PowerPoint style guide Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf edu vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN BỘ MÔN GIS & TÀI NGUYÊN ThS Ng[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN BỘ MÔN GIS & TÀI NGUYÊN Hệ thống Định vị Toàn cầu (Global Positioning System - GPS) Bài giảng: ThS Nguyễn Duy Liêm Điện thoại: 0983.613.551 Email: nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Tồn cầu (GPS) TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA MƠI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN BỘ MÔN GIS & TÀI NGUYÊN Nguyên tắc hoạt động GPS (Global Positioning System) Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị toàn cầu (GPS) Nội dung Định vị thơng thường (tốn học) 1 chiều 2 chiều 3 chiều Định vị GPS Điều kiện lý tưởng Điều kiện thực tế Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Tồn cầu (GPS) Định vị thông thường Định vị chiều (Ox) khoảng cách xB xA O X X A B Thời gian tiếng sấm di chuyển từ đám mây dơng A đến vị trí đứng B s Biết vận tốc âm khơng khí 343,2 m/s, tính khoảng cách AB? Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Tồn cầu (GPS) Định vị thông thường Định vị chiều (Oxy) 2- khoảng cách (trilateration) X C Để đo độ sâu vực sâu giới Mariana Thái Bình Dương, người ta dùng phương pháp định vị hồi âm sóng siêu âm Sau phát siêu âm hướng xuống biển sau 14,53 s, người ta nhận tín hiệu phản xạ từ đáy biển Vận tốc truyền siêu âm nước biển 1.500 m/s Tính độ sâu vực Mariana? Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) Bài tập Trong mặt phẳng Oxy, Cho B điểm A (3, 5), cách A theo chiều dương trục Ox, AB vuông góc với Oy cách A (chiều dương trục Ox), cách A (chiều dương trục Oy) C Xác định trọng tâm tam giác ABC? Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) Định vị thông thường Định vị chiều (Oxyz) 3- khoảng cách Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) Định vị GPS chiều Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) Định vị GPS chiều Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) Điều kiện lý tưởng Khơng có sai số thời gian Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) 10 Điều kiện thực tế Đồng hồ thu nhanh giây Tính không đồng thời gian đồng hồ vệ tinh thu: Vệ tinh trang bị đồng hồ nguyên tử xác Bộ thu trang bị đồng hồ với độ xác thấp Ảnh hưởng thuyết tương đối hẹp (tốc độ nhanh vệ tinh co dãn thời gian đồng hồ vệ tinh “chậm hơn”), rộng (tác động trọng lực lên vệ tinh nhỏ đồng hồ vệ tinh “nhanh hơn”) Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) 11 Điều kiện thực tế Có thêm vệ tinh Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) 13 Nguyên lý hoạt động GPS Máy thu GPS thường bao gồm ăng-ten, điều chỉnh trùng với tần số truyền vệ tinh GPS Mỗi vệ tinh GPS sau truyền tín hiệu đến máy thu GPS Các tín hiệu từ vệ tinh di chuyển với tốc độ ánh sang đến máy thu GPS thời gian khác khoảng cách chúng đến máy thu GPS khác Những tín hiệu sở xác định vị trí vệ tinh thời gian Mỗi vệ tinh GPS có đồng hồ đặc biệt đo lường thời gian xác (đồng hồ nguyên tử) Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) 14 Nguyên lý hoạt động GPS Máy thu GPS đo thời gian tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu Khoảng cách tới vệ tinh GPS xác định cách nhân vận tốc ánh sáng với thời gian Khoảng cách = Tốc độ ánh sáng x Thời gian Biết khoảng cách từ vệ tinh GPS, máy thu GPS tính tốn vị trí mặt đất khơng trung (máy bay) Vị trí mơ tả theo vĩ độ kinh độ Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) 15 Nguyên lý chung Tín hiệu phát từ vệ tinh mã hóa dạng đoạn mã code Để nhận tín hiệu, thân máy thu tạo đoạn mã code tương ứng Chỉ đoạn mã code trùng nhau, lúc tín hiệu vào máy thu Sự lệch pha code từ vệ tinh code thu máy thu khoảng thời gian để vệ tinh truyền tín hiệu đến máy thu (Δt) Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) 16 Nguyên lý chung Trong trường hợp lý tưởng, khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu R = c* Δt Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Tồn cầu (GPS) 17 Bài tập Tìm vị trí thu GPS (giả định đặt máy bay) Mọi điểm nằm mực nước biển thỏa điều kiện: X2 + Y2 + Z2 = (bán kính trái Đất: R = 1) Thời gian đo ms (1/1000s) Tốc độ ánh sáng không đổi c ≈ 0,047 R/ms Máy thu nhận tín hiệu từ vệ tinh Vệ tinh Vị trí xyz (R) Thời điểm truyền tín hiệu (ms) (2,1,1) 17,5 (1,1,1) 32,6 (2,0,1) 15,3 © 2022 (1,0,2) 11,2 Copyright | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) 20 Lời giải Gọi (X, Y, Z) vị trí thu GPS T thời điểm thu nhận tín hiệu Khoảng cách từ thu đến vệ tinh: di = 0,047 * (T – ti) với i = 1,2,3,4 di = (𝑿 − 𝒙𝒊 )𝟐 +(𝑿 − 𝒚𝒊 )𝟐 +(𝒁 − 𝒛𝒊 )𝟐 0,0472 * (T – ti)2 = (𝑿 − 𝒙𝒊 )𝟐 +(𝒀 − 𝒚𝒊 )𝟐 +(𝒁 − 𝒛𝒊 )𝟐 Đối với vệ tinh 1, ta có: 0,0472 ∗ (T – 17,5)2 = (𝑿 − 𝟐)𝟐 +(𝒀 − 𝟏)𝟐 +(𝒁 − 𝟏)𝟐 4X + 2Y + 2Z – 2(0,047)2(17,5)T = X2 + Y2 + Z2 - 0,0472T2 - (0,047)2(17,5)2 + [1] Tương tự với vệ tinh 2, 3, 4, ta có: 2X + 2Y + 2Z – 2(0,047)2(32,6)T = X2 + Y2 + Z2 - 0,0472T2 - (0,047)2(32,6)2 + [2] 4X + 0Y + 2Z – 2(0,047)2(15,3)T = X2 + Y2 + Z2 - 0,0472T2 - (0,047)2(15,3)2 + [3] 2X + 0Y + 4Z – 2(0,047)2(11,2)T = X2 + Y2 + Z2 - 0,0472T2 - (0,047)2(11,2)2 + [4] Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) 21 Lời giải Hệ phương trình, ẩn phi tuyến tính: 4X + 2Y + 2Z – 2(0,047)2(17,5)T = X2 + Y2 + Z2 - 0,0472T2 - (0,047)2(17,5)2 + [1] 2X + 2Y + 2Z – 2(0,047)2(32,6)T = X2 + Y2 + Z2 - 0,0472T2 - (0,047)2(32,6)2 + [2] 4X + 0Y + 2Z – 2(0,047)2(15,3)T = X2 + Y2 + Z2 - 0,0472T2 - (0,047)2(15,3)2 + [3] 2X + 0Y + 4Z – 2(0,047)2(11,2)T = X2 + Y2 + Z2 - 0,0472T2 - (0,047)2(11,2)2 + [4] Trừ [2], [3], [4] cho [1], hệ phương trình ẩn tuyến tính: Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Tồn cầu (GPS) 22 Lời giải Viết lại hệ phương trình dạng Ax = b Đưa ma trận dạng bậc thang Đặt T biến tự do, Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) 23