ ệ ề ộ ư ữ ầ ặ V i kh năng l u tr ớ ớ hi n nay, nh ng đ c tính nh nhu c u v b nh l n,
ượ ộ ấ ủ ử ề ể ọ nh ậ c đi m c a phép x lý sau, không còn là m t v n đ quan tr ng. Vì v y
ầ ử ụ ử ươ ẩ ấ ả các phép đo c n s d ng phép x lý sau làm ph ng pháp chu n cho t t c các
ườ ự ầ ợ ờ tr ng h p không yêu c u th i gian th c.
3.2. Đ chính xác và thi
ề ộ ự ữ ể ề ắ ị ị ớ ữ S khác nhau v đ chính xác gi a nh ng ki u đ nh v khác nhau g n li n v i
ề ầ ế ị ươ ự s khác nhau v nhu c u trang thi ố ớ t b . Đ i v i các ph ị ộ ị ng pháp đ nh v đ ng
ệ ố ự ả ờ ử ự ữ ế tuy t đ i, s khác nhau gi a các k t qu th i gian th c và x lý sau là không
ư ể ọ ở ố ớ ế ả ử ố ệ quan tr ng, các s li u tiêu bi u đ a ra đây là đ i v i k t qu x lý sau. Các
ở ươ ự ệ ố ị ư giá tr đ a ra đây t ớ ng đ i đúng so v i th c nghi m.
ị ươ ế ầ ậ ọ ị ệ K t lu n quan tr ng đ u tiên là vi c thêm vào các thông tin đ nh v t ố ng đ i
ướ ạ ặ ậ ố ể ộ ề ổ d i d ng pha ho c v n t c quán tính đ u không làm thay đ i đáng k đ chính
ố ủ ế ệ ố ủ ị ị ộ ồ xác c a đ nh v đ ng tuy t đ i. Lý do quá rõ ràng, ngu n sai s ch y u trong
ệ ố ỹ ạ ị ộ ạ ở ầ ệ ả ố ị đ nh v đ ng tuy t đ i là sai s do qu đ o và khúc x t ng đi n ly. C hai
ể ạ ỏ ằ ệ ề ố ế ố y u t đó đ u không th lo i b b ng các s đo pha sóng mang. Vi c tăng đ ộ
ươ ế ợ ằ chính xác trong ph ợ ng pháp k t h p và tích h p b ng các máy thu mã C/A
Trang 30
ố ệ ế ễ ằ ả ơ ị (C/ACode) là do k t qu làm tr n các s li u b nhi u b ng các thông tin do
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ạ ừ ệ ệ ấ ả ố ứ pha sóng mang hay h quán tính c p, ch không ph i do vi c lo i tr sai s nói
trên.
ệ ằ ộ ươ ị ộ ươ ố Vi c nâng cao đ chính xác b ng ph ị ng pháp đ nh v đ ng t ấ ng đ i cho th y
ủ ả ươ ữ ứ ắ ị ụ ề kh năng c a ph ng pháp này trong nh ng ng d ng tr c đ a. Đi u đáng chú ý
ự ệ ữ ế ả là không có s phân bi t gi a k t qu mã C/A và mã P. Các ướ ượ c l ộ ng đ chính
ế ợ ậ ượ ủ ị ơ ở ả ế ị ộ xác c a phép đ nh v đ ng k t h p đã nh n đ c trên c s gi thuy t các tr s ị ố
ượ ỏ ố ệ ạ ỏ ể ể ợ ỳ đo tr ầ ớ t chu k có th đu c lo i b ph n l n ra kh i s li u đo. Có th có đ ộ
ả ở ữ ế ơ ượ ừ ứ ữ chính xác cao h n, nh ng k t qu đây đ c rút ra t nh ng nghiên c u mô
ủ
ả
ộ
ươ
B ng 3.1. Đ chính xác c a các ph
ng pháp đo
ầ ượ ị ơ ị ộ hình đ nh v đ ng, c n đ ứ c nghiên c u sâu h n.
ộ ầ Ph ngươ Đ chính xác Yêu c u thi ế ị t b
ị ị pháp đ nh v
Ph ngươ Kho ng ả 2030(m) 1 máy thu mã C/A
pháp tuy tệ cách giả 1520(m) 1 máy thu mã P
đ iố ế ợ K t h p 1520(m) 1 máy thu
Tích h pợ 1520(m) 1 máy thu c ngộ
ớ ệ v i h quán tính
ươ Ph ng Kho ng ả 510(m) 2 máy thu
ươ pháp t ng cách giả
đ iố ế ợ K t h p 0.51.5(m) 2 máy thu
Tích h pợ 0.20.3(m) 2 máy thu c ngộ
Trang 31
ớ ệ v i h quán tính
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
3.3.
ụ ữ ứ ệ ấ ậ ặ ớ ỉ M c dù các ng d ng trong GPS m i ch xu t hi n trong nh ng th p niên qua,
ề ứ ư ụ ệ ớ ị ượ nh ng hi n nay, nhi u ng d ng m i và thú v đang đ ể ứ c nghiên c u và tri n
ở ướ ớ ỉ ậ ư ệ ậ ỉ khai ề nhi u n ầ c. Ph n gi i thi u này ch a th t hoàn ch nh, nó ch t p trung
ể ở ữ ệ ế ẽ ượ ụ nh ng công vi c đang ti n tri n ứ Canada. Các ng d ng s đ c chia làm 3
ư nhóm chính nh sau:
ấ ừ ụ ứ ầ ộ ượ Nhóm đ u tiên, các ng d ng đ chính xác th p t 20m 30m và đ ự c th c
ệ ố ị ộ ệ ằ ị hi n b ng phép đ nh v đ ng tuy t đ i.
ứ ụ ứ ộ ượ ử ụ Nhóm th 2 là các ng d ng có đ chính xác trung bình, đ c s d ng khi yêu
ị ở ộ ừ ể ượ ự ệ ị ầ c u đ nh v đ chính xác t 5m10m và có th đ ằ c th c hi n b ng mô hình
ươ ố ả ộ đ ng t ả ng đ i kho ng cách gi .
ẽ ươ ụ ứ ứ ộ ầ ị Nhóm th 3 là các ng d ng có đ chính xác cao s đ c dùng khi yêu c u đ nh
ả ừ ầ ử ụ ộ ị ở ộ v đ chính xác kho ng t 0.5m – 2.0m. Tùy thu c vào nhu c u s d ng mà
ị ộ
ụ
ứ
ủ
ấ
ộ
ị
Hình 3.1. Các ng d ng đ nh v đ ng theo c p đ chính xác c a GPS.
ườ ị ộ ể ị ươ ố ổ ợ ợ ng i ta có th dùng phép đ nh v đ ng t ng đ i theo pha, t h p hay tích h p.
ẽ ấ ố ụ ứ ấ ộ Các ng d ng đ chính xác th p (low accuracy applications) s r t t ầ t cho h u
ụ ẫ ườ ả ả ơ ế h t các tác v d n đ ầ ng trong hàng h i và hàng không và đ n gi n hóa ph n
ươ ứ ụ ữ ằ ắ ớ ị ị ớ l n các ph ng pháp tr c đ a đ a lý b ng máy bay. Nh ng ng d ng m i đang
ự ậ ị ị ươ ệ ườ xâm nh p vào trong lĩnh v c đ nh v các ph ng ti n giao thông đ ng b ộ
ứ ụ ệ ẫ ẳ ạ ị ị ị ườ ch ng h n, các ng d ng thú v trong vi c đ nh v và d n đ ng cho đoàn xe
ươ ẽ ấ ứ ụ ế ả t ứ i, xe c u th ng và xe taxi. Các ng d ng này s r t kinh t khi giá máy thu
Trang 32
mã C/A gi m.ả
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ụ ứ ộ ớ ộ Các ng d ng GPS đ ng v i đ chính xác trung bình (medium accuracy
ế ẽ ủ ệ ầ ế ộ ố ệ ố applications) h u h t s thay th m t s h th ng quan sát th y văn hi n đang
ạ ủ ị ị ử ụ s d ng. Đ nh v trên các tàu khi h th y (launch positioning) và đo sâu là hai
ả ờ ự ế ệ ả ầ ố ạ trong s đó. Do nhu c u ph i có k t qu th i gian th c nên vi c duy trì liên l c
ự ỳ ố ằ ọ ườ thông su t b ng radio là c c k quan tr ng trong tr ợ ng h p này.
ụ ủ ứ ộ ể Các ng d ng đ chính xác cao (high accuracy applications) c a GPS theo ki u
ợ ẽ ạ ế ợ ệ ố ề ặ đo pha, k t h p ho c tích h p s t o ra nhi u h th ng chuyên dùng khác nhau
ả ể ả ề ế ấ ế ượ ằ ươ cho phép gi i quy t các v n đ không th gi i quy t đ c b ng ph ng pháp
ộ ố ệ ố ổ ể ụ ứ ả ạ ọ đo đ c c đi n. M t s h th ng ng d ng quan tr ng là tam giác nh hàng
ế ặ ấ ự ể ầ ố ọ ọ không không c n đi m kh ng ch m t đ t, tr ng l c tr ng sai hàng không và
ữ ươ ặ ấ ể ệ ể ộ ị ượ ọ nh ng ph ng ti n chuy n đ ng trên m t đ t có th xác đ nh đ ự c tr ng l c
Ứ ộ ộ ượ ế ụ và đ cao Geoid. ng d ng đ chính xác cao còn đ c xúc ti n trong m t s ộ ố
ứ ế ư ậ ắ ị ạ ụ ỹ ị ả ệ ng d ng mà k thu t tr c đ a hi n hành còn b h n ch ch a gi i quy t đ ế ượ c
ẽ ặ ắ ị ư ằ ươ ề ấ ặ ị nh : đo v m t c t đ a hình b ng ph ng pháp đ a ch n ba chi u ho c laser
ế ị ệ ầ ơ ươ ử ụ hàng không. Vi c quy t đ nh s d ng GPS đ n thu n hay dùng ph ng pháp
ụ ệ ộ ợ ả ề ượ ứ ỳ tích h p ph thu c vào vi c gi ế ấ i quy t v n đ tr ụ t chu k cho các ng d ng
đó.
3.4.
ng d ng GPS vào th c ti n
3.4.1. Các ng d ng trên ph
ng ti n đ
ươ ệ ườ ộ ử ụ ở Các ph ng ti n giao thông đ ng b s d ng GPS hai nhóm chính là đ ộ
ẽ ượ ụ ứ ể ấ ộ ộ chính xác th p và đ chính xác cao. M t vài ng d ng có th có s đ c mô
ớ ộ
ứ
ụ
ấ
Hình 3.2. Các ng d ng v i đ chính xác th p.
Trang 33
ọ ở ắ ướ ư ế ả ộ t m t cách ng n g n đây tr ả c khi đ a ra các k t qu .
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ứ ụ ấ ộ Trong các ng d ng đ chính xác th p (low accuracy applications), các
ủ ả ầ ộ ợ ị ệ ố máy thu là m t thành ph n c a h th ng có kh năng tích h p đ nh v ị
ự ủ ờ ớ ượ ư ữ th i gian th c c a GPS v i các thông tin đ c l u tr ả trong b n đ đ ồ ể
ủ ể ị ươ ồ ệ ử ệ ả ị hi n th v trí c a ph ng ti n đó trên b n đ đi n t (electronic map)
ể ướ ặ ươ ệ ằ ườ ho c đ h ẫ ng d n ph ng ti n đó đi b ng con đ ng đi t ố ư i u
ệ ố ụ ữ ể ả ộ (optimized path). Kh năng tri n khai nh ng h th ng này ph thu c vào
ệ ạ ố ớ ụ ứ ể ươ giá thành máy thu và hi n t i có th áp d ng đ i v i xe c u th ng, xe
ể ả t i, taxi và có th là ôtô ray.
ộ ủ ộ ề ể ụ ứ ả ấ ả ầ ấ Các ng d ng v bi n yêu c u tho mãn c 3 c p đ c a đ chính xác. V n
ả ớ ứ ụ ề ệ ặ ề ặ đ g p ph i v i các ng d ng trên tàu thuy n là vi c đ t anten. Thông
ườ ủ ọ ươ ề ệ ế ẫ th ơ ng anten luôn cao h n tr ng tâm c a ph ng ti n đi u này d n đ n gia
ề ị ố ượ ệ ớ ậ ỳ ữ ố t c ănten l n và có nh ng sai l ch v tr s tr t chu k . Vì v y, tr ườ ng
ử ụ ươ ẽ ụ ệ ộ ả ợ h p này s d ng ph ng pháp pha s ph thu c vào vi c gi i bài toán tr ượ t
ệ ệ ể ặ ộ ỳ chu k . M t khác, vi c chuy n đ ng anten cũng làm khó khăn cho vi c xác
ỹ ạ ủ ươ ệ ể ậ ị đ nh chính xác qu đ o c a ph ng ti n di chuy n. Vì v y, đ đ t đ ể ạ ượ c
ữ ư ộ ươ ộ nh ng đ chính xác nh các ph ng tiên trên b và trên không thì ph ươ ng
ệ ườ ộ ố ủ ả ị ế ị ti n đ ng th y ph i trang b thêm m t s thi t b khác.
ề ẫ ườ ụ ứ ụ ứ ộ ấ Các ng d ng có đ chính xác th p là các ng d ng GPS v d n đ ng trên
ặ ướ ườ ử ụ ể ị ị m t n c. Th ệ ố ng dùng ki u đ nh v tuy t đ i, s d ng các máy thu mã
ấ ộ ế ụ ứ ể C/A giá thành th p đ làm tăng đ kinh t cho ng d ng.
ụ ứ ụ ứ ề ả ộ ủ Các ng d ng có đ chính xác trung bình là các ng d ng v kh o sát th y
ươ ươ ự ề ố ờ văn. Dùng ph ng pháp đo pha t ng đ i theo th i gian th c. Đi u này s ẽ
Trang 34
ị ố ượ ế ễ ấ ề ề ẫ d n đ n các v n đ v nhi u và tr s tr ỳ c chu k .
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ụ ứ ụ ứ ề ể ậ ộ ị Các ng d ng có đ chính xác cao là các ng d ng v thám hi m đ a v t lý,
ầ ừ ề ấ ớ ố ố ộ đ chính xác yêu c u t ị 25 m v i các s đo đ a ch n 3 chi u, và t c đ ộ
ủ
ứ
ụ
ả
ầ
ộ
B ng 3.2. Yêu c u đ chính xác c a các ng d ng.
ả kho ng 10cm/s.
Ứ ầ ộ ụ ng d ng Yêu c u đ chính xác
ẫ ườ D n đ ể ng trên bi n 1 Km
ẫ ườ D n đ ọ ờ ể ng d c b bi n 50100m
ủ ả Kh o sát th y văn 25m
ấ ả ị ề Kh o sát đ a ch n 3 chi u 25m
ả ọ ự Kh o sát tr ng l c <10 cm/s
ộ ề ộ ứ ụ ấ ả ầ Các ng d ng GPS hàng không yêu c u c 3 c p đ v đ chính xác tùy
ầ ứ ữ ụ ệ ấ ộ ề thu c yêu c u ng d ng. Nh ng v n đ quan tâm trong hàng không hi n nay
ươ ị ự ế ị ướ ớ ộ ả là ph ng pháp đ nh v tr c ti p h ng t ặ i đ chính xác kho ng 1m ho c
ỏ ơ ứ ụ ả ớ ở ữ nh h n. Kh năng này m ra nh ng ng d ng m i trong lĩnh v c l ự ượ ng
ả ậ ắ ị ớ ư ượ ế ị nh, tr c đ a và đ a v t lý mà cho t ẫ i nay v n ch a đ ộ ố c xét đ n. M t s ít
ế ặ ấ ể ả ố ố ọ ầ trong s đó là tam giác nh không c n đi m kh ng ch m t đ t, đo tr ng
ằ ộ ặ ắ ị ự l c và đ cao hàng không, và m t c t đ a hình b ng laser hàng không.
ạ ộ ữ ừ ủ ể ể ề T nh ng quan đi m v ho t đ ng c a máy bay, ta có th phân bi ệ ứ t ng
ạ ứ ố ị ụ ụ d ng hàng không thành hai lo i: ng d ng trên máy bay cánh c đ nh (fixed
ụ ự ứ wing applications) và ng d ng trên máy bay tr c thăng (helicopter
ố ị ệ ườ ộ apllications). Máy bay cánh c đ nh làm vi c trong môi tr ự ổ ng đ ng l c n
ế ớ ứ ụ ằ ầ ợ ộ ờ ố ị đ nh và phù h p h u h t v i các ng d ng có đ cao là h ng s và th i gian
Trang 35
ấ ị ỉ ả ề ể ấ ấ ượ ế bi u nh t đ nh. Nó ch n y sinh v n đ khi c t cánh và l ấ n vòng ti p đ t.
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ề ư ạ ễ ổ ố ự V máy bay tr c thăng thì ng ượ ạ c l i nh ng nó l ộ i d dàng thay đ i t c đ ,
ệ ế ễ ấ ộ đ cao và d dàng cho vi c ti p đ t.
ề ả ả ờ ớ ấ ề ặ ợ Trong c hai tru ng h p đ u ph i xem xét t i v n đ đ t anten. Trên máy
ườ ượ ặ ơ ố ị bay cánh c đ nh anten th ng đ ị ả c đ t trên thân máy bay, n i ít ch u nh
ưở ủ ươ ố ớ ự h ng c a bóng râm và đa ph ng(multipath). Đ i v i máy bay tr c thăng
ể ặ ở ỉ ể ạ ượ ệ ớ l n, anten có th đ t đ nh qu t. Tuy nhiên, đ làm đ c vi c này thì ta
ự ả ộ ớ ỏ ị ph i ch u m t chi phí cao. Còn v i máy bay tr c thăng nh thì có th đ t ể ặ ở
ủ ụ ệ ặ ằ tr c cánh cân b ng c a máy bay. Nhìn chung vi c đ t anten trên máy bay
ứ ạ ự ấ tr c thăng là r t ph c t p.
ề ộ ứ ụ ầ ượ ệ ố ớ Các yêu c u v đ chính xác đ i v i các ng d ng trên máy bay đ c li t kê
ứ
ụ
ầ
ả
ộ
B ng 3.3. Yêu c u đ chính xác trong ng d ng hành không.
ả ướ trong b ng d i đây:
ằ
ộ
Đo đ sâu b ng Laser
Ứ ầ ộ ụ ng d ng Yâu c u đ chính xác
ị
ị ứ Đ nh v c u sinh
1520m
Tam giác nhả
1015m
ườ
ọ Tr ng tr
ng hàng không
12m
ề 2m chi u cao
ị ể
ố
ị
ế
Đ nh v đi m kh ng ch
ậ ố 10cm/s v n t c
ắ Lát c t Laser
<0.5m
Trang 36
<0.5m
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
3.4.3.1. Đo sâu Laser
ữ ộ ượ ể ệ ố M t trong nh ng h th ng hàng không đã đ ể c phát tri n đ đo sâu vùng
ướ ộ ồ n ầ c nông là máy đo sâu Lindar (lindar bathymetry). Máy g m m t laser t n
ộ ầ ạ ạ ả ố ặ ướ ộ ầ ố s kép, m t t n s ph n x t i m t n ặ ố c và m t t n s xuyên qua m t
ướ ạ ạ ư ậ ể ộ ạ ượ n ả c và ph n x t i đáy bi n. Nh v y đ sâu t i đó đ ằ ị c xác đ nh b ng
ề ệ ấ ặ ắ ộ ể ậ cách l y hi u hai chi u cao đo đ ượ ừ c t máy đo. Đ l p m t c t đ sâu ta
ả ị ướ ạ ặ ờ ả ph i xác đ nh kho ng cách máy bay d i d ng hàm th i gian. M c dù đã có
ẫ ườ ữ ớ ị ệ ố nh ng h th ng d n đ ng chính xác t ợ i 1520m, GPS đu c trang b cho các
ạ ươ
Ứ
ụ
ộ
Hình 3.3. ng d ng đo đ sâu đáy đ i d
ng.
ứ ạ ộ ụ ể ở ữ ng d ng, do nó có th ho t đ ng nh ng vùng xa xôi.
ả ồ ả ươ ứ ậ ị ị ộ 3.4.3.2. Máy bay GPS đ nh v đ ng và ng l p b n đ h i d ọ ng h c
ể ượ ể ộ ệ ằ Đ sâu đáy bi n có th đ c đo b ng máy đo sâu Lindar, tuy nhiên vi c đo
ẽ ị ả ưở ệ ượ ướ ồ ộ đ sâu s b nh h ặ ng khi g p hi n t ng n ệ c tr i (sea swell) hay hi n
ệ ượ ụ ụ ể ề ể ắ ộ ượ t ng tri u c c b (local tide) trên bi n. Đ kh c ph c hi n t ng này
ườ ệ ố ử ụ ng ế i ta s d ng h th ng LADS (The Laser Airborne Depth Sounder) k t
ị ộ ắ ớ ộ ị ị ợ h p v i m t máy thu GPS đ nh v đ ng g n trên máy bay. Máy thu GPS đ nh
ệ ố ủ ẽ ẽ ấ ộ ả ị ộ v đ ng s cung c p đ cao c a máy bay và h th ng (LADS) s đo kho ng
ừ ớ ặ ướ ể ộ ừ ế cách t máy bay t i m t n c bi n và đ cao t máy bay đ n m t n ặ ướ c
ặ ướ ể ộ ồ ộ ả ượ ị ị bi n. Đ cao m t n c và b n đ đ sâu đ c xác đ nh qua các tr đo này.
ủ ỹ ậ ị ị ộ ứ ả ộ ụ Tính kh thi và đ chính xác c a k thu t đ nh v đ ng GPS trên ng d ng
ế ợ ạ ộ máy bay ph m vi r ng (longrange airborne application), k t h p laser đo sâu
ấ ả ậ ỹ ừ và k thu t LADS cung c p cho ta kho ng cách t máy bay t ớ ề ặ ướ c i b m t n
Trang 37
ồ ả ươ ể ả ộ ậ bi n, cho phép l p b n đ h i d ọ ng h c v iớ đ chính xác cao.
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ự ế ợ ậ ỹ ượ ử ụ ự ể ả S k t h p hai k thu t trên đ c s d ng đ xây d ng b n đ h i d ồ ả ươ ng
ề ặ ướ
ị
ể
ậ
ằ
ợ
ỹ
Hình 3.4. Xác đ nh b m t n
c bi n b ng k thu t tích h p GPSLADS
ặ ướ ế ằ ộ ố ộ ọ h c, n u đ cao m t n ỏ c trên ellipsoid là h ng s trong m t vùng nh .
ệ ố ể ả ọ ồ ị ừ H th ng LADS dùng tia h ng ng ai đ xác đ nh kho ng cách t máy bay
ớ ặ ướ ớ ố ộ ấ ể ế ợ ữ ệ ẫ t i m t n c, v i t c đ l y m u 168Hz. D li u này có th k t h p v i đ ớ ộ
ỹ ạ ủ ể ị ượ ấ ủ ể ấ cao qu đ o c a máy thu GPS đ xác đ nh đ ặ c đi m th p nh t c a m t
ướ ể ộ ượ ế cách n ỹ ạ c bi n. Đ cao qu đ o GPS (HGPS) đ ế c tham chi u đ n
ế ế ề ể ủ ellipsoid WGS84 và chi u cao laser c a LADS (Hlaser) tham chi u đ n đi m
ặ ướ ấ ệ ủ ề ặ ị ấ ủ th p nh t c a m t n ộ c. N là đ cách bi t c a b m t Geoid đ a ph ươ ng
ộ ượ ủ ề ở ị ươ (local Geoid). Và Htide là đ cao đ c nâng lên b i th y tri u đ a ph ng.
ượ ư ể ệ ủ Quan h c a chúng đ ễ c bi u di n nh sau:
HGPS – Hlaser = Hswell + HTide + N
Trong đó:
ủ ướ ộ ồ HSwell: đ cao tr i lên c a n ể c bi n.
ể ạ ỏ ở ị ộ ệ ế ậ ằ ườ Đ lo i b các đ l ch tuy n tính gây ra b i tr nh p nh ng ng i ta dùng
ạ ỏ ộ ề ầ ộ ộ các phép n i suy (ph n m m n i suy AUSLIG). Sau khi lo i b đ cao
ế ộ ượ ể ạ ỏ ố ạ ụ ằ Geoid, m t phép tuy n tính đ c áp d ng đ lo i b các s h ng h ng và
ố ạ ộ ố ề ằ ố ạ s h ng đ d c trong Hswell + HTide. Đi u này có nghĩa là s h ng h ng và
ạ ỏ ỗ ầ ể ỏ ạ ộ ố ẽ ượ đ d c s đ c lo i b sau m i l n ch y. Tuy nhiên có th b qua nó trong
ứ ỏ ướ ộ ệ ư ạ ụ ấ ố ị ộ ng d ng vì đ l ch này r t nh . B c cu i cùng là l u l i giá tr đ cao
Trang 38
ặ ướ ừ ộ ể ượ ị ủ c a Geoid. T đó suy ra đ cao m t n c bi n đ c xác đ nh.
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ặ ắ Ứ ụ ự ậ 3.4.3.3. ng d ng trên máy bay tr c thăng l p m t c t Laser
Ư ể ủ ế ủ ự ệ u đi m ch y u c a vi c dùng máy bay tr c thăng thay cho máy bay cánh
ơ ộ ủ ứ ạ ể ố ị c đ nh là tính c đ ng c a lo i máy bay này. Tính đ ng yên, di chuy n
ỏ ể ạ ữ ả ầ ả ở nhanh và yêu c u kho ng không gian nh đ h cánh m ra nh ng kh năng
ử ụ ữ ụ ứ ạ ớ ự nh ng ng d ng m i cho máy bay tr c thăng, S d ng lo i máy bay này ta
ặ ị ể ạ ư ị ị ậ ể ị ể ị ổ có th đ nh v v t th ho c v trí không th h cánh nh đ nh v các phao n i
ừ ậ ị hay các v trí trong r ng r m.
ặ ắ ạ ể ậ ễ ộ ị Có th l p m t c t t ấ i các vùng có đ a hình nh p nhô m t cách d dàng.
ậ ắ ị ử ụ ự ề ệ ỹ Nhi u k thu t tr c đ a quán tính hi n đang s d ng trên máy bay tr c thăng
ượ ế ằ ậ ỹ đ c thay th b ng các k thu t GPS.
ị ể ể ị ế ậ ằ ầ ố ị ả ặ Đ đ nh v đi m kh ng ch và l p m t cách đ a hình b ng laser, c n ph i
ề ả ỏ ươ ạ ộ đ t đ chính xác kho ng 0.5m. Đi u này đòi h i dùng ph ng pháp đo pha
ố ộ ươ ợ ươ ươ t ặ ng đ i ho c m t ph ợ ng pháp tích h p thích h p. Ph ng pháp đo pha
ế ợ ươ ố ố ủ ứ ươ t ặ ng đ i ho c k t h p t ụ ể ng đ i đ chính xác đ dùng cho ng d ng
ả ư ư ầ ớ ư ế ủ ự ệ ợ nh ng ta c n ph i l u ý t th bay c a tr c thăng. H tích h p là t i t ố t
ặ ắ ị
ậ
ằ
ậ
ỹ
Hình 3.5. L p mô hình m t c t đ a hình b ng k thu t LaserGPS
ụ ứ ấ nh t cho ng d ng này.
ứ ụ ầ ộ ộ ọ Tùy thu c vào các ng d ng yêu c u đ chính xác mà ta ch n ph ươ ng
ư ủ ụ ể ề ằ ố pháp cũng nh mô hình c a GPS đ áp d ng. Đi u này mu n nói r ng ta
ả ả ả ượ ủ ả ặ ằ ộ ơ ph i đ m b o đ ớ c đ chính xác c a GPS ph i cao h n ho c b ng v i
ủ ứ ụ ấ ầ ộ yêu c u đ chính xác c a ng d ng. T t nhiên cũng không nên dùng các
ươ ụ ứ ụ ể ộ ph ng pháp có đ chính xác cao đ áp d ng các ng d ng đòi h i đ ỏ ộ
Trang 39
ả ể ừ ệ ầ ế chính xác v a ph i đ tránh vi c lãng phí không c n thi t.
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
3.4.4.
ươ ế ị ả ụ ồ Ch ng trình thi t b B n đ & GIS Giáo d c (Mapping & GIS Educator) gi ớ i
ữ ệ ả ậ ợ ề ệ ả ạ ơ thi u nh ng gi ạ i pháp đ n gi n và đa d ng, t o đi u ki n thu n l ấ i nh t cho
ổ ứ ụ ự ệ ệ ề ệ ả ạ các t ch c giáo d c, th c hi n vi c gi ng d y v công ngh GPS và GIS cho
ệ ớ ấ ủ ự ữ ọ h c viên d a trên nh ng công ngh m i nh t c a Trimble.
ươ ụ ượ ế ế ớ ụ ụ ụ Ch ỗ ợ ng trình h tr giáo d c đ c thi t k v i m c đích ph c v cho các t ổ
ứ ụ ữ ằ ầ ạ ố ch c giáo d c và đào t o. B ng cách cân đ i nhu c u gi a GPS/GIS các t ổ
ể ượ ưở ứ ề ợ ủ ấ ươ ch c này có th đ c h ề ng r t nhi u quy n l i c a ch ng trình, cũng nh ư
ọ ế ị ầ ứ ư ầ ặ ớ ệ ơ ộ ự c h i l a ch n thi ề t b ph n c ng và ph n m m v i giá u đãi đ c bi ằ t nh m
ế ầ ư ệ ấ ồ ti t ki m nh t cho ngu n kinh phí đ u t .
ủ ể ặ ươ ế ị ả ụ ồ Đ c đi m chính c a Ch ng trình thi t b B n đ & GIS Giáo d c:
ự ề ầ ả ọ ừ ế ọ ề ử ụ L a ch n b n quy n s d ng ph n m m cho t 2 đ n 100 h c viên
ề ả ế ị ầ ứ Nhi u gi ả i pháp gi m giá thi t b ph n c ng
ế ị ầ ớ ộ B thi ọ t b c m tay Juno™ ST cho l p h c
ụ ỗ ợ ề ả ầ ằ ị ượ ậ ả D ch v h tr nh m đ m b o ph n m m luôn đ ậ c c p nh t
ạ ấ ệ ố ứ ệ ỉ Đào t o c p ch ng ch chuyên nghi p theo h th ng Trimble
3.4.5.
ng d ng GPS trong thu th p GIS di đ ng
ệ ử ụ ự ằ ộ ị ị ố ệ GIS di đ ng chính là vi c s d ng s li u đ a lý ngay trên th c đ a b ng các
ế ị ự ự ộ ướ ổ ớ ệ ế thi t b di đ ng. Đây th c s là b c thay đ i l n trong vi c làm th nào đ c ể ơ
ị ượ ử ụ ệ ả ả ộ ở ữ ệ s d li u đ a lý đ c s d ng và qu n lý m t cách hi u qu trong m i c ỗ ơ
ổ ứ ự ế ợ ữ ầ ộ ợ quan hay t ơ ả ch c. GIS di đ ng là s k t h p hài hoà gi a ba h p ph n c b n:
ệ ố ị ệ ầ ạ ắ ắ ầ ị ề H th ng đ nh v v tinh GPS, máy tính c m tay lo i ch c ch n và ph n m m
ế ợ ấ ả ữ ữ ệ ề ệ GIS. K t h p t ẽ ạ t c nh ng công ngh này s t o đi u ki n cho nh ng ng
ườ i Trang 40
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ự ị ự ế ể ệ ậ làm vi c ngoài th c đ a có th truy c p tr c ti p vào c s d li u c a t ơ ở ữ ệ ủ ổ ứ ch c
ấ ỳ ở ấ ỳ ầ đó b t k khi nào và b t k đâu khi có nhu c u khai thác.
ườ ứ ứ ả ợ ẩ ấ ữ Khi nh ng ng ặ i lính c u ho ho c nhân viên c u tr kh n c p không th ể
ể ượ ữ ả ưở ừ ả ọ ẽ ầ ạ ki m soát đ c nh ng nh h ng t ế th m ho thiên nhiên h s c n đ n
ể ư ế ị ữ ữ ệ ạ ọ nh ng thông tin hi n tr ng và chính xác đ đ a ra ch ng quy t đ nh quan tr ng
ế ạ ố ườ ữ ồ có liên quan đ n m ng s ng con ng i hay nh ng ngu n tài nguyên. Đó chính là
ệ ứ ụ ấ ộ ở lý do mà vi c ng d ng GIS di đ ng ngày càng tr nên c p bách; các nhóm làm
ự ị ượ ệ ộ ị ờ vi c trên th c đ a đ ệ c trang b công ngh GIS di đ ng bây gi ể ứ có th ng phó
ữ ệ ệ ườ ậ ứ ư ổ ượ ề khi nh ng đi u ki n hi n tr ng thay đ i và ngay l p t c đ a ra đ ữ c nh ng
ế ị ề ệ ế ể ả ổ ợ ườ ậ quy t đ nh h p lý, thay đ i chi n thu t qu n lý và đi u khi n trên hi n tr ng,
ạ ấ ả ệ thông báo tình tr ng cho t ư t c các thành viên cũng nh các nhóm làm vi c khác
ấ ả ữ ố ệ ượ ả ậ ớ ừ – t t c nh ng thông tin và s li u này đ ả ậ c đ m b o c p nh t t i t ng phút.
ữ ớ ợ ế ượ ộ ủ ệ ộ V i nh ng l i th v ế t tr i c a công ngh GIS di đ ng, nhân viên tìm ki m
ề ả ạ ưỡ ế ị ể ứ c u n n, đi u tra viên, các nhóm duy tu b o d ng thi ộ t b , các đ i ki m tra
ạ ộ ả ế ị ạ ầ ề ấ ị ả đ m b o ho t đ ng các trang thi t b h t ng đô th , và r t nhi u các nhóm
ơ ở ữ ệ ự ị ụ ứ ậ ả ngành ng d ng th c đ a khác có kh năng truy c p vào c s d li u trong ch ế
ự ể ả ụ ượ ự ệ ả ệ ộ ộ ờ đ th i gian th c đ đ m b o th c thi nhi m v đ ả c giao m t cách hi u qu ,
ự ị ậ ấ an toàn và tin c y nh t, ngay trên th c đ a.
ị ố ủ ữ ộ ớ ậ Đ chính xác cao c a các tr s đo Phase sóng mang GPS cùng v i nh ng thu t
ỉ ầ ụ ệ ề ấ ấ ợ ộ toán bình sai x p x d n cung c p m t công c thích h p cho nhi u nhi m v ụ
ứ ể ả ắ ồ ị ụ khác nhau trong công tác tr c đ a và b n đ . Chúng ta có th chia các ng d ng
này làm 4 lo i:ạ
Trang 41
ạ ị Đo đ c đ a chính
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ậ ướ ế ắ ị ố L p l i kh ng ch tr c đ a.
ộ ế ạ ụ ộ Theo dõi đ bi n d ng c c b .
ộ ế ạ ộ Theo dõi đ bi n d ng toàn b .
4. Ng
ỏ ộ ạ ị ị ươ ả ố ườ Đo đ c đ a chính đòi h i đ chính xác v trí t ng đ i kho ng 10 i ta có
ể ạ ượ ộ ắ ằ ộ th đ t đ ễ c đ chính xác này m t cách d dàng b ng cách quan tr c GPS.
ướ ế ắ ữ ố ị ướ ắ ộ ộ ị L i kh ng ch tr c đ a là nh ng l i tr c đ a có đ chính xác cao. Đ chính
6 đ n 1. 10
6 ng v i các c ly 20
ề ị ươ ả ố ế ự ứ ớ ầ xác yêu c u v v trí t ng đ i kho ng 5. 10
ể ạ ượ ộ ử ằ ị 100 km. Đ chính xác này có th đ t đ c b ng cách x lý sau các tr đo phase
ữ ẩ ạ ấ ầ ằ ố ề sóng mang GPS b ng nh ng ph n m m tiêu chu n. Các c p h ng kh ng ch ế
ụ ướ ấ ơ ẽ ả ể ượ ằ th p h n (ví d l ồ i đo v b n đ ) có th cũng đ ậ c thành l p b ng ph ươ ng
pháp GPS.
ụ ộ ộ ế ế ệ ạ ạ ỏ Vi c theo dõi đ bi n d ng c c b (lún do khai thác m , bi n d ng công trình)
ỏ ộ ự ế ớ ố ớ ộ đòi h i đ chính xác 1 mm đ n 1 cm trên c ly t ữ i m t vài km. Đ i v i nh ng
ứ ể ạ ượ ụ ộ ế ở ự ị ạ ng d ng này, đ chính xác có th đ t đ ế c nói trên b h n ch b i s thi u
ự ế ổ ủ ự ạ ắ ắ ấ ch c ch n trong s bi n đ i c a các t m vi m ch trong ăng ten GPS và s sai
ề ệ ườ ạ ơ ặ ế ữ ả ơ ệ l ch v tín hi u do môi tr ng ph n x n i đ t ăng ten. H n th n a, khó khăn
ị ớ ạ ệ ượ ệ ấ ả ị b tăng lên do kh năng nhìn th y v tinh b gi i h n vì hi n t ng bóng t ố ủ i c a
ệ ườ ể tín hi u trong môi tr ệ ng công nghi p tiêu bi u.
ệ ạ ế ạ ủ ị ầ ạ ộ ộ ế Vi c theo dõi đ bi n d ng toàn b ỏ ộ (ho t đ ng ki n t o c a đ a t ng) đòi h i
7 108 trên c ly liên l c đ a. S khác nhau c b n gi a ữ
ả ụ ị ơ ả ự ự ộ đ chính xác kho ng 10
ứ ữ ụ ệ ế ạ ộ ớ ở vi c theo dõi bi n d ng toàn b so v i nh ng ng d ng đã nói trên là ch ỗ
ườ ứ ạ ỹ ạ ề ệ ả ầ ợ ộ trong tr ng h p này c n ph i có m t mô hình ph c t p v các qu đ o v tinh
Trang 42
ị ờ ễ ộ ệ ệ ể ề ầ GPS, các tr th i tr khi truy n tín hi u qua t ng khí quy n và các đ l ch khác.
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ổ ế ộ ả ằ ệ ị ị Vi c ph bi n r ng rãi phép đ nh v hàng h i b ng GPS trong giao thông dân
ư ế ầ ầ ươ ề ố ầ ụ d ng h u nh tăng d n d n thay th các ph ệ ng pháp truy n th ng. Trong vi c
ặ ấ ộ ị ự ộ ể ệ ị xác đ nh các hành trình trên m t đ t, m t màn hình t ủ đ ng th hi n v trí c a
ươ ượ ộ ơ ồ ệ ử ằ ị ph ệ ng ti n (đ c xác đ nh b ng GPS) trên m t s đ đi n t ể ẽ có th s thay
ế ự ủ ể ậ ươ ớ ả ệ th s so sánh có tính th công các v t th xung quanh ph ng ti n v i b n đ ồ
ạ ự ỳ ố Ứ ố ớ ụ ề ọ ộ truy n th ng. ng d ng này thu c lo i c c k quan tr ng đ i v i các ph ươ ng
ặ ứ ộ ế ệ ậ ti n thi hành lu t pháp, công tác tìm ki m ho c c u h ....
ủ ể ệ ộ ị ươ ệ ự Vi c theo dõi v trí và s chuy n đ ng c a các ph ng ti n có th đ t đ ể ạ ượ c
ươ ệ ượ ị ữ ế ự ộ ể ế n u các ph ng ti n này đ c trang b nh ng máy phát chuy n ti p t đ ng đ ể
ị ượ ị ế ị ỗ ợ h tr máy thu GPS. V trí đ ằ c xác đ nh b ng các thi ử t b thu và x lý GPS có
ể ượ ộ ị ế ề ể ượ ể ệ th đ c truy n đ n m t đ a đi m trung tâm đ c th hi n trên màn hình.
3.4.7.1. H ệ thống giám sát giao thông trên nền tảng GPS
Hệ th ngố giám sát giao thông trên n nề tảng GPS– GPSBased traffic
monitoring system c aủ tác giả Sutardja, Sehat là m tộ hệ thống mô hình
ệ ượ ố h th ng đ c đăng ký đ cộ quyền t iạ Mỹ với mã số tài li uệ US
7260472B2 công nh nậ vào ngày 21 tháng 8 năng 2007 c aủ tác gi ả Sutardja,
Trang 43
Sehat.
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
Hình 3 .6. Mô hình gi
iả thu tậ c aủ h tệ h ngố US 7260472B2
ệ ố ẽ ậ ế ở ạ ỗ H th ng này s nh n bi t client đang tr ng thái đ hay là đang dy
ề ố ộ ế ể ướ ể chuy n. N u client đang dy chuy n thì các thông tin v t c đ và h ng dy
ẽ ượ ử ề ệ ố ẽ ậ ể chuy n s đ c g i v server. H th ng server s nh n các thông tin
ậ ộ ủ ể ạ ạ tr ng thái c a client đ phân tích tình tr ng m t đ giao thông cũng nh ư
ộ ủ ườ ữ ệ ề ỗ ố t c đ c a client trên đ ng. Server có các d li u v các bãi đ xe thông
ườ ạ ệ ố ể ờ ỹ ị ượ ệ minh trên đ ng t i M , nh đó h th ng có th xác đ nh đ c li u là khi
ộ ủ ẹ ạ ỗ ố t c đ c a client là 0km/h thì tình tr ng là đang k t xe hay là đang đ .
ứ ặ ạ ấ ổ Ho c khi tr ng thái client không đ i, server cũng có ch c năng truy v n
ệ ẹ ẽ ể ề ấ ị ế đ n client đ xác đ nh có d u hi u là k t xe thì server s thông tin v cho
ằ client b ng RSS. Ngoài ra, hệ thống còn hỗ trợ các bãi đỗ xe chức năng
th ngố kê ho tạ động c aủ bãi nhờ vi cệ cung c pấ các thông tin client ra vào
Trang 44
bãi.
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
w . tr a f f ic . c o m 3.4.7.2. Trang web giao thông ww
ượ Traffic.com còn đ c bi ế là Navteq Traffic, Traffic Pulse và Mobility t
ủ ể ậ ộ ỹ ấ Technology. Nó là m t website c a M dùng đ thu th p và cung c p
ươ ệ ế ị ỹ thông tin qua các ph ề ng ti n truy n thông , thi t b k thu t s . ậ ố Các
ủ thông tin về giao thông c a traffic.com đ ượ sử dụng cho các b nả tin, c
ề ươ những thông báo v giao thông trên các ph ng t i nệ radio, truy nề hình
ư ỹ ệ c aủ nhi uề ti uể bang ở M nh Philadelphia, Chicago,... H th ng ố c aủ
ư ầ traffic.com có thể thu th pậ h u nh các thành phố lớn c a t ủ ấ cả các ti uể t
Hình 3.7. Hình nhả thể hi nệ tình tr ngạ giao thông ở Philadelphia
Trang 45
bang ở Mỹ.
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ạ ộ Cách thức ho t đ ng
Traffic.com ngu nồ nh nậ bi tế tình trạng giao thông nhờ 4 ngu nồ thông
ế ả tin: các c m bi n giao thông trên các con , các thi tế bị GPS, các thống kê
c aủ chính phủ và những trạm trung tâm xử lý c aủ traffic.com. Hệ thống
ế cảm bi n giao thông đ tặ ở nhi uề đ aị điểm quan trọng trong các thành
ố ph và ngày càng đ ượ mở r nộ g. Traffic.com đ c cượ các tổ chức chính
phủ cung c pấ các thông tin thông kê về tình tr ngạ giao thông. Các trung
ậ tâm xử lý c aủ traffic.com đ tặ ở các thành phố thu th p thông tin về
ư ừ ả giao thông bằng nhi uề ngu nồ khác nhau nh các thông tin t c nh sát,
lính cứu h a,ỏ các hình nhả từ camera giao thông, từ các xe tham gia giao
thông, từ các máy bay trực thăng.
ệ ằ ả 3.4.7.3. Qu n lý xe oto, xe bus b ng công ngh GPS
ộ ệ ố ự ộ ệ ị ụ ứ GPS TRACKER là m t h th ng t đ ng ng d ng công ngh đ nh v ị
ế ợ ệ ệ ớ qua v tinh (GPS) k t h p v i công ngh GSM/GPRS và GIS giúp giám
ừ ự ờ ạ ợ ế ự sát xe t xa theo th i gian th c mang l ữ i nh ng l i ích thi t th c trong
ệ ả ủ công tác qu n lý c a doanh nghi p.
ừ ộ ự ớ ủ ờ Giám sát t xa l trình c a xe theo th i gian th c v i các thông s ố
ế ừ ườ ướ ị v trí xe chính xác đ n t ng con đ ậ ố ng, v n t c, h ể ng di chuy n,
ạ ắ ạ ở tr ng thái t ố ộ t/m máy xe, tr ng thái quá t c đ .
ặ ấ ả ề ệ ộ Nhi u giao di n giám sát khác nhau: giám sát m t ho c t t c các
ồ ể ệ ề ạ ả ả ộ ồ xe tr n m t màn hình b n đ , có nhi u d ng b n đ đ quan sát:
ồ ế ợ ồ ố ả ồ ệ ả ả b n đ s , b n đ v tinh, b n đ k t h p.
ự ộ ề ả ượ ố ộ T đ ng c nh báo v trung tâm khi v t quá t c đ cho phép.
Trang 46
ự ộ ề ả ượ ỏ ớ ạ T đ ng c nh báo v trung tâm khi v t ra kh i vùng gi i h n.
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ẩ ấ ề ạ ấ ộ ờ Báo đ ng tình tr ng kh n c p v trung tâm nh nút n SOS.
ồ ố ị ự ế ể ả ạ ế ỉ Tr ng thái xe hi n th tr c ti p trên b n đ s chi ti t 64 t nh
ở thành trung tâm.
ừ ặ ờ ư L u gi ữ ộ l trình t ng xe trong th i gian 3 tháng ho c 6 tháng (tùy
ầ ủ ế ỏ theo yêu c u c a Khách Hàng). Tìm ki m và mô ph ng l ạ ộ i l trình
ủ ừ đã đi c a t ng xe.
ồ ố ả ả ỏ ỉ Thao tác phóng to/thu nh , kéo th trên b n đ s 64 t nh thành
ệ ễ Vi t Nam d dàng và nhanh chóng.
ả ồ ố ể Cho phép thêm các đi m riêng vào b n đ s .
ụ ề ữ ệ Công c báo cáo d li u theo nhi u tiêu chí.
ể ế ợ ộ ố ả ế ặ ớ Ngoài ra còn có th k t h p v i m t s c m bi n đ c thù khác đ ể
ố ầ ư ệ ộ ọ ượ ử g i các thông s c n quan tâm nh nhi t đ , tr ng l ng,... v ề
trung tâm.
3.4.8. Các ng d ng trong tr c đ a và b n đ hàng không
ẽ ả ồ ừ ả ứ ụ ị ạ Trong ng d ng đo đ c và đo v b n đ t ệ ị nh máy bay, h đ nh v GPS cung
ậ ẫ ườ ỹ ả ị ấ c p k thu t d n đ ng bay, xác đ nh tâm chính nh.
ẫ ườ ẽ ả ầ ộ ả Trong đo v nh hàng không, yêu c u đ chính xác d n đ ộ ng bay kho ng m t
ể ự ệ ượ ụ ờ ệ ễ ộ vài ch c mét có th th c hi n đ ử c m t cách d dàng nh h GPS. Phép x lý
ớ ộ ế ỹ ể ậ ả ằ sau v i đ chính xác cao b ng GPS có th thay th k thu t tam giác nh không
ế ặ ấ ủ ể ể ố ộ gian và do đó có th đóng vai trò c a các đi m kh ng ch m t đ t m t cách
ệ ả ề ộ ự ứ ầ ị ị ụ ủ tuy t h o. Yêu c u v đ chính xác c a phép đ nh v trong lĩnh v c ng d ng
ả ổ ừ ạ ỉ ệ ả ừ ế này thay đ i trong kho ng t ỳ 0. 5 m đ n 26 m tu theo t ng lo i t l b n đ ồ
Trang 47
khác nhau.
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ặ ắ ị ể ượ ậ ể ằ Phép l p m t c t đ a hình b ng laze hàng không có th đ c dùng đ đo v ẽ
ố ặ ấ ồ ố ủ ự ủ ế ế ả ị ị ộ ả tr c ti p b n đ s c a đ a hình (mô hình s m t đ t) n u v trí c a b c m
ế ượ ế ớ ộ ề ộ ả ộ bi n (laze) đ c bi t v i đ chính xác kho ng 0. 5 1 m v đ cao và m t vài
ề ặ ẳ ườ ợ ệ ẽ ộ ị mét v m t ph ng. Ng i ta trông đ i h GPS s cho đ chính xác đ nh v t ị ố t
ử ơ h n trong phép x lý sau khi đo.
ị ươ ự ự ể ọ ộ ỏ ị Phép đo tr ng l c hàng không cũng đòi h i m t ki u đ nh v t ng t ư ậ nh v y.
ự ứ ụ ố ị ố ộ ủ Trong lĩnh v c ng d ng này, các s đo GPS cho phép xác đ nh thêm t c đ c a
ế ầ ế ữ ệ ự ọ ộ ả b c m bi n c n thi t cho phép quy EOTVOS d li u tr ng l c.
ỏ ộ ạ ả ị Phép đo sâu laze hàng không và phép x nh rada đòi h i đ chính xác đ nh v ị
ể ự ệ ế ễ ằ ố ộ ộ ả b c m bi n không cao có th th c hi n m t cách d dàng b ng các s đo GPS.
3.4.9.
ạ ị ườ ử ạ Ho ch đ nh đ ng đi cho các lo i tên l a bom thông minh hay máy bay,
ể ệ ộ ki m soát các hành đ ng qua v tinh…
ộ ố ứ ụ ể ụ M t s ng d ng c th :
ử
Hình 3.8. Tên l a hành trình
Trang 48
ử Tên l a hành trình
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ấ
ệ Hình 3.9. Máy bay hu n luy n
ấ Máy bay hu n luy n ệ
Hình 3.10. Bom thông minh
Trang 49
Bom thông minh:
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
ể ớ ớ ự ư ủ ẽ ệ ậ ạ ọ ỹ V i s phát tri n l n m nh c a khoa h c k thu t, các công ngh nh GPS s không
ạ ớ ọ ườ ụ ữ ẽ ầ ầ ở ộ còn là xa l v i m i ng i và nó s d n d n tr thành m t công c h u ích cho t ự
ừ ấ ượ ẽ ộ ươ ủ ớ ộ ộ đ ng hóa và t đó s giúp nâng cao ch t l ố ng c a cu c s ng. V i m t t ng lai
ượ ỳ ọ ệ ẽ ộ ườ không xa, GPS đ c k v ng s là m t công ngh giúp con ng ọ ơ ụ i chinh ph c m i n i
ẽ ả ế ớ ở ề ẳ ầ ấ ồ ọ trên trái đ t, v b n đ chính xác m i mi n, góp ph n giúp th gi i tr nên “ph ng”
Trang 50
h n.ơ
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
̀
Tai liêu tham khao
̣ ̉
̀ ́ ̣ ̣ Tai liêu tiêng Viêt
̀ ́ ̀ ̣ ̉ ̣ Bao mât email & phong chông spam, [1]. ́ Phung Tri Tuê (2009),
̀ ́ ̀ ̀ ̣ ̣ ̉ ̣ ̣ Đô an môn hoc, Trung tâm đao tao quan tri va an ninh mang Athena.
ườ ạ ọ ả [2]. Tr ậ ng Đ i h c Giao thông V n T i TP.HCM (2010),
ả ị ệ ố Bài gi ng h th ng đ nh v , ị Bài gi ngả
ươ ả ắ ị ồ ộ Đ án B môn Tr c đ a công trình [3]. Vũ Ph ng Th o (2007),
ọ ồ ườ ẳ Đ án môn h c, tr ắ ị ng Cao đ ng Tr c đ a
ị ụ ứ ể Tìm hi u GPS và ng d ng Mai Th Lan, … , Slide [4].
ầ ồ ị ị Đ án đ nh v toàn c u GPS, vuson.tk [5].
[6]. “Wikipedia”, vi.wikipedia.org/wiki/Hệ_thống_định_vị_toàn_cầu [truy
Trang 51
c p ậ vào 042012].
̀
̀ ệ ố
Đê tai: H th ng đ nh v toàn c u GPS & ng d ng
GVHD: ThS. Tr n Bá Nhi m
́ ̀ ̣ Tai liêu tiêng Anh
[1]. “Navteg”, http://www . traffic . c o m / [truy c pậ 12/2011]
[2]. DAVID WELLS,‘GPS Positioning‘, Canadian GPS Associates, 19861987.
[3]. TRIMBLE, ‘Trimble Servey Controller Reference Manual’.
[4]. [04] JEFF HURN: ‘GPS a Guide to the Next Utility’, Trimble Navigation, 1989.
[5]. [05] Michael Kennedy,‘Global Positioning System and GIS: An Introduction‘,
Trang 52
Ann Arbor Press, Inc.
