DANH MỤC TÀI LIỆU
Tìm hiểu về hệ thống định vị toàn cầu GPS
1
HEÄ THOÁNG
ÑÒNH VÒ TOAØN CAÀU
NAVSATR GPS
2
Muïc Luïc
CHÖÔNG 1 ÑÒNH KHOÂNG GIAN ................................................................ 4
1.1 giôùi thieäu ............................................................................................. 4
1.2 HEÄ THOÁNG ÑÒNH VÒ voâ tuyeán .......................................................... 4
1.2.1 Caùc heä thoáng ñònh vò treân maët ñaát ............................................................... 4
1.2.2 Caùc heä thoáng ñònh vò veä tinh ........................................................................ 6
1.3 lòch söû hình thaønh vaø phaùt trieån caùc heä thoáng ñònh vò veä tinh .............. 8
CHÖÔNG 2 HEÄ THOÁNG ÑÒNH TOAØN CAÀU ............................................... 14
2.1 Giôùi thieäU.......................................................................................... 14
2.2 SÔÛ ñònh vò trong heä thoáng GPS ................................................... 14
2.2.1 Cô sôû veà maët hình hoïc ............................................................................... 14
2.2.2 Cô sôû veà maët ñaïi s.................................................................................. 17
2.3 Caáu truùc heä thoáng ñònh vò toaøn caàu GPS ............................................ 18
2.3.1 Maûng heä thoáng caùc veä tinh GPS trong khoâng gian ..................................... 18
2.3.2 Maûng caùc traïm ñieàu khin heä thoáng GPS .................................................. 20
2.3.3 Maûng söû duïng heä thoáng GPS ..................................................................... 21
2.4 CAÁU TRUÙC TÍN HIEÄU VEÄ TINH ..................................................... 21
2.4.1 Ñaëc ñieåm tín hieäu GPS .............................................................................. 21
2.4.2 Caáu truùc tín hieäu veä tinh ........................................................................... 22
2.4.3 Thoâng ñieäp phaùt tín haøng haûi (baûn lòch veä tinh) ......................................... 24
2.4.4 Caùc trò ño pha vaø maõ ................................................................................ 25
2.5 Maùy thu GPS ..................................................................................... 30
2.5.1 ñoà nguyeân lyù ........................................................................................ 30
2.5.2 Caáu truùc maùy thu ...................................................................................... 31
2.5.3 Phaân loaïi maùy thu ..................................................................................... 32
2.6 HEÄ TOAÏ ÑOÄ, THAM CHIEÁU THÔØI GIAN GPS ............................... 35
2.6.1 Giôùi thieäu heä toaï ñoä .................................................................................. 35
2.6.2 Heä toaï ñoä gaén vaøo traùi ñaát ........................................................................ 38
2.6.3 Heä toaï ñoä quoác teá WGS 84 ........................................................................ 40
2.7 caùc tham chieáu thôøi gian vaø thôøi gian GPS ........................................ 42
2.7.1 Caùc heä chia thôøi gian ................................................................................ 43
2.7.2 Giôø GPS ................................................................................................... 44
2.8 Quyõ ñaïo veä tinh GPS ......................................................................... 45
2.8.1 Caùc ñònh luaät Kepler ................................................................................. 45
2.8.2 Caùc quyõ ñaïo elip lyù töôûng ......................................................................... 45
2.8.3 Ñònh vò vaø quan traéc veä tinh ...................................................................... 47
2.8.4 Caùc thoâng soá treân quyõ ñaïo GPS ................................................................ 48
CHÖÔNG 3 SAI SOÁ ÑO GPS................................................................................. 51
3.1 Giôùi thieäu chung ................................................................................ 51
3.2 Caùc sai soá töø maûng ñieàu khieån .......................................................... 54
3.2.1 Sai soá quyõ ñaïo veä tinh ............................................................................... 54
3.2.2 Sai soá töø ñoàng hoà veä tinh ........................................................................... 55
3.2.3 Chính saùch S/A(Selective Availibility) vaø A/S (Anti-Spoofing) .................... 56
3.3 Caùc sai soá phaùt sinh töø moâi tröôøng lan truyeàn tín hieäu voâ tuyeán ........ 56
3.3.1 Treã taàng ñieän ly ........................................................................................ 56
3.3.2 Treã treân taàng ñoái löu ................................................................................. 61
3.3.3 Ña ñöôøng truyeàn ....................................................................................... 65
3.4 Sai soá treân maûng maùy thu .................................................................. 69
3.4.1 Sai soá treân trò ño treân ñoàng hoà vaø nhieãu töø maùy thu ................................... 69
3.4.2 Sai soá do söï dòch chuyeån taâm pha anten..................................................... 69
3.5 AÛnh höôûng cuûa caáu hình veä tinh ....................................................... 71
3.5.1 Khaùi quaùt .................................................................................................. 71
3.5.2 Xaùc ñònh giaù trò GDOP ............................................................................. 74
3.5.3 Giaûi phaùp khaéc phc ................................................................................. 74
3.6 TRÒ NHAÄP NHAÈNG CUÛA PHA SOÙNG MANG ................................ 75
3.6.1 Pheùp loaïi tröø trò nhp nhaèng chu kyø .......................................................... 75
3
3.6.2 Trò soá tröôït chu kyø..................................................................................... 76
3.7 Caùc sai soá ño, sai soá toïa ñoä traïm ño ................................................... 76
3.7.1 Caùc sai soá ño ............................................................................................ 76
3.7.2 Moâ hình sai soá ño ...................................................................................... 77
3.7.3 Toïa ñoä traïm ño ......................................................................................... 78
CHÖÔNG 4 NGUYEÂN LYÙ ÑÒNH TREÂN MAÙY THU GPS ........................... 79
4.1 Coâng thöùc toaùn hoïc ñeå tính khoaûng caùch giaû. .................................... 79
4.2 Xaùc ñònh toaï ñoä maùy thu .................................................................... 80
4.2.1 Tuyeán tính hoùa phöông trình ..................................................................... 80
4.2.2 Giaûi phöông trình...................................................................................... 82
4.2.3 Tröôøng hôïp maùy thu quan traéc nhieàu hôn 4 veä tinh .................................... 82
CHÖÔNG 5 CAÙC KYÕ THUAÄT ÑÒNH TRONG GPS ..................................... 84
5.1 Maõ khoaûng caùch CR vaø pha soùng mang CP ...................................... 84
5.2 Xöû lyù thôøi gian thöïc vaø xöû lyù sau ....................................................... 85
5.3 Ñònh vò ñieåm vaø ñònh vò töông ñoái ..................................................... 85
5.3.1 Ñònh vò ñieåm ............................................................................................. 85
5.3.2 Ñònh vò töông ñoái (Relative positioning) .................................................... 86
5.4 Ñònh vò tónh vaø ñoäng .......................................................................... 86
5.4.1 Ñònh vò ñieåm tónh ...................................................................................... 86
5.4.2 Ñònh vò ñieåm ñoäng ..................................................................................... 86
5.4.3 Ñònh vò töông ñoái tónh ............................................................................... 87
5.4.4 Ñònh vò töông ñoái ñoäng .............................................................................. 87
5.5 CAÙC KYÕ THUAÄT ÑÒNH VÒ BAÈNG GPS TRONG THÖÏC TEÁ ........... 87
5.5.1 Ñònh vò ñieåm (tuyeät ñoái) ............................................................................ 87
5.5.2 Ñònh vò vi sai (DGPS)................................................................................ 88
5.5.3 Caùc kyõ thuaät ñònh vò söû duïng trò ño pha soùng mang.................................... 94
5.5.4 Ñoä chính xaùc DGPS .................................................................................. 96
5.5.5 Ñöôøng truyeàn voâ tuyeán .............................................................................. 96
CHÖÔNG 6 ÑÒNH VÒ ÑOÄNG ................................................................................ 98
6.1 GIÔÙI THIEÄU ...................................................................................... 98
6.2 NGUYEÂN LYÙ HOaïT ÑoäNG CuûA ÑòNH Vò ÑoäNG ........................... 98
6.2.1 Caùc moâ hình ñònh vò ñoäng ....................................................................... 100
6.2.2 So saùnh caùc moâ hình ñoäng ....................................................................... 101
6.2.3 Xöû lyù thôøi gian thöïc vaø xöû lyù sau ............................................................. 102
6.2.4 Ñoä chính xaùc vaø thieát bò (Accuracy and Instrumentation) ......................... 102
6.2.5 Phaïm vi öùng duïng ................................................................................... 103
6.3 CAÙC öùNG DuïNG TREÂN PHÖÔNG TIeäN ÑÖôøNG Boä .................... 105
6.4 CAÙC öùNG DuïNG TREÂN TAØU THUYeàN ........................................ 106
6.5 CAÙC öùNG DuïNG TREÂN MAÙY BAY............................................... 107
6.5.1 Ño saâu Laser .......................................................................................... 107
6.5.2 Maùy bay GPS ñònh vò ñoäng vaø öùng laäp baûn ñoà haûi döông hoïc .................. 108
6.5.3 ÖÙng duïng trn maùy bay tröïc thaêng laäp maët caét Laser .............................. 109
4
CHÖÔNG 1 ÑÒNH VÒ KHOÂNG GIAN
1.1 GIÔÙI THIEÄU
Theo Vanicek vaø Krakiwsky (1986), ñònh laø xaùc ñònh trí cuûa caùc vaät thtónh hoaëc
ñoäng trong khoâng gian. Thoâng thöôøng, trí cuûa caùc vaät theå coù theå ñöôïc xaùc ñònh trong
moät heä toaï ñoä khoâng gian ba chieàu ñaõ ñöôïc ñònh nghóa tröôùc (goïi laø ñònh vò ñieåm hay ñònh
vò tuyeät ñoái) hoaëc theo nhöõng ñieåm ñaõ coù toaï ñoä xaùc ñònh (goïi laø ñònh vò töông ñoái).
Phöông phaùp ñònhsô khai nhaát ñöôïc loaøi ngöôøi aùp duïng laø phöông phaùp ñinh thieân
vaên vaø ñöôïc ngöôøi coå xöa aùp duïng khi tìm höôùng ñi trong caùc khu röøng, hay vaøo ban
ñeâm,…Ban ñaàu phöông phaùp naøy döïa treân trí caùc choøm sao treân baàu trôøi ñeå xaùc ñònh
trí treân maët ñaát. Sau ñoù noù ñöôïc phaùt trieån vaø caûi tieán daàn thaønh moät phöông phaùp ñònh
hoaøn chænh öùng duïng trong nhieàu muïc ñích khaùc nhau.
Cuøng vôùi nhöõng tieán boä vöôït baäc trong lónh vöïc khoa hoïc kyõ thuaät, nhieàu öùng duïng
trong cuoäc soáng ñoøi hoûi caùc keát quaû ñònh chính xaùc vaø thích nghi trong nhöõng ñieàu kieän
khaùc nhau. Nhieàu hthoáng môùi û duïng nhöõng phöông phaùp ñònh vò chính xaùc vtin caäy
hôn ñaõ ñöôïc nghieân cöùu vtrieån khai öùng duïng. Vôùi nhöõng öu theá vöôït troäi, caùc hthoáng
môùi naøy ñaõ nhanh choùng thay theá caùc heä thoáng cuõ. Hai phöông phaùp ñònh vò khoâng gian coù
ñoä tin caäy cao vaø ñöôïc trieån khai öùng duïng roäng raõi trong caùc heä thoáng ñònh vò hieän nay laø
phöông phaùp ñònh vò quaùn tính vaø phöông phaùp ñònh vò voâ truyeán.
Phöông phaùp ñònh vò voâ tuyeán ñöôïc phaùt trieån vaøo ñaàu nhöõng naêm 40 laø moät phöông
phaùp cho keát quaû ñònh vò coù ñoä chính xaùc cao, phaïm vò öùng duïng roäng raõi vaø coù theå hoaït
ñoäng trong moïi ñieàu kieän thôøi tieát. Phöông phaùp naøy döïa treân caùc soùng voâ tuyeán phaùt ñi ñeå
xaùc ñònh toïa ñoä trong khoâng gian. Heä thoáng ñònh ñaàu tieân ñöôïc Myõ xaây döïng treân bôø
Baéc Ñaïi Taây Döông vôùi caùc traïm voâ tuyeán ñaët raûi raùc treân maët ñaát trong moät khu vöïc roäng
lôùn. Heä thoáng naøy ñöôïc trieån khai öùng duïng ñu tieân cho quaân ñoäi Myõ trong chieán tranh
theá giôùi thöù hai. Caùc heä thoáng naøy ñöôïc goïi laø caùc heä thoáng ñònh vò voâ tuyeán treân maët ñaát
ñeå phaân bieät vôùi heä thoáng ñònh vò baèng veä tinh sau naøy.
1.2 HEÄ THOÁNG ÑÒNH VÒ VOÂ TUYEÁN
1.2.1 Caùc heä thoáng ñònh vò treân maët ñaát
Treân phöông dieän lòch söû, caùc heä thoáng ñònh vtuyeán treân maët ñaát xuaát phaùt ø h
thoáng xaùc ñònh höôùng baèng soùng voâ tuyeán, heä thoáng naøy coù teân goïi taét theo töø tieáng Anh laø
RDF (Radio Direction Finding ) vaø hthoáng ‚Hyperbolic‛. Caùc hthoáng ñònh naøy hoaït
ñoäng treân moät nguyeân lyù chung laø duøng soùng voâ tuyeán phaùt ra töø nhöõng traïm ñaët taïi nhöõng
vò trí ñaõ bieát tröôùc toïa ñoä treân maët ñaát ñeå xaùc ñònh toïa ñoä cuûa nhöõng ñieåm chöa bieát.
Heä thoáng RDF döïa treân nguyeân lhoaït ñoäng töông ñoái deã hieåu. Moät caùch ñôn giaûn,
treân moät trí ñaõ bieát tröôùc toïa ñoä, moät traïm phaùt ñöôïc duøng ñphaùt ñi caùc tín hieäu voâ
tuyeán. Taïi trí caàn xaùc ñònh toïa ñoä. moät anten ñònh höôùng ñöôïc duøng ñeå xaùc ñònh moät
Bearing (compass sightings) tôùi traïm vtuyeán. Goùc Bearing laø goùc hôïp bôûi phöông cuûa
ñöôøng thaúng ñi qua trí caàn xaùc ñònh vaø vò trí ñaët traïm vôùi moät phöông chuaån cuï theå
(thöôøng ñöôïc choïn laø höôùng Baéc ñòa lyù). Quaù trình ñöôïc laëp laïi ñoái vôùi caùc traïm khaùc tieáp
5
theo ñeå xaùc ñònh caùc goùc Bearing töông öùng töø ñieåm ñoù tôùi caùc traïm naøy. Töø caùc goùc
Bearing cñöôïc, ta veõ moät ñöôøng thaúng ñi qua caùc traïm phaùt voâ tuyeán vaø hôïp vôùi phöông
chuaån moät goùc baèng goùc Bearing ño ñöôïc töông öùng taïi traïm ñoù. Toïa ñoä cuûa ñieåm caàn xaùc
ñònh laø giao ñieåm cuûa hai ñöôøng thaúng ñeán töø hai traïm khaùc nhau.
Hình 1.1. Xaùc ñònh toïa ñoä qua caùc goùc Bearing
Caùc heä thoáng Hyperbolic thì phöùc taïp hôn. Hthoáng Hyperpolic û duïng phöông phaùp
truyeàn keát hôïp töø ít nhaát hai traïm voâ tuyeán. H thoáng naøy döïa vaøo cô sôû laäp luaän raèng treân
taát caû caùc ñieåm, trong ñoù söï sai khaùc giöõa caùc tín hieäu voâ tuyeán ñeán töø caùc traïm khaùc nhau
laø moät giaù trò haèng, taïo thaønh moät Hyperbola. Ngöôøi ta coù theå xaây döïng moät beà maët (map)
ñöôïc bieåu dieãn baèng nhieàu Hyperpola (Moãi Hyperbola laø moät ñöôøng maø treân ñoù söï khaùc
nhau cuûa n hieäu vtuyeán laø moät haèng soá). Ngöôøi söû duïng duøng caùc thieát voâ tuyeán ñeå
thu nhaän caùc tín hieäu voâ tuyeán sau ñoù keát hôïp caùc söï khaùc nhau nhaän ñöôïc naøy ñeå xaáp xæ
caùc Hyperbola treân beà maët. Ñieàu naøy ñaët ngöôøi û duïng taïi moät nôi doïc theo moät hình
cung treân beà maët ñaát. Laëp laïi tieán trình naøy baèng vieäc söû duïng moät caëp traïm khaùc ñeå xaùc
ñònh moät Hyperbola tieáp theo. trí cuûa ngöôøi söû duïng ñöôïc xaùc ñònh baèng caùch tìm ñieåm
maø hai Hyperpola giao nhau treân beà maët. Phaàn sau toùm löôït moät soá heä thoáng voâ tuyeán treân
maët ñaát ñöôïc söû duïng trong thöïc teá.
1.2.1.1 DECCA
Heä thoáng DECCA laø moät heä thoáng ñònh vò Hyperbola taàn soá thaáp. Heä thoáng naøy ñöôïc söû
duïng roäng raõi ôû Taây AÂu, Canada, vònh Ba tö vaø vònh Bangal. DECCA ñònh vò baèng caùch so
saùnh ï khaùc nhau treân pha cuûa caùc tín hieäu ñöôïc truyeàn töø nhieàu traïm voâ tuyeán khaùc
nhau.
1.2.1.2 GEE
GEE lmoät heä thoáng ñònh vò voâ tuyeán treân maët ñaát cuûa Anh quoác. Heä thoáng naøy töông
töï nhö heä thoáng LORAN nhöng söû duïng caùc taàn soá VHF. Do vaäy, heä thoáng naøy chæ giôùi
haïn cho caùc höôùng nhìn thaúng.
1.2.1.3 LORAN-A
Heä thoáng LORAN-A (LORAN chuaån) ñöôïc phaùt trieån suoát trong chieán tranh theá giôùi thöù
II taïi vieän coâng ngheä Massachusetts. LORAN coù nghóa laø ñònh khoaûng caùch daøi (Long
Range Navigation) vaø ñöôïc phaùt trieån ñeå ñaùp öùng nhu caàu ñònh vò ñoä chính xaùc cao cho
Höôùng Baéc ñòa lyù (00)
Ñieåm coù toïa ñoä ñaõ bieát
Ñieåm coù toïa ñoä ñaõ bieát
Bearing
Ñieåm caàn xaùc ñònh
Höôùng Baéc ñòa lyù (00)
6
caùc taøu thuyû vmaùy bay trong quaân ñoäi. Heä thoáng hoaït ñoäng treân baêng taàn 1850 kHz -
1950 kHz vaø khoaûng caùch ñònh vò leân tôùi 600 daëm.
1.2.1.4 LORAN-C
Heä thoáng LORAN-C ñöôïc phaùt trieån vaøo nhöõng naêm 1950. Heä thoáng ñònh treân maët
ñaát. Hieän taïi, heä thoáng naøy hoaït ñoäng treân baêng taàn 90kHz ñeán 110kHz. LORAN-C laø moät
heä thoáng Hyperbolic xung vôùi ñoä chính xaùc döï baùo 0.25 daëm haøng haûi, ñoä chính xaùc laëp
laïi 18-19 m, ñoä tin caäy 95% vaø ùc saün saøng laøm vieäc 99.7%. Heä thoáng naøy ñöôïc phaùt
trieån ñeå cung caáp cho boä quoác phoøng Myõ vôùi moät khaû naêng ñònh voâ tuyeán treân moät
khoaûng caùch daøi hôn vôùi ñoä chính xaùc cao hôn caùc heä thoáng tröôùc ñoù.
1.2.1.5 OMEGA
OMEGA laø moät heä thoáng ñònh vò voâ tuyeán treân maët ñaát ra ñôøi tröôùc heä thoáng LORAN-C.
Heä thoáng naøy do Myõ phaùt trieånùi söï lieân keát cuûa 6 quoác gia khaùc nhau. OMEGA laø moät
heä thoáng ñònh vò voâ tuyeán toaøn caàu, so saùnh treân pha vôû taàn soá raát thaáp cho pheùp ñònh
trong khoaûng 2 tôùi 4 daëm ôû 95% möùc ñoä tin caäy vôùi 95% möùc saün saøng söû duïng.
1.2.2 Caùc heä thoáng ñònh vò veä tinh
Caùc heä thoáng nhö NAVSTAR v GLONASS söû duïng nguyeân taéc ñònh vò tam giaùc.
Nghóa laø trí maùy thu ngöôøi û duïng ñöôïc xaùc ñònh döïa treân khoaûng caùch töø maùy thu tôùi
nhieàu vtinh. Do vò trí cuûa veä tinh ñöôïc bieát tröôùc (ïa treân nguoàn soá lieäu baùo tröôùc hoaëc
trích töø thoâng tin quaûng baù töø moãi veä tinh) neân vò trí maùy thu coù theå ñöôïc xaùc ñònh.
Heä thoáng ñònh vò toaøn caàu söû duïng caùc ñaëc ñieåm cuûa soùng voâ tuyeán phaùt ñi ñeå xaùc ñònh
toïa ñoä. Khoâng gioáng ncaùc heä thoáng ñònh söû duïng caùc traïm phaùt treân maët ñaát tröôùc
ñaây, caùc traïm phaùt ñaët treân veä tinh thöôøng bao phuû traùi ñaát vôùi ñoä chính xaùc cao hôn caùc
traïm treân maët ñaát. Caùc veä tinh phaùt caùc thoâng tin ñònh thôøi, thoâng tin veà vò trí vaø thoâng tin
veà söùc khoûe cuûa veä tinh. Maûng khoâng gian (Space Segment) laø moät thuaät ngöõ kyõ thuaät chæ
caùc veä tinh naèm trong heä thoáng.
Ngöôøi söû duïng caàn moät maùy thu voâ tuyeán ñaëc bieät- maùy thu GPS ñeå thu tín hieäu voâ
tuyeán phaùt töø veä tinh. Maùy thu chöùa moät maùy tính ñaëc bieät ñeå tính vò trí töø tín hieäu veä tinh.
Ngöôøi söû duïng khoâng phaûi truyeàn baát kyø thöù gì ñeán veä tinh vaø veä tinh khoâng bieát ngöôøi söû
duïng ôû ñaâu. Soá ngöôøi û duïng heä thoáng taïi moät thôøi ñieåm laø khoâng giôùi haïn. Ngöôøi söû
duïng vôùi my thu cuûa hoï ñöôïc goïi laø maûng ngöôøi söû duïng (User segment).
Caùc veä tinh ñöôïc ñieàu khieån vgiaùm saùt töø caùc traïm treân maët ñaát (Control segment).
Traïm ñieàu khieån giaùm saùt ñoä chính xaùc vtình traïng söùc khoûe cuûa moãi veä tinh. Caùc leänh
vaän haønh, thoâng soá quyõ ñaïo vaø caùc hieäu chænh thôøi gian ñöôïc truyeàn ñeán caùc veä tinh töø caùc
traïm ñieàu khieån theo moät chu kyø nhaát ñònh.
Caû hai heä thoáng NAVSTAR vaø GLONASS ñeàu cung caáp hai nguoàn tín hieäu ñònh vò.
Nguoàn tín hieäu cung caáp thoâng tin ñònh coù ñoä chính xaùc cao hôn ñöôïc daønh rieâng cho
quaân ñoäi moãi nöôùc chuû quaûn söû duïng vaø nguoàn coù ñoä chính xaùc thaáp hôn ñöôïc cung caáp
mieãn phí cho caùc öùng duïng trong daân söï.
1.2.2.1 GLONASS
GLONASS laø moät heä thoáng ñònh vtinh cuûa Nga. Heä thoáng töông töï nmoät phieân
baûn cuûa heä thoáng NAVSTAR. Heä thoáng naøy bao phuû ton caàu, phuïc vuï cho ñònh haøng
thông tin tài liệu
Tài liệu cung cấp những kiến thức căn bản về hệ thống định vị toàn cầu GPS
Mở rộng để xem thêm
từ khóa liên quan
xem nhiều trong tuần
yêu cầu tài liệu
Giúp bạn tìm tài liệu chưa có

LÝ THUYẾT TOÁN


×