Bài giảng hệ thống định vị toàn cầu GV thái văn hòa

24/09/2016 Khoa QLĐĐ&BĐS Bộ mơn Cơng nghệ Địa Bài giảng HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GV: Thái Văn Hòa Đt: 0908670778; 0964027940 Email: hoa.cndc@gmail.com thaihoa@hcmuaf.edu.vn Web: http://www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=thaihoa Tp HCM 5/2016 Đánh giá kết Điểm chuyên cần 10% - Đi học + thực hành đầy đủ Điểm kỳ 30% - Bình sai + biên tập bảng lưới khống chế địa đo cơng nghệ GPS (5 người / nhóm) Thi cuối kỳ 60% - Thi tự luận 60’, không sử dụng tài liệu - Hoặc đề mở 75’, áp dụng tính toán 24/09/2016 Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS 1.1 Ý tưởng GPS GPS Navigation Nguồn: https://www.youtube.com/watch?v=5ZEBmU9-qE8 24/09/2016 ĐỊNH VỊ ĐIỂM - Định vị xác định vị trí vật thể tĩnh chuyển động Có Phương pháp: + Theo hệ tọa độ không gian ba chiều định nghĩa + Theo vị trí điểm khác, thừa nhận điểm gốc hệ tọa độ địa phương ĐỊNH VỊ TƯƠNG ĐỐI 24/09/2016 ĐỊNH VỊ VỆ TINH ĐO CỰ LY TỚI VỆ TINH 24/09/2016 ĐỊNH VỊ TƯƠNG ĐỐI TỪ VỆ TINH 1.2 Mô tả hệ thống GPS Hình 1.1 Các đoạn hệ thống GPS 10 24/09/2016 1.2.1 Đoạn không gian - 24 vệ tinh chia thành quỹ đạo - Mỗi mặt phẳng quỹ đạo tạo với mặt xích đạo góc 55o - Cách mặt đất khoảng 20.200 km - Mỗi vòng bay hết 11 58 phút - Vệ tinh phát tín hiệu mã hố thơng tin đạo hàng, điều biến hai sóng tải - Vệ tinh có kích thước chừng 5m, trọng lượng 1÷2 tấn, trang bị đồng hồ nguyên tử loại rubidium đồng hồ nguyên tử loại celium Tuổi thọ vệ tinh 7,5 năm 11 Block Launch Period Satellite launches Suc- Fail- In prep- Plancess ure aration ned 10 0 Currently in orbit and healthy I 1978–1985 II 1989–1990 0 0 IIA 1990–1997 19 0 0 IIR 1997–2004 12 0 12 IIR-M 2005–2009 0 IIF 2010-2016 12 0 12 IIIA From 2017 IIIB — IIIC — Total 0 70 0 12 0 0 16 0 36 31 (Last update: Feb 29, 2016) Nguồn: https://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System 12 24/09/2016 Nguồn: http://www.gps.gov/systems/gps/space/ 13 Atlas V GPS IIF-12 Launch Nguồn: https://www.gps.gov 14 24/09/2016 GPS III Nguồn: https://www.youtube.com/watch?v=LPwcKsF49iY Nguồn: http://www.gps.gov/systems/gps/space/ 15 16 24/09/2016 Hình 1.2a Vệ tinh GPS Block IIA Nguồn: http://www.gps.gov/systems/gps/space/ Hình 1.2b Vệ tinh GPS Block IIR Nguồn: http://www.gps.gov/systems/gps/space/ 17 18 24/09/2016 Hình 1.2c Vệ tinh GPS Block IIR(M) Nguồn: http://www.gps.gov/systems/gps/space/ 19 Hình 1.2d Vệ tinh GPS Block IIF Nguồn: http://www.gps.gov/systems/gps/space/ 20 10 24/09/2016 Hình 1.2e Vệ tinh GPS Block III Nguồn: http://www.gps.gov/systems/gps/space/ 21 Hình 1.4: Mơ hình thu tín hiệu vệ tinh GPS Nguồn: https://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System 22 11 24/09/2016 Hình 1.5: Thơng tin quỹ đạo hệ thống ĐVTC Nguồn: https://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System 23 Chương trình hệ thống GPS Nguồn: http://www.gps.gov/systems/gps/modernization/ 24 12 24/09/2016 1.2.2 Đoạn điều khiển 25 SOPS keeps GPS flying Nguồn: https://www.youtube.com/watch?v=unFVspzSIr0 26 13 24/09/2016 GPS OCX Modernization Nguồn: https://www.youtube.com/watch?v=k4gGwVH_MaU 27 1.2.3 Đoạn sử dụng - Cách sử dụng máy thu tín hiệu GPS - Các phương pháp đo GPS - Các ứng dụng GPS Hình 1.7 Quan hệ đoạn GPS 28 14 24/09/2016 1.3 CƠ SỞ CỦA KỸ THUẬT ĐO GPS 1.3.1 Cấu trúc tín hiệu GPS - Đồng hồ nguyên tử celium vệ tinh tạo tần số chuẩn fo=10,23Mhz với sai số 10-12 /ngày - Sóng tải L1 tạo bội số 154 lần tần số chuẩn (tần số 1575,42 Mhz, bước sóng 19,0 cm) - Sóng tải L2 tạo bội số 120 lần tần số chuẩn (tần số 1227,60 Mhz, bước sóng 24,0 cm) 29 Có loại mã sóng tải mã C/A, mã P Thơng tin đạo hàng - Mã C/A thường hiểu mã thơng dụng gồm dãy 1023 kí tự 1, lặp lại sau phần triệu giây, tương đương chiều dài bước sóng 300m Mã C/A truyền có sóng tải L1 - Mã P - mã xác chuỗi dài kí tự 1, lặp lại sau 01 tuần lễ, chiều dài bước sóng 29,30m Nó truyền hai sóng tải - Tuy nhiên, Bộ Quốc phịng Mỹ sử dụng mã W để che phủ lên mã P tạo nên mã Y Chỉ có Quân đội Mỹ đồng minh tiếp cận mã P 30 15 24/09/2016 - Thông tin đạo hàng chuỗi số liệu bổ sung hai sóng tải điều biến lưỡng pha với tốc độ chậm 50bit /giây lặp lại sau 30 giây Thông tin đạo hàng chứa toạ độ vệ tinh theo thời gian, tình trạng sức khoẻ vệ tinh, trị hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh, số liệu almanac vệ tinh, số liệu khí tượng Mỗi vệ tinh truyền thông tin đạo hàng riêng với thơng tin vệ tinh khác toạ độ gần đúng, tình trạng sức khoẻ 31 Hình 1.8 Sơ đồ cấu trúc tín hiệu GPS 32 16 24/09/2016 Bảng 1.2- Các thành phần tín hiệu GPS Bước sóng Tần số fo Tần số (MHz) 10,23 Sóng tải L1 (154fo) Sóng tải L2 (120fo) Mã xác (P-code) fo 1575,42 1227,60 10,23 19,0 cm 24,0 cm 30 m 1,023 300 m Các thành phần Mã thông dụng (C/A code) fo/10 W-code fo/20 0,5115 Thơng tin đạo hàng fo/204600 50.10-6 33 Tín hiệu hệ thống định vị Hình 1.9 Tần số hệ thống ĐVTC 34 17 24/09/2016 1.4 Các loại máy thu GPS Có thể phân hai loại máy thu GPS: máy thu tần số máy thu hai tần số Máy thu tần nhận tín hiệu sóng tải L1 Máy thu tần có cấu hình khác chức khác nhau, thơng dụng loại máy thu tần thu code lẫn pha sóng tải Máy thu tần nhận tín hiệu sóng tải L1 L2 Tuy mã P bị che phủ, máy thu hai tần khơi phục đầy đủ sóng tải L2 mức độ yếu 35 Máy thu GPS có số lượng kênh khác nhau, từ đến 12 kênh Máy GPS tốt máy nhiều kênh, kênh liên tục nhận tín hiệu từ vệ tinh Hiện máy thu chủ yếu có từ đến 12 kênh Việc lựa chọn máy thu GPS phụ thuộc yếu tố khác giá cả, dễ sử dụng, mức tiêu hao lượng, kích thước trọng lượng, khả chứa số liệu ngoại vi, khả tương tác mức độ giảm thiểu ảnh hưởng khúc xạ đa đường dẫn 36 18 24/09/2016 Loại máy thu tần giá rẻ, chủ yếu sử dụng để đo đạc địa hay thành lập đồ Nó cho phép đo xác khoảng cách ngắn, chừng 20 km trở lại Loại máy thu tần số hạn chế ảnh hưởng này, cho phép đo khoảng cách tới điểm xa tuỳ ý Đối với ứng dụng địi hỏi độ xác cao nghiên cứu chuyển động đại, máy thu tần số nhiên ưu tiên lựa chọn Ăng ten phận thiếu thiết bị đo GPS Để giảm ảnh hưởng sai số khúc xạ đa đường dẫn (multipath), cần lựa chọn loại ăng ten giảm thiểu ảnh hưởng 37 Một số loại máy thu GPS hãng Trimble Trimble M7 * Precise Positioning Service capable GPS receiver for surveying * Trimble Access field software designed for Military use * Field tested, ruggedized Survey System build to Military standards * Compatible with conventional (optical) equipment and construction machine control systems * Power Trimble Business Center office software used for processing and adjustment of both GPS and conventional data * Support both Military and Trimble data radios Nguồn: http://www.trimble.com/Survey/Trimble-M7-GPS-Survey-System.aspx 38 19 24/09/2016 Một số loại máy thu GPS hãng Trimble Trimble R7 •Advanced, modular 72-channel system configuration •Trimble R-Track satellite tracking technology •External high power UHF radio provides the flexibility to be used on the pole or as a base station •Select from the Zephyr-2 GNSS antenna or the Zephyr-2 GNSS Geodetic antenna •Partner with Trimble Access and the TSC3 controller •Supports the GPS Modernization signals L2C, L5 and GLONASS •3 levels of OmniSTAR positioning – OmniSTAR HP, OmniSTAR XP and OmniSTAR VBS •Tracks both GPS and GLONASS Satellites 39 Nguồn: http://www.trimble.com/Survey/trimbler7gnss.aspx Một số loại máy thu GPS hãng Trimble Trimble R8 •Two integrated Trimble Maxwell chips •440 GNSS channels •Capable to tracking satellite systems CMRx commincluding GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou(COMPASS), and QZSS •unications protocol gives you the most reliable positioning performance Nguồn: http://www.trimble.com/Survey/trimbler8gnss.aspx 40 20 ... Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS 1.1 Ý tưởng GPS GPS Navigation Nguồn: https://www.youtube.com/watch?v=5ZEBmU9-qE8 24/09/2016 ĐỊNH VỊ ĐIỂM - Định vị xác định vị trí vật thể tĩnh... Theo hệ tọa độ không gian ba chiều định nghĩa + Theo vị trí điểm khác, thừa nhận điểm gốc hệ tọa độ địa phương ĐỊNH VỊ TƯƠNG ĐỐI 24/09/2016 ĐỊNH VỊ VỆ TINH ĐO CỰ LY TỚI VỆ TINH 24/09/2016 ĐỊNH VỊ... code) fo/10 W-code fo/20 0,5115 Thông tin đạo hàng fo/204600 50.10-6 33 Tín hiệu hệ thống định vị Hình 1.9 Tần số hệ thống ĐVTC 34 17 24/09/2016 1.4 Các loại máy thu GPS Có thể phân hai loại máy