Nghiên cứu phương pháp xử lý số liệu GPS kết hợp GLONASS trong thành lập lưới trắc địa

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ VỆ TINH GPS VÀ GLONASS 3 1.1 Cấu tạo chung của các hệ thống vệ tinh định vị 3 1.2 Hệ thống vệ tinh định vị GPS 3 1.2.1 Lịch sử phát triển 3 1.2.2 Cấu trúc của hệ thống GPS 12 1.2.3 Hệ tọa độ sử dụng trong hệ thống định vị vệ tinh GPS WGS84 14 1.3 Hệ thống vệ tinh định vị GLONASS 15 1.3.1 Lịch sử phát triển 15 1.3.2. Cấu trúc của hệ thống GLONASS 15 1.3.3 Hệ tọa độ sử dụng trong hệ thống định vị GLONASS ( PZ90) 19 1.4 Nguyên lý cơ bản của phương pháp định vị vệ tinh 20 1.4.1 Định vị tuyệt đối (Absolute Positioning) 20 1.4.2 Định vị tương đối (Relative Positioning) 22 1.4.2.1 Phương pháp đo tĩnh (Static Relative Positioning) 24 1.4.2.2 Phương pháp đo động (Kinematic Relative Positioning) 25 1.5 Một số ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh hiện nay ở Việt Nam và thế giới 26 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ DỮ LIỆU ĐO GPS VÀ GLONASS BẰNG PHẦN MỀM TBC 27 2.1. Một số phần mềm xử lý dữ liệu đo vệ tinh thông dụng 27 2.2. Giới thiệu phần mềm TBC 28 2.3. Quy trình xử lý dữ liệu đo GPS và GLONASS bằng phần mềm TBC 29 2.3.1.Thiết lập hệ tọa độ địa phương 29 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THỰC NGHIỆM BẰNG PHẦN MỀM TBC 51 3.1 Giới thiệu lưới thực nghiệm 51 3.2. Kết quả xử lý dữ liệu đo GPS bằng phần mềm TBC 52 3.3. Kết quả xử lý dữ liệu đo GPS và GLONASS bằng phần mềm TBC 56 3.4 So sánh, phân tích đánh giá 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 64

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ VỆ TINH GPS VÀ GLONASS 3

1.1 Cấu tạo chung của các hệ thống vệ tinh định vị 3

1.2 Hệ thống vệ tinh định vị GPS 3

1.2.1 Lịch sử phát triển 3

1.2.2 Cấu trúc của hệ thống GPS 12

1.2.3 Hệ tọa độ sử dụng trong hệ thống định vị vệ tinh GPS WGS-84 14

1.3 Hệ thống vệ tinh định vị GLONASS 15

1.3.1 Lịch sử phát triển 15

1.3.2 Cấu trúc của hệ thống GLONASS 15

1.3.3 Hệ tọa độ sử dụng trong hệ thống định vị GLONASS ( PZ-90) 19

1.4 Nguyên lý cơ bản của phương pháp định vị vệ tinh 20

1.4.1 Định vị tuyệt đối (Absolute Positioning) 20

1.4.2 Định vị tương đối (Relative Positioning) 22

1.4.2.1 Phương pháp đo tĩnh (Static Relative Positioning) 24

1.4.2.2 Phương pháp đo động (Kinematic Relative Positioning) 25

1.5 Một số ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh hiện nay ở Việt Nam và thế giới 26

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ DỮ LIỆU ĐO GPS VÀ GLONASS BẰNG PHẦN MỀM TBC 27

2.1 Một số phần mềm xử lý dữ liệu đo vệ tinh thông dụng 27

2.2 Giới thiệu phần mềm TBC 28

2.3 Quy trình xử lý dữ liệu đo GPS và GLONASS bằng phần mềm TBC 29

2.3.1.Thiết lập hệ tọa độ địa phương 29

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THỰC NGHIỆM BẰNG PHẦN MỀM TBC 51

3.1 Giới thiệu lưới thực nghiệm 51

3.2 Kết quả xử lý dữ liệu đo GPS bằng phần mềm TBC 52

3.3 Kết quả xử lý dữ liệu đo GPS và GLONASS bằng phần mềm TBC 56

3.4 So sánh, phân tích đánh giá 59

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

PHỤ LỤC 64

DANH MỤC BẢNG

Bảng1.1 Niên biểu lịch sử phát triển GPS 4

Bảng 1.2 Các tham số của hệ PZ-90 19

Hình 3.1 Sơ đồ lưới thực nghiệm 51

Bảng 3.1 Kết quả xử lý số liệu đo ca 24h, góc ngưỡng 10o 52

Bảng 3.2 Kết quả xử lý số liệu đo ca 6h, góc ngưỡng 10o 53

Bảng 3.3 Kết quả xử lý số liệu đo ca 6h, góc ngưỡng 10o 53

Bảng 3.4 Kết quả xử lý số liệu đo ca6h , góc ngưỡng 10o 54

Bảng 3.5 Kết quả xử lý số liệu đo ca 6h, góc ngưỡng 10o 54

Bảng 3.6 Kết quả xử lý số liệu đo ca 6h, góc ngưỡng 40o 55

Bảng 3.7 Kết quả xử lý số liệu đo ca 6h, góc ngưỡng 45o 55

Bảng 3.8 Kết quả xử lý số liệu đo ca 24h góc ngưỡng 10o 56

Bảng 3.9 Kết quả xử lý số liệu đo ca 6h góc ngưỡng 10o 56

Bảng 3.10 Kết quả xử lý số liệu đo ca 6h góc ngưỡng 10o 57

Bảng 3.11 Kết quả xử lý số liệu đo ca 6h góc ngưỡng 10o 57

Bảng 3.12 Kết quả xử lý số liệu đo ca 6h lần 4 góc ngưỡng 10o 58

Bảng 3.13 Kết quả xử lý số liệu đo ca 6h, góc ngưỡng 40o 58

Bảng 3.14 Kết quả xử lý số liệu đo ca 6h, góc ngưỡng 45o 59

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ mối quan hệ cấc thành phần trong hệ thống GPS 12

Hình 1.2 Chuyển động vệ tinh GPS xung quanh Trái đất 13

Hình 1.3 Vị trí các trạm điều khiển và giám sát hệ thống GPS 14

Hình 1.4 Vệ tinh GLONASS-M 16

Hình 1.5 Vệ tinh GLONASS-K 16

Hình 1.6 Đoạn điều khiển của GLONASS 18

Hình 1.7 Máy thu GLONASS/GPS 19

Hình 1.8 Định vị tuyệt đối 20

Hình 1.9 Định vị tương đối 22

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay có nhiều phương pháp để thành lập lưới trắc địa nhưng sử dụngcông nghệ định vị vệ tinh là phương pháp phổ biến nhất So với các phươngpháp truyền thống, phương pháp này giúp ta tiết kiệm được thời gian, khôngphải thông hướng nhiều, tăng năng suất lao động và mang lại hiệu quả kinh tếcao

Ở nước ta, công nghệ định vị vệ tinh trên cơ sở Hệ thống định vị toàncầu GPS (Global Positioning System) của Hoa Kì đã có những bước pháttriển mạnh mẽ và được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực trắc địa - bản đồ nóichung, trong thành lập lưới khống chế nói riêng Nhưng trong một số trườnghợp, khả năng ứng dụng công nghệ này vẫn còn gặp nhiều khó khăn, ví dụnhư: trường hợp thành lập lưới khống chế ở những nơi bị hạn chế về điều kiênthông thoáng, những trường hợp mà điều kiên tự nhiên không cho phép quansát những vệ tinh có góc ngẩng thấp Tình huống này thường gặp đối với yêucầu thành lập lưới ở đô thị, khu đông dân cư, Khi đó, số lượng vệ tinh GPSquan sát được sẽ giảm đáng kể và ảnh hưởng đến độ tin cậy, độ chính xác xácđịnh tọa độ của điểm đo

Trong khi đó, cùng với sự phát triển của Hệ thống vệ tinh định vị GPScủa Hoa Kì, Hệ thống vệ tinh định vị GLONASS (Global Navigation SatelliteSystem) của Nga cũng đã được đầu tư, phát triển và không ngừng hoàn thiện.Cho đến nay, Hệ thống GLONASS đã có đủ số lượng vệ tinh theo thiết kế và

có thể thực hiện đầy đủ các chức năng của một hệ thống vệ tinh định vị Từ

đó, mở ra khả năng kết hợp quan trắc các vệ tinh định vị GLONASS với các

vệ tinh GPS trong thành lập lưới trắc địa để nâng cao độ tin cậy, độ chính xácxác định tọa độ, đặc biệt trong các trường hợp số lượng vệ tinh GPS quan trắc

được bị hạn chế Chính vì vậy, em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu phương

pháp xử lý số liệu GPS kết hợp GLONASS trong thành lập lưới trắc địa”

Chương 3 Tính toán thực nghiệm bằng phần mềm TBC

Do trình độ chuyên môn có hạn và nguồn tài liệu còn hạn chế, nên cuốn

đồ án còn nhiều thiếu sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô

và các bạn đồng nghiệp để cuốn đồ án được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình, chu đáo của các thầy

cô trong Khoa Trắc địa – Bản đồ và các cán bộ Cục Bản đồ/Bộ Tổng ThamMưu, đã giúp em hoàn thành cuốn đồ án này Tôi xin chân thành cám ơnnhững đóng góp ý kiến của các bạn bè đồng nghiệp trong quá trình làm đồ án

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG

VỀ CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ VỆ TINH GPS VÀ GLONASS

1.1 Cấu tạo chung của các hệ thống vệ tinh định vị

Trên thế giới hiện nay có nhiều hệ thống vệ tinh định vị nhưng chúngđều có cấu tạo chung gồm ba đoạn:

- Đoạn không gian bao gồm các vệ tinh nằm trên quỹ đạo xoay quanh

trái đất Chúng chuyển động ổn định và quay hai vòng quỹ đạo trong gần 24giờ Các vệ tinh trên quỹ đạo được bố trí sao cho các máy thu trên mặt đất cóthể nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tinh vào bất kì thời điểm nào;

- Đoạn điều khiển Chức năng của đoạn này là kiểm soát để vệ tinh đi

đúng theo quỹ đạo và thông tin thời gian chính xác Các trạm dưới mặt đấtnhận tín hiệu liên tục từ những vệ tinh và gửi các thông tin này đến trạm trungtâm của hệ thống định vị Tại trạm kiểm soát trung tâm,nó sẽ sửa lại dữ liệucho đúng và kết hợp với an-ten khác để gửi lại thông tin cho các vệ tinh;

- Đoạn sử dụng là các thiết bị nhận tín hiệu từ vệ tinh và người sử dụng

Bảng1.1 Niên biểu lịch sử phát triển GPS

1957

Vệ tinh Sputnik của Nga được phóng lên vũ trụ Đại học MIT chorằng tín hiệu vô tuyến điện của vệ tinh có thể tăng lên khi chúngtiếp cận trái đất và giảm đi khi rời khỏ trái đất và do vậy có thể truytheo vị trí từ mặt đất

1959

TRANSIT, hệ thống dẫn đường dựa trên vệ tinh hoạt động đầu tiên,

do Phòng thí nghiệm vật lý ứng dụng Johns Hopkins phát triển dưới

sự chỉ đạo của TS Richard Kirschner Mặc dù khởi đầu Transitđược chế tạo để hỗ trợ cho đội tàu ngầm của Mỹ nhưng những côngnghệ này đã được phát triển có ích trở thành Hệ thống định vị toàncầu Vệ tinh Transit đầu tiên được phóng lên vũ trụ vào năm 1959

1960 Hệ thống dẫn đường đo hiệu thời gian ba chiều (kinh độ, vị độ và độ

cao longitude, latitude and altitude) đầu tiên do RaytheonCorporation đề xuất theo yêu cầu của Không lực Hoa Kì để làm hệthống dẫn đường sẽ được sử dụng với (with a proposed ICBM) cóthể đạt tới độ lưu động bằng chạy trên một hệ thống đường ray Hệthống dẫn đường được trình bày là MOSAIC (Mobile System forAccurate ICBM Control) Ý tưởng này bị hỏng khi chương trình

Mobile Minuteman bị hủy bỏ vào năm 1961.

1963

Tổng công ty Aerospace Corporation thực hiện nghiên cứu về hệthống không gian làm cơ sở cho hệ thốn dẫn đường cho phương tiệnchuyển động nhanh theo ba chiều không gian Việc nghiên cứu nàytrực tiếp dẫn tới khái niệm về hệ thống định vị toàn cầu Khái niệmliên quan đến việc đo thời gian tới của tín hiệu sóng vô tuyến đượcphát đi từ vệ tinh có vị trí chính xác đã biết Đo thời gian sẽ chokhoảng cách tới vị trí vệ tinh đã biết và lần lượt có thể xác địnhđược vị trí của người sử dụng

1964

Timation, hệ thống vệ tinh hải quân, được phát triển dưới sự chỉ đạocủa Roger Easton ở Phòng nghiên cứu Hải quan (Naval ResearchLab, NRL) để cải thiện đồng hồ có tính ổn định cao, khả năngtruyền thời gian, và dẫn đường 2 chiều Hoạt động của Timationtheo tiêu chuẩn thời gian chuẩn vũ trụ đã cung cấp cơ sở quan trọngcho hệ thống định vị toàn cầu Vệ tinh Timation đầu tiên đượcphóng lên vũ trụ vào tháng 5 năm 1967

1968

Bộ Quốc phòng Mỹ (DoD, Department of Defence, USA) thành lậpmột ủy ban gọi là Ủy ban Thự hiện Vệ tinh Dẫn đường (NAVSEC,Navigation Satellite Executive Committee) để phối hợp nỗ lực củacác nhóm dẫn đường vệ tinh (Transit của Hải quân, Chương trìnhTimation, và SECOR của Quân đội, hay còn gọi là Hệ thống đồngtương quan khoảng cách chuỗi (Sequential Correlation of Range

System) NAVSEC ký hợp đồng một số nghiên cứu để làm sáng tỏkhái niệm dẫn đường vệ tinh cơ bản Những nghiên cứu này về một

số vấn đề chính xung quanh khái niệm như lựa chọn tần số sóngmang (dải L đối lập với dải C), thiết kế cấu trúc tín hiệu, và lựachọn định hình quỹ đạo vệ tinh

1969-1972

NAVSEC quản lý các thảo luận khái niệm giữa các nhóm dẫnđường vệ tinh khác nhau APL Hải quân ủng hộ nhóm Transit mởrộng, trong khi NRL Hải quân ủng hộ cho Timation mở rộng, cònKhông lực Hoa Kì thì ủng hộ cho “chòm sao đồng bộ mở rộng”, tức

lý (điều hành) chương trình Hệ thống mới được phát triển qua vănphòng chương trình kết hợp (joint program office), với sự tham giacủa tất cả quan chủng quốc phòng Đại tá Brad Parkinson được chỉđịnh làm người chỉ đạo văn phòng chương trình kết hợp và được đặttrọng trách phát triển kết hợp khái niệm ban đầu về hệ thống dẫnđường dựa trên không gian (space-based navigation system)

Tháng 8

năm 1973

Hệ thống đầu tiên được trình bày tới Hội đồng Thu nhận và Thẩmđịnh Hệ thống Quốc phòng (Defense System Acquisition andReview Council, DSARC) bị từ chối thông qua Hệ thống đượctrình lên DSARC được gói gọn trong Hệ thống 621B của Air Fore

và không đại diện cho chương trình kết hợp Mặc dù có người ủng

hộ ý tưởng của hệ thống dẫn đường dựa trên vệ tinh mới nhưng Văn

phòng Chương trình Kết hợp đã được thúc đẩy khẩn trương tổngquát hóa khái niệm bao gồm xem xét và yêu cầu tất cả các binhchủng quốc phòng.

17/12/1973

Một khái niệm mới được trình tới DSARC và được thông qua đểthực hiện và cấp kinh phí là hệ thống NAVSTAR GPS, đánh dấukhởi đầu công nhận khái niệm (ý tưởng) (Giai đoạn I của chươngtrình GPS) Khái niệm mới thực sự là một hệ thống dàn xếp (thỏahiệp – compromise system) do Đại tá Parkinson thương lượng đãkết hợp tốt nhất giữa tất cả những khái niệm và công nghệ dẫnđường vệ tinh có sẵn Cấu hình hệ thống được thông qua bao gồm

24 vệ tinh chuyển động trong những quỹ đạo nghiêng chu kỳ 12 giờđồng hồ

1977 Những vệ tinh này được sử dụng cho việc đề xuất đánh giákhái niệm (ý tưởng) và thực hiện những đồng hồ nguyên tử đầu tiên

đã được phóng vào trong không gian (vũ trụ)

1977 Thực hiện kiểm tra thiết bị người sử dụng ở Yuma, Arizona

22/2/1978

Vệ tinh Block I đầu tiên được phóng Toàn bộ 11 vệ tinh Block Iđược phóng trong khoảng thời gian 1978 và 1985 trên Atlas-Centaur Những vệ tinh Block I do Rockwell International xây dựngđược coi là những vệ tinh mẫu phát triển được dùng để kiểm tra hệthống Bị mất một vệ tinh do phóng trượt

Phóng vệ tinh GPS đầu tiên thực hiện những bộ cảm ứng Hệ thốngphát hiện tiếng nổ hạt nhân hoạt động tổng hợp (IntegratedOperational Nucluear Detonation Detection System (IONDS)sensors)

1982

Bộ Quốc phòng thông qua quyết định giảm số vệ tinh của chòm vệtinh GPS từ 24 xuống 18 tiếp theo sau tái cấu tạo lại chương trìnhchính do Quyết định 1979 của Văn phòng Thư ký Bộ Quốc phònggây ra để cắt giảm kinh phí 500 triệu đô la (khoảng 30%) từ ngânsách cho giai đoạn năm tài chính FY81-FY86

14/7/1983 Phóng vệ tinh GPS đầu tiên thực hiện hệ thống dò tìm tiếng nổ hạt

nhân (NDS) mới hơn

16/9/1983

Theo (the Soviet downing of Korean Air flight 007), tổng thốngReagan hứa cho GPS được sử dụng cho các máy bay dân dụng hoàntoàn miễn phí khi hệ thống đưa vào sử dụng Sự kiện này đánh dấu

sự bắt đầu lan tỏa công nghệ GPS từ quân sự sang dân sự

Tháng tư

19985

Hợp đồng thiết bị người sử dụng chính đầu tiên được giao cho JPO.Hợp đồng bao gồm việc nghiên cứu, phát triển cũng như lựa chọnsản xuất các máy thu GPS dùng cho máy bay, tàu thủy và máy thuxách tay (gọn nhẹ)

1987

Bộ Quốc phòng chính thức yêu cầu Bộ Giao thông (Department ofTransport, DoT) có trách nhiệm thiết lập và cung cấp một vănphòng đáp ứng nhu cầu người sử dụng dân sự về thông tin GPS, dữliệu và hỗ trợ kỹ thuật Tháng 2 năm 1989, Coast Guard có tráchnhiệm làm đại lý hướng dẫn Dịch vụ GPS Dân sự (civil GPSservice)

1984 Khảo sát trở thành một thị trường GPS thương mại đầu bảng được

nâng cánh! Để bù cho số vệ tinh giới hạn có sẵn trong quá trình phát

triển chòm vệ tinh, các nhà khảo sát đã chuyển qua số kỹ thuật nângcao độ chính xác bao gồm kĩ thuật GPS Vi phân (DGPS) và kỹthuật truy theo pha sóng mang (carrier phase tracking).

3/1988 Thư ký Không lực Hoa Kì thông báo về việc mở rộng chòm GPS tới

21 vệ tinh cộng thêm 3 vệ tinh dự phòng

14/2/1989

Vệ tinh đầu tiên của các vệ tinh Block II đã được phóng từ CapeCanaveral AFT, Florida, trên dàn phóng Delta II (Delta II booster).Phi thuyền con thoi (Space Shuttle) làm bệ phóng theo kế hoạch chocác vệ tinh Block II được Rockwell Intenational đóng Tiếp theo tainạn Challenger 1986, Văn phòng Chương trình Kết hợp (JPO) xemxét lại và đã sử dụng Delta II làm bệ phóng vệ tinh GPS

liên minh trong cuộc chiến tranh.

29/8/1991 SA được kích hoạt lại sau Chiến tranh Vịnh Ba Tư

1/7/1991

Mỹ đã cho phép cộng đồng thế giới sử dụng dịch vụ định vị tiêuchuẩn (SPS) GPS bắt đầu từ năm 1993 trên cơ sở liên tục và miểnphí trong vòng ít nhất 10 năm Lời đề nghị này được thông báotrong Hội nghị Dẫn đường Hàng không lần thứ 10 (the 10th AirNavigation Conference) của Tổ chức Hàng không Dân dụng Quốc

tế (ICAO, International Civil Aviation Organization)

5/9/1991

Mỹ mở rộng lời đề nghị 1991 vào Hội nghị thường niên ICAO bằngcách cho phép thế giới sử dụng SPS trong tương lai, việc này phụthuộc vào việc có đủ vốn, cung cấp dịch vụ này tối thiểu 6 năm cóthông báo trước về việc chấm dứt hoạt động GPS hoặc xóa bỏ SPS

8/12/1992

Bộ Trưởng Bộ Quốc phòng Hoa Kì chính thức thông báo Khả nănghoạt động đầu tiên của GPS, có nghĩa là 24 vệ tinh trên quỹ đạo hệthống GPS không còn là hệ thống đang triển khai nữa mà GPS đã cókhả năng duy trì độ chính xác ở mức độ sai số 100 mét và có sẵntrên toàn cầu liên tục cho người sử dụng SPS như đã hứa

thống Hạ cánh Vi sóng (MLS) cho việc hạ cánh Loại II và III.

11/1994

Hãng Orbital Sciences, một nhà sản xuất tên lửa và vệ tinh hàng đầuthế giới đồng ý mua hãng Magellen Corp., một nhà sản xuất máythu GPS cầm tay ở California bằng trao đổi chứng khoán trị giá 60triệu đô la Mỹ, mang lại cho Orbital tiến gần tới mục tiêu trở thànhcông ty viển thông hai chiều dựa vào vệ tinh

8/6/1994

Người quản trị FAA David Hinson thông báo thực hiện Hê thốngGia tăng Vùng rộng (WAAS, Wide Area Augmentation System)nhằm mục đích cải thiện tính hợp nhất GPS và tăng tính sẵn có chongười sử dụng dân sự trên tất cả các phương tiện bay Giá chươngtrình theo dự tính mất 400-500 triệu đô la Mỹ Chương trình nàyđược lập kế hoạch thực hiện vào khoảng năm 1997

11/10/1994

Ủy ban hành động dẫn đường định vị Bộ Giao thông (theDepartment of Transportation Positioning / Navigation ExecutiveCommittee) được thành lập để cung cấp diễn đàn qua đại lý nhằmthực hiện chính sách GPS

14/10/1994

Người quản trị FAA David Hinson nhắc lại lời đề nghị (US’s offer)làm GPS-SPS có sẵn trong tương lai, dựa trên cơ sở liên tục và toàncầu miễn phí cho người sử dụng trực tiếp trong thư gửi cho ICAO.16/3/1995

Tổng thống Bil Clinton tái khẳng định rằng Mỹ cung cấp tín hiệuGPS cho cộng đồng người sử dụng dân dụng thế giới trong thư gửicho ICAO

Từ sau năm 1995 hệ thống GPS vẫn tiếp tục được duy trì và bảo dưỡngcũng như thay thế những vệ tinh già tuổi Những vệ tinh thế hệ GPS-IIR đã và

đang được phóng lên để thay thế những vệ tinh già tuổi

1.2.2 Cấu trúc của hệ thống GPS

Hệ thống GPS có cấu trúc chung của một hệ thống vệ tinh định vị với 3đoạn (Hình 1.1):

Hình 1.1 Sơ đồ mối quan hệ cấc thành phần trong hệ thống GPS

- Đoạn không gian Đoạn không gian của GPS bao gồm 24 vệ tinh nhân

tạo hoạt động (được gọi là satellite vehicle) Quỹ đạo chuyển động của vệ tinhnhân tạo xung quanh trái đất là quỹ đạo ellip Theo thiết kế, 24 vệ tinh nhântạo chuyển động trong 6 mặt phẳng quỹ đạo Mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh GPSnghiêng so với mặt phẳng xích đạo một góc 55 độ Quĩ đạo của vệ tinh gầnhình tròn ở độ cao 20.200 km, chu kỳ 718 phút, thời hạn sử dụng 7,5 năm.Hình 1.2 minh họa chuyển động của vệ tinh GPS xung quanh Trái đất

Hình 1.2 Chuyển động vệ tinh GPS xung quanh Trái đất

Từ khi phóng vệ tinh GPS đầu tiên được phóng vào năm 1978, đến nay

đã có bốn thế hệ vệ tinh khác nhau Thế hệ đầu tiên là vệ tinh Block I, thế hệthứ hai là Block II, thế hệ thứ ba là Block IIA và thế hệ gần đây nhất là BlockIIR Thế hệ cuối của vệ tinh Block IIR được gọi là Block IIR-M Những vệtinh thế hệ sau được trang bị thiết bị hiện đại hơn, có độ tin cậy cao hơn, thờigian hoạt động lâu hơn

- Đoạn điều khiển Đoạn điều khiển duy trì hoạt động của toàn bộ hệ

thống GPS cũng như hiệu chỉnh tín hiệu thông tin của vệ tinh hệ thống GPS

và gồm có 5 trạm quan sát có nhiệm vụ như sau:

 Giám sát và điều khiển hệ thống vệ tinh liên tục;

 Quy định thời gian hệ thống GPS;

 Dự đoán dữ liệu lịch thiên văn và hoạt động của đồng hồ trên vệ tinh;

 Cập nhật định kỳ thông tin dẫn đường cho từng vệ tinh cụ thể;

 Có một trạm điều khiển chính (Master Control Station) ở ColoradoSprings bang Colarado của Mỹ và 4 trạm giám sát (monitor stations) và batrạm ăng ten mặt đất dùng để cung cấp dữ liệu cho các vệ tinh GPS

Bản đồ trong hình 1.3 cho biết vị trí các trạm điều khiển và giám sát hệthống GPS Gần đây có thêm một trạm phụ ở Cape Cañaveral (bang Florida,

Mỹ) và một mạng quân sự phụ (NIMA) được sử dụng để đánh giá đặc tính và

dữ liệu thời gian thực

Hình 1.3 Vị trí các trạm điều khiển và giám sát hệ thống GPS

- Đoạn sử dụng Đoạn sử dụng bao gồm các máy thu tín hiệu vệ tinh và

phần mềm xử lý tính toán số liệu, máy tính thu tín hiệu GPS, có thể đặt cốđịnh trên mặt đất hay gắn trên các phương tiện chuyển động như ô tô, máybay, tàu biển, tên lửa, vệ tinh nhân tạo Tuỳ theo mục đích của các ứng dụng,các máy thu GPS có thiết kế cấu tạo khác nhau cùng với phần mềm xử lý vàquy trình thao tác thu thập số liệu ở thực địa

1.2.3 Hệ tọa độ sử dụng trong hệ thống định vị vệ tinh GPS WGS-84

Từ năm 1980 Bộ Quốc phòng Mỹ đã đưa ra ý tưởng xây dựng một hệquy chiếu quốc tế thống nhất cho toàn Trái đất Đến năm 1984, hệ quy chiếuquốc tế khá hoàn thiện WGS-84 đã được thừa nhận trên cơ sở các nghiên cứutổng hợp số liệu toàn cầu do liên đoàn quôc tế Trắc địa quôc tế đề xuất, Gs

Ts Moritz chủ trì Đây là hệ quy chiếu cho Trái đất kiểu truyền thống baogồm ellipsoid quy chiếu, tọa độ quy chiếu, các hằng số của Trái đất, và môhình trường trọng lực Trái đất

Ellipsoid được chọn làm hệ toạ độ định vị toàn cầu là GRS-80 (GeodeticReference System 1980), mặt quy chiếu này được hệ định vị GPS sử dụng gọi

là Hệ Trắc Địa Giới 1984 (WGS - 84) Hệ toạ độ này dùng ellipsoid địa tâmxác định bởi bán trục lớn a = 6378137.0 m và nghịch đảo độ dẹt 1/f =298.257223563.

Hệ quy chiếu WGS-84 còn xác định mô hình độ cao Geoid Mô hình độcao Geoid EGM-96 được thiết lập trên cơ sỏ mô hình trường trọng lực Tráiđất, các điểm cần tinh được nội suy theo các giá trị tại nút lưới theo phươngpháp collocation có độ chính xác từ 1m đến 2m

Từ năm 1976, Bộ Quốc phòng Liên Xô đã nghiên cứu, thiết kế, xây dựng

hệ thống định vị toàn cầu GLONASS (GLObal Navigation Satellite System).Ngày 12 tháng 10 năm 1982  vệ tinh đầu tiên của GLONASS được phóng lênquỹ đạo Hiện nay hệ thống GLONASS tiếp tục được duy trì và phát triển dưới

sự quản lý, bảo trì của Bộ quốc phòng Nga Tương tự hệ thốngGPS ,GLONASS là một hệ thống định vị toàn cầu quân sự

1.3.2 Cấu trúc của hệ thống GLONASS

Hệ thống GLONASS cũng được cấu thành bởi 3 đoạn là đoạn khônggian,đoạn điều khiển và đoạn sử dụng GLONASS sử dụng hệ tọa độ PZ-90 và hệthống giờ UTC(SU)

- Đoạn không gian Theo thiết kế, đoạn không gian của hệ thống

GLONASS bao gồm 24 vệ tinh hoạt động trên 3quỹ đạo gần tròn Trên mỗi

quỹ đạo có 8 vệ tinh Góc nghiêng của các mặt phẳng quỹ đạo với mặt phẳngxích đạo là 640,8 Các mặt phẳng quỹ đạo được phân bố đều cách nhau 1200 trênXích đạo Độ cao của các vệ tinh là 19100km, do đó chu kì của vệ tinh là 11h15phút.Trọng lượng của vệ tinh xấp xỉ 1400kg Hai cánh vệ tinh là pin mặt trời, códiện tích trên 23 m2 Thời kỳ đầu, tuổi thọ của các vệ tinh được thiết kế khoảng

3 năm Mỗi lần phóng bằng tên lửa đẩy có thể đưa lên quỹ đạo từ 2 đến 3 vệtinh Hiện nay tuổi thọ của các vệ tinh GLONASS thế hệ mới kéo dài khoảng 7-

10 năm Trên hình 1.4 là vệ tinh GLONASS-M và trên hình 1.5 là vệ tinhGLONASS-K

Hình 1.4 Vệ tinh GLONASS-M

Hình 1.5 Vệ tinh GLONASS-KDựa trên tần số chuẩn của đồng hồ nguyên tử, các vệ tinh GLONASSphát tín hiệu L1 và L2 có tần số khác nhau được xác định theo công thức:

fk L1 = 1602MHz + k 0,5625MHz,

fk L2 = 1246MHz + k 0,4375MHz,

trong đó k là số hiệu vệ tinh (k=1,2 24).

Tín hiệu GLONASS cũng được điều biến theo code tựa ngẫu nhiên đểlàm cơ sở cho đo khoảng cách giả Hệ thống GLONASS cũng sử dụng C/Acode có tần số 0.511 MHz và sử dụng P-code có tần số 5,11 MHHz

Hệ thống GLONASS sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia tần số

FDMA(Frequency Division Multiple Access)để thiết bị thu tiếp nhận tín hiệu,

trong khi đó hệ thống GPS sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia code CDMA.Các sóng tải được điều biến bởi các code và thông tin chuyển tới máythu.GLONASS cũng sử dụng các code tựa ngẫu nhiên.C/A code là code tựangẫu nhiên có tần số 0.511MHz tức là bằng 511 Kilobite/s là code cơ sở trong

đo khoảng cách giả,do đó được gọi là code khoảng cách(ranging code)

Từ năm 2009, các vệ tinh GLONASS-K có khả năng phát thêm tín hiệuL3 Theo chương tình hiện đại hóa hệ thống GLONASS,các vệ tinh thế hệ mới

có thể sử dụng cả kỹ thuật phân chia đa code CDMA tương tự như hệ thốngGPS Tính đến 31 tháng 12 năm 2011, hệ thống GLONASS đã có 21 vệ tinhđang hoạt động, 3 vệ tinh chuẩn bị hoạt động, 2 vệ tinh dự phòng

- Đoạn điều khiển Đoạn điều khiển của hệ thống GLONASS gồm 5 trạm

quan sát(TT&C-Telemetry, Tracking anh Control station) Vị trí các trạm thuộcđoạn điều khiển của GLONASS trên hình 1.6

Hình 1.6 Đoạn điều khiển của GLONASSVai trò của đoạn điều khiển mặt đất có nhiệm vụ sau:

- giám sát hoạt động vủa các vệ tinh trên quỹ đạo;

- hiệu chỉnh liwwn tục các tham số quỹ đạo vệ tinh;

- tạo ra và chuyển lên vệ tinh các chương trình được gián nhãn thời gian(time-tagged), các lệnh điều khiển và các thông tin chuyên dụng

Từ các năm 1998-1999 đã có 60 trạm quan sát GLONASS và 30 trạm đokhoảng cách bằng laser (SLR) trên 25 nước tham gia.Nhờ đó lịch vệ tinh chính

xá của GLONASS đã đạt độ chính xác vị trí vệ tinh cỡ 25-50cm và có thể đạt

cỡ 10 cm

- Đoạn sử dụng Các máy thu của GLONASS được chia ra các máy thu

đạo hàng sử dụng L1, C/A code, P-code, pha sóng tải và L2:P code và pha sóngtải Máy thu GLONASS chưa có trên thị trường,song một số hãng chế tạo thiết

bị định vị đã chế tạo máy thu GPS kết hợp GLONASS như AshtechZ-18 (Mỹ),GB-1000 của hãng topcon (Nhật Bản) OEMV-1G, OEMV-2, OEMV-3 là máythu tích hợp công nghệ GPS và GLONASS Trên hình 1.7 là máy thuGLONASS/GPS kiểu cầm tay

Hình 1.7 Máy thu GLONASS/GPS

1.3.3 Hệ tọa độ sử dụng trong hệ thống định vị GLONASS ( PZ-90)

- Định vị bằng vệ tinh GLONASS được thực hiện trong hệ PZ-90 và trong

hệ thống thời gian UTC (SU),và sử dụng giờ Mátxcơva (MT = UTC+3h từ 0hngày 1 tháng 1 năm 1983)

Hệ thống hệ tọa độ PZ-90 có các tham số như trong bảng 1.2:

1.4 Nguyên lý cơ bản của phương pháp định vị vệ tinh

Bao gồm 2 nguyên lý cơ bản:

+ Nguyên lý định vị tuyệt đối;

+ Nguyên lý định vị tương đối

1.4.1 Định vị tuyệt đối (Absolute Positioning)

Định vị tuyệt đối là trường hợp sử dụng một máy thu GPS/GLONASS

để xác định tọa độ của điểm quan sát trong hệ thống tọa độ WGS-84/PZ-90,

là các thành phần tọa độ vuông góc không gian (X,Y,Z) hoặc các thành phầntọa độ mặt cầu (B, L, H)

Hình 1.8 Định vị tuyệt đốiViệc định vị tuyệt đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng đại lượng đo làkhoảng cách giả từ vệ tinh đến anten máy thu theo nguyên tắc giao hội khônggian từ các điểm đã biết tọa độ là các vệ tinh

Về nguyên tắc, nếu biết chính xác khoảng thời gian lan truyền tín hiệu,code tựa ngẫu nhiên từ vệ tinh đến máy thu ta sẽ tính được khoảng cách chínhxác giữa vệ tinh và máy thu, khi đó máy thu chỉ cần thu tín hiệu của 3 vệ tinh

thì ta có thể xác định được tọa độ không gian của máy thu Song trên thực tế

cả đồng hồ vệ tinh và đồng hồ trong máy thu đều có sai số nên các khoảngcách đo được không phải là khoảng cách chính xác mà là khoảng cách giảđược tính theo công thức (2.4) từ ba khoảng cách giả ta lập được hệ 3phương trình mà bốn ẩn số (tọa độ vuông góc XYZ hoặc tọa độ mặt cầu BLHcủa điểm quan sát và sai số do đồng bộ hồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu

∆ δ) do đó không xác định được vị trí không gian điểm quan sát Để khắc phụctình trạng này cần phải thu tín hiệu đồng thời từ 4 vệ tinh, tức là phải thu thêmtín hiệu của vệ tinh thứ tư Khi đó, ta lập được hệ phương trình tương ứng 4cho 4 vệ tinh:

(X 1 -X) 2 +(Y 1 -Y) 2 +(Z 1 -Z) 2 =(R 1 -c ∆ δ ) 2

(X 2 -X) 2 +(Y 2 -Y) 2 +(Z 2 -Z) 2 =(R 2 -c ∆ δ ) 2

(X 3 -X) 2 +(Y 3 -Y) 2 +(Z 3 -Z) 2 =(R 3 -c ∆ δ ) 2 (X 4 X) 2 +(Y 4 -Y) 2 +(Z 4 -Z) 2 =(R 4 -c ∆ δ ) 2

-trong đó:

Ri là khoảng cách giả từ máy thu đến vệ tinh thứ i ;

Xi,Yi,Zi – tọa độ không gian vệ tinh i;

X,Y,Z – tọa độ không gian điểm đặt anten;

∆ δ – sai số do đồng hồ trên vệ tinh và trong máy thu;

c – vận tốc lan truyền tín hiệu

Bằng cách đo khoảng cách giả đồng thời từ máy thu đến bốn vệ tinh ta

có thể xác định được tọa độ tuyệt đối của máy thu, ngoài ra còn có thể xácđịnh được số hiệu chỉnh vào đồng hồ máy thu Thực tế với hệ thống vệ tinhhoạt động đầy đủ như hiện nay, số lượng vệ tinh quan sát được thường là từ 6đến 8 vệ tinh GPS, có khi lên tới 10 vệ tinh và một số lượng tương tự vệ tinhGLONASS

1.4.2 Định vị tương đối (Relative Positioning)

Định vị tương đối là trường hợp sử dụng hai máy thu GPS/GLONASSđặt ở 2 điểm quan sát khác nhau để xác định hiệu tọa độ vuông góc khônggian (∆ X, ∆ Y ,∆ Z¿ hay hiệu tọa độ mặt cầu (∆ B ,∆ L, ∆ H¿ giữa chúng trong hệtọa độ WGS-84/PZ-90

số khác nhau như sai số của đồng hồ trên vệ tinh và trong máy thu, sai số củatọa độ vệ tinh, số nguyên đa trị Kỹ thuật đo pha hiện nay có thể đạt độ chínhxác cỡ 1% bước sóng và có thể cao hơn, chính vì thế định vị tương đối đạt độchính xác rất cao Kết quả định vị tương đối được sử dụng trong trắc địa vàonhiệm vụ cần độ chính xác cao và rất cao như xây dựng lưới khống chế quốcgia, các mạng lưới chuyên dụng( nghiên cứu địa động, lưới trắc địa công trình

∆J(ti)= J

2(ti) - J

i(ti)Trong sai phân này hầu như không còn ảnh hưởng của sai số đồng hồ trên

vệ tinh

Nếu xét 2 trạm tiến hành quan sát đồng thời hai vệ tinh j, k vào thời điểm

ti, ta sẽ có sai phân bậc 2:

∆2J,k(ti)= ∆k(ti) -∆J(ti)

Trong sai phân này, hầu như không có ảnh hưởng của sai số đồng hồ trên

vệ tinh cũng như sai số của đồng hồ trong máy thu

Nếu xét hai trạm tiến hành quan sát đồng thời hai vệ tinh j, k vào cácthời điểm ti, ti+1, ta sẽ có sai phân bậc 3:

∆3J,k= ∆2k(ti+1) -∆2J.k(ti)

Sai phân này cho phép loại trừ các số nguyên đa trị và sai số đồng

hồ không những thế, sử dụng sai phân bậc ba để phát hiện và hiệu chỉnhhiện tượng trượt chu kỳ (Cycle Slip) Bằng cách tổ hợp theo từng cặp vệtinh (số vệ tinh thường xuất hiện nhiều hơn 4) ta sẽ có rất nhiều trị đo Lờigiải đơn trị sẽ được xử lý theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất

Có thể thấy rằng nhờ các phương trình sai phân người ta đã loại bỏđược nhiều nguồn sai số ảnh hưởng đến kết quả định vị tương đối Vì vậy

độ chính xác định vị tương đối cao hơn nhiều so với định vị tuyệt đối.Trong đo tương đối người ta phân chia thành các phương pháp sau:

1.4.2.1 Phương pháp đo tĩnh (Static Relative Positioning)

Phương pháp đo tĩnh được sử dụng để xác định hiệu toạ độ (vị trí tươnghỗ) giữa hai điểm xét với độ chính xác cao, thường là nhằm đáp ứng các yêucầu của công tác trắc địa - địa hình Trong trường hợp này cần có 2 máy thu,một máy đặt ở điểm đã biết toạ độ, còn máy kia đặt ở điểm cần xác định Cảhai máy phải đồng thời thu tín hiệu từ một số vệ tinh chung liên tục trong mộtkhoảng thời gian nhất định, thường là từ một đến vài ba tiếng đồng hồ Số vệtinh chung tối thiểu cho cả hai trạm quan sát là 3, nhưng thường được lấy là 4

để đề phòng trường hợp thu tín hiệu vệ tinh bị gián đoạn Khoảng thời gianquan sát phải kéo dài là đủ để cho đồ hình phân bố vệ tinh thay đổi mà từ đó

ta có thể xác định được số nguyên đa trị của sóng tải và đồng thời là để cónhiều trị đo nhằm đạt độ chính xác cao và ổn định cho kết quả quan sát

Khi quyết định độ dài thời gian quan trắc trong các ca đo cần căn cứ vào:

- Độ dài của cạnh đo;

- Số lượng vệ tinh có thể quan trắc;

- Cấu hình vệ tinh;

- Độ ổn định của tín hiệu vệ tinh thu được

Thông thường khi vệ tinh càng nhiều thì cấu hình càng tốt và thời gianquan trắc có thể rút ngắn hơn Thời gian quan trắc cũng có thể rút ngắn đốivới cạnh đo có chiều dài ngắn hơn.

Đây là phương pháp cho phép đạt độ chính xác cao nhất trong việc định

vị tương đối bằng công nghệ vệ tinh có thể đạt cỡ centimet, thậm chí milimet

ở khoảng cách giữa hai điểm xét tới hàng chục và hàng trăm km Nhược điểmchủ yếu của phương pháp là thời gian đo phải kéo dài, do vậy năng suất đothường không cao

1.4.2.2 Phương pháp đo động (Kinematic Relative Positioning)

Năm 1985, phương pháp định vị tương đối động mới được nghiên cứu

và phát triển Phương pháp này cho phép đạt độ chính xác vị trí tương đốigiữa trạm cơ sở và trạm động tới centimet và có thể cao hơn Năm 1989,phương pháp khởi đo trạng thái động OTF (On the fly) được nghiên cứu và ápdụng thành công đã là tiền đề để phát triển kỹ thuật đo động tức thời (RTK)sau này

Phương pháp đo động cho phép xác định vị trí tương đối của hàng loạtđiểm so với điểm đã biết, trong đó tại mỗi điểm đo chỉ cần thu tín hiệu trongmột vài phút Theo phương pháp này, cần có ít nhất hai máy thu Để xác định

số nguyên đa trị của tín hiệu vệ tinh, cần phải có một cạnh đáy đã biết đượcgối lên hai điểm đã biết toạ độ Sau khi đã xác định, số nguyên đa trị được giữnguyên để tính khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu cho các điểm đo tiếp trongsuốt cả chu kỳ đo Nhờ vậy, thời gian thu tín hiệu thời điểm đo không phải làmột tiếng đồng hồ như trong đo tĩnh nữa mà chỉ còn một vài phút trongphương pháp này

Với cạnh đáy đã biết, ta đặt một máy thu cố định ở điểm đầu cạnh đáy vàcho tiến hành thu liên tục tín hiệu vệ tinh trong suốt chu kỳ đo, máy này gọi làmáy cố định ở điểm cuối cạnh đáy ta đặt máy thu thứ hai, cho thu tín hiệu

đồng thời với máy thu thứ nhất trong vòng một phút Việc làm này gọi là khởi

đo (initialization), máy thứ hai được gọi là máy di động Tiếp đó cho máy diđộng lần lượt chuyển đến các điểm đo cần xác định, tại mỗi điểm dừng lại đểthu tín hiệu trong một phút, cuối cùng quay trở về điểm xuất phát là điểm cuốicạnh đáy để khép tuyến đo bằng lần thu tín hiệu thứ hai cũng kéo dài trongmột phút tại điểm này

Yêu cầu nhất thiết của phương pháp đo động là cả máy cố định và máy

di động phải đồng thời thu tín hiệu liên tục từ ít nhất là 4 vệ tinh chung trongsuốt chu kỳ đo Vì vậy, tuyến đo phải bố trí ở khu vực thoáng đãng không đểxảy ra tình trạng tín hiệu thu bị gián đoạn Nếu xảy ra trường hợp này phảitiến hành khởi đo lại cạnh đáy xuất phát hoặc sử dụng một cạnh đáy khácđược thiết lập dự phòng trên tuyến đo

Phương pháp đo động cho phép đạt độ chính xác định vị không thua kém

so với phương pháp đo tĩnh Song nó lại đòi hỏi khá ngặt nghèo về thiết kế và

tổ chức đo để đảm bảo yêu cầu về đồ hình phân bố cũng như tín hiệu của vệtinh

1.5 Một số ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh hiện nay ở Việt Nam và thế giới

Hiện nay, công nghệ định vị vệ tinh đã được ứng dụng phổ biến ở ViệtNam và trên thế giới Một số ứng dụng phổ biến có thể kể đến là:

- Ứng dụng trong xây dựng các mạng lưới trắc địa;

- Ứng dụng trong trắc địa công trình;

- Ứng dụng trong công tác thành lập bản đồ, thu thập thông tin địa lý;

- Ứng dụng trong nghiên cứu địa động;

- Ứng dụng trong quân sự: định vị và trinh sát trong chiến tranh hiện đại;dẫn đường vũ khí bằng GPS;

- Ứng dụng trong giao thông: quản lý và điều hành xe

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ DỮ LIỆU

ĐO GPS VÀ GLONASS BẰNG PHẦN MỀM TBC

2.1 Một số phần mềm xử lý dữ liệu đo vệ tinh thông dụng

Có thể phân các phần mềm xử lý dữ liệu đo vệ tinh thành 2 nhóm:

-Nhóm thứ nhất là các phần mềm thông dụng, được các hãng chế tạo

máy thu thành lập và chuyển giao kèm theo máy thu cho người sử dụng,phục

vụ cho công tác xử lý dữ liệu đo Thông thường phần mềm của hãng nào sẽlàm việc tương thích với chủng loại máy thu của hãng đó Tuy nhiên, tất cảcác phần mềm đều chấp nhận khuôn dạng dữ liệu RINEX, do đó có thể sửdụng chung nhiều loại máy thu (của nhiều hãng) để giải quyết các nhiệm vụtrắc địa

-Nhóm thứ hai là các phần mềm chuyên dụng, còn gọi là phần mềm

khoa học được các tổ chức khoa học, các trường đại học, các viện nghiêncứu thành lập phục vụ cho các mục đích nghiên cứu khoa học, sử dụng để xử

lý số liệu với độ chính xác cao Có thể kể ra một số phần mềm thuộc nhómnày như: phần mềm GAMIT-GLOBK của Đại học Công nghệ Massachusetts(Mỹ) và Quỹ khoa học quốc gia Mỹ (NSF), phần mềm BERNESE của Việnthiên văn, Đại học Bern Thụy Sĩ (AIUB), phần mềm GIPSY-OASIS của Cơquan không gian vũ trụ Mỹ NASA vv Trong đó, phần mềm GIPSY-OASISkhông chỉ sử dụng cho xử lý định vị chính xác điểm trên mặt đất mà còn sửdụng để xử lý chính xác hóa các tham số quỹ đạo vệ tinh và có khả năng xử lý

ở chế độ tức thời hoặc tựa tức thời Các phần mềm chuyên dụng như GLOBK, BERNESE xử lý dữ liệu GPS và dữ liệu GNSS ở dạng RINEX.Các phần mềm thông dụng hiện đang được sử dụng rộng rãi ở Việt Namthường do một số hãng chế tạo máy thu GPS chuyển giao cho người sử dụngkèm theo máy thu như:

GAMIT GPSurvey,Trimble Geomatic Office (TGO), Trimble Total Control(TTC) , Trimble Bussiness Center (TBC) của hãng Trimble (Mỹ);

- Pinnacle của hãng Topcon (Nhật Bản);

- Leica Geo Office (LGO) của hãng Leica (Thụy Sĩ);

- GNSS Solution, GNSS Studio Office của Magellan và Thales vv Trong đó có những phần mềm không chỉ sử dụng cho xử lý số liệu GPS

mà còn sử dụng để xử lý số liệu đo bằng toàn đạc điện tử,thủy chuẩn điện tửnhư phần mềm LGO của Leica

Để khai thác hiệu quả các phần mềm trên, một số cá nhân, tổ chức đãviết thêm một số modul hỗ trợ chuyển kết quả xử lý bằng các phần mềm trên

về khuôn dạng trình bày kết quả bình sai theo các dạng biểu, thuận tiện chongười sử dụng

Sau đây, em sẽ giới thiệu về phần mềm TRIMBLE BUSINESSCENTER (TBC) của Trimble – phần mềm hiện đang được sử dụng rộng rãi ởnước ta để xử lý dữ liệu đo GNSS

2.2 Giới thiệu phần mềm TBC

TBC là một phần mềm rất phù hợp cho xử lý và phân tích dữ liệu đoGNSS và dữ liệu đo truyền thống (kinh vĩ, thủy chuẩn và toàn đạc) và xuất dữliệu vào các phần mềm thiết kế khác Phần mềm cung cấp các tính năng mớirất mạnh, độc đáo và đặc biệt rất thân thiện với người dùng và do đó rất dễhọc và sử dụng

Phần mềm TBC có hai phiên bản: Survey Standard (chuẩn) và SurveyAdvanced (nâng cao) Mô-đun Survey Advanced xử lý các cạnh L1 GPS, L2GPS và GLONASS và bình sai các véc-tơ L1, L2 và GLONASS Nó chophép xử lý cạnh và bình sai lưới nâng cao.Mô-đun Survey Standard chỉ xử lýcạnh L1 GPS và bình sai các véc-tơ L1 Nó cung cấp công cụ xử lý cạnh vàbình sai lưới cơ bản.

Từ ngày 14 tháng 9 năm 2011, tín hiệu vệ tinh thu được từ các máy thuGPS/GNSS ở Việt Nam không sử dụng được các phần mềm GPSurvey, TGO(Trimble Geomatic Office) do hãng TRIMBLE (Mỹ) phát hành để tính toán,

xử lý trị đo GPS/GNSS Đây là một sự kiện đã được báo trước, không phảihãng TRIMBLE không hỗ trợ phát triển phần mềm bình sai GPS nữa, mà là

sự thay thế phát triển phần mềm cao hơn Và phần mềm thế hệ tiếp theo củahãng là phần mềm TBC Phần mềm này rất thân thiện với người dùng, dễdàng tính toán, xử lý hơn rất nhiều so với các phần mềm cũ và có các đặc tínhnổi bật sau:

- Xử lý nhanh và hỗ trợ tín hiệu GNSS và dữ liệu RTK;

- Hỗ trợ các trị đo mặt đất bao gồm: Toàn đạc điện tử, thủy chuẩn, trạmkhông gian cho dữ liệu 3D Scan;

- Hỗ trợ ảnh mặt đất với Trimble Vision;

- Xây dựng mô hình TIN chính xác và nhanh;

- Công cụ triển điểm chất lượng;

- Xuất và tạo các thuộc tính dữ liệu;

- Chuyển đổi hệ tọa độ đơn giản với hàng trăm hệ tọa độ trên toàn thếgiới;

- Bình sai mạng lưới cho kết quả cuối cùng;

- GNSS site calibration;

- Các chức năng cái tiến

2.3 Quy trình xử lý dữ liệu đo GPS và GLONASS bằng phần mềm TBC

2.3.1.Thiết lập hệ tọa độ địa phương

Hệ tọa độ địa phương là hệ tọa độ riêng thường được sử dụng ở mỗiquốc gia, mỗi vùng và khu vực khác nhau, thậm chí mỗi công việc khác nhau.Trong hướng dẫn này sẽ trình bày cách thiết lập hệ tọa độ địa phươngVN2000 – hệ tọa độ quốc gia được công bố năm 2000 và được sử dụng thống

nhất trên quy mô toàn quốc Ngoài hệ VN2000, ở nước ta hiện nay, vì nhiều

lý do khác nhau, vẫn phải sử dụng hệ HN72 với bản đồ GAUSS và hệ Indianvới bản đồ UTM Mặc dù vậy, cách thức thiết lập các hệ tọa độ địa phươnghoàn toàn giống nhau Điểm khác biệt cơ bản là các tham số

Các bước thiết lập được tiến hành trong mô-đun Coordinate SystemManager Để khởi động mô-đun này tiến hành như sau:

- Từ màn hình Windows chọn Start/All Programs/Trimble Office/Utilities/Coordinate System Manager Cửa sổ mô-đun Coordinate SystemManager xuất hiện và hiển thị tất cả các hệ toạ độ có trong file Current

Nhập mô hình geoid

- Trong hộp thoại Coordinate System Manager chọn thẻ Geoid Models

- Bấm chuột phải và chọn Add New Model Hộp thoại Geoid Propertiesxuất hiện Đặt tên cho mô hình geoid cần nhập trong trường Name và chọnfile *.ggf tương ứng từ danh sách File Name

Lưu ý: Nếu bạn không tìm thấy đường dẫn, cần tiến hành tìm thư mục Geo Datachứa các file *.ggf với tùy chọn Search hiden files and folders.

- Nhấn OK để hoàn thành khai báo mô hình geoid

a Thiết lập Hệ quy chiếu VN2000

1 Chọn thẻ Datum Transformations, bấm chuột phải vào vùng trống bên trái vàchọn Add New Datum Transformation/Seven Parameter…

2 Trong cửa sổ Datum Transformation Properties nhập VN2000 vào trườngName Nhấn vào nút mũi tên và chọn Elipsoid: World Geodetic System 1984

3 Chọn To WGS-84 và nhập các thông số như trên hình dưới đây, sau đó nhấnOK:

Kết quả như sau:

b Thiết lập các múi tọa độ

1 Chọn bảng Coordinate Systems, bấm chuột phải vào vùng trống bên trái vàchọn Add New Coordinate Systems Group…từ thực đơn

2 Nhập tên cho nhóm hệ toạ độ (VietNam) trong cửa sổ Coordinate SystemGroup Parameters và nhấn OK.

Kết quả hiển thị như sau:

3 Chọn nhóm hệ toạ độ VietNam, các múi toạ độ hiện thời hiển thị ở phần mànhình bên phải Trong hình trên, nhóm hệ toạ độ VietNam chưa có múi toạ độ nào.Nhấn chuột phải vào phần trống bên phải chọn Add New CoordinateSystem/Transverse Mercator (phép chiếu dùng cho bản đồ địa hình)

4 Thiết lập các tham số cho múi chiếu như trong các hộp thoại dưới đây:

Đặt tên cho múi chiếu (ví dụ Mui_48), chọn hệ VN2000 và nhấn Next

Trong hộp thoại Geoid Model người dùng hãy chọn một mô hình geoid phù hợp