Đang tải... (xem toàn văn)
Untitled TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ K4 2016 Trang 19 Thử nghiệm định vị tuyệt đối dùng hệ thống vệ tinh BEIDOU tại Việt Nam Nguyễn Ngọc Lâu Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG HCM (Bản thả[.]
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SỐ K4-2016 Thử nghiệm định vị tuyệt đối dùng hệ thống vệ tinh BEIDOU Việt Nam Nguyễn Ngọc Lâu Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG-HCM (Bản thảo nhận ngày 28 tháng 06 năm 2016, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 06 tháng 08 năm 2016) TĨM TẮT Chúng tơi xử lý tuyệt đối dùng trị đo giả cự ly BEIDOU thu thập Tp Hồ Chí Minh Độ xác định vị đạt 2.3m, 4.5m 3.9m theo hướng Bắc, Đông độ cao so với (0.8, 0.9, 1.7) GPS (2.0, 1.9, 4.1) GLONASS Kết cho thấy Việt Nam hồn tồn định vị dùng riêng vệ tinh BEIDOU, đồng thời mở khả định vị tích hợp hệ thống vệ tinh để nâng cao độ xác Từ khóa: Định vị tuyệt đối, GPS, GLONASS, BEIDOU GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG VỆ TINH ĐỊNH VỊ BEIDOU Hệ thống vệ tinh định vị BEIDOU (cịn có tên COMPASS) Trung quốc xây dựng phát triển BEIDOU có chức tương đương với GPS Mỹ, GLONASS Nga GALILEO Châu Âu Hệ thống vệ tinh định vị Beidou gồm có ba phần: phần khơng gian, phần mặt đất phần người sử dụng Phần mặt đất bao gồm trạm điều khiển chính, trạm truyền dẫn trạm giám sát Phần người sử dụng bao gồm thiết bị đầu cuối hệ thống Beidou, số tương thích với hệ thống dẫn đường vệ tinh khác Theo thiết kế, phần không gian đầy đủ bao gồm 35 vệ tinh: quĩ đạo địa tĩnh (Geostationary Earth Orbit - GSO), quĩ đạo địa tĩnh nghiêng (Inclined Geosynchronous Satellite Orbit IGSO) 27 vệ tinh quĩ đạo trung bình (Medium Earth Orbit - MEO) (xem hình 1) Trước 2013, Trung Quốc phóng GEO, MEO IGSO Với số lượng vệ tinh trên, BEIDOU bao phủ phần lớn khu vực Châu Á – Thái Bình Dương (xem hình 2) Sau gian đánh giá hệ thống có nghiên cứu chế tạo vệ tinh hệ vào 30-03-2015 vệ tinh hệ Beidou phóng thành công vào quỹ đạo tên lửa LM-3C Sự kiện có ý nghĩa hệ thống Beidou Trung Quốc bắt đầu mở rộng vùng che phủ từ khu vực giới BEIDOU sử dụng hệ tọa độ CGCS2000 (China Geodetic Coordinate System 2000) CGCSS2000 đồng với ITRF1997 epoch 2000 [1, 3, 4] BEIDOU sử dụng hệ thống thời gian BEIDOU (BEIDOU Time – BDT) BDT thang thời gian liên tục 0:0:0 UTC 01-01-2006, đồng với UTC với sai số nhỏ 100 nanosec [1] Trang 19 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 19 , No K4-2016 Hình Phần không gian (trái) khu vực bao phủ BEIBOU trước 2013 (chấp nhận từ [2]) Việt Nam nằm trung tâm vùng bao phủ hệ thống BEIBOU Do mặt lý thuyết định vị độc lập hệ thống vệ tinh BEIBOU Trước có máy thu thu tín hiệu từ vệ tinh BEIDOU, xuất ngày nhiều loại máy có khả thu tín hiệu từ hệ thống vệ tinh GPS, GLONASS BEIDOU HiTarget V30, Topcon GR5, South S82V, vv Trong báo này, sử dụng máy thu Hi-Target V30 Topcon GR5 thu thập liệu TP Hồ Chí Minh để đánh giá khả định vị độc lập độ xác BEIBOU so sánh với hệ thống vệ tinh định vị khác THU THẬP DỮ LIỆU VÀ XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ ĐIỂM GỐC Để thu thập liệu, đặt máy thu Hi-Target V30 Topcon GR5 lên mốc BK00 BK01 nhà C5 khn viên ĐHBK TPHCM vào ngày 16 20/03/2015 (xem hình 2) Tốc độ thu liệu 15 giây với chiều dài ca đo từ – h Máy Trang 20 Topcon GR5 đặt tương tự vào ngày 13-14/03/2015, 19/05/2015 23/06/2015 với tốc độ thu giây Tuy nhiên lỗi firmware, máy thu GR5 thu BEIDOU vào ngày 23/06/2015 Phân tích liệu định dạng RINEX V2.11 xuất từ máy thu, thấy số lượng vệ tinh quan sát dồi Có thời điểm lên đến 28 vệ tinh (xem hình 4) Trong có 10 vệ tinh GPS, GLONASS 10 vệ tinh BEIDOU Để có sở đánh giá độ xác định vị hệ thống, chúng tơi xác định vị trí điểm gốc BK00 cách gởi liệu đến dịch vụ định vị điểm xác CSRS-PPP (http://webapp.geod.nrcan.gc.ca/geod/toolsoutils/ppp.php) Theo nghiên cứu [6], độ xác định vị dịch vụ đạt mức cm, đủ để làm sở đánh giá độ xác định vị điểm Kết định vị cho Bảng TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SỐ K4- 2016 Hình Thu thập liệu BEIDOU nhà C5 Đại học Bách khoa TP HCM (trái) số lượng vệ tinh quan sát ngày 20/03/2015 (phải: GPS – đỏ, GLONASS: xanh, BEIDOU - tím) Bảng Xác định tọa độ điểm gốc BK00 CSRS-PPP ITRF2008 Ngày đo 13/03/2015 hours 14/03/2015 hours 16/03/2015 hours 20/03/2015 hours 19/05/2015 hours 23/06/2015 6.5 hours Trung bình Vĩ độ Kinh độ Độ cao ellipsoid (m) 1046’31.0854” 10639’36.1427” 26.269 0.010m 0.033m 0.043m 1046’31.0853” 10639’36.1431” 26.247 0.010m 0.033m 0.041m 1046’31.0848” 10639’36.1425” 26.174 0.009m 0.022m 0.031m 1046’31.0852” 10639’36.1428” 26.203 0.004m 0.012m 0.022m 1046’31.0847” 10639’36.1416” 26.235 0.018m 0.043m 0.071m 1046’31.0850” 10639’36.1432” 26.265 0.004m 0.015m 0.021m 1046’31.0851” 10639’36.1428” 26.230 Máy thu Topcon GR5 Topcon GR5 HiTarget V30 HiTarget V30 Topcon GR5 Topcon GR5 Trọng số Trang 21 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 19, No K4-2016 KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA BẢN LỊCH TRUYỀN THƠNG BEIDOU Bảng Độ xác tọa độ đồng hồ vệ tinh BEIDOU ngày 20/03/2015 SSTP tọa độ (m) Vệ tinh X Y Z Đồng hồ (s) 10.376 3.270 1.887 227.300 15.442 9.676 2.550 0.125 20.889 2.056 1.914 17.880 2.748 13.279 3.039 0.109 11.087 4.103 2.282 0.090 0.926 1.048 1.699 0.108 3.407 2.752 2.048 0.120 4.070 1.709 2.172 0.118 1.210 1.113 1.057 0.101 10 2.603 0.512 1.079 0.099 12 25.367 21.312 55.906 0.007 TB 8.920 5.530 6.876 0.097 Cách tính tọa độ số hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh BEIDOU từ lịch truyền thông tương tự GPS Vì hai dùng 15 tham số Kepler mở rộng để mô tả quĩ đạo hệ số đa thức cho số hiệu chỉnh đồng hồ [1] Trong lịch GLONASS truyền tham số tọa độ vận tốc vệ tinh Việc tính tọa độ vệ tinh GLONASS từ lịch truyền thông đề cập tài liệu [8] Để đánh giá độ xác lịch truyền thơng BEIDOU, chúng tơi tính tọa độ số hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh BEIDOU cách 30 phút ngày đo Sau so sánh với lịch xác tổ chức IGS Bảng Kết Bảng cho thấy sai số tọa độ vệ tinh BEDOU gần tương đương với GPS đồng hồ xác (theo [9], GPS 7.5m 5ns) Mặt khác sai số vệ tinh BEDOU không đồng Các vệ tinh số 1, 2, 3, 12 có sai số lên đến hàng chục mét, vượt xa vệ tinh lại Do đó, dự báo độ xác định vị BEDOU thấp GPS lý PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ Chúng dùng phần mềm khoa học GUST để xử lý liệu đo [7] GUST V3.1 có khả xử lý độc lập hay kết hợp liệu đo GPS, GLONASS BEIDOU Trong báo trọng đến độ xác định vị điểm đơn Do dùng trị đo giả cự ly lịch vệ tinh truyền thông Để khắc phục ảnh hưởng tầng điện ly, dùng trị đo kết hợp P3 hai tần số Chúng bỏ qua độ lệch nhỏ hệ thống tọa độ WGS84 (GPS), PZ-90.11 (GLONASS), CGCSS2000 (BEIDOU) ITRF2008 (xem Bảng 3) Bảng Mối quan hệ hệ thống tọa độ vệ tinh HT vệ tinh Hệ tọa độ GPS WGS84 Đồng với ITRF2008 mức độ cm [11] GLONASS PZ-90.11 Trùng với ITRF2008 epoch 2010.0 [10] BEIDOU CGCSS2000 Trùng với ITRF1997 epoch 2000.0 [3, 4] ITRF1997 sai lệch với ITRF2008 mức độ cm [11] Trang 22 Mô tả TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SỐ K4-2016 Hình Sai số vị trí mặt GPS V30 (trái) GR5 (phải) Hình Sai số vị trí mặt GLONASS V30 (trái) GR5 (phải) Hình Sai số vị trí mặt BEIDOU V30 (trái) GR5 (phải) Trang 23 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 19, No K4-2016 Bảng Sai số định vị hệ thống Hệ thống vệ tinh Máy thu Hi-Target V30 Topcon GR5 Trung bình SSTP định vị (m) Hướng Bắc mN N i 1 0.908 1.957 2.378 GLONASS 1.565 1.938 3.940 4.661 BEIDOU 1.672 4.715 4.059 6.442 GPS 0.606 0.898 1.559 1.899 GLONASS 2.389 1.954 4.227 5.234 BEIDOU 2.886 4.375 3.784 6.465 GPS 0.8 0.9 1.7 2.1 GLONASS 2.0 1.9 4.1 4.9 BEIDOU 2.3 4.5 3.9 6.4 N mE E E i i 1 n n mU h h i 1 i n (1) Trong (Ni, Ei, hi) toạ độ mặt độ cao điểm BK00 tính thời điểm thứ i (N, E, h) tọa độ độ cao xác BK00 cho bảng Kết cho bảng hình 3-5 Kết bảng cho thấy hai loại máy thu khác cho sai số định vị tương tự GPS cho độ xác cao BEIDOU thấp Sai số định vị GPS Trang 24 hình ngẫu nhiên tập trung xung quanh giá trị Trong định vị BEIDOU theo hướng Đông-Tây xuất sai số hệ thống khoảng 4.5m (hình 5) Kết định vị hệ thống vệ tinh tốt 10m KẾT LUẬN , n n chiều 1.000 i Độ cao GPS Để đánh giá độ xác định vị, chúng tơi tính sai số trung phương Hướng Bắc (mN), Hướng Đông (mE) độ cao (mU) theo công thức sau n Hướng Đông Chúng thử nghiệm định vị dùng hệ thống BEIDOU TP Hồ Chí Minh máy thu GNSS Hi-Target V30 Số lượng vệ tinh BEIDOU cung cấp tín hiệu khu vực Việt Nam lên đến 10 vệ tinh Do hồn tồn định vị độc lập BEIDOU Việt Nam Trong nghiên cứu chúng tơi, độ xác định vị BEIDOU GPS khoảng 3.0 lần GLONASS 1.3 lần Điều độ xác lịch truyền thông chất lượng trị đo mã BEIDOU Tuy nhiên với độ xác định vị tốt 10m, BEIDOU phục vụ tốt cho ứng dụng xác thấp định vị tàu/thuyền biển TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SỐ K4-2016 Việc tích hợp GPS, GLONASS BEIDOU làm tăng độ xác định vị Nhưng điều cần có nghiên cứu sâu trọng số kết hợp hệ thống chất lượng không đồng Lời cảm tạ: Chúng chân thành cảm ơn Công ty Đất Hợp Công ty Thắng Lợi cung cấp máy thu GNSS Hi-Target V30 Topcon GR5 để thu thập liệu phục vụ nghiên cứu Experiments of absolute positioning using BEIDOU in Vietnam Nguyen Ngoc Lau Ho Chi Minh city University of Technology, VNU-HCM, Vietnam ABSTRACT We research on absolute positioning using Beidou pseudo-range measurements collected in Ho Chi Minh City Positional accuracy achieved is 2.3m, 4.5m and 3.9m for the North, East and height components compared to (0.8, 0.9, 1.7) of GPS and (2.0, 1.9, 4.1) of GLONASS This result shows that in Vietnam we can use only BEIDOU system for positioning and also opens the possibility of incorporating positioning satellite systems to improve accuracy Keywords: Absolute positioning, GPS, GLONASS, BEIDOU TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] China Satellite Navigation Office, Interface Control Document V2.0, 2013, 78 pp [2] China Satellite Navigation Office, Performance Standard V1.0, 2013, 17 pp [3] Yuanxi YANG, Updates of CGCS 2000, ICG-5, WG-D, 2010, Torino, Italy [4] CHENG Pengfei, YANG Yuanxi, CHENG Yingyan, WEN Hanjiang, BEI Jinzhong and WANG Hua, Chinese Geodetic Coordinate System 2000, China National Report on Geodesy 2007-2010, 2011 [5] TANG Jing, GE Xia, GAO Weiguang, YANG Yuanxi, The Development of COMPASS/BeiDou Navigation Satellite System, China National Report on Geodesy 2007-2010, 2011 [6] Nguyễn Ngọc Lâu, Đánh giá độ xác số dịch vụ dựa Web xử lý tự động liệu GPS, Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 11 Đại học Bách Khoa TP HCM, HCM city - Việt Nam, 2009 [7] Nguyễn Ngọc Lâu, Xây dựng phần mềm GUST – thành tựu bước đầu việc phát triển cơng nghệ xử lý liệu đo GPS độ xác cao Việt Nam, Tạp chí Địa Chính, số 4, 2005, pp 31-35 Trang 25 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 19, No K4-2016 [8] Nguyễn Ngọc Lâu, Dương Minh Âu, Khảo sát bước bậc phương pháp Runge – Kutta việc tính tốn tọa độ vệ tinh GLONASS, Hội nghị Khoa học Công nghệ lần 12, HCM City - Việt Nam, 2011 [9] Nguyễn Ngọc Lâu, Nguyễn Đăng Thiện, Đánh giá độ xác thơng tin lịch phát liệu GPS sau SA tắt, Tạp chí Trắc địa -Bản đồ, số 1, 2001, pp 38-45 Trang 26 [10] Anastasiya N Zueva, EvgeniyV Novikov, DmitriyI Pleshakov, Igor V Gusev, System of Geodetic Parameters “Parametry Zemli 1990” PZ-90.11, 9th Meeting of the International Commitee on GNSS (ICG-9) 10‒14 November 2014, Prague, Czech Republic [11] International Terrestrial Reference Frame, http://itrf.ensg.ign.fr/ ... cứu Experiments of absolute positioning using BEIDOU in Vietnam Nguyen Ngoc Lau Ho Chi Minh city University of Technology, VNU-HCM, Vietnam ABSTRACT We research on absolute positioning using Beidou. .. that in Vietnam we can use only BEIDOU system for positioning and also opens the possibility of incorporating positioning satellite systems to improve accuracy Keywords: Absolute positioning, ... Updates of CGCS 2000, ICG-5, WG-D, 2010, Torino, Italy [4] CHENG Pengfei, YANG Yuanxi, CHENG Yingyan, WEN Hanjiang, BEI Jinzhong and WANG Hua, Chinese Geodetic Coordinate System 2000, China National