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 Sai số GPS (Global Positioning System) Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị toàn cầu (GPS) Nội dung Sai số vệ tinh Sai số truyền tín hiệu Sai số thu Sai số vị trí tương đối vệ tinh- thu Sai số người Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) Phân loại sai số GPS Độ xác định vị GPS phụ thuộc vào sai số mang tính vốn có cơng nghệ Có thể phân loại sai số GPS thành dạng sau: Sai số vệ tinh Quỹ đạo (lịch thiên văn) Đồng hồ Sai số truyền tín hiệu Sai số khí (tầng điện ly, tầng đối lưu) Sai số thu Đồng hồ Tọa độ trạm điều khiển Định tâm, cân máy thu Nhiễu thiết bị số vị trí tương đối vệ tinhbộ thu Sai Sai số người Giới hạn độ xác (Selective Availability- SA) Chống giả mạo (Anti-Spoofing, AS) Sai số đa đường truyền Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) Sai số vệ tinh Sai số quỹ đạo Vị trí vệ tinh khơng vị trí lịch thiên văn Sai số: 2- m (có thể lên tới 50 m có SA) Do tác động lực hấp dẫn, lực gây nhiễu/xáo trộn Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) Sai số vệ tinh Sai số đồng hồ sai số thời gian chuẩn hệ thống GPS thời gian dự đoán tin dẫn đường vệ tinh Là Sai số: 2,3 m Có hai vấn đề xảy với đồng hồ vệ tinh (Sickle, 2001): hiệu ứng tương đối, hiệu ứng đồng hồ trôi dạt Hiệu (tốc độ nhanh lực hấp dẫn yếu hơn) Hiệu ứng đồng hồ trôi dạt: Mỗi vệ tinh GPS trang bị đồng hồ nguyên tử chất lượng cao (2 cesium, rubidium) Tuy nhiên, chúng có sai số: 8,64 – 17,28 nano giây/ngày ~ 2,59 - 5,18 m ứng tương đối: Theo lý thuyết tương đối, đồng hồ quỹ đạo chạy nhanh so với trái đất Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Tồn cầu (GPS) Sai số truyền tín hiệu Sai số khí tín hiệu GPS qua hạt tích điện tầng điện ly (50-200 km), sau nước tầng đối lưu (0- 50 km), sẽdi chuyển chậm hơn, tạo nên độ trễ thời gian Khi Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) Sai số truyền tín hiệu Tầng điện ly Độ cao 50 - 200km tính từ bề mặt trái đất gồm loại khí bị ion hóa xạ mặt trời, hình thành đám mây electron tự Bao Phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời: Sự ion hóa thường mạnh vào cuối buổi trưa yếu vài sau nửa đêm Tác dụng tầng điện ly lên tín hiệu GPS Trì hỗn tốc độ truyền tín hiệu Phụ thuộc: Tỉ lệ nghịch góc độ cao vệ tinh Tỉ lệ thuận với tổng số electron Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) Sai số truyền tín hiệu Tầng đối lưu Vùng khí trung hịa 9,3 m cho góc 15° độ cao, 20,28 m cho góc 5° độ cao điện Cách 2,5 m theo hướng thiên đỉnh, mặt đất đến 50 km gồm khơng khí khơ nước Bao Tác dụng tầng đối lưu lên tín hiệu GPS hỗn tốc độ truyền tín hiệu, sóng mang Trì Phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất độ ẩm Sai số: Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) Sai số truyền tín hiệu Sai số đa đường truyền Tín hiệu truyền khơng gian đến thu theo hướng trường hợp lý tưởng, tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu truyền theo đường thẳng Trong Nhưng thực tế, mặt đất có cơng trình có khả phản xạ sóng cao nên số tín hiệu phản xạ vào vật này, sau vào máy thu Sai số vài chục mét Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) 10 Sai số thu Sai số đồng hồ xác, chịu sai số hình dạng trái đất loại sai số dụng cụ đo đạc, ảnh hưởng đến kết định vị GPS yếu tố điều kiện khí hậu, bảo quản, nguyên liệu chế tạo nên khơng thể đồng hóa với đồng hồ vệ tinh Sai số định tâm, cân Do Sai số tọa độ trạm điều khiển Tọa máy thu địa hình kỹ người sử dụng nên dẫn đến sai số định vị Do độ máy thu xác định dựa tọa độ vệ tinh Trong tọa độ vệ Nhiễu thiết bị tinh lại xác định dựa Phụ thuộc vào chất lượng vào tọa độ trạm điều máy thu GPS khiển Sai số 0,6 m Tuy nhiên, tọa độ trạm điều khiển khơng hồn tồn Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Tồn cầu (GPS) 11 Sai số vị trí tương đối vệ tinh- thu Đặc điểm hình học vệ tinh ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu GPS tính xác định vị Các vệ tinh nằm vị trí tốt Sai số vị trí thấp Các vệ tinh nằm vị trí xấu Sai số vị trí cao Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) 12 Sai số vị trí tương đối vệ tinh- thu Vị trí hình học lý tưởng/tốt vệ tinh Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Tồn cầu (GPS) 13 Sai số vị trí tương đối vệ tinh- thu Vị trí hình học khơng tốt vệ tinh Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Tồn cầu (GPS) 14 Sai số vị trí tương đối vệ tinh- thu Độ suy giảm xác (Dilution Of Precision, DOP) Phản ánh vị trí vệ tinh so với vệ tinh khác thu nhận thu Phân loại DOP: VDOP: Vertical Dilution Of Precision (1D, cao độ) HDOP: Horizontal Dilution Of Precision (2D, kinh độ, vĩ độ) PDOP: Position Dilution Of Precision (3D) TDOP: Time Dilution Of Precision (thời gian) GDOP: Geometry Dilution Of Precision (3D + thời gian) DOP thay đổi theo thời gian DOP nhỏ, hình học vệ tinh tốt Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Tồn cầu (GPS) 15 Độ xác GPS Phụ thuộc vào yếu tố: Độ xác đo đạc: Thể ảnh hưởng tổng hợp sai số vệ tinh, sai số truyền tín hiệu, sai số thu, gọi “Sai số khoảng cách tương ứng người sử dụng” (User Equivalent Range Error, UERE) Hình học vệ tinh: Thể qua “Độ suy giảm xác” (Dilution Of Precision, DOP) Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Tồn cầu (GPS) 16 Độ xác GPS Mối quan hệ UERE DOP σr UERE, σH, σV, σP σT độ lệch chuẩn theo phương ngang, thẳng đứng, vị trí (cả hai chiều ngang thẳng đứng), thời gian Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) 17 Sai số người Giới hạn độ xác (Selective Availability- SA) đầu, độ xác C/A code P code gần giống cho thu Ban Để đảm bảo an ninh quốc gia, ngăn chặn lực thù địch, Bộ Quốc phòng Mỹ tạo SA nhằm làm giảm độ xác GPS Xuất từ 25/3/1990 loại bỏ vào 2/5/2000 Phương thức: cố tình tạo sai số thời gian tín hiệu, lịch thiên văn vệ tinh Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) 18 Sai số người Giới hạn độ xác (Selective Availability- SA) Khi có SA, sai số: 100- 156 m Khi bỏ SA, sai số 20- 40 m Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) 19 Sai số người Chống giả mạo (Anti-Spoofing, AS) Tương tự SA, AS tạo nhằm hạn chế dân thù địch truy cập vào phần P code tín hiệu GPS, bắt buộc phải sử dụng C/A code AS mã hóa P code vào tín hiệu gọi Y code Chỉ người dùng có máy thu GPS quân (Mỹ, đồng minh Mỹ) giải mã Y code Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) 20