Archive for GPS

Hệ thống Galileo vệ tinh dẫn đường – Galileo satellite navigation


Glalileo là một hệ thống vệ tinh dẫn đường (sử dụng vệ tinh để phục vụ cho việc định vị và dẫn đường) hiện đang được xây dựng bởi EU (european union) và ESA (European Space Agency). Dự án trị giá 3.4 tỷ Euro này là một sự lựa chọn khác và cũng là sự bổ trợ thêm cho hệ thống GPS sẵn có của Mỹ và hệ thống Glonas của Nga. Ngày 30 tháng 11 năm 2007, 27 bộ trưởng bộ giao thông vận tải các nước thành viên của EU đã đi đến một thoả thuận sẽ đưa vào vận hành hệ thống trước năm 2013.

Khi đưa vào khai thác, toàn bộ hệ thống sẽ có 2 trung tâm vận hành mặt đất, một ở gần Munich của Đức và một ở Fucino cách Rome (Italy) 130 km về phía Đông. Từ ngày 18 tháng 5 năm 2007, EU đã chính thức nhận việc điều hành toàn bộ dự án Galileo từ một nhóm gồm 8 công ty tư nhân gọi là European Satellite Navigation Industries – nhóm này đã từ bỏ dự án Galileo từ đầu năm 2007.

Hệ thống Galileo sẽ cung cấp các thông số đo đạc chính xác hơn các hệ thống hiện tại sẵn có là hệ thống GPS và hệ thống Glonas với độ chính xác đến phạm vi 1 mét bao gồm cả về độ cao phía trên mực nước biển đồng thời cung cấp khả năng định vị chính xác với cả các vị trí ở vĩ độ cao. Về mục đích chính trị, châu Âu không muốn bị phụ thuộc vào sự kiểm soát của Nga và Mỹ vì nếu xảy ra chiến tranh với 2 ông lớn này, châu Âu có thể bị từ chối sử dụng GPS và Glonas.

Cũng giống như GPS, các dịch vụ cơ bản của hệ thống Galileo sẽ được cung cấp miễn phí cho tất cả mọi người. Tuy nhiên, nếu người sử dụng cần độ chính xác cao với các dịch vụ chất lượng hơn nữa hoặc sử dụng cho mục đích quân sự, họ sẽ phải trả tiền.

Hệ thống GPS của Galileo có 24 vệ tinh (có 3 vệ tinh dự phòng) nằm rải trên 6 quỹ đạo với khả năng truyền các mã khác nhau. Hệ thống Galileo sẽ tham gia cùng hai hệ thống GNSS khác là GPS của Mỹ và GLONASS của Nga. Những hệ thống này đã hoạt động nhiều năm. Hệ thống Galileo sẽ được tương thích với các hệ thống GNSS hiện có. Đây là thế mạnh để hệ thống Galileo cung cấp đa dạng dịch vụ:

Dịch vụ mở (Open Service): Dịch vụ miễn phí có sẵn cho thị trường các ứng dụng đòi hỏi phải định vị đơn giản và không cần sự đảm bảo. Nó giống như GPS nhưng mà không có bất kỳ cơ sở hạ tầng mặt đất bổ sung.

Dịch vụ Thương mại CS (Commercial Service): Dịch vụ này đòi hỏi được sử dụng chuyên nghiệp, có độ chính xác cao hơn và cung cấp dịch vụ bảo đảm có thu phí. Tín hiệu truyền đi đã được mã hóa nhằm tạo tính bảo mật cao. Bên cạnh đó, hệ thống cung cấp dữ liệu tốc độ thấp, đảm bảo năng lực và phát sóng tín hiệu chuyển hướng bổ sung để duy trì các ứng dụng thương mại.

Dịch vụ An toàn của cuộc sống (Safety of Life Service): Đây là một dịch vụ cho các ứng dụng đảm bảo an toàn hơn cho cuộc sống. Tín hiệu được mã hóa nhưng xác thực và thông tin toàn vẹn được phát sóng, có sự tương tác thông tin 2 chiều theo thời gian thực

Dịch vụ Điều hành công vụ (Public Regulated Service): Chỉ dành cho đối tượng được chính phủ cho phép sử dụng.

Dịch vụ tìm kiếm và cứu nạn (Search and Rescue Service): Nó cho phép phát hiện nguy hiểm và phát đi cảnh báo theo thời gian thực Nó tương thích với COSPAS-SARSAT. Đảm bảo thông tin tương tác 2 chiều.

Ngoài ra, hệ thống còn cung cấp những phân tích cấp cao về chính trị, công nghiệp, kỹ thuật, và các yếu tố kinh tế trong lĩnh vực GNSS ở Đông Nam Á, với trọng tâm đặc biệt về Việt Nam và Thái Lan.

<sưu tầm>

Leave a comment »

GLONASS, CNSS(BeiDou), IRNSS, QZSS – Global Navigational Satellite System


Hệ thống GLONASS (Global Navigation Satellite System) là hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu của Liên bang Nga, tương tự như GPS (NAVSTAR) của Mỹ hay Galileo của Liên minh châu Âu.
Nền của hệ là 24 vệ tinh, chuyển động trên bề mặt Quả Đất theo 3 mặt quỹ đạo với góc nghiêng 64,8°, và độ cao 19100 km.
Vệ tinh đầu tiên của GLONASS được Liên Xô đưa lên quỹ đạo ngày 12 tháng 10 năm 1982, vào ngày 24 tháng 9 năm 1993 hệ chính thức được đưa vào sử dụng.
Vào thời điểm này nhóm vệ tinh gồm 17 làm việc trong hệ vệ tinh, còn 2 tạm thời không được dùng và 2 chưa được đưa vào hệ. Số lượng này chưa đủ để bao phủ toàn bộ bề mặt Quả Đất.
Độ mở tích phân GLONASS trên Quả Đất: 80%
Độ mở tích phân GLONASS trên Nga: 94%
Đứt quãng tối đa của sự định vị trên Quả Đất: 2.4 giờ
Đứt quãng tối đa của sự định vị trên Nga: 0.5 giờ
Để tăng số lượng vệ tinh lên 18 trên lãnh thổ Nga để việc định vị liên tục được đảm bảo 100%. Trên phần còn lại của quả đất theo đây sự ngắt trong việc định vị có thể đạt đến полутора часов. Việc định vị liên tục thực sự trên toàn bộ khu vực của quả đất được bảo đảm trên nhóm quỹ đạo từ 24 vệ tinh.
Các máy vũ trụ làm việc trong thời gian hiện tại gồm 6 vệ tinh «GLONASS-M», (1 phóng vào năm 2003, 2 — vào 2005, 3 — vào 2006), có thời gian bảo hành tồn tại tích cực là 7 năm. Các vệ tinh này, khác với các máy thế hệ trước, phóng 2 tín hiệu dành cho các nhu cầu dân dụng, cho phép tăng độ chính xác của việc xác định vị trí.
Tương ứng với yêu cầu của Tổng thống LB Nga nhóm tối thiểu từ 18 vệ tinh cần hoàn tất vào năm 2007. Nhóm đầy đủ từ 24 vệ tinh tương ứng với chương trình liên bang «Hệ định vị toàn cầu» cần hoàn tất vào năm 2010.

Cũng cần phải nhắc tới tham vọng của Trung Quốc trong việc phát triển hệ thống vệ tinh dẫn đường có tên gọi quốc tế CNSS (Compass Navigation Satellite System) hoặc tên tiếng Trung Quốc “BeiDou”. Theo kế hoạch, CNSS bắt đầu cung cấp dịch vụ trên lãnh thổ Trung Quốc và các quốc gia lân cận vào năm 2008. Hệ thống hoàn chỉnh sẽ bao gồm 5 vệ tinh địa tĩnh GEO và 30 vệ tinh quỹ đạo trung bình MEO, có khả năng cung cấp tín hiệu định vị dẫn đường cho người sử dụng trên toàn thế giới dưới hai dạng dịch vụ: Dịch vụ tự do miễn phí cho mục đích dân sự có độ chính xác vị trí 10 mét, độ chính xác tốc độ 0.2 mét / giây và độ chính xác thời gian là 50 nano giây và Dịch vụ đăng ký khi sử dụng có độ chính xác cao hơn chỉ ứng dụng cho quân sự và các ứng dụng khác được cấp phép.
Tháng tư năm 2007, Trung Quốc đã phóng thành công vệ tinh Compass-M1 MEO đầu tiên lên quỹ đạo, như vậy cũng dễ nhận ra rằng mục tiêu hoạt động của hệ thống vào năm 2008 là hoàn toàn không khả thi.

Tham vọng của Ấn Độ cũng không kém nước này cũng đang nghiên cứu Hệ thống IRNSS -The Indian Regional Navigational Satellite System.

Không thể không nhắc đến hệ thống Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) là hệ thống định vị và dẫn đường của Nhật Bản.Hệ thống này được Chính phủ Nhật bản uy quyền cho nhóm the Advanced Space Business Corporation (ASBC) gồm có Mitsubisi,Hitachi, GNSS Technology quản lý và phát triển
Mục tiêu của QZSS là các thiết bị di động, các dịch vụ viễn thộng (video, music, data) và thông tin vị trí.

Leave a comment »

Hệ thống định vị toàn cầu của Nga GLONASS


Đối với Nga, năm vũ trụ 2008 đã kết thúc thành công bằng việc phóng tên lửa mang Proton-M với ba quả vệ tinh nhân tạo thuộc hệ thống định vị Glonass. Chiếc tên lửa mang đã được phóng từ sân bay vũ trụ Baikonur ngày 25 tháng 12. Nhờ đó, hệ thống định vị GLONASS phủ kín toàn bộ lãnh thổ Nga.

Để bảo đảm sự định vị trên toàn bộ lãnh thổ đất nước , trong thành phần hệ thống GLONASS phải có 18 quả vệ tinh nhân tạo. Hiện nay, số vệ tinh là nhiều hơn. Năm nay, sau khi các vệ tinh trên quỹ đạo sẽ lên con số 24, thì sẽ có thể nói về quy mô toàn cầu. Sau đây là ý kiến của ông Anatoli Perminov, Chủ tịch cơ quan vũ trụ Liên Bang Nga. Thiết bị kỹ thuật trên các vệ tinh trong hệ thống GLONASS tạo khả năng chuyển sang giai đoạn mới — giành dịch vụ định vị cho các cơ quan nhà nước, vì mục đích quốc phòng và an ninh quốc gia, cũng như cho tầng lớp rộng rãi những người tiêu thụ trong nước.

Glonass là hệ thống định hướng công dụng kép, cỏ thể được sử dụng cả vì mục đích quân sự lẫn dân sự. Các sự kiện năm ngoái ở vùng Kavkaz đã cho thấy rõ sự cần thiết phải tăng cường bộ phận quân sự trong hoạt động của hệ thống định vị. Thời gian tới, trong khuôn khổ chương trình hiện đại hóa quân đội Nga, các đơn vị vũ trang sẽ được trang bị máy thu định vị . Về công dụng dân sự, thì hệ thống định vị của Nga đang được sử dụng trong ngành đường sắt, giao thông đường không và đường biển. Nhiệm vụ trước mắt là sản xuất hàng loạt máy thu định vị mini cho xe ô-tô. Trong lĩnh vực này phải thực hiện bước nhảy vọt, để thay thế các loại thiết bị nước ngoài làm việc trong hệ thống GPS, đặc biệt nếu có chú ý đến cuộc khủng hoảng kinh tế thế giới và triển vọng tiếp cận thị trường quốc tế sản xuất các loại thiệ́t bị định vị dân dụng.

Theo đánh gía của giới chuyên viên, thị trường này trị gía hàng chục tỷ đôla. Hiện nay, trên thế giới có ba hệ thống định vị toàn cầu, đó là GLONASS và GPS, hai hệ thống đang hoạt động, và hệ thống Galileo của châu Âu đang ở giai đoạn hoàn chỉnh. Giới chuyên viên cho rằng, hệ thống định vị của Nga có một số ưu điểm không thể chối cãi được. Trước hết, nếu so sánh với thiết bị sản xuất tại Mỹ, thì máy thu của Nga có thể làm việc cả trong hệ thống GPS cả trong hệ thống Glonass, còn hệ thống GPS không có khả năng như vậy. Nhờ đó, tín hiệu trên màn máy thu có chất lượng tốt hơn hai lần. Điều đó là đặc biệt quan trọng trong điều kiện xây dựng dày đặc trong thành phố lớn.

Nhiều nước trên thế giới thể hiện sự quan tâm đến hệ thống định vị GLONASS. Trong đó có không chỉ các nước SNG, mà còn Ấn Độ và một số nước Mỹ Latin. Trong tương lai, sau khi các vệ tinh loại GLONASS-M được thay thế bằng các vệ tinh tân tiến hơn lọai GLONASS-K, có thời hạn sử dụng nhiều gấp mấy lần, thì tiềm năng của hệ thống định vị của Nga sẽ mở rộng đáng kể .

<sưu tầm>

Leave a comment »

Vệ tịnh định vị mới được đưa vào sử dụng trong hệ GPS


Mỹ vừa phóng vệ tinh định vị hiện đại nhất, thuộc một nhóm vệ tinh định vị toàn cầu mới (GPS) nhằm giúp người sử dụng thương mại và quân đội Mỹ xác định được vị trí và mục tiêu chính xác hơn.

Trị giá 75 triệu đôla, vệ tinh được phóng bằng tên lửa Boeing Delta 2 vào ngày 26/9. Trong vài ngày tới, nó sẽ triển khai các tấm pin mặt trời, anten và khai hoả một tên lửa nhỏ trên boong để đạt tới quỹ đạo cuối cùng, chừng 18.00km bên trên Trái đất. Vệ tinh này nhập vào một mạng lưới gồm 28 vệ tinh GPS hiện nay. Hệ thống 28 vệ tinh GPS giúp người sử dụng xác định vị trí của họ. Tuy nhiên, vệ tinh mới – vệ tinh đầu tiên trong 8 vệ tinh GPS IIR do Lookheed Martin chế tạo, có nhiệm vụ cải thiện độ chính xác của toàn hệ thống GPS hiện có.

Vệ tinh mới mang theo một tấm anten, cung cấp tín hiệu mạnh hơn cho người sử dụng mặt đất, cũng như ba tín hiệu hoàn toàn mới. Hai trong số đó sẽ giúp quân đội Mỹ khắc phục tình trạng tắc nghẽn tín hiệu GPS trên các phương tiện di chuyển mặt đất, máy bay và tàu thuỷ. Ngoài ra, chúng còn cải thiện độ chính xác của các loại vũ khí thông minh định hướng bằng GPS. Tín hiệu thứ ba sẽ là một tần số dành cho người sử dụng dân sự, giảm thiểu lỗi định vị do lớp hạt tích điện ở thượng tầng khí quyển gây ra.

Quân đội Mỹ dự định phóng tiếp ba vệ tinh GPS IIR vào năm 2006. Sau đó, vệ tinh đầu tiên trong số 12 vệ tinh còn hiện đại hơn sẽ được phóng vào năm 2007. Những vệ tinh này, GPS IIF, do Boeing chế tạo và cung cấp tín hiệu dân sự thứ ba cho các máy bay. Được biết châu Âu dự định phóng một mạng lưới các vệ tinh phi quân sự nhằm cạnh tranh với GPS. Các vệ tinh Galileo đầu tiên đang được thử nghiệm trên mặt đất và sẽ được phóng vào tháng 12/2005 từ sân bay vũ trụ Baikonur ở Kazakhstan.

Comments (1) »

Lý do chế tạo hệ thống định vị toàn cầu và lịch sử chế tạo


Như khái quát lịch sử dẫn đường hang hải ở trên, các phương pháp dẫn đường lần lượt ra đời cho phép người đi biển có được vị trí chính xác và liên tục. Sự ra đời của các phương tiên hiện đại hơn như máy bay vào đầu thế kỉ thứ 20, những con tàu sắt khổng lồ được trang bị máy hơi nước và sau này là động cơ diesel và tàu vũ trụ đã làm cho con người có thể đi nhanh và đi xa hơn nữa, do vậy đòi hỏi phải có vị trí chính xác liên tục. Khoa học dẫn dắt và xác định vị trí (navigation) không chỉ còn giới hạn trong việc dẫn dắt tàu thủy nữa đã trở thành khoa học dẫn dắt máy bay, tàu vũ trụ và những phương tiện vận tải trên mặt đất nữa. Chúng ta có các thuật ngữ: hàng không (air navigation), du hành vũ trụ (space navigation), hàng hải (marine navigation) và di chuyển trên mặt đất – hàng địa (land navigation). Thuật ngữ navigation không chỉ còn hạn chế trong lĩnh vực hàng hải mà đã mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác.

Vào khoảng sau những năm 1920s, trên thế giới xuất hiện những hệ thống dẫn đường vô tuyến điện đã tạo tiền đề cho việc phát triển hệ thống định vị toàn cầu. Những hệ thống hàng hải vô tuyến điện đó bao gồm: các thiết bị có tầm hoạt động ngắn như đèn hiệu vô tuyến (radio beacons), radar, máy tìm phương, các thiết bị có tầm hoạt động dài hơn (còn được gọi là hệ thống dẫn đường hyperbol) như các hệ thống OMEGA, DECCA và LORAN-C. Những hệ thống dẫn đường này chủ yếu được sử dụng để dẫn tàu và máy bay.

Hệ thống dẫn đường OMEGA:

OMEGA là hệ thống dẫn đường hyperbol dựa trên việc đo lệch pha tín hiệu giữa trạm phát (ít nhất từ ba trạm) và máy thu ở tần số 10-14 kHz. Việc triển khai hệ thống OMEGA được bắt đầu vào giữa thập niên 1960s, sau một thời gian chạy thử trên một số trạm phát, nhưng lịch sử của hệ thống này có thể lùi lại vào ngay sau những năm sau Đại chiến thế giớ 2. Trước khi hệ thống OMEGA ra đời, người ta đã tiến hành nhiều nghiên cứu và thí nghiệm trên việc sử dụng tín hiệu tần số rất thấp (VLF very low frequency) bằng các hệ thống so sánh pha. Ưu điểm của hệ thống này xuất phát từ việc tận dũng tần số rất thấtp cho phép bao phủ toàn bộ bề mặt trái đất bằng tám trạm phát song (xem Bảng 1).

Bảng 1 Các trạm phát sóng OMEGA


Quốc, các vùng xung quanh hồ lớn ở Bắc Mỹ và ở Vịnh Mexico. Ngoài ra cũng có hai chuỗi ở Saudi Arabia, và những chuỗi nhỏ (minichains) ở một số nơi khác trên thế giới, ví dụ như Kênh đào Suez. Hệ thống LORAN-C còn được mở rộng bao phủ các phần còn lại của Mỹ chủ yếu nhằm phụ vụ giao thông hàng không. Việc mở rộng này hoàn thành vào cuối năm 1990.

Hệ thống dẫn đường OMEGA khởi điểm ban đầu được sử dụng cho mục đích quân sự nhưng số người sử dụng với mục đích dân sự cũng ngày càng gia tăng. Vào thời điểm năm 1990 hệ thống này là hệ thống dẫn đường duy nhất có sóng bao phủ liên tục và toàn cầu. Ngày nay do sự “lấn át” của hệ thống định vị toàn cầu, ít người sử dụng hệ thống dẫn đường OMEGA. Những máy thu OMEGA trên các tàu biển dường như để sử dụng hỗ trợ khi máy thu GPS có sự cố!

Độ chính xác vị trí bằng máy thu OMEGA với sai số vị trí vào khoảng 10-30 km. Nếu có sử dụng thêm tín hiệu từ các trạm phát OMEGA vi phân thì độ chính xác tăng lên đáng kể.

Hệ thống dẫn đường DECCA:

DECCA là hệ thống dẫn đường hyperbol trên bề mặt trái đất có các trạm phát song liên tục ở tần số trong khoảng 70-129 kHz. Các trạm phát song được bố trí theo một chuỗi bao gồm trạm chủ (master station) có chức năng điều khiển và ba trạm phụ thuộc (slaves, có trường hợp chỉ có hai trạm phụ thuộc) có tín hiệu là pha khóa theo pha của trạm chủ. Hệ thống DECCA của Anh Quốc và được giới thiệu trong Đại chiến thế giới thứ 2. DECCA không những đã từng được sử dụng ở tất cả các vùng biển ven bờ Châu Âu mà còn được sử dụng ở Nhật Bản, Ấn Độ, Pakistan, Vịnh Ả Rập (Persian Gulf), Nam và và một số phần ở Úc Châu và Canada (mặc dù một số vùng trong các vùng này hiện không được phủ sóng nữa). Với khoảng tần số trên, hệ thống DECCA là một hệ thống dẫn đường vô tuyến có vùng phủ sóng rộng lớn, vào năm 1987, đã có tới 140 trạm tạo thành 42 chuỗi ở trên 17 quốc gia. Ở Na Uy có 6 chuỗi, đó là Skagerak, Vestland, Trondelag, Helgland, Lofoten và Finmark. DECCA chủ yếu được các tàu thủy sử dụng, và được mở rộng cho máy bay, đặc biệt là máy bay lên thẳng. Những thử nghiệm trên mặt đất cũng cho những kết quả khá tốt, ở cả Anh Quốc và Na Uy.

Hệ thống DECCA thường được sử dụng để hàng hải ven bờ (coastal navigation). Vị trí được xác định dựa trên việc đo lệch pha giửa các tín hiệu từ trạm chủ và các trạm phụ thuộc. Độ chính xác vị trí bằng hệ thống DECCA ở trong vùng chuỗi khá cao so với OMEGA, sai số có thể trong khoảng 5 m (Forsell, 1991).

Hệ thống dẫn đường LORAN-C:

LORAN-C viết tắt từ LOng RAnge Navigation (hàng hải khoảng cách dài) được phát triển từ hệ thống hàng hải LORAN-A. LORAN-C cũng là hệ thống hàng hải dựa trên việc phát tín hiệu xung (pulse signals), do Mỹ phát minh trong Đại chiến thế giới thứ 2. Chuỗi LORAN-C đầu tiên được hoạt động ở bờ biển phía đông của Mỹ vào năm 1958. Từ năm 1959 Chuỗi biển Na Uy có các trạm ở Ejde trên Quần đảo Faeroe (trạm chủ), Jan Mayen, Bo (phía tây nam Tromso ở Bắc Na Uy), Sylt (ở phần cực bắc của bờ biển bắc Đức) và ở Sandur phía tây Iceland. Vào những năm đầu thập niên 1990s có khoảng 15 chuỗi LORAN-C bao phủ toàn bộ Địa Trung Hải, tây bắc Đại Tây Dương, các vùng nước xung quanh Hawai và Nhật Bản, đông nam Trung

Chuỗi LORAN-C gồm một trạm chủ (master, M) cộng thêm hai, ba hoặc bốn trạm thứ cấp (secondaries, X, Y, Z và có thể là W, hoặc cũng có thể lần lượt được gọi theo tín hiệu quốc tế là X-ray, Yankee, Zulu và Whisky). Nga (Liên Xô cũ) cũng có 4 chuỗi, một chuỗi 5 trạm ở trung tâm phần Đông Âu của Nga, một chuỗi 5 trạm ở bờ biển Thái Bình Dương, và hai chuỗi mới được thành lập (vào thời gian đầu thập niên 1990s) mỗi chuỗi có 3 trạm bao phủ vùng phía tây Bắc Băng Dương của Nga. Hệ thống của Nga được gọi là Chayka (Hải Âu, Seagull), có dạng tín hiệu tương tự với các chuỗi của Mỹ, do vậy mà một số máy thu LORAN-C có thể sử dụng các trạm của Nga và của Mỹ đồng thời.

Trong hệ thống LORAN-C, cũng như những hệ thống dẫn đường vô tuyến khác, có sự phát triển các máy thu và ngày càng sử dụng nhiều bộ vi xử lý (microprocessors) và xử lý tín hiệu số (digital signal processing).

Để xác định được vị trí, máy thu LORAN-C tìm kiếm tín hiệu từ trạm chủ và các trạm thứ cấp, xác định điểm qua số không mong muốn (the wanted zero-crossing), theo dõi hình bao (envelope, trong tín hiệu trên màn hình) và điểm qua số không, đo thời gian chênh lệch (time differences) cộng thêm tín hiệu hiệu chỉnh và tính toán vị trí.

Sai số vị trí bằng máy thu LORAN-C phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Sai số lớn nhất là sự biến thiên tốc độ lan truyền tín hiệu. Tốc độ lan truyền tín hiệu trên mặt đất phụ thuộc vào độ dẫn điện của bề mặt trái đất (theo các thông số tầng khí quyển trên mặt đất). Để tăng độ chính xác người ta sử dụng kĩ thuật LORAN-C Vi phân (Differential LORAN-C). Ví dụ máy thu LORAN-C có sử dụng LORAN-C Vi phân ở khu vực Kênh đào Suez cho vị trí có sai số nhỏ hơn 15 mét.

Lý do phát minh:

Sự ra đời của những phương tiện vận chuyển như máy bay, và những con tàu vũ trụ đòi hỏi điều khiển những thiết bị đó trong không gian ba chiều. Những phương pháp dẫn đường và những hệ thống dẫn đường vô tuyến điện như khái quát ở trên chỉ dùng cho việc dẫn dắt các tàu thủy đã trở thành lỗi thời và không phù hợp với việc điều khiển các thiết bị chuyển động trong không gian ba chiều (6 bậc tự do) vì những hệ thống đương thời chỉ xác định được vị trí theo 2 chiều không gian. Trước những đòi hỏi về kỹ thuật đó nhiều nhà khoa học đã được chính phủ Mỹ tài trợ để thực hiện nghiên cứu hệ thống dẫn đường dựa trên vũ trụ.

Người phát minh GPS và lịch sử phát triển GPS:

Bộ Quốc phòng Mỹ là cơ quan thiết kế và điều khiển hệ thống định vị toàn cầu. Trong nhóm những người tham gia điều hành dự án GPS của Bộ Quốc phòng Mỹ cần kể tới sự đóng góp to lớn của TS Ivan Getting, người sáng lập The Aerospace Corporation, và TS Bradford Parkinson, chủ tịch hội đồng quản trị của The Aerospace Corporation. Bảng 2 trình bày tóm tắt niên biểu những sự kiện liên quan tới lịch sử phát triển GPS.

Bảng 2 Niên biểu lịch sử phát triển GPS

Thập niên 1920s
Ra đời hệ thống dẫn đường vô tuyến

Đầu Đại chiến thế giới 2
LORAN, hệ thống dẫn đường áp dụng phương pháp đo độ lệch thời gian của tín hiệu sóng vô tuyến, do Phòng thí nghiệm Bức xạ Đại học MIT (MIT Radiation Laboratory). LORAN cũng là hệ thống định vị trong mọi điều kiện thời tiết thực sự đầu tiên, nhưng hai chiều (vĩ độ và kinh độ).

Năm 1957
Vệ tinh Sputnik của Nga được phóng lên vũ trụ. Đại học MIT cho rằng tín hiệu vô tuyến điện của vệ tinh có thể tăng lên khi chúng tiếp cận trái đất và giảm đi khi rời khỏ trái đất và do vậy có thể truy theo vị trí từ mặt đất

Năm 1959
TRANSIT, hệ thống dẫn đường dựa trên vệ tinh hoạt động đầu tiên, do Phòng thí nghiệm vật lý ứng dụng Johns Hopkins phát triển dưới sự chỉ đạo của TS Richard Kirschner. Mặc dù khởi đầu Transit được chế tạo để hỗ trợ cho đội tàu ngầm của Mỹ nhưng những công nghệ này đã được phát triển có ích trở thành Hệ thống định vị toàn cầu. Vệ tinh Transit đầu tiên được phóng lên vũ trụ vào năm 1959.

Năm 1960
Hệ thống dẫn đường đo hiệu thời gian ba chiều (kinh độ, vị độ và độ cao longitude, latitude and altitude) đầu tiên do Raytheon Corporation đề xuất theo yêu cầu của Air Force để làm hệ thống dẫn đường sẽ được sử dụng với (with a proposed ICBM) có thể đạt tới độ lưu động bằng chạy trên một hệ thống đường ray. Hệ thống dẫn đường được trình bày là MOSAIC (Mobile System for Accurate ICBM Control). Ý tưởng này bị hỏng khi chương trình Mobile Minuteman bị hủy bỏ vào năm 1961

Năm 1963
Tổng công ty Aerospace Corporation thực hiện nghiên cứu về hệ thống không gian làm cơ sở cho hệ thốn dẫn đường cho phương tiện chuyển động nhanh theo ba chiều không gian. Việc nghiên cứu này trực tiếp dẫn tới khái niệm về hệ thống định vị toàn cầu. Khái niệm liên quan đến việc đo thời gian tới của tín hiệu sóng vô tuyến được phát đi từ vệ tinh có vị trí chính xác đã biết. Đo thời gian sẽ cho khoảng cách tới vị trí vệ tinh đã biết và lần lượt có thể xác định được vị trí của người sử dụng.

Năm 1963
Air Force bắt đầu hỗ trợ nghiên cứu của Aerospace, chỉ định nghiên cứu này bằng Dự án Hệ thống 621B. Khoảng năm 1972, chương trình này đã biểu diễn hoạt động của một loại tín hiệu xác định khoảng cách vệ tinh mới dựa trên tiếng ồn ngẫu nhiên giả tạo (PRN, pseudo random noise).

Năm 1964
Timation, hệ thống vệ tinh hải quân, được phát triển dưới sự chỉ đạo của Roger Easton ở Phòng nghiên cứu Hải quan (Naval Research Lab, NRL) để cải thiện đồng hồ có tính ổn định cao, khả năng truyền thời gian, và dẫn đường 2 chiều. Hoạt động của Timation theo tiêu chuẩn thời gian chuẩn vũ trụ đã cung cấp cơ sở quan trọng cho hệ thống định vị toàn cầu. Vệ tinh Timation đầu tiên được phóng lên vũ trụ vào tháng 5 năm 1967.

Năm 1968
Bộ Quốc phòng Mỹ (DoD, Department of Defence, USA) thành lập một ủy ban gọi là Ủy ban Thự hiện Vệ tinh Dẫn đường (NAVSEC, Navigation Satellite Executive Committee) để phối hợp nỗ lực của các nhóm dẫn đường vệ tinh (Transit của Hải quân, Chương trình Timation, và SECOR của Quân đội, hay còn gọi là Hệ thống đồng tương quan khoảng cách chuỗi (Sequential Correlation of Range System). NAVSEC ký hợp đồng một số nghiên cứu để làm sáng tỏ khái niệm dẫn đường vệ tinh cơ bản. Những nghiên cứu này về một số vấn đề chính xung quanh khái niệm như lựa chọn tần số sóng mang (dải L đối lập với dải C), thiết kế cấu trúc tín hiệu, và lựa chọn định hình quỹ đạo vệ tinh.
Năm 1969-1972
NAVSEC quản lý các thảo luận khái niệm giữa các nhóm dẫn đường vệ tinh khác nhau. APL Hải quân ủng hộ nhóm Transit mở rộng, trong khi NRL Hải quân ủng hộ cho Timation mở rộng, còn Air Force thì ủng hộ cho “chòm sao đồng bộ mở rộng”, tức dự án ‘Hệ thống 621B’.
Tháng 4 năm 1973 Thứ trưởng Bộ Quốc phòng quyết định thiết lập một chương trình hợp tác ba dịch vụ để thống nhất những khái niệm khác nhau về định vị và dẫn đường thành một hệ thống Bộ quốc phòng hỗn hợp gọi là Hệ thống vệ tinh dẫn đường quốc phòng (Defense Navigation Satellite System). Air Force được chỉ định làm người quản lý (điều hành) chương trình. Hệ thống mới được phát triển qua văn phòng chương trình kết hợp (joint program office), với sự tham gia của tất cả quan chủng quốc phòng. Đại tá Brad Parkinson được chỉ định làm người chỉ đạo văn phòng chương trình kết hợp và được đặt trọng trách phát triển kết hợp khái niệm ban đầu về hệ thống dẫn đường dựa trên không gian (space-based navigation system)

Tháng 8 năm 1973

Hệ thống đầu tiên được trình bày tới Hội đồng Thu nhận và Thẩm định Hệ thống Quốc phòng (Defense System Acquisition and Review Council, DSARC) bị từ chối thông qua. Hệ thống được trình lên DSARC được gói gọn trong Hệ thống 621B của Air Fore và không đại diện cho chương trình kết hợp. Mặc dù có người ủng hộ ý tưởng của hệ thống dẫn đường dựa trên vệ tinh mới nhưng Văn phòng Chương trình Kết hợp đã được thúc đẩy khẩn trương tổng quát hóa khái niệm bao gồm xem xét và yêu cầu tất cả các binh chủng quốc phòng.

Ngày 17/12/1973
Một khái niệm mới được trình tới DSARC và được thông qua để thực hiện và cấp kinh phí là hệ thống NAVSTAR GPS, đánh dấu khởi đầu công nhận khái niệm (ý tưởng) (Giai đoạn I của chương trình GPS). Khái niệm mới thực sự là một hệ thống dàn xếp (thỏa hiệp – compromise system) do Đại tá Parkinson thương lượng đã kết hợp tốt nhất giữa tất cả những khái niệm và công nghệ dẫn đường vệ tinh có sẵn. Cấu hình hệ thống được thông qua bao gồm 24 vệ tinh chuyển động trong những quỹ đạo nghiêng chu kỳ 12 giờ đồng hồ.

Tháng 6 năm 1974
Hãng Rockwell International được chọn làm nhà cung cấp vệ tinh cho chương trình GPS.

Ngày 14 tháng 7 năm 1974
Vệ tinh NAVSTAR đầu tiên được phóng lên vũ trụ. Vệ tinh này được chỉ định là Vệ tinh Công nghệ Dẫn đường (NTS) số 1, về cơ bản đây là vệ tịnh Timation tân trang lại do NRL đóng. Vệ tinh thứ hai (là vệ tinh cuối cùng) của nhóm NTS được phóng vào năm 1977. Những vệ tinh này được sử dụng cho việc đề xuất đánh giá khái niệm (ý tưởng) và thực hiện những đồng hồ nguyên tử đầu tiên đã được phóng vào trong không gian (vũ trụ).

Năm 1977
Thực hiện kiểm tra thiết bị người sử dụng ở Yuma, Arizona.

Ngày 22/2/1978
Vệ tinh Block I đầu tiên được phóng. Toàn bộ 11 vệ tinh Block I được phóng trong khoảng thời gian 1978 và 1985 trên Atlas-Centaur. Những vệ tinh Block I do Rockwell International xây dựng được coi là những vệ tinh mẫu phát triển được dùng để kiểm tra hệ thống. Bị mất một vệ tinh do phóng trượt.

Ngày 26/4/1980
Phóng vệ tinh GPS đầu tiên thực hiện những bộ cảm ứng Hệ thống phát hiện tiếng nổ hạt nhân hoạt động tổng hợp (Integrated Operational Nucluear Detonation Detection System (IONDS) sensors).

Năm 1982
Bộ Quốc phòng thông qua quyết định giảm số vệ tinh của chòm vệ tinh GPS từ 24 xuống 18 tiếp theo sau tái cấu tạo lại chương trình chính do Quyết định 1979 của Văn phòng Thư ký Bộ Quốc phòng gây ra để cắt giảm kinh phí 500 triệu đô la (khoảng 30%) từ ngân sách cho giai đoạn năm tài chính FY81-FY86.

Ngày 14/7/1983
Phóng vệ tinh GPS đầu tiên thực hiện hệ thống dò tìm tiếng nổ hạt nhân (NDS) mới hơn

Năm 16/9/1983
Theo (the Soviet downing of Korean Air flight 007), tổng thống Reagan hứa cho GPS được sử dụng cho các máy bay dân dụng hoàn toàn miễn phí khi hệ thống đưa vào sử dụng. Sự kiện này đánh dấu sự bắt đầu lan tỏa công nghệ GPS từ quân sự sang dân sự.

Tháng tư 1985
Hợp đồng thiết bị người sử dụng chính đầu tiên được giao cho JPO. Hợp đồng bao gồm việc nghiên cứu, phát triển cũng như lựa chọn sản xuất các máy thu GPS dùng cho máy bay, tàu thủy và máy thu xách tay (gọn nhẹ).

Năm 1987
Bộ Quốc phòng chính thức yêu cầu Bộ Giao thông (Department of Transport, DoT) có trách nhiệm thiết lập và cung cấp một văn phòng đáp ứng nhu cầu người sử dụng dân sự về thông tin GPS, dữ liệu và hỗ trợ kỹ thuật. Tháng 2 năm 1989Coast Guard có trách nhiệm làm đại lý hướng dẫn Dịch vụ GPS Dân sự (civil GPS service).

Năm 1984
Khảo sát trở thành một thị trường GPS thương mại đầu bảng được nâng cánh! Để bù cho số vệ tinh giới hạn có sẵn trong quá trình phát triển chòm vệ tinh, các nhà khảo sát đã chuyển qua số kỹ thuật nâng cao độ chính xác bao gồm kĩ thuật GPS Vi phân (DGPS) và kỹ thuật truy theo pha sóng mang (carrier phase tracking)

Tháng 3/1988
Thư ký Air Force thông báo về việc mở rộng chòm GPS tới 21 vệ tinh cộng thêm 3 vệ tinh dự phòng

Ngày 14/2/1989
Vệ tinh đầu tiên của các vệ tinh Block II đã được phóng từ Cape Canaveral AFT, Florida, trên dàn phóng Delta II (Delta II booster). Phi thuyền con thoi (Space Shuttle) làm bệ phóng theo kế hoạch cho các vệ tinh Block II được Rockwell Intenational đóng. Tiếp theo tai nạn Challenger 1986, Văn phòng Chương trình Kết hợp (JPO) xem xét lại và đã sử dụng Delta II làm bệ phóng vệ tinh GPS. SA (Selective Availabity) và AS (Anti-spoofing.

21/6/1989
Hãng Martine Marietta (sau khi mua xong General Electric Astro Space Division vào năm 1992) được thắng hợp đồng xây dựng 20 vệ tinh bổ sung (Block IIR). Chiếc vệ tinh Block IIR đầu tiên sẵng sàng để phóng vào cuối năm 1996.

Năm 1990
Hãng Trimble Navigation, nhà sản xuất bán máy thu GPS hàng đầu thế giới được thành lập năm 1978 hoàn thành loạt sản phẩm ban đầu.

Ngày 25/3/1990
Do theo Kế hoạch Dẫn đường Vô tuyến Liên bang, lần đầu tiên khởi động (kích hoạt) SA (Selective Availability) làm giảm độ chính xác dẫn đường GPS có chủ định.

Tháng 8/1990
SA được tắt đi trong chiến tranh vịnh Ba tư (Persian Gulf War). Những yếu tố đóng góp vào quyết định tắt SA bao gồm việc phủ sóng ba chiều có giới hạn được chòm NAVSTAR cung cấp trong quỹ đạo vào thời gian đó và sớ máy thu mã số chính xác (Precision (P)-code) trong bản kiểm kê của DoD. DoD đã mua hàng nghìn máy thu GPS dân dụng ngay sau đó không lâu đã dùng cho lực lượng liên minh trong cuộc chiến tranh.

Năm 1990-1991
GPS được các lực lượng liên minh dùng lần đầu tiên trong điều kiện chiến tranh trong Chiến tranh Vịnh Ba Tư. Sử dụng GPS cho Bão Sa Mạc Hoạt Động (Operation Desert Storm) chúng minh là cách sử dụng chiến thuật thành công đầu tiên của công nghệ không gian trong giới hạn thiết trí hoạt động.

Ngày 29/8/1991
SA được kích hoạt lại sau Chiến tranh Vịnh Ba Tư.

Ngày 1/7/1991
Mỹ đã cho phép cộng đồng thế giới sử dụng dịch vụ định vị tiêu chuẩn (SPS) GPS bắt đầu từ năm 1993 trên cơ sở liên tục và miển phí trong vòng ít nhất 10 năm. Lời đề nghị này được thông báo trong Hội nghị Dẫn đường Hàng không lần thứ 10 (the 10th Air Navigation Conference) của Tổ chức Hàng không Dân dụng Quốc tế (ICAO, International Civil Aviation Organization).

Ngày 5/9/1991
Mỹ mở rộng lời đề nghị 1991 vào Hội nghị thường niên ICAO bằng cách cho phép thế giới sử dụng SPS trong tương lai, việc này phụ thuộc vào việc có đủ vốn, cung cấp dịch vụ này tối thiểu 6 năm có thông báo trước về việc chấm dứt hoạt động GPS hoặc xóa bỏ SPS.

Ngày 8/12/1992
Bộ Trưởng Bộ Quốc phòng chính thức thông báo Khả năng hoạt động đầu tiên của GPS, có nghĩa là 24 vệ tinh trên quỹ đạo hệ thống GPS không còn là hệ thống đang triển khai nữa mà GPS đã có khả năng duy trì độ chính xác ở mức độ sai số 100 mét và có sẵn trên toàn cầu liên tục cho người sử dụng SPS như đã hứa.

Ngày 17/2/1994
Người quản trị FAA David Hinson thông báo GPS là một hệ thống dẫn đường đầu tiên đã được thông qua để sử dựng làm phương tiện hỗ trợ dẫn đường độc lập cho tất cả các phương tiện bay thông qua tiếp cận không chính xác (nonprecision approach).

Ngày 6/6/1994
Người quản trị FAA David Hinson thông báo ngừng phát triển Hệ thống Hạ cánh Vi sóng (MLS) cho việc hạ cánh Loại II và III.

Tháng 11/1994
Hãng Orbital Sciences, một nhà sản xuất tên lửa và vệ tinh hàng đầu thế giới đồng ý mua hãng Magellen Corp., một nhà sản xuất máy thu GPS cầm tay ở California bằng trao đổi chứng khoán trị giá 60 triệu đô la Mỹ, mang lại cho Orbital tiến gần tới mục tiêu trở thành công ty viển thông hai chiều dựa vào vệ tinh.

Ngày 8/6/1994
Người quản trị FAA David Hinson thông báo thực hiện Hê thống Gia tăng Vùng rộng (WAAS, Wide Area Augmentation System) nhằm mục đích cải thiện tính hợp nhất GPS và tăng tính sẵn có cho người sử dụng dân sự trên tất cả các phương tiện bay. Giá chương trình theo dự tính mất 400-500 triệu đô la Mỹ. Chương trình này được lập kế hoạch thực hiện vào khoảng năm 1997.

Ngày 11/10/1994
Ủy ban hành động dẫn đường định vị Bộ Giao thông (the Department of Transportation Positioning / Navigation Executive Committee) được thành lập để cung cấp diễn đàn qua đại lý nhằm thực hiện chính sách GPS.

Ngày 14/10/1994
Người quản trị FAA David Hinson nhắc lại lời đề nghị (US’s offer) làm GPS-SPS có sẵn trong tương lai, dựa trên cơ sở liên tục và toàn cầu miễn phí cho người sử dụng trực tiếp trong thư gửi cho ICAO.

Ngày 16/3/1995
Tổng thống Bil Clinton tái khẳng định rằng Mỹ cung cấp tín hiệu GPS cho cộng đồng người sử dụng dân dụng thế giới trong thư gửi cho ICAO

Từ sau năm 1995 hệ thống GPS vẫn tiếp tục được duy trì và bảo dưỡng cũng như thay thế những vệ tinh già tuổi. Năm 2000, số vệ tinh trong chòm GPS đã tăng lên 28 vệ tinh. Những vệ tinh thế hệ GPS-IIR đã và đang được phóng lên để thay thế những vệ tinh già tuổi. Vệ tinh mới nhất được phóng lên ngày 16/9/2005 mang tên GPS-IIR-M1, là vệ tinh đầu tiên thuộc thế hệ 8 chiếc vệ tinh hiện đại nhất GPS-IIR-M. Theo kế hoạch, vệ tinh tiếp theo sẽ được phóng lên không gian vào tháng giêng năm nay (2006). Độc giả quan tâm có thể tìm được thông tin từ trang web của Institute of Naviation (Mỹ)

<sưu tầm>

Leave a comment »

Các khái niệm về GPS


Hệ thống định vị toàn cầu (tiếng Anh: Global Positioning System – GPS) là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo. Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí trên mặt đất nếu xác định được khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính được toạ độ của vị trí đó. GPS được thiết kế và quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, nhưng chính phủ Hoa Kỳ cho phép mọi người sử dụng nó miễn phí, bất kể quốc tịch.

Các nước trong Liên minh châu Âu đang xây dựng Hệ thống định vị Galileo, có tính năng giống như GPS của Hoa Kỳ, dự tính sẽ bắt đầu hoạt động năm 2011-12.

Phân loại

Hệ Định vị Toàn cầu (Global Positioning System – GPS) của Mỹ là hệ dẫn đường dựa trên một mạng lưới 24 quả vệ tinh (Thực tế chỉ có 21 vệ tinh hoạt động, còn 3 vệ tinh dự phòng) được Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đặt trên quỹ đạo không gian.

Các hệ thống dẫn đường truyền thống hoạt động dựa trên các trạm phát tín hiệu vô tuyến điện. Được biết nhiều nhất là các hệ thống có tên gọi LORAN – (LOng RAnge Navigation) – hoạt động ở giải tần 90-100 kHz chủ yếu dùng cho hàng hải, hay TACAN – (TACtical Air Navigation) – dùng cho quân đội Mỹ và biến thể với độ chính xác thấp VOR/DME – VHF (Omnidirectional Range/Distance Measuring Equipment) – dùng cho hàng không dân dụng.

Gần như đồng thời với lúc Mỹ phát triển GPS, Liên Xô cũng phát triển một hệ thống tương tự với tên gọi GLONASS. Hiện nay Liên minh Châu Âu đang phát triển hệ dẫn đường vệ tinh của mình mang tên Galileo.

Chú ý rằng cả GPS và GLONAS đều được phát triển trước hết cho mục đích quân sự. Nên mặc dù chúng có cho dùng dân sự nhưng không hệ nào đưa ra sự đảm bảo tồn tại liên tục và độ chính xác. Vì thế chúng không thoả mãn được những yêu cầu an toàn cho dẫn đường dân sự hàng không và hàng hải, đặc biệt là tại những vùng và tại những thời điểm có hoạt động quân sự của những quốc gia sở hữu các hệ thống đó. Chỉ có hệ thống dẫn đường vệ tinh châu Âu Galileo (đang được xây dựng) ngay từ đầu đã đặt mục tiêu đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của dẫn đường và định vị dân sự.

GPS ban đầu chỉ dành cho các mục đích quân sự, nhưng từ năm 1980 chính phủ Mỹ cho phép sử dụng dân sự. GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi trên Trái Đất, 24 giờ một ngày. Không mất phí thuê bao hoặc mất tiền trả cho việc thiết lập sử dụng GPS.

Sự hoạt động của GPS

Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất. Các máy thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng. Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng. Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao xa. Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy.

Máy thu GPS phải khoá được với tín hiệu của ít nhất ba quả vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động. Với bốn hay nhiều hơn số quả vệ tinh trong tầm nhìn thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao). Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông tin khác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình, quãng cách tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa.

Độ chính xác của GPS

Các máy thu GPS ngày nay cực kì chính xác, nhờ vào thiết kế nhiều kênh hoạt động song song của chúng. Các máy thu 12 kênh song song (của Garmin) nhanh chóng khoá vào các quả vệ tinh khi mới bật lên và chúng duy trì chắc chắn liên hệ này, thậm chí trong tán lá rậm rạp hoặc thành phố với các toà nhà cao tầng. Tình trạng nhất định của khí quyển và các nguồn gây sai số khác có thể ảnh hưởng tới độ chính xác của máy thu GPS. Các máy thu GPS có độ chính xác trung bình trong vòng 15 mét.

Các máy thu mới hơn với khả năng WAAS (Hệ Tăng Vùng Rộng, Wide Area Augmentation System) có thể tăng độ chính xác trung bình tới dưới 3 mét. Không cần thêm thiết bị hay mất phí để có được lợi điểm của WAAS. Người dùng cũng có thể có độ chính xác tốt hơn với GPS Vi sai (Differential GPS, DGPS) sửa lỗi các tín hiệu GPS để có độ chính xác trong khoảng 3 đến 5 mét. Cục Phòng vệ Bờ biển Mỹ vận hành dịch vụ sửa lỗi này. Hệ thống bao gồm một mạng các đài thu tín hiệu GPS và phát tín hiệu đã sửa lỗi bằng các máy phát hiệu. Để thu được tín hiệu đã sửa lỗi, người dùng phải có máy thu tín hiệu vi sai bao gồm cả ăn-ten để dùng với máy thu GPS của họ.

Hệ thống vệ tinh GPS

24 quả vệ tinh làm nên vùng không gian GPS trên quỹ đạo 12 nghìn dặm cách mặt đất. Chúng chuyển động ổn định, hai vòng quỹ đạo trong khoảng thời gian gần 24 giờ. Các vệ tinh này chuyển động với vận tốc 7 nghìn dặm một giờ.

Các vệ tinh được nuôi bằng năng lượng Mặt Trời. Chúng có các nguồn pin dự phòng để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng không có ánh sáng Mặt Trời. Các tên lửa nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định.

Dưới đây là một số thông tin đáng chú ý về các vệ tinh GPS (còn gọi là NAVSTAR, tên gọi chính thức của Bộ Quốc phòng Mỹ cho GPS):

* Vệ tinh GPS đầu tiên được phóng năm 1978.
* Hoàn chỉnh đầy đủ 24 vệ tinh vào năm 1994.
* Mỗi vệ tinh được làm để hoạt động tối đa là 10 năm.
* Vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1500 kg và dài khoảng 17 bộ (5 m) với các tấm năng lượng Mặt Trời mở (có độ rộng 7 m²).
* Công suất phát bằng hoặc dưới 50 watts.

Tín hiệu GPS

Các vệ tinh GPS phát hai tín hiệu vô tuyến công suất thấp giải L1 và L2. (Giải L là phần sóng cực ngắn của phổ điện từ trải rộng từ 0,39 tới 1,55 GHz). GPS dân sự dùng tần số L1 575,42 MHz trong giải UHF. Tín hiệu truyền trực thị, có nghĩa là chúng sẽ xuyên qua mây, thuỷ tinh và nhựa nhưng không qua phần lớn các đối tượng cứng như núi và nhà.

Tín hiệu GPS chứa ba mẩu thông tin khác nhau – mã giả ngẫu nhiên, dữ liệu thiên văn và dữ liệu lịch. Mã giả ngẫu nhiên đơn giản chỉ là mã định danh để xác định được quả vệ tinh nào là phát thông tin nào. Có thể nhìn số hiệu của các quả vệ tinh trên trang vệ tinh của máy thu Garmin để biết nó nhận được tín hiệu của quả nào.

Dữ liệu thiên văn cho máy thu GPS biết quả vệ tinh ở đâu trên quỹ đạo ở mỗi thời điểm trong ngày. Mỗi quả vệ tinh phát dữ liệu thiên văn chỉ ra thông tin quỹ đạo cho vệ tinh đó và mỗi vệ tinh khác trong hệ thống.

Dữ liệu lịch được phát đều đặn bởi mỗi quả vệ tinh, chứa thông tin quan trọng về trạng thái của vệ tinh (lành mạnh hay không), ngày giờ hiện tại. Phần này của tín hiệu là cốt lõi để phát hiện ra vị trí.

Nguồn lỗi của tín hiệu GPS

Những điều có thể làm giảm tín hiệu GPS và vì thế ảnh hưởng tới chính xác bao gồm:

* Giữ chậm của tầng đối lưu và tầng ion – Tín hiệu vệ tinh bị chậm đi khi xuyên qua tầng khí quyển.
* Tín hiệu đi nhiều đường – Điều này xảy ra khi tín hiệu phản xạ từ nhà hay các đối tượng khác trước khi tới máy thu.
* Lỗi đồng hồ máy thu – Đồng hồ có trong máy thu không chính xác như đồng hồ nguyên tử trên các vệ tinh GPS.
* Lỗi quỹ đạo – Cũng được biết như lỗi thiên văn, do vệ tinh thông báo vị trí không chính xác.
* Số lượng vệ tinh nhìn thấy – Càng nhiều quả vệ tinh được máy thu GPS nhìn thấy thì càng chính xác. Nhà cao tầng, địa hình, nhiễu loạn điện tử hoặc đôi khi thậm chí tán lá dầy có thể chặn thu nhận tín hiệu, gây lỗi định vị hoặc không định vị được. Nói chung máy thu GPS không làm việc trong nhà, dưới nước hoặc dưới đất.
* Hình học che khuất – Điều này liên quan tới vị trí tương đối của các vệ tinh ở thời điểm bất kì. Phân bố vệ tinh lí tưởng là khi các quả vệ tinh ở vị trí góc rộng với nhau. Phân bố xấu xảy ra khi các quả vệ tinh ở trên một đường thẳng hoặc cụm thành nhóm.
* Sự giảm có chủ tâm tín hiệu vệ tinh – Là sự làm giảm tín hiệu cố ý do sự áp đặt của Bộ Quốc phòng Mỹ, nhằm chống lại việc đối thủ quân sự dùng tín hiệu GPS chính xác cao. Chính phủ Mỹ đã ngừng việc này từ tháng 5 năm 2000, làm tăng đáng kể độ chính xác của máy thu GPS dân sự. (Tuy nhiên biện pháp này hoàn toàn có thể được sử dụng lại trong những điều kiện cụ thể để đảm bảo gậy ông không đập lưng ông. Chính điều này là tiềm ẩn hạn chế an toàn cho dẫn đường và định vị dân sự.)

(Theo Wikipedia)

Comments (1) »

Hệ thống định vị toàn cầu GPS


Khái niệm về vệ tinh nhân tạo và hệ thống GPS:
Vệ tinh nhân tạo ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Các ứng dụng chủ yếu của vệ tinh nhân tạo bao gồm:
+) Thăm dò khí tượng, nghiên cứu khoa học
+) Thông tin liên lạc
+) Các mục đích quân sự
+) Xác định vị trí tàu, vị trí máy thu trên mặt đất.
……..
Vệ tinh nhân tạo là một thiên thể, nó chuyển động trên quĩ đạo quanh Trái đất theo 1 chu kỳ nhất định và tuân theo các định luật Kêple. Độ cao của qũi đạo sẽ quyết định tốc độ vệ tinh và chu kỳ của quĩ đạo.
Có thể phân loại vệ tinh nhân tạo theo một số phương pháp như sau:
+) Theo góc nghiêng của mặt phẳng quĩ đạo đối với mặt phẳng xích đạo của Trái đất (i). Nếu i = 0o, ta có quĩ đạo xích đạo
Nếu i = 90o, ta có quĩ đạo cực
Nếu 0o < i < 90o, ta có quĩ đạo nghiêng
Trong hệ thống GPS, góc i ~ 55o.
+) Theo độ cao của quĩ đạo so với bề mặt Trái đất (h)
Nếu h < 5000 km: ta gọi là vệ tinh bay thấp
Nếu h > 5000 km: ta gọi là vệ tinh bay cao
Nếu độ cao càng thấp thì chu kỳ bay quanh quĩ đạo của vệ tinh càng nhỏ
Trong hệ GPS, h = 20200 km
Nếu vệ tinh có độ cao 35780 km thì chu kỳ của vệ tinh là 1 ngày sao 23h56m4s và vùng nhìn thấy của vệ tinh trên bề mặt Trái đất là 162o. Nếu vệ tinh đó có quĩ đạo xích đạo thì người quan sát trên bề mặt Trái đất sẽ nhìn thấy vệ tinh này gần như là cố định tại một vị trí trên bầu trời với độ cao và phương vị không đổi. Vệ tinh này gọi là vệ tinh địa tĩnh (geo-stationary satellite) thường dùng trong thông tin liên lạc. Nếu mặt phẳng quĩ đạo của vệ tinh này lệch với mặt phẳng xích đạo một góc nhỏ thì người quan sát trên trái đất sẽ nhìn thấy vệ tinh này vẽ thành một hình số 8, một hình parabol… Các vệ tinh này (8-orbit satellite) cũng được sử dụng để định vị trong một phạm vi hẹp trên bề mặt Trái đất.
Nếu vệ tinh có độ cao khoảng 1100 km thì chu kỳ của nó là 103 mi, tốc độ 7,3 km/s, vùng nhìn thấy khoảng 60o. Vệ tinh này gọi là vệ tinh chuyển dịch nhanh, sử dụng trong hệ thống hàng hải vệ tinh cũ Transit (NNSS)
Hệ GPS sử dụng các vệ tinh bay cao có h = 20200 km. Chiều cao này được lựa chọn sao cho vệ tinh có chu kỳ bằng 1/2 ngày sao (11h57m57,26s). Tốc độ vệ tinh khoảng 3,9 km/s. Do bay cao nên vệ tinh ít bị ảnh hưởng của lớp vật chất gần Trái đất.
Để xác định vị trí tàu bằng vệ tinh có các phương pháp sau:
+) Phương pháp đo độ cao và phương vị vệ tinh tương tự như trong thiên văn. Phương pháp này hiện không sử dụng.
+) Phương pháp đo độ dịch tần số Doppler, từ đó suy ra hiệu khoảng cách từ tàu đến hai vị trí nhất định của 1 vệ tinh. Phương pháp này sử dụng trong hệ thống Transit cũ.
+) Phương pháp đo khoảng cách tới vệ tinh, hiện đang sử dụng trong hệ thống GPS.
Trong các hệ thống hàng hải vệ tinh, vấn đề chính là phải luôn xác định được chính xác toạ độ của vệ tinh trong không gian 3 chiều tại bất kỳ thời điểm nào. Công việc này do các máy tính đảm nhiệm. Ngoài ra còn các yêu cầu về độ ổn định và đo thời gian chính xác.
Hệ thống GPS là hệ thống xác định vị trí tàu bằng cách đo khoảng cách từ tàu đến vệ tinh. Đo thời gian truyền tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu, nhân với tốc độ truyền sóng được khoảng cách và được 1 vòng tròn vị trí I. Kết hợp với vệ tinh thứ 2 cho ta vòng tròn vị trí II. 2 vòng này giao nhau trên bề mặt Trái đất cho ta vị trí tàu P.
Để thực hiện việc đo khoảng cách được chính xác cần giải quyết được các vấn đề sau:
+) Xác định được mối quan hệ giữa đồng hồ máy thu và đồng hồ vệ tinh, cụ thể là phải xác định được sai số của đồng hồ máy thu so với đồng hồ vệ tinh. Giả sử nếu hai đồng hồ sai khác nhau 1 micrô giây thì khoảng cách đo được đã chịu sai số là 300 mét.
+) Đo thời gian truyền sóng với độ chính xác cao. Máy thu phải sử dụng phương pháp đặc biệt để đo thời gian truyền sóng

Leave a comment »

Tìm hiểu hệ thống định vị toàn cầu GPS


GPS là hệ thống bao gồm các vệ tinh bay trên quỹ đạo, thu thập thông tin toàn cầu và được xử lý bởi các trạm điều khiển trên mặt đất. Ngày nay, khó hình dung rằng có một máy bay, một con tàu hay phương tiện thám hiểm trên bộ nào lại không lắp đặt thiết bị nhận tín hiệu từ vệ tinh.

Năm 1978, nhằm mục đích thu thập các thông tin về tọa độ (vĩ độ và kinh độ), độ cao và tốc độ của các cuộc hành quân, hướng dẫn cho pháo binh và các hạm đội, Bộ Quốc phòng Mỹ đã phóng lên quỹ đạo trái đất 24 vệ tinh. Những vệ tinh trị giá nhiều tỷ USD này bay phía trên trái đất ở độ cao 19.200 km, với tốc độ chừng 11.200 km/h, có nhiệm vụ truyền đi các tín hiệu radio tần số thấp tới các thiết bị thu nhận. Từ những năm đầu thập kỷ 80, các nhà sản xuất lớn chú ý nhiều hơn đến đối tượng sử dụng tư nhân. Trên các xe hơi hạng sang, những thiết bị trợ giúp cá nhân kỹ thuật số PDA (Personal Digital Assistant) như Ipaq của hãng Compaq, được coi là một trang bị tiêu chuẩn, thể hiện giá trị của chủ sở hữu.
Trong số 24 vệ tinh của Bộ quốc phòng Mỹ nói trên, chỉ có 21 thực sự hoạt động, 3 vệ tinh còn lại là hệ thống hỗ trợ. Tín hiệu radio được truyền đi thường không đủ mạnh để thâm nhập vào các tòa nhà kiên cố, các hầm ngầm và hay tới các địa điểm dưới nước. Ngoài ra nó còn đòi hỏi tối thiểu 4 vệ tinh để đưa ra được thông tin chính xác về vị trí (bao gồm cả độ cao) và tốc độ của một vật. Vì hoạt động trên quỹ đạo, các vệ tinh đảm bảo cung cấp vị trí tại bất kỳ điểm nào trên trái đất.

Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning Systems) bao gồm 3 mảng:

- Mảng người dùng, gồm người sử dụng và thiết bị thu GPS.

- Mảng kiểm soát bao gồm các trạm trên mặt đất, chia thành trạm trung tâm và trạm con. Các trạm con, vận hành tự động, nhận thông tin từ vệ tinh, gửi tới cho trạm chủ. Sau đó các trạm con gửi thông tin đã được hiệu chỉnh trở lại, để các vệ tinh biết được vị trí của chúng trên quỹ đạo và thời gian truyền tín hiệu. Nhờ vậy, các vệ tinh mới có thể đảm bảo cung cấp thông tin chính xác tuyệt đối vào bất kỳ thời điểm nào.

- Mảng còn lại gồm các vệ tinh hoạt động bằng năng lượng mặt trời, bay trên quỹ đạo. Quãng thời gian tồn tại của chúng vào khoảng 10 năm và chi phí cho mỗi lần thay thế lên đến hàng tỷ USD.

Một vệ tinh có thể truyền tín hiệu radio ở nhiều mức tần số thấp khác nhau, được gọi là L1, L2… Những thiết bị nhận tín hiệu GPS thông thường bắt sóng L1, ở dải tần số UHF 575,42 Mhz. Một đài phát thanh FM thường cần có công suất chừng 100.000 watt để phát sóng, nhưng một vệ tinh định vị toàn cầu chỉ đòi hỏi 20-50 watt để đưa tín hiệu đi xa 19.200 km.
Thiết bị nhận GPS cài đặt sẵn trên xe Honda Accord.

Tần số L1 chứa đựng 2 tín hiệu số (mã hoá bằng kỹ thuật số), được gọi là P-code và C/A-code. Mã P nhằm bảo vệ thông tin khỏi những sự truy nhập trái phép. Tuy nhiên, mục đích chính của các tín hiệu mã hóa là nhằm tính toán thời gian cần thiết để thông tin truyền từ vệ tinh tới một thiết bị thu nhận trên mặt đất. Sau đó, khoảng cách giữa 2 bên được tính bằng cách nhân thời gian cần thiết để tín hiệu đến nơi với tốc độ của ánh sáng là 300.000 km/giây(khoảng cách = vận tốc x thời gian).

Tuy nhiên, tín hiệu có thể bị sai đôi chút khi đi qua bầu khí quyển. Vì vậy, kèm theo thông điệp gửi tới các thiết bị nhận, các vệ tinh thường gửi kèm luôn thông tin về quỹ đạo và thời gian. Việc sử dụng đồng hồ nguyên tử sẽ đảm bảo chính xác về sự thống nhất thời gian giữa các thiết bị thu và phát.

Để biết vị trí chính xác của các vệ tinh, thiết bị nhận GPS còn nhận thêm 2 loại tín hiệu mã hóa.

- Loại thứ nhất (được gọi là Almanac data) được cập nhật định kỳ và cho biết vị trí gần đúng của các vệ tinh trên quỹ đạo. Nó truyền đi liên tục và được lưu trữ trong bộ nhớ của thiết bị thu nhận khi các vệ tinh di chuyển quanh quỹ đạo.

- Tuy nhiên, phần lớn các vệ tinh có thể hơi di chuyển ra khỏi quỹ đạo chính của chúng. Sự thay đổi này được ghi nhận bởi các trạm kiểm soát mặt đất. Việc sửa chữa những sai số này là rất quan trọng và được đảm nhiệm bởi trạm chủ trên mặt đất, trước khi thông báo lại cho các vệ tinh biết vị trí mới của chúng. Thông tin được sửa chữa này được gọi là Ephemeris data. Kết hợp Almanac data và Ephemeris data, các thiết bị nhận GPS biết chính xác vị trí của mỗi vệ tinh.

Hiện nay, nếu có bản đồ điện tử, nhiều thiết bị nhận GPS sẽ hiển thị rõ ràng vị trí của bạn qua một màn hình, điều đó giúp cho việc định hướng trở nên cực kỳ thuận lợi. Nhưng nếu tắt thiết bị nhận tín hiệu trong khoảng thời gian chừng 5 giờ đồng hồ, nó sẽ mất đi các Almanac data (hay không còn nhận biết chính xác các vệ tinh trên quỹ đạo trái đất). Khi hoạt động trở lại, thiết bị sẽ cần khoảng thời gian chừng 30 giây để nạp lại thông tin về vị trí của vệ tinh, trước khi cho biết hiện thời bạn đang ở đâu.

Hoạt động của GPS có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:

- Khi các vệ tinh ở quá gần nhau, chúng sẽ khiến cho việc xác định một vị trí chính xác trở nên khó khăn hơn.

- Vì tín hiệu radio đi từ vệ tinh xuyên qua tầng điện ly và tầng đối lưu, tốc độ cần thiết để tín hiệu truyền tới thiết bị nhận sẽ bị chậm đi. Hệ thống GPS có dự phòng điều đó bằng cách tính thêm khoảng thời gian chậm trễ trung bình, nhưng cũng không được hoàn toàn chính xác.

- Chướng ngại lớn như các dãy núi hay các toà nhà cao tầng cũng làm cho thông tin bị sai lệch.

- Giữa thiết bị nhận (nhất là của người dùng cá nhân) với vệ tinh (có thể không hoàn toàn trùng khớp về mặt thời gian, và các vệ tinh đôi khi chạy lệch khỏi quỹ đạo.

Leave a comment »

CÁC NGUỒN PHÁT VÀ CÁC THIẾT BỊ THU DGPS, GIẢI PHÁP SỬ DỤNG TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM


Mục đích của phần này là nghiên cứu các nguồn phát tín hiệu cải chính và các thiết bị thu DGPS hiện có, từ đó phân tích tính phù hợp thực tế của công nghệ, thiết bị cho mục tiêu của đề tài đang quan tâm, đồng thời đề xuất giải pháp mang tính thực tiễn về sử dụng các nguồn phát và các thiết bị thu dgps trong điều kiện Việt Nam.
2.1. Một số nguồn phát và các thiết bị thu DGPS hiện đang sử dụng tại Việt Nam phục vụ cho công tác đo đạc
2.l.1 Nguồn phát và các thiết bị thu DGPS sử dụng dải tần số cao UHF tại Việt Nam.
Công nghệ phát/thu tín hiệu DGPS sử dụng tấn số cao UHF là loại công nghệ cần đầu tư thấp, đơn giản, dễ sử dụng, cho độ chính xác tương đối cao. Công nghệ này đặc biệt phù hợp với việc phát/ thu tín hiệu cải chính phục vụ cho việc đo địa hình đáy sông, ven biển, hồ và đo vẽ mặt cắt lòng sông, tầm hoạt động hạn chế (<10Km trên đất liền và <50Km trên biển), địa hình khu đo cần bằng phẳng, không bị che khuất bởi các địa vật như cây cao, nhà cao v.v..
2.1.2. Nguồn tín hiệu và các thiết bị thu DGPS sử dụng công nghệ MSK-BEACON System
Để phục vụ công tác đo đạc trên diện rộng hơn người ta sử dụng công nghệ MSK-DGPS. Hiện nay tại Việt Nam đã xây dựng được 3 trạm phát sóng BEACON MSK tại Đồ Sơn, Cao bằng, Vũng Tầu. Trong năm 2003 và các năm sau sẽ xây dựng và đưa vào hoạt động các trạm BEACON khác tại Hà Giang, Lai Châu, Đà Nẵng. Đặc điểm cơ bản của công nghệ này là cho phép phát và thu tín hiệu cải chính DGPS trong phạm vi rộng đến 500Km trên biển với độ chính xác định vị đến đơn vị mét. BEACON MSK SYSTEM là một hệ thống đa chức năng dùng cho mục đích đo đạc, dẫn đường, thu thập số liệu đo tĩnh. Hệ thống này có giá thành tương đối cao, nên thường do nguồn ngân sách nhà nước đầu tư.
2.1.3. Nguồn tín hiệu và các thiết bị thu DGPS OMNISRTAR
Đây là một nguồn tín hiệu cải chính mang tính chất thương mại toàn cầu do hãng FUGRO cung cấp đựợc xây dựng từ năm 1995. Để đảm bảo cho việc truyền các tín hiệu cải chính RTCM SC – 104 trên vùng rộng khoảng 2000Km dùng đến hệ thống vệ tinh địa tĩnh IMASAT. Ngoài ra để đảm bảo độ chính xác cải chính (3m) FUGRO phải xây dựng một hệ thống các trạm mặt đất và nối chúng thành mạng chuyển về trung tâm xử lý. Tại Việt Nam, FUGRO sử dụng trạm cải chính mặt đất đặt tại Vũng tàu, hệ thống chăm sóc khách hàng do Công ty IMECOSUM đảm nhận.
Việc sử dụng hệ thống này tại Việt Nam (cả trên mặt đất lẫn trên biển – trừ vùng dầu khí) như sau :
– Bán hoặc cho thuê thiết bị DGPS động chuyên dụng,
– Cho thuê tín hiệu cải chính theo ngày, tuần, tháng hoặc năm,
– Cung cấp tín hiệu cải chính RTCM SC -104 liên tục 24giờ/24 giờ.
2.1.4 Nguồn tín hiệu và các thiết bị thu DGPS-HP hai tần diện rộng độ chính xác cao. Về cơ bản hệ thống cải chính DGPS – HP diện rộng độ chính xác cao có cấu trúc giống như hệ thống DGPS thông thường. Sự khác biệt là việc sử dụng thiết bị định vị hai tần số cho phép xử lý và truyền đến máy thu của người sử dụng số liệu cải chính đảm bảo độ chính xác do loại trừ được sai số do ảnh hưởng của tầng ION trong khí quyển và sai số do Multipath để thu được toạ độ điểm đo có độ chính xác cỡ deximet.
2.2. Những đề xuất về sử dụng các nguồn phát và thiết bị thu DGPS.
2.2.1. Đối với nguồn phát tín hiệu cải chính: Sử dụng 2 nguồn phát, đó là:
– Nguồn tín hiệu cải chính DGPS sử dụng trạm BEACON mặt đất.
– Nguồn tín hiệu cải chính DGPS OMNISTAR và OMNISTAR-HP.
– Sở dĩ đề tài đề nghị lựa chọn 2 nguồn cải chính nêu trên để làm thực nghiệm là xuất phát từ các lý do sau:
– Các nguồn phát tín hiệu cải chính trên được đầu tư cơ bản:
– Các tín hiệu cải chính được phát liên tục, ổn định 24/24 giờ trong ngày và tất cả các ngày trong năm, cho phép quan trắc liên tục.
– Đó là các hệ thống sử dụng công nghệ hiện đại và đã được áp dụng tại nhiều quốc gia trên thế giới cũng khu vực ASEAN, Bắc á…
– Các máy đo đạc định vị di động sử dụng công nghệ cao, ổn định, nhỏ gọn, dễ sử dụng và có độ chính xác thoả mãn yêu cầu kỹ thuật đo đạc phục vụcông tác đo vẽ bản đồ đến tỉ lệ trung bình (1:10.000).
2.2.2. Đối với thiết bị thu DGPS (thiết bị trạm động)
Tương thích với các nguồn phát tín hiệu cải chính DGPS đã lựa chọn trên
là các thiết bị.
+ Đối với nguồn tín hiệu cải chính DGPS BEACON REFRENCE STATION SYSTEM: có nhiều loại máy thu DGPS tương thích với nguồn này nhưng trong điều kiện đo đạc vùng đất lâm nghiệp chỉ có thể lựa chọn các máy thu gọn, nhẹ (máy cầm tay), có anten có thể kéo dài trong đó có thể sử dụng các máy thu:
Geoexplore 3 với bộ thu tín hiệu cải chính BoB.
– Geoexplore CE với bộ thu tín hiệu cải chính BoB.
+ Đối với nguồn tín hiệu cải chính DGPS diện rộng OMNISTAR và OMNISTAR-HP: Do đặc trưng của dịch vụ này, chỉ sử dụng các máy thu chuyên dụng do hãng sản xuất như máy thu OmniStar 3000L hoặc các máy thu mới loại Omnistar-HP (2 tần số).
Dù lựa chọn phương pháp Real time DGPS nào thì trong điều kiện địa hình núi cao cần sử dụng kết hợp với phương pháp DGPS xử lý sau thì mới đảm bảo đáp ứng đầy đủ, hiệu quả khi đo đạc thu thập số liệu thực địa.

CHƯƠNG 3
KHẢO SÁT ĐIỀU TẾ KIỆN THỰC VỀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG DGPS TRONG ĐO VẼ CẬP NHẬT BẢN ĐỒ BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH VÙNG NÚI VÀ BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT TỈ LỆ 1:10.000
3.1 Nhu cầu từ việc quản lý đất đai khu vực đất lâm nghiệp.
Theo thống kê của Tổng Cục Địa Chính năm 2000 thì nước ta có tổng diện tích là 32.924.346 ha trong đó bao gồm:
– Đất nông nghiệp: 9.345.346 ha,
– Đất lâm nghiệp có rừng: 11.575.429 ha,
– Đất chuyên dùng: 1.532.843 ha,
– Đất chưa sử dụng: 10.027.265 ha.
Diện tích đất lâm nghiệp chiếm tỉ trọng khá lớn trong cơ cấu sử dụng đất chung ở nước ta. Do chưa có bản đồ tỷ lệ phù hợp nên ở phần lớn khu vực đất lâm nghiệp, việc quản lý nhà nước về sử dụng đất còn khó khăn bất cập. Việc Tổng Cục Địa Chính cho thành lập bản đồ địa chính cơ sở tỉ lệ 1:10.000 bằng ảnh hàng không ở các tỉnh miền núi (đã được triển khai ở 17 tỉnh) là một động thái tích cực khắc phục tình trạng trên. Nhưng việc làm mới, chi tiết hoá nội dung tài liệu này phục vụ cho việc quản lý đất, giao đất giao rừng đến hộ dân ở địa phương còn chưa có giải pháp công nghệ hợp lý, qui trình cụ thể.
Thực tế quản lý, sử dụng đất vùng đất lâm nghiệp cho thấy việc thành lập các loại bản đồ địa chính, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, cập nhật sự biến động sử dụng đất là một yêu cầu cấp thiết, làm cơ sở cho việc tổ chức quản lý tốt việc sử dụng đất ở khu vực vùng núi.
3.2 Khảo sát điều kiện ứng dụng công nghệ
3.2.1. Về công nghệ DGPS:
Về cở bản lý thuyết công nghệ DGPS đã được nghiên cứu kỹ trên thế giới. và đã trở thành công nghệ ứng dụng, được thương mại hoá rộng rãi. ở Việt Nam, công nghệ DGPS áp dụng cho lĩnh vực đo đạc địa hình đáy biến đã được nghiên cứu khá chi tiết trong đề tài “Khai thác ứng dụng công nghệ MSK – DGPS trong đo đạc biển” chủ biên T.S Lê Minh – Viện Nghiên Cứu Địa, năm 2001; và đề tài “Nghiên cứu hệ thống GPS đo vẽ bản đồ và khả năng ứng dụng trong công tác thành lập bản đồ địa hình, bản đồ địa chính” do kỹ sư Nguyễn Trinh Sơn – Viện Nghiên Cứu Địa Chính làm chủ biên, năm 2000. Song, vấn đề cơ bản cần nghiên cứu ở đây là điều kiện ứng dụng, đặc biệt là địa hình trên đất liên, vùng núi. Cần phải ứng dụng loại hình công nghệ DGPS cụ thể trong điều kiện cụ thể để rút ra quy trình ứng dụng thực tiễn cho người sử dụng. Như đã phân tích ở phần trên có 3 phương pháp DGPS có thể sử dụng, đó là:
– Phương pháp Real time DGPS sử dụng công nghệ MSK – DGPS, phát tín hiệu cải chính từ trạm Beacon mặt đất.
– Phương pháp Real time DGPS sử dụng hệ thống DGPS diện rộng Omnistar,
– Phương pháp DGPS xử lý sau (Post processed DGPS).
3.2.2. Về con người sử dụng
Công nghệ DGPS đòi hỏi người sử dụng ngoài chuyên môn về trắc địa bản đồ còn cần phải được làm quen với việc đo đạc tự động, với kết quả dạng số. Hiện nay, các cán bộ kỹ thuật của cơ sở sản xuất trắc địa bản đồ đã được hoà nhập được với sự phát triển của công nghệ thông tin với nhiều thiết bị phần cứng mạnh, phần mềm đồ hoạ đa dạng, và bản đồ số đã là sản phẩm quen thuộc cho nên công nghệ DGPS có được môi trường thuận lợi để thâm nhập và phát triển.
3.3.3. Khảo sát thiết bị đo dùng cho đơn vị sản xuất
Với tiêu chí phục vụ cho việc đo vẽ bổ sung làm mới bản đồ trên đất liền, đặc biệt là địa hình vùng núi thì chỉ có những thiết bị thu tín hiệu vệ tinh nhỏ, gọn, có thể cầm tay được, đo nhanh mới thoả mãn yêu cầu này. Các thiết bị DGPS cầm tay đã có hoặc có thể tiếp cận được trong điều kiện ở nước ta gồm:
– Họ máy thu GPS Pathfinder GeoExplorer của hãng Trimble
Là loại máy thuộc loại cầm tay nhỏ, nhẹ, dễ sử dụng, thu trị đo C/A-Code và có máy thu được trị đo pha L1 dùng cho đo DGPS:
Máy GeoExplorer 2, Máy GeoExplorer 3, Máy GeoExplorer CE.
– Máy thu DGPS của hãng khác
Tuy chưa được phổ biến ở Việt Nam nhưng một số hãng cũng đã đưa ra thị trường các loại máy thu dùng cho đo DGPS có tính năng tương tự như loại máy DSNP của Thales, các máy thu của hãng SOKKIA, LAICA…
3.3.4. Khảo sát phần mềm xử lý số liệu
Với mỗi thiết bị đo của các phương pháp đo DGPS đều có phần mềm xử lý số liệu riêng biệt. Phần mềm ở đây làm các nhiệm vụ nhận số liệu đo từ máy thu DGPS (trút số liệu); xử lý số liệu, cải chính trị đo cho các điểm đo và chuyển về hệ toạ độ địa phương (với phương pháp DGPS xử lý sau); xuất kết quả đo dạng file toạ độ điểm (XYh) hoặc file đồ hoạ (DXF file) để có thể nhập vào các các file bản đồ đã có để thực hiện các bước tiếp theo. Các phần mềm hiện có gồm: phần mềm Trimble Pathfinder Office Vr2.5, Vr2.80, Vr2.91và các phần mềm khác như Trimble Total Control (TTC)…

Leave a comment »

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ DGPS


1. Lý thuyết chung về hệ thống GPS
Khi công nghệ GPS ra đời đã thiết lập được một hệ quy chiếu toàn cầu về không gian và cả thời gian, mà theo đó tại một vị trí bất kỳ trên trái đất ở một thời điểm bất kỳ với máy thu GPS trong tay ta có ngay toạ độ điểm đánh dấu vị trí và thời điểm đang đứng. Khi máy thu GPS sẽ di chuyển theo địa vật trên thực địa để thu thập thông tin định vị thì nó hoạt động tương tự như một thiết bị số hoá (digitizer) ngay tại thực địa. Và như vậy công nghệ GPS đã mở ra một khả năng ứng dụng thu thập thông tin mô tả tự nhiên một cách khoa học, thuận tiện, chính xác. Do vậy, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong công tác thành lập bản đồ là nghiên cứu vấn đề đổi mới kỹ thuật đo vẽ bản đồ truyền thống.
1.1 Vài nét về Lịch sử phát triển công nghệ GPS
Từ những năm 60 của thế kỷ 20, Cơ quan Hàng Không và Vũ Trụ (NASA) cùng với Quân đội Hoa Kỳ đã tiến hành chương trình nghiên cứu, phát triển hệ thống dẫn đường và định vị chính xác bằng vệ tinh nhân tạo. Hệ thống định vị dẫn đường bằng vệ tinh thế hệ đầu tiên là hệ thống TRANSIT có 6 vệ tinh, hoạt động theo nguyên lý Doppler, được sử dụng trong thương mại vào năm 1967.
Sau hệ thốngTRANSIT, hệ thống định vị vệ tinh thế hệ thứ hai ra đời có tên là NAVSTAR-GPS (Navigtion Satellite Timing And Ranging – Global Positioning System) gọi tắt là GPS. Hệ thống này ban đầu bao gồm 24 vệ tinh triển khai trên 6 quĩ đạo nghiêng 550 so với mặt phẳng xích đạo trái đất với chu kỳ gần 12 giờ ở độ cao xấp xỉ 12.600 dặm ( 20.200 km). So với hệ thống TRANSIT, độ chính xác định vị bằng hệ thống này được nâng cao, thời gian quan trắc vệ tinh được rút ngắn. Cho đến nay đã có 32 vệ tinh của hệ thống GPS đang hoạt động trên đạo.
Cùng có tính năng tương tự với hệ thống GPS đang hoạt động còn có hệ thống GLONASS của Nga (nhưng không thương mại hoá rộng rãi) và một hệ thống tương lai sẽ cạnh thị trường với hệ thống GPS là hệ thống GALILEO của Cộng Đồng Châu Âu.
Ở Việt Nam, phương pháp định vị vệ tinh đã được ứng dụng từ những năm đầu thập kỷ 90. Với 5 máy thu vệ tinh loại Trimble ban đầu, sau một thời gian ngắn đã lập xong lưới khống chế ở những vùng đặc biệt khó khăn mà từ trước đến nay chưa có lưới khống. Những năm sau đó công nghệ GPS đã đóng vai trò quyết định trong việc đo lưới cấp “0” lập hệ quy chiếu Quốc gia mới cũng như việc lập lưới địa chính cơ sở hạng III phủ trùm lãnh thổ và nhiều lưới khống chế cho các công trình dân dụng khác.
1.2 Cấu trúc hệ thống GPS
Theo sự phân bố không gian người ta chia hệ thống GPS thành 3 phần gọi là Đoạn (Segment): Đoạn Không Gian (Space Segment); đoạn điều khiển (Control Segment); đoạn người sử dụng (User).
1.2.1 Đoạn không gian: Đoạn không gian bao gồm các vệ tinh nhân tạo phát tín hiệu bay trên 6 mặt phẳng quĩ đạo nghiêng 550 so với mặt phẳng xích đạo trái đất, chu kỳ 718 phút. Quỹ đạo vệ tinh gần hình tròn, ở độ cao 12.600 dặm, mỗi mặt phẳng quỹ đạo có 4 hoặc 5 vệ tinh,. Mỗi vệ tinh có trang bị tên lửa đẩy để điều chỉnh quỹ đạo, thời hạn sử dụng khoảng 7,5 năm.
1.2.2 Đoạn điều khiển: Đoạn điều khiển là 5 trạm mặt đất phân bố đều quanh trái đất trong đó 1 trạm chủ (Master Station) và 4 trạm theo dõi (Monitor Station). Các trạm này có nhiệm vụ thu số liệu vệ tinh liên tục, tính toán và điều chỉnh quỹ đạo các vệ tinh.
1.2.3 Đoạn người sử dụng: Đoạn người sử dụng bao gồm các máy thu tín hiệu vệ tinh và phần mềm sử lý tính toán số liệu. Máy thu tín hiệu GPS có thể đặt cố định trên mặt đất hay gắn trên các phương tiện chuyển động.
1.3 Các trị Đo GPS
Trị đo GPS là những số liệu mà máy thu GPS nhận được từ tín hiệu của vệ tinh truyền tới dùng cho việc tính toạ độ điểm đo, bao gồm: trị đo Code (Code measurement) và trị đo pha (Phase measurement).
1.4 Nguyên lý định vị GPS
Định vị là việc xác định vị trí điểm cần đo (vị trí tâm pha của anten). Tuỳ
thuộc vào đặc điểm cụ thể của việc xác định toạ độ người ta chia thành 2 loại hình định vị cơ bản: định vị tuyệt đối và định vị tương đối.
1.4.1 Định vị tuyệt đối (point positioning)
Khi đặt máy ở điểm bất kỳ thu tín hiệu từ các vệ tinh, khoảng cách tương ứng từ máy thu đến các vệ tinh được xác định và toạ độ của điểm đo được xác định. Đây là bài toán giao hội nghịch không gian khi biết toạ độ của các vệ tinh và khoảng cách tương ứng đến máy thu.
1.4.2 Định vị tương đối (Relative Positioning)
Một phương án định vị khác cho phép sử dụng hệ thống GPS trong đo đạc trắc địa có độ chính xác cao đó là định vị tương đối. Sự khác của phương pháp định vị này là ở chỗ phải sử dụng tối thiểu 2 máy thu tín hiệu vệ tinh đồng thời và kết quả của phương pháp là các thành phần số gia toạ độ X, Y, Z (hoặc B, L, H) của 2 điểm trong hệ toạ độ không gian. Độ chính xác định vị tương đối đạt cỡ cm và chủ yếu áp dụng trong lập lưới khống chế trắc địa.
1.5 Các nguồn sai số trong đo GPS
Cũng như bất kỳ một phương pháp đo đạc khác, việc định vị bằng hệ thống GPS chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau.
1.5.1 Sai số quỹ đạo vệ tinh
Toạ độ điểm đo GPS được tính dựa vào vị trí đã biết của vệ tinh. Người sử dụng phải dựa vào lịch thông báo toạ vệ tinh mà theo lịch toạ độ vệ tinh có thể bị sai số. Do vậy nếu sử dụng quỹ đạo vệ tinh chính xác có thể đạt kết quả định vị tốt hơn.
1.5.2 Ảnh hưởng của tầng ion
Tầng ion là lớp chứa các hạt tích điện trong bầu khí quyển ở độ cao từ 50 – 1000 km, tầng ion có tính chất khúc xạ đối với sóng điện từ, chiết suất của tầng ion tỷ lệ với tần số sóng điện từ truyền qua nó. Với máy thu 2 tần số ảnh hưởng tầng ion, trị đo giải trừ do đó việc định vị có độ chính xác cao hơn, nhất là đối với việc đo cạnh dài.
1.5.3 Ảnh hưởng của tầng đối lưu
Tầng đối lưu có độ cao đến 8 km so với mặt đất là tầng làm khúc xạ đối với tín hiệu GPS do chiết suất biến đổi. Chiết suất của tầng đối lưu sinh ra độ chậm pha tín hiệu. Do vậy số cải chính mô hình khí quyển phải được áp dụng đối với trị đo của máy một tần số và cả máy hai tần số.
1.5.4 Hiện tượng đa tuyến (Multipath)
Đó là hiện tượng khi tín hiệu từ vệ tinh không đến thẳng anten máy thu mà đập vào bề mặt phản xạ nào đó xung quanh rồi mới đến anten máy thu. Hiện nay với công nghệ Everest, máy thu loại được các trị do có ảnh hưởng của Multipath.
1.5.6 Sự suy giảm độ chính xác (DOPS) do đồ hình các vệ tinh
Định vị GPS là việc giải bài toán giao hội nghịch không gian dựa vào điểm gốc là các vệ tinh và các khoảng cách tương ứng đến máy thu. Trường hợp tối ưu khi thu tín hiệu vệ tinh GPS là vệ tinh có sự phân bố hình học cân đối trên bầu trời xung quanh điểm đo. Chỉ số mô tả đồ hình vệ tinh gọi là chỉ số phân tán độ chính xác DOP (Delution of Precision)
1.6 Những kỹ thuật đo GPS
1.6.1 Đo GPS tuyệt đối
Là kỹ thuật xác định toạ độ của điểm đặt máy thu tín hiệu vệ tinh trong hệ toạ độ toàn cầu WGS-84 sử dụng nguyên lý định vị tuyệt đối. Do nhiều nguồn sai số nên độ chính xác vị trí điểm thấp (cỡ 10m), chủ yếu cho việc dẫn đường, và các mục đích đạc có yêu cầu độ chính xác không cao. Đối với phương pháp này chỉ sử dụng 1 máy thu tín hiệu vệ tinh.
1.6.2 Đo GPS tương đối (Carrier-phase-based Relative GPS)
Thực chất của phương pháp đo là xác định hiệu toạ độ không gian của 2 điểm đo đồng thời đặt trên 2 đầu của khoảng cách cần đo (Baseline) sử dụng nguyên lý định vị tương đối. Do bản chất của phương pháp, cần tối thiểu 2 máy thu vệ tinh trong 1 thời điểm đo. Phụ thuộc vào quan hệ của các trạm đo trong thời gian đo mà người ta chia thành các dạng đo tương đối sau:
1.6.2.1 Đo GPS tĩnh (Static)
Đây là phương pháp chính xác nhất sử dụng 2 hoặc nhiều máy thu đặt cố định thu tín hiệu GPS tại các điểm cần đo toạ độ trong khoảng thời gian thông thường từ 1 giờ trở lên.
1.6.2.2 Đo GPS động (Kinematic GPS)
Phương pháp dựa trên nguyên lý định vị tương đối, được tiến hành với 1 máy đặt cố định (base station) và một hoặc nhiều các máy khác (rover stations) di động đến các điểm cần đo với thời gian rất ngắn, độ chính xác cỡ cm.
Tuỳ thuộc vào thời điểm xử lý số liệu đo – xử lý ngay tại thực địa hay trong phòng sau khi đo, người ta chia thành 2 dạng:
– Đo GPS động thời gian thực (GPS RTK – Real Time Kinematic GPS)
Phương pháp cho phép thu được toạ độ đúng tại thực địa trong hệ toạ độ điạ phương bất kỳ với thời gian đo ngắn (1 trị đo – 1 giây).
– Đo GPS động xử lý sau (Post Procesed Kinematic GPS)
Giống như phương pháp GPS RTK, phương pháp này đo một loạt điểm với thời gian đo ngắn 2 (trị đo). Toạ độ của các điểm đo có được sau khi xử lý số liệu trong phòng.
1.6.3 Đo cải chính phân sai DGPS (Code-based Differential GPS)
Là phương pháp đo GPS sử dụng nguyên lý định vị tuyệt đối sử dụng trị đo code và cả trị đo pha có độ chính xác đo toạ độ 1 – 3m, sử dụng 2 máy thu tín hiệu vệ tinh trong đó 1 tại trạm gốc (Base station) có toạ độ biết trước và 1 trạm đo tại các điểm cần đo toạ độ (Rover station). Trên cơ sở độ lệch về toạ độ đo so với toạ độ thực của trạm gốc để hiệu chỉnh vào kết quả đo tại các trạm động theo nguyên tắc đồng ảnh hưởng. Tổng hợp về các phương pháp đo GPSPS trong bảng sau:

Kiểu đo Số vệ tinh tối thiểu Thời gian đo tối thiểu Độ chính xác đạt được Các đặc trưng khác
Đo tĩnh
(Static) 4 1 giờ -1 tần số: 5mm+1ppm
-2 tần số:
5mm+0.5ppm – Máy 1 tần số cho đcx tốt nhất 10km
– Không hạn chế khoảng cách với máy 2 tấn số.
Đo tĩnh nhanh (Fast static) 4 8′-30′ 5-10mm+1ppm phụ thuộc t.gian đo Các thủ tục đo như với đo tĩnh.
Đo động xử lý lý sau (GPS -PPK) 4 2 trị đo
1cm+1ppm – Khoảng cách tối đa 50km.
– Cần khởi đo bằng đo tĩnh nhanh trên cạnh khởi đo.
Đo động thời gian thực(GPS -RTK ) 4 1 trị đo
1cm+1ppm – Khoảng cách đo phụ thuộc vào RadioLink, <10km
– Cần khởi đo trên điểm biết toạ độ hoặc đo tĩnh nhamh
Đo DGPS xử lý sau (Post-Processed DGPS)

4 2 trị đo
– 0.5m với máy thu Everest, Maxwel. với 5VT, PDOP<4
-1-3m với máy thu khác cùng ĐK – Không cần thu liên tục vệ tinh, không cần Radio truyền tín hiệu cải chính.
Đo DGPS thời gian thực (Realtime -DGPS) 4 1 trị đo – 0.2m với máy thu Everest, Maxwel. với 5VT, PDOP<4
– 1-3m với máy thu khác cùng ĐK – Không cần thu vệ tinh liên tục, cần Radio truyền tín hiệu cải chính,
Các giá trị ghi trong bảng dựa trên kết quả mới nhất thu được với thiết bị đo của hãng Trimble

Bảng tổng hợp về các phương pháp đo GPS.
1.7 Tọa độ và hệ qui chiếu
Ellipsoid được chọn làm hệ toạ độ định vị toàn cầu là GRS-80 (Geodetic Reference System 1980), mặt quy chiếu này được hệ định vị GPS sử dụng 1984 gọi là Hệ Trắc Địa Thế Giới (WGS-84). Hệ toạ độ này dùng ellipsoid xác định bởi bán trục lớn a= 6378137.0 m và nghịch đảo độ dẹt 1/f = 298.257223563. Đây là hệ toạ độ địa tâm có 3 trục XYZ trong đó gốc toạ độ là địa tâm, trục X nằm trong mặt phẳng Xích Đạo đi qua kinh tuyến gốc và địa tâm; trục Y nằm trong mặt phẳng Xích Đạo và vuông góc trục X tại địa tâm; trục Z vuông góc với mặt phẳng Xích Đạo tại địa tâm có hướng Bắc và đi qua điểm cực BắcTrung bình. Do mỗi quốc gia lựa chọn một hệ toạ độ riêng nên khi đo GPS kết quả đo cần được tính chuyển về hệ toạ độ địa phương theo các tham số tính chuyển riêng.
2. Cơ sở lý thuyết và các giải pháp kỹ thuật cải chính phân sai trị đo GPS (dgps)
2.1 Cơ sở lý thuyết cải chính phân sai trị đo GPS (dgps)
DGPS là phương pháp kiểm tra tín hiệu vệ tinh GPS và cung cấp số cải chính phân sai cho máy thu GPS (máy động) nhằm nâng cao độ chính xác định vị. Bảng sau cho thấy sự ảnh hưởng của các nguồn sai số đến kết quả định vị.
Nguồn sai số Đo GPS tuyệt đối (m) Đo DGPS (m)
Đồng hồ vệ tinh 3.0 0
Sai số quĩ đạo 2.7 0
Tầng ion 8.2 0.4
Tầng đối lưu 1.8 0.2
Đồng hồ máy thu 0.3 0.3
Đa tuyến 0.6 0.6
Việc cải chính phân sai có thể tiến hành theo hai phương pháp sau đây:
– Phương pháp cải chính toạ độ: Theo phương pháp này số cải chính phân sai là hiệu số toạ độ (hiệu kinh độ, vĩ độ và độ cao:B, Lvà H) đã biết và toạ độ tính được theo trị đo GPS tại trạm Base.
– Phương pháp cải chính cự ly: Số cải chính phân sai là hiệu khoảng cách thật từ vệ tinh tới tâm điểm anten của máy thu GPS tại trạm Base và khoảng
cách tính được từ các trị đo tại trạm Base tới các vệ tinh.
Tuỳ theo thời điểm cải chính (cải chính toạ độ hoặc cải chính cự ly), có 2 phương pháp đo DGPS như sau:
– Phương pháp DGPS xử lý sau (Post processed):
Theo phương pháp này, số liệu đồng thời thu tín hiệu các vệ tinh giống nhau, trong cùng một khoảng thời gian tại trạm Base và trạm Rover được lưu lại và số cải chính phân sai cùng với toạ độ đã được cải chính của trạm Rover chỉ có được sau khi xử lý số liệu đo thực địa trong phòng.
– Phương pháp DGPS thời gian thực (Realtime DGPS):
Theo phương pháp này, tại trạm Base số cải chính phân sai liên tục được tính toán và được truyền tới các máy Rover thông qua các thiết bị truyền thông. Các máy thu DPS Rover đồng thời thu tín hiệu từ vệ tinh GPS và tín hiệu cải chính phân sai phát từ trạm Base để tính ra toạ độ chính xác (đã được cải chính phân sai).
2.2. Các phương pháp đo DGPS
2.2.1 Phương pháp MSK – DGPS với các trạm GPS dẫn đường (Beacon Control GPS Station)
Để ứng dụng kỹ thuật DGPS trên một khu vực, người ta xây dựng các trạm Reference DGPS cố định ở các vị nhất định để dẫn đường và cung cấp tín hiệu cải chính phân sai cho bất kỳ máy động nào nằm trong phạm vi phủ sóng được thiết kế.
Các trạm này được gọi là trạm GPS dẫn đường (Beacon Control GPS Station). Nhiều trạm Beacon Control GPS Station cùng hoạt động dưới sự điều khiển chung, được gọi là Beacon Control GPS System. Cấu hình thiết bị của các trạm Beacon Control rất linh động và phụ thuộc vào quy mô trạm, quy mô của hệ thống cũng như yêu cầu của đối tượng phục vụ.Tín hiệu cải chính phân sai được phát vào không gian qua hệ thống anten phát.
2.2.2. Phương pháp DGPS diện rộng
Các trạm Beacon Control thường chỉ có tầm phủ sóng khoảng 500-1000km. Để có thể hoạt động trên khu vực rộng lớn hơn, người ta áp dụng phương pháp DGPS diện rộng – WADGPS (Wide Area Differenfial GPS). Về nguyên lý phương pháp WADGPS như phương pháp MKS – Beacon DGPS song phương thức truyền tín hiệu cải chính tới các máy thu DGPS là truyền gián tiếp thông qua vệ tinh truyền thông (Communication Satellite). Các máy GPS động nằm trong tầm khống chế của vệ tinh truyền thông đều nhận được tín hiệu cải chính phân sai. Mỗi hệ thống WDGPS gồm nhiều trạm Reference, một vài Trung tâm kiểm tra và khoảng 3 – 4 vệ tinh truyền thông. Hiện nay, có 3 hệ thống WDGPS: Hệ thống Omnistar và Starfix của hãng Fugro và hệ thống Skyfix của hãng Racal.
2.2.3. Phương pháp DGPS xử lý sau (Post Processed DGPS)
Về bản chất nguyên tắc xử lý số liệu cũng giống như các phương pháp trên song sự khác nhau cơ bản ở đây là thời điểm xử lý số liệu. Với phương pháp này số liệu đo thực địa của trạm tĩnh và trạm động được ghi lại và kết hợp xử lý trong phòng sau thực địa với độ chính xác tương đương. Một ưu thế quan trọng của phương pháp này là khá cơ động do không phụ thuộc vào tầm phủ sóng cải chính của trạm gốc. Tầm hoạt động của trạm động so với trạm gốc đến 500 km số cải chính vẫn phù hợp, vẫn đảm bảo đạt độ chính xác

<sưu tầm>

Leave a comment »

Follow

Get every new post delivered to your Inbox.