§å ¸n tèt nghiÖp Bé m«n Tr¾c ®Þa cao cÊp MỞ ĐẦU Sự ra đời của hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) đã mang lại một diện mạo mới cho ngành trắc địa Từ những năm 80, khi mà hệ thống[.]
Đồ án tốt nghiệp môn: Trắc địa cao cấp Bộ MỞ ĐẦU Sự đời hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) mang lại diện mạo cho ngành trắc địa Từ năm 80, mà hệ thống định vị toàn cầu GPS phía Mỹ cho phép khai thác lĩnh vực dân ứng dụng trắc địa có ưu điểm hẳn với cơng nghệ đo đạc truyền thống Đó khả đo nhanh, độ xác cao đo điều kiện thời tiết, thời điểm phạm vi toàn cầu Sau Mỹ, Nga xây dựng hệ thống định vị toàn cầu Glonass (Global Navigation satellite system) với nguyên lý hoạt động tương tự hệ thống GPS GPS đưa vào nước ta sử dụng từ năm 1990 chủ yếu phục vụ xây dựng mạng lưới quốc gia lưới cạnh dài phục vụ đo vẽ đồ, đo nối toạ độ từ đất liền đến đảo xa Máy thu GPS phần cứng quan trọng đoạn sử dụng Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, hãng sản xuất máy thu GPS cho đời máy thu hệ ngày gọn nhẹ, hoàn thiện tính sử dụng Một số hãng chế tạo cịn cho đời máy thu đồng thời thu tín hiệu từ vệ tinh GPS vệ tinh Glonass Máy thu GB - 1000 hãng Topcon (Nhật Bản) số Máy thu GPS GB - 1000 loại máy có khả thu xử lý số liệu hai tần số sóng mang L1, L2 hai hệ thống NAVSTAR (Mỹ) GLONASS (Nga), với khả máy cho kết đo nhanh, độ xác cao cạnh đáy dài Nó có SV: Ngun Träng Mạnh Trắc địa A_K48 Lớp: Đồ án tốt nghiệp môn: Trắc địa cao cấp Bộ th phc v cho nhiều mục đích khác nhau, cho nhiều ngành như: trắc địa, thuỷ văn, xây dựng… Sử dụng máy thu GPS để xây dựng điểm chi tiết ứng dụng lĩnh vực trắc địa Việc sử dụng máy hai tần để xây dựng điểm chi tiết vấn đề mẻ Nhằm mục đích tìm hiểu để khai thác hiệu tính sử dụng máy GB - 1000 vào xây dựng điểm chi tiết em xin nhận đề tài sau: “Khảo sát độ xác đo giả động máy thu hai hệ, hai tần TOPCONGB - 1000” Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, TS Lê Minh Tá thầy giáo khác môn Trắc Địa cao cấp hướng dẫn tận tình để em hồn thành đồ án Do trình độ có hạn nên chắn khơng tránh khỏi sai sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy giáo ban để đồ án hoàn chỉnh Hà nội tháng năm 2008 Sinh viên: Nguyễn Trọng Mạnh SV: Nguyễn Trọng Mạnh Trắc địa A_K48 Lớp: Đồ án tốt nghiệp môn: Trắc địa cao cấp Bộ CHNG GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ GPS 1.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ GPS 1.1.1 Cấu trúc nguyên lý hoạt động hệ thống GPS a Đoạn không gian (Space Segment) Đoạn không gian gồm 24 vệ tinh chuyển động mặt phẳng quỹ đạo (mỗi mặt phẳng có vệ tinh), nghiêng với mặt SV: Ngun Träng Mạnh Trắc địa A_K48 Lớp: Đồ án tốt nghiệp môn: Trắc địa cao cấp Bộ phng xớch o Trỏi đất góc khoảng 55 Vệ tinh có độ cao cỡ 20200km so với bề mặt Trái đất chuyển động quỹ đạo gần tròn với chu kỳ 718 phút Do phân bố vệ tinh mà thời điểm nào, vị trí Trái đất quan trắc vệ tinh Hình 1.1 Chuyển động vệ tinh quỹ đạo Chương trình đưa vệ tinh lên quỹ đạo chia làm khối (Block) Các vệ tinh khối sau có trọng lượng tuổi thọ lớn Năng lượng cung cấp cho hoạt động thiết bị vệ vệ tinh lượng pin mặt trời Mỗi vệ tinh trang bị đồng hồ nguyên tử độ xác cao (cỡ 10-12) Tất vệ tinh GPS có thiết bị tạo dao động với tần số chuẩn sở f 0= 10,23 MHz Dựa f0 thiết bị tạo hai tần số sóng tải L1 L2: L1= 154.f0= 1575,42 MHz (Bước sóng ë1=19.032cm) L2= 120.f0= 1227,60 MHz (Bước sóng ë2= 24.420cm) SV: Ngun Trọng Mạnh Trắc địa A_K48 Lớp: Đồ án tốt nghiệp môn: Trắc địa cao cấp Bộ Cỏc súng ti L1, L2 thuộc dải sóng cực ngắn, với tần số lớn tín hiệu bị ảnh hưởng tầng điện ly tầng đối lưu Để phục vụ cho mục đích khác nhau, tín hiệu phát điều biến loại code: + C/A - code (Coarse/Acquisition code) code thô sử dụng rộng rãi C/A code có tính chất code tựa ngẫu nhiên Tín hiệu mang code có tần số thấp (1,023 MHz) C/A code điều biến sóng tải L1 Chu kỳ C/A code miligiây, chứa 1023 bite, vệ tinh phát C/A code khác + P - code (Precision code) code xác sử dụng cho mục đích quân Mỹ dùng cho mục đích khác phía Mỹ cho phép P - code điều biến hai sóng tải L1 L2, có độ dài cỡ 1014 bite code tựa ngẫu nhiên Tín hiệu P – code có tần số tần số chuẩn f (10,23 MHz), tương ứng với bước sóng 29,3m Mỗi vệ tinh gán đoạn code này, khó bị giải mã để sử dụng khơng phép + Y - code code bí mật phủ lên P – code nhằm chống bắt chước, gọi kỹ thuật AS (Anti Spoosing) Chỉ có vệ tinh thuộc khối từ sau năm 1989 (khối 2) có khả Ngồi tần số trên, vệ tinh GPS cịn trao đổi với trạm điều khiển mặt đất qua tần số 1783,74 MHz 2227,5 MHz để truyền thông tin đạo hàng lệnh điều khiển tới vệ tinh SV: Nguyễn Trọng Mạnh Trắc địa A_K48 Lớp: Đồ án tốt nghiệp môn: Trắc địa cao cấp Bộ Tt c code khởi tạo lại sau tuần lễ GPS vào nửa đêm thứ chủ nhật, tuần lễ GPS đơn vị thời gian lớn sử dụng công nghệ GPS b Đoạn điều khiển (Control Segment) Hình 1.2 Sơ đồ bố trí trạm điều khiển Đoạn điều khiển thiết lập để trì hoạt động tồn hệ thống định vị GPS Đoạn gồm trạm điều khiển trung tâm (MCS) đặt không quân Mỹ gần Colorado spings trạm theo dõi đặt mặt đất là: Hawaii (Thái Bình Dương), Assension island (Đại Tây Dương), Diego garcia (Ấn Độ Dương), Kwajalein (Thái Bình Dương) Vai trò đoạn điều khiển quan trọng khơng theo dõi vệ tinh mà cịn liên tục cập nhật xác thơng tin SV: Nguyễn Trọng Mạnh Trắc địa A_K48 Lớp: Đồ án tốt nghiệp môn: Trắc địa cao cấp Bộ đạo hàng, đảm bảo độ xác cho cơng tác định vị hệ thống GPS c Đoạn sử dụng (User Segment) Đoạn sử dụng bao gồm tất máy móc, thiết bị để thu tín hiệu vệ tinh GPS phục vụ cho mục đích yêu cầu khác người sử dụng dẫn đường biển, bầu trời, đất liền cho công tác Trắc địa Máy thu GPS phần cứng quan trọng đoạn sử dụng Nhờ tiến khoa học kỹ thuật mà máy GPS ngày hoàn thiện Cùng với loại máy thu người ta sản xuất phần mềm phục vụ xử lý thông tin mà máy thu nhận từ vệ tinh 1.1.2 Các đại lượng đo GPS a Trị đo khoảng cách giả Trị đo khoảng cách giả khoảng cách giả đo từ vệ tinh đến tâm anten máy thu, chứa sai số đồng hồ máy thu (đồng hồ thạch anh) đồng hồ vệ tinh (đồng hồ nguyên tử) chậm thời gian ảnh hưởng mơi trường lan truyền tín hiệu Mỗi vệ tinh GPS ln phát với sóng tải code tựa ngẫu nhiên riêng (PRN-Code) khoảng cách giả xác định dựa khoảng thời gian từ phát đến thu tín hiệu PRN-Code Để làm điều máy thu GPS tạo code tựa ngẫu nhiên giống code phát từ vệ tinh So sánh code nhận theo thang thời gian đồng hồ vệ tinh code máy thu tạo theo thang đồng hồ máy thu, ta xác định khoảng thời gian lan SV: Ngun Träng M¹nh Trắc địa A_K48 Lớp: Đồ án tốt nghiệp môn: Trắc địa cao cấp Bộ truyn tớn hiu t v tinh tới máy thu Sự mô tả nguyên tắc xác định khoảng cách giả biểu diễn hình vẽ: 11 000 111 101000 11 \ = \ Code truyền từ vệ tinh 1100011110100011 Code thu 11 0 01 1 1 0 1 Code máy tạo ∆t t Khoảng cách giả nhận được: R c. (1.1) Trong đó: ∆ä sai số đồng hồ đ khoảng cách hình học c vận tốc truyền sóng b Trị đo khoảng cách giả Trong kỹ thuật vô tuyến điện, người ta xác định độ xác khoảng cách cỡ 1% bước sóng Trong bảng 1.1 cho ta thấy so sánh độ xác đo khoảng cách giả R với việc sử dụng sóng tải L1, L2 tín hiệu C/A-code, P-code Bng 1.1 SV: Nguyễn Trọng Mạnh Trắc địa A_K48 Lớp: Đồ án tốt nghiệp môn: Trắc địa cao cÊp Bé Tín hiệu Bước sóng mg L1 0,20m 2,0mm L2 0,25m 2,5mm C/A-code 300m 3,0mm P-code 30,0m 0,3mm Theo để đo đạc GPS với độ xác cao, cần tiến hành đo hiệu pha sóng tải máy thu nhận từ vệ tinh pha tín hiệu máy tạo Ký hiệu Ư (0