MÁY TRẮC ĐỊA VÀ ĐO ĐẠC ĐIỆN TỬ I. LÝ THUYẾT Câu 1: Trình bày nguyên lý đo khoảng cách laser bằng thiết bị phát quang học lưỡng tử loại bán dẫn GaliAsen (GaAs). Khác với các nguyên tử của các chất khác, trong hợp chất bán dẫn GaAs không tồn tại các năng lượng riêng biệt mà chúng hợp thành các miền năng lượng (hình 2.3b). • miền hoá trị (miền chứa đầy điện tử) • miền cấm (không chứa điện tử) • miền dẫn (là miền trống rỗng, và khi có điện tử tự nó sẽ trở thành miền dẫn điện) Khi có năng lượng cung cấp, các điện tử ở miền hoá trị sẽ vượt qua miền cấm nhảy lên miền dẫn ở miền hoá trị xuất hiện “lỗ hổng” còn ở miền dẫn xuất hiện điện tử. Mặt khác, khi cho diot GaAs phân cực thuận thì tại lớp tiếp giáp p – n “lỗ hổng” và điện tử sẽ chuyển động ngược chiều nhau và chúng sẽ tái hợp với nhau. Quá trình tái hợp phát ra năng lượng dưới dạng foton. Cũng giống như trường hợp laser khí, nhờ các hốc cộng hưởng quang học và với mật độ dòng điện để phóng vào vùng p – n thích hợp mà tạo ra dòng foton. • Nếu mật độ dòng điện nhỏ thì sẽ nhận được dòng ánh sáng kết hợp, không nhóm và công suất nhỏ, nhưng nếu dòng điện quá cao dễ làm cháy diot. Vì thế, thường phải làm sạch diot (bằng cách đặt vào bình chứa nitơ lỏng hoặc chỉ cho diot làm việc với công suất vừa phải), làm cho dòng foton đủ mạnh để xuyên qua lớp kính mỏng trở thành tia laser.
MÁY TRẮC ĐỊA VÀ ĐO ĐẠC ĐIỆN TỬ LÝ THUYẾT I Câu 1: Trình bày nguyên lý đo khoảng cách laser thiết bị phát quang học lưỡng tử loại bán dẫn Gali-Asen (Ga-As) Khác với nguyên tử chất khác, hợp chất bán dẫn GaAs không tồn lượng riêng biệt mà chúng hợp thành miền lượng (hình 2.3b) • miền hoá trị (miền chứa đầy điện tử) • miền cấm (không chứa điện tử) • miền dẫn (là miền trống rỗng, có điện tử tự trở thành miền dẫn điện) Khi có lượng cung cấp, điện tử miền hoá trị vượt qua miền cấm nhảy lên miền dẫn miền hoá trị xuất “lỗ hổng” miền dẫn xuất điện tử Mặt khác, cho diot GaAs phân cực thuận lớp tiếp giáp p – n “lỗ hổng” điện tử chuyển động ngược chiều chúng tái hợp với Quá trình tái hợp phát lượng dạng foton 1 Cũng giống trường hợp laser khí, nhờ hốc cộng hưởng quang học với mật độ dòng điện để phóng vào vùng p – n thích hợp mà tạo dòng foton • Nếu mật độ dòng điện nhỏ nhận dòng ánh sáng kết hợp, không nhóm công suất nhỏ, dòng điện cao dễ làm cháy diot Vì thế, thường phải làm diot (bằng cách đặt vào bình chứa nitơ lỏng cho diot làm việc với công suất vừa phải), làm cho dòng foton đủ mạnh để xuyên qua lớp kính mỏng trở thành tia laser Câu 2: Trình bày nguyên lý đo khoảng cách laser sử dụng thiết bị phát quang học lưỡng tử loại khí Heli – Neon (He-Ne) Dựa vào thuyết miền lượng học lượng tử, giải thích nguyên lý tạo thành chùm tia laser He – Ne sơ lược sau: Khi nguồn nuôi (6) phóng điện vào ống (1) kích thích làm nguyên tử khí He nhảy từ mức E1 lên mức E4 Sau đó, chúng va chạm truyền lượng cho nguyên tử Ne Các nguyên tử Ne phải chuyển sang trạng thái tương ứng với mức lượng cao E4 Vì, Ne chất hoạt tính có thời gian “sống” E4 ngắn (10 -3 s), nên điện tử phản xạ tự nhiên trở E3, xẩy tượng xạ tự kích làm cho chúng liên tục nhảy xuống mức lượng thấp E2 Lúc này, điện tử Ne “vứt bỏ” phần lượng thừa vừa tiếp nhận từ He dạng dòng foton ánh sáng lượng tử) với vận tốc: V= 2 Hay bước sóng: Trong : h – số plank; c – tốc độ ánh sáng chân không Dòng foton thoát khỏi hai kính (2) góc Briuter tạo thành dòng ánh sáng phân cực thẳng Khi gặp hốc cộng hưởng (4) (5) có hệ số phản xạ toàn phần, chúng bị phản xạ qua lại nhiều lần ống (1) Vì thế, va chạm thành phần (1) tăng lên dần dòng foton tự khuếch đại lúc lớn Và, lúc đó, hạt foton đủ lượng thoát khỏi gương phẳng (4) tạo thành chùm tia sóng có mật độ lượng lớn gọi chùm tia laser Câu 3: Trình bày nguyên lý chung đo khoảng cách sóng điện từ Nguyên lý chung xác định khoảng cách sóng điện từ toán chuyển động đều, nghĩa mối tương quan khoảng cách D với tốc độ v thời gian t: τ D =v τ Trong thực tế để xác định khoảng thời gian , người ta ghi nhận thời điểm phát tín hiệu (t1) thời điểm thu (t2) thu phát đặt điểm đầu khoảng cách D Lúc này: Như vậy, độ xác xác định D phụ thuộc vào độ xác xác định v (hay n) môi trường đo độ xác đo thời gian Theo lý thuyết sai số Vì tốc độ truyền sóng điện tử lớn nên để nhận khoảng cách τ D với độ xác theo yêu cầu trắc địa mD trị số nhỏ τ phải xác định với m cao 3 Câu 4: Trình bày nội dung phương pháp mã hoá bàn độ máy kinh vĩ điện tử Các máy kinh vĩ số sử dụng phương pháp mã hóa bàn độ gọi máy kinh vĩ mã hóa Trong máy kinh vĩ mã hóa bàn độ đứng bàn độ ngang không chia vạch máy thông thường Phần bàn độ (nơi người ta khắc vạch máy kinh vĩ thông thường) chia thành vòng tròn đồng tâm (thường vòng) người ta vẽ hình vuông suốt không suốt theo mã định Hình vuông suốt chiếu ánh sáng qua cho tín hiệu (tương đương với số 1) hình vuông không suốt không cho ánh sáng qua (tương đương với số 0) Như ô vuông đơn vị thông tin (1 bit) Trong máy kinh vĩ mã hóa người ta thường sử dụng mã truy hồi tuần hoàn Bàn độ máy kinh vĩ mã hóa có dạng hình 3.2a Đối với bàn độ vị trí bàn độ tương ứng với mã số định để đọc số trƣờng hợp ngƣời ta thay du xích thông thường cửa sổ có bề rộng bit Hình ảnh bàn độ dẫn tới giải mã số đọc hình máy 4 Ưu điểm: Có thể dễ dàng nâng cao độ phân giải bàn độ để nâng cao độ xác đọc số Việc thực cách tăng số vòng tròn (strack) bàn độ Ví dụ, dùng strack với mã có chiều dài bit (1byte) độ phân giải hình 10’ (Số đọc nhỏ máy cho phép đọc 10’) Nếu tăng số strack từ lên độ phân giải bàn độ đạt đến cấp giây (Số đọc nhỏ đạt tới 1”) Hiện máy toàn đạc điện tử cho phép đo góc xác tới 0.01” Nhược điểm: Bàn độ phải gia công với độ xác cao nên khó chế tạo Câu 5: Trình bày nguyên lý đo khoảng cách sóng điện từ Nguyên lý chung xác định khoảng cách sóng điện từ toán chuyển động đều, nghĩa mối tƣơng quan khoảng cách D với tốc độ v thời gian τ: D = vτ Trong thực tế để xác định khoảng thời gian τ, ngƣời ta ghi nhận thời điểm phát tín hiệu (t1) thời điểm thu (t2) thu phát đặt điểm đầu khoảng cách D Lúc này: τ = t2 − t1 D = vτ/2 (1.2.1) Nhƣ vậy, độ xác xác định D phụ thuộc vào độ xác xác định v (hay n) môi trƣờng đo độ xác đo thời gian Theo lý thuyết sai số, từ (1.2.1) ta có: Vì tốc độ truyền sóng điện tử lớn (v ≈ 3.108 m/s) nên để nhận đƣợc khoảng cách D với độ xác theo yêu cầu trắc địa mD trị số τ nhỏ phải xác định với mτ cao Bản chất vật lý phƣơng pháp đo khoảng cách so sánh để xác định độ chênh 5 lệch tham số (SĐT) hai thời điểm trƣớc (phát) sau (thu) truyền Thông thƣờng, nguyên lý chế tạo máy đo xa điện tử tín hiệu phát đƣợc chia làm hai thành phần (xem hình 1.12b) Thành phần thứ - đặc trƣng cho thời điểm phát đƣợc truyền trực tiếp máy qua phận đến đo thời gian có tổng chiều dài Do (kênh chủ) gọi tín hiệu gốc hay tín hiệu chủ, thành phần thứ hai - đặc trƣng cho thời điểm thu - truyền qua hai lần khoảng cách 2D (kênh tín hiệu) gọi tín hiệu đo hay tín hiệu phản hồi (trong máy đo xa dùng “quang tuyến chuẩn Do” nội máy tín hiệu truyền qua Do tín hiệu đo) Nhƣ vậy, hai thành phần đƣợc tạo tín hiệu khác chúng truyền qua hai quãng đƣờng khác Do 2D, nghĩa độ chênh lệch cần đo hàm số hiệu (2D − Do) có chứa khoảng cách D cần tìm Câu 6: Trình bày nội dung phương pháp xung đo khoảng cách Cách 1: Nội dung phương pháp xung xác định trực tiếp khoảng thời gian truyền xung điện từ hai lần khoảng cách độ dài D xác định theo công thức: D= Các xung chọn để đo khoảng cách phải đạt hai tiêu chẩn có độ dài hẹp độ rỗng lớn Cụ thể, máy đo xa loại xung sử dụng xung laser có ns > 1000 Trong xạ xung máy phát làm việc khoảng thời gian độ dài xung (hình 1.10a) Nói chung, máy đo xa loại xung sử dụng tín hiệu dạng điều biến, cụ thể lượng xạ dạng sóng mang cao tần mà xung “xếp đặt” theo quy luật định Hình 1.10b hình 1.10c biểu thị dạng xung điều biên xung điều tần Để khoảng cách D nhận đơn trị cần phải chọn chu kỳ xung lớn khoảng thời gian xung phản hồi 6 (xung phát thứ nhất) trở sớm xung phát tiếp (xung phát thứ hai) tránh trùng chúng gặp Khoảng cách D ngắn tần số theo dõi xung cao Độ xác yêu cầu xác định khoảng thời gian suy từ công thức xác định độ dài D: có xung laser cực hẹp (có nêu trên) đáp ứng đựơc yêu cầu độ xác công tác trắc địa (đo khống chế) Đồng thời xung laser cho công suất xạ lớn xung điện từ (xung radio, xung điện…) nên phương pháp xung cho phép đo khoảng cách xa phƣơng pháp khác Ngoài ra, có ƣu điểm trình tự đo nhanh kết đo đơn trị (không yêu cầu biết trước trị gần khoảng cách) nhiều trường hợp không cần phản xạ v.v… Tuy vậy, so với phương pháp khác, phương pháp xung đạt độ xác thấp hơn, trước ứng dụng máy đo cao radio, hệ thống định vị radio, hệ thống trắc địa vệ tinh Những năm gần xuất vài máy đo xa loại xung loại xung – pha đạt độ xác tương đối cao (cm) Cách 2: 7 Bản chất phương pháp xung quan hệ khoảng cách D với số lượng xung phát m khoảng thời gian hai thời điểm phát (tp) thu (tt) Giả sử số lượng xung đếm m Chu kỳ xung T X tỷ lệ nghich với tần số f nên thời gian lan truyền xung khoảng cách 2D là: τ D = m.TX = m f (2.3) Thay vào (2.1) ta có: D= v m 2f Để tiện cho việc tính toán thiết kế người ta chọn f = v/2 nên số xung đếm trị số khoảng cách D cần xác định D= v v m = m = m 2f v (2.4) Do phát triển kỹ thuật điện tử nên khối EDM loại xung có hai dạng Trước sử dụng xung điều biến dùng đồng hồ thạch anh, τ đồng hồ nguyên tử, ống tia điện tử để đo khoang thời gian Sau kỹ thuật điện tử tạo xung laser có độ dài σ= τX hẹp, chu kỳ TX lớn TX τX độ rỗng lớn, đồng thời dùng khóa điện tử đếm xung khoảng cách D xác định theo công thức (2.4) Tuy nhiên, sử dụng phương pháp tầm hoạt động máy đo xa điện tử bị hạn chế ( khoảng - km) E Hiện khối EDM nhiều máy TĐ ĐT hoạt động theo phương pháp xung t Câu 7: Trình bày nguyên lý cấu tạo máy toàn đạc điện tử mục đích sử dụng thiết bị công tác trắc địa Nguyên lý cấu tạo máy TĐĐT TX τX t Hình thức máy TĐ ĐT giống máy kinh vĩ quang học thông thường, có nghĩa có phận ống kính, định tâm cân bằng, ốc khóa, ốc vi động… Tuy nhiên cấu tạo bên khác máy kinh vĩ thông thường nhiều Có thể tóm lại thiết bị TĐ ĐT gồm có ba khối hình vẽ Trong đó: - khối 1: đo khoảng cách điện tử EDM, có chức tự động đo khoảng cách nghiêng D từ tâm máy đến tâm gương phản xạ ( đến điểm ngắm bề mặt phản xạ) - Khối kinh vĩ số ( DT) hướng đo góc bằng, góc đứng ( góc thiên đỉnh) - khối vi xử lý trung tâm 3: cài đặt phần mềm tiện ích để giải toán trắc địa Dựa vào liệu đo khối EDM DT với liệu khác tọa độ điểm gốc, độ cao điểm đặt máy, chiều cao máy, chiều cao gương yếu tố hiệu chỉnh vào kết đo nhiệt độ, áp suất… CPU giải toán xác định tọa độ độ cao điểm chi tiết Ngoài có chức quản lý liệu, giao tiếp với máy tính nhờ trợ giúp phần mềm chuyên dụng Gương phản xạ: nhận phản xạ tín hiệu Mục đích: - Hiện nay, máy toàn đạc đóng vai trò quan trọng lĩnh vực xây dựng nói riêng vài lĩnh vực đo đạc nói chung, cụ thể máy toàn đạc điện tử ứng dụng trong: Các công tác đo đạc địa chính, đo đạc khảo sát địa hình, xây dựng dân dụng nhà cao tầng, cầu đường giao thông 9 - Đo vẽ đồ địa hình xuất sang định dạng file số liệu khác file CAD để dễ dàng quản lý hệ thống máy tính điện tử Được sử dụng công tác bố trí điểm (chuyển tọa độ điểm từ thiết kế thực địa) xây dựng Câu 8: Trình bày nguyên lý cấu tạo máy toàn đạc điện tử So sánh giống khác máy toàn đạc điện tử với máy kinh vĩ quang học Nguyên lý cấu tạo máy TĐĐT Hình thức máy TĐ ĐT giống máy kinh vĩ quang học thông thường, có nghĩa có phận ống kính, định tâm cân bằng, ốc khóa, ốc vi động… Tuy nhiên cấu tạo bên khác máy kinh vĩ thông thường nhiều Có thể tóm lại thiết bị TĐ ĐT gồm có ba khối hình vẽ Trong đó: - khối 1: đo khoảng cách điện tử EDM, có chức tự động đo khoảng cách nghiêng D từ tâm máy đến tâm gương phản xạ ( đến điểm ngắm bề mặt phản xạ) - Khối kinh vĩ số ( DT) hướng đo góc bằng, góc đứng ( góc thiên đỉnh) - khối vi xử lý trung tâm 3: cài đặt phần mềm tiện ích để giải toán trắc địa Dựa vào liệu đo khối EDM DT với liệu khác tọa độ điểm gốc, độ cao điểm đặt máy, chiều cao máy, chiều cao gương yếu tố hiệu chỉnh vào kết đo nhiệt độ, áp suất… CPU giải toán xác định tọa độ độ cao điểm chi tiết 10 10 Ngoài có chức quản lý liệu, giao tiếp với máy tính nhờ trợ giúp phần mềm chuyên dụng Gương phản xạ: nhận phản xạ tín hiệu b so sánh máy toàn đạc điện tử với kinh vĩ quang học * Giống nhau: Đều thiết bị đo đạc, sữ dụng trắc địa có chức đo góc , đo khoảng cách, Nội dung Máy kinh vĩ quang học Máy toàn đạc điện tử Khái May kinh vĩ quang học Máy toàn đạc điện tử niệm thiết bị đo đạc quang thiết bị quang học điện tử đa sử dụng để khảo sát xây dựng công trình Máy toàn đạc máy kinh vĩ điện tử tích hợp với đo khoảng cách điện tử (EDM), nhằm đọc khoảng cách cao điểm (điểm đứng máy, điểm cần đo khác) Chức Đo góc: Máy kinh vĩ - Đo góc: Máy toàn đạc điện tử quang học đo góc tương tự máy kinh vĩ đứng góc chức đo góc đứng góc - Đo khoảng cách: Máy - Đo khoảng cách: Máy toàn kết hợp với mia đo đạc kết hợp với gương khoảng cách cao vật phản xạ đo khoảng theo phương pháp đo cao cách từ máy đến gương, điểm lượng giác Dùng phản xạ gương, phương pháp có điểm phản xạ với sai số lớn cách dễ dàng xác cao với khoảng cách là: Đứng, bằng, nghiêng - Đo tọa độ: Máy toàn đạc điện tử đo đạc tính toán xác tọa độ điểm gương, phản xạ & máy cách nhanh chóng theo trục: x, y, z 11 11 ===>>> Bên cạnh máy toàn đạc điện tử nhiều menu hỗ trợ khác để phục vụ cho công tác đo đạc khảo sát thi công công trình xây dựng, giao thông, thủy lợi Câu 9: Trình bày nội dung cấu tạo máy thu GPS Sơ đồ cấu tạo máy thu GPS thể theo hình sau: An ten Thiết bị điều khiển Bộ tần số radio (RF) Thiết bị ghi Bộ vi xử lý Bộ nguồn a Anten máy thu có tính đa hướng, tức thu tín hiệu tất vệ tinh chân trời hướng khác Chỉ tiêu quan trọng thiế kế anten bảo đảm xác tâm anten Tâm điện tử anten phải khép kín trùng với tâm hình học đồng thời không bị tác động tượng quay nghiêng Yêu cầu cần thiết cho trường hợp đo động, anten di động suốt trình đo Thêm vào đó, anten phải có khả tự loại bỏ tín hiệu có góc cao thấp tín hiệu đa đường dẫn Điều thực nhờ anten có dạng hình nón xoáy tròn Hiện phổ biến loại anten nhỏ để trần b Bộ tần số radio (RF) Bộ phận có khả phân tích logic để phân biệt vệ tinh theo nguyên tắc giám sát hiệu ứng Doppler Bộ tần số radio xử lý tín hiệu vào kênh Các máy tần nhận xử lý tín hiệu L1, máy hai tần nhận xử lý hai tín hiệu L1 L2 Các số liệu nhận máy thu tần phối hợp 12 12 để tính toán loại bỏ khúc xạ tần ion Số lượng kênh đóng vai trò quan trọng RF định số lượng vệ tinh theo dõi đồng thời c Bộ vi xử lý Có chức thực phép tính theo chương trình lập sẵn Ví dụ tính toán đạo hàng tức thời từ trị đo khoảng cách giả Hiện nay, vi xử lý có tốc độ xử lý cao Bộ vi xử lý tìm thông tin đường chuyển tọa độ từ mốc đo WGS 84 chuẩn sang mốc đo tương đương Nó quản lý lệnh đầu vào từ người sử dụng, hiển thị thông tin truyền liệu qua cổng thông tin chúng d Thiết bị điều khiển Thiết bị điều khiển thực khả phối hợp người đo máy thu Các lệnh đưa vào từ phím chức vào số hiệu điểm đo, độ cao anten… Ngoài phím "cứng" máy thu có phím mềm thực lệnh hình e Thiết bị ghi Có nhiệm vụ ghi lại trị đo thông tin đạo hàng để phục vụ cho công tác xử lý sau Thiết bị ghi GPS bảo đảm không bị tắt nguồn điện Dung lượng nhớ máy thu định thời gian thu liên tục Dung lượng nhớ thường đảm bảo ghi liên tục số liệu đo nhiều với số lượng vệ tinh trung bình (5-7 vệ tinh) tần suất ghi mặc định (15s) f Bộ nguồn Bộ nguồn máy thu GPS pin ắc quy sạc điện Dòng điện sử dụng cho máy thu dòng chiều có điệp áp từ đến 20 vôn Câu 10: Trình bày nguyên lý cấu tạo máy thuỷ chuẩn điện tử So sánh giống khác máy thủy chuẩn điện tử với máy thủy chuẩn quang học • Nguyên lý cấu tạo máy thủy chuẩn điện tử Nhìn chung, hệ thống máy thuỷ chuẩn điện tử gồm phần - Phần 1: Mia mã vạch Sokkia RAB ( Random Bi-directional Code) Mã định hướng ngẫu nhiên hai chiều 13 13 - Phần 2: Hệ thống ống kính: Giống ống kính máy thuỷ chuẩn thông thường Gồm có kính vật, kính điều quang, hệ thống lăng kính phân chia ánh sáng, kính mắt - Phần 3: Bộ phận xử lý tín hiệu điện máy thuỷ chuẩn kỹ thuật số Trong đó, quan trọng cảm biến CCD (Charge Couple Device) biến tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện *Giống nhau: máy thủy chuẩn quang học máy thủy chuẩn điện tử thiết bị dùng công tác trắc địa, khảo sát, xây dựng… với mục đích đo góc, đo khoảng cách đo chênh cao Khác nhau: Nội Máy thủy chuẩn quang Máy thủy chuẩn điện tử dung học Máy thủy chuẩn quang Máy thủy chuẩn điện tử: cơ: loại máy thủy đo đạc cách đọc chuẩn đo đạc cách số mia mã vạch đọc số mia mắt, tia hồng ngoại, hiển thị số ghi chép số liệu sổ tay đọc hình LCD tính toán số liệu liệu trút máy ghi chép tính để xử lý Cân sơ ống nguyên lý chung hệ thủy tròn , sau cân cân tự động tính tự xác cách cân lắc điều chỉnh vít nghiêng để treo trạng thái tự đưa bọt nước ống thủy dài vào trục ngắm nằm ngang Dùng mắt thường thực Dùng tia hồng ngoại để đọc việc ngắm đo đạc, số liệu đo đạc sau đọc số liệu đo trước mia thiết bị Tự động tính toán dựa Ghi chép vào sổ tính phép tính người kĩ toán dựa vào số liệu sư lựa chọn thu thập Hiển thị hình Số liệu thường có sai số LCD số liệu tính toán lớn, việc tính toán Dữ liệu tính toán, đo đạc thời gian mà không hiệu lưu trữ 14 14 nhớ thiết bị Câu 11: Trình bày nội dung phân loại máy thu GPS mục đích sử dụng chúng công tác trắc địa * Phân loại Các máy thu phân loại theo tiêu chí sau: a Theo mục đích sử dụng Tùy thuộc vào mục đích sử dụng yêu cầu độ xác người ta chế tạo nhiều loại máy thu GPS khác Có loại chuyên dùng để dẫn đường (đạo hàng) biển, máy bay phương tiện chuyển động khác Có loại chế tạo gọn nhẹ (cầm tay) chuyên dùng để xác định gần vị trí điểm Máy thu chuyên dụng cho trắc địa có yêu cầu cao độ xác tâm pha anten, khả lọc nhiễu… b Phân loại theo phương thức theo dõi Các máy thu cũ sử dụng số lượng kênh vật lý tự lựa chọn theo dõi vệ tinh với tần suất khoảng 20 mili giây kênh Đây nguyên tắc theo dõi chuyển nhanh Ngày nay, máy thu thiết kế cho kênh vật lý theo dõi vệ tinh tất vệ tinh quan trắc liên tục Máy thu gọi máy thu đa kênh hay máy theo dõi song song Các máy thu phối hợp hai nguyên tắc gọi máy thu kết hợp c Phân loại theo tần số sử dụng Theo tần số chia máy thu GPS thành loại sau: - Máy thu tần (L1) - Máy thu tần ( L1 L2) Các máy thu tần phù hợp cho đo cạnh có chiều dài nhỏ 10 km đến 20 km Các máy thu tần phù hợp với khoảng cách dài * Mục đích 15 15 a Xây dựng lưới khống chế mặt Ưu điểm chủ yếu quan trọng công nghệ GPS xác định véc tơ cạnh điểm khống chế trắc địa với độ xác cao mà không đòi tầm thông hướng điểm Bằng kỹ thuật đo tương đối tĩnh, người ta xây dựng mạng lưới có cạnh dài ngàn km Trên giới , khung tọa độ ITRF mạng lưới Ở Việt Nam, xây dựng mạng lưới GPS cấp "0" có chiều dài cạnh trung bình 120 km Đây mạng lưới "xương sống" sở để hoàn chỉnh mạng lưới thiên văn - trắc địa nước ta b GPS phục vụ cho đo vẽ địa Công nghệ GPS ứng dụng rộng rãi công tác đo đạc địa Trước hết mạng lưới khống chế địa sở, lưới địa cấp phát triển từ lưới khống chế tọa độ hạng I, II Nhà nước c Đo vẽ chi tiết đồ địa hình, đồ địa tỷ lệ lớn tỷ lệ trung bình Để thành lập đồ địa hình, đồ địa tỷ lệ 1:200 đến 1:2000, thông thường đo trực phương pháp toàn đạc, sử dụng máy kinh vĩ toàn đạc điện tử để đo điểm chi tiết Với kỹ thuật đo động Stop - and - go, người ta thực đo chi tiết thành lập đồ, với độ xác tốc độ không thua thiết bị đo khác Tuy nhiên cần phải đảm bảo điều kiện bắt buộc trình đo chi tiết GPS phải theo dõi tín hiệu liên tục vệ tinh d GPS phục vụ trắc địa công trình - Đo mạng lưới khống chế thi công công trình, đo nối lưới khống chế Trắc địa Nhà nước với hệ thống lưới khống chế công trình… - Chuyển trục công trình lên cao - Đo mạng lưới quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình - Đo vẽ thành lập mặt cắt đo tính khối lượng - Đo cắm điểm chi tiết công trình 16 16 Câu 12: Trình bày cấu trúc máy thu GPS phương pháp phân loại chúng công tác trắc địa * Cấu trúc Để định vị GPS phải có máy thu GPS, có nhiều loại máy thu GPS, loại thiết kế theo yêu cầu định vị đặc thù định vị dẫn đường, đo đạc… Mặc dù chúng khác song máy thu có nguyên tắc chung cấu tạo Sơ đồ cấu tạo máy thu GPS thể theo hình sau: 17 17 An ten Thiết bị điều khiển Bộ tần số radio (RF) Thiết bị ghi Bộ vi xử lý Bộ nguồn a Anten máy thu có tính đa hướng, tức thu tín hiệu tất vệ tinh chân trời hướng khác Chỉ tiêu quan trọng thiế kế anten bảo đảm xác tâm anten Tâm điện tử anten phải khép kín trùng với tâm hình học đồng thời không bị tác động tượng quay nghiêng Yêu cầu cần thiết cho trường hợp đo động, anten di động suốt trình đo Thêm vào đó, anten phải có khả tự loại bỏ tín hiệu có góc cao thấp tín hiệu đa đường dẫn Điều thực nhờ anten có dạng hình nón xoáy tròn Hiện phổ biến loại anten nhỏ để trần Tín hiệu từ anten sau truyền tới tần số radio (RF _Bộ tần số RF giới thiệu sau) Những giá trị tín hiệu ghi lại bị hạn chế xử lý code tựa ngẫu nhiên vệ tinh tương quan chéo thấp, tín hiệu cần khuếch đại Anten thiết kế sóng tải L1 hai sóng tải L1, L2 b Bộ tần số radio (RF) coi trái tim máy thu GPS Sau tín hiệu thu vào anten xem xét phân biệt để lại C/A code Các tín hiệu chuẩn xếp trước thành đơn vị vệ tinh Bộ phận có khả phân tích logic để phân biệt vệ tinh theo nguyên tắc giám sát hiệu ứng Doppler Bộ tần số radio xử lý tín hiệu vào kênh Các máy tần nhận xử lý tín hiệu L1, máy hai tần nhận xử lý hai tín hiệu L1 L2 Các số liệu nhận máy thu tần phối hợp để tính toán loại bỏ khúc xạ tần ion Số lượng kênh đóng vai trò quan trọng RF định số lượng vệ tinh theo dõi đồng thời 18 18 Các yếu tố RF trì tạo tần số chuẩn, sau qua nhận để có tần số cao hơn, tín hiệu lọc để loại bỏ tần số không mong muốn thực trộn tần Sau đó, từ tín hiệu trì y1, y2 với biên độ khác tần số khác f1, f2 nhân theo mô hình toán học có dạng đơn giản sau: a1 a [ cos(( f1 − f )t ) + cos(( f1 + f )t )] Y=y1.y2=a1cos(f1t )a2cos(f2t) = Kết tín hiệu y chứa tần số thấp tần số cao Sau sử dụng lọc dải thấp, phần tần số cao loại bỏ Phần tần số thấp lại sử dụng để xử lý Hiệu số (f - f2) tần số thường gọi tần số trung gian hay tần số phách c Bộ vi xử lý Bộ vi xử lý thực điều khiển hoạt động máy thu Chức bao gồm: thu nhận tín hiệu vệ tinh cách nhanh máy thu bật lên, đồng mã pha tín hiệu, giải mã lịch vệ tinh quảng bá, xác định tọa độ tuyệt đối điểm đặt máy theo dõi vệ tinh khác d Thiết bị điều khiển Thiết bị điều khiển thực khả phối hợp người đo máy thu Các lệnh đưa vào từ phím chức vào số hiệu điểm đo, độ cao anten… Ngoài phím "cứng" máy thu có phím mềm thực lệnh hình e Thiết bị ghi Có nhiệm vụ ghi lại trị đo thông tin đạo hàng để phục vụ cho công tác xử lý sau Thiết bị ghi GPS bảo đảm không bị tắt nguồn điện Dung lượng nhớ máy thu định thời gian thu liên tục Dung lượng nhớ thường đảm bảo ghi liên tục số liệu đo nhiều với số lượng vệ tinh trung bình (5-7 vệ tinh) tần suất ghi mặc định (15s) f Bộ nguồn Bộ nguồn máy thu GPS pin ắc quy sạc điện Dòng điện sử dụng cho máy thu dòng chiều có điệp áp từ đến 20 vôn * Phân loại trắc địa a Theo chức sử dụng - Định vị, dẫn đường (đxc thấp): Máy đơn kênh, mã C/A, độ xác