Bài giảng ĐỊNH VỊ VỆ TINH

Chƣơng 1. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VỆ TINH 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ GNSS 1.1.1 Q VỀ CÔNG NGHỆ GNSS 1.1.1.1 Khái quát hệ thống định vị toàn cầu GNSS Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu (GNSS) là tên dùng chung cho các hệ thống định vị toàn cầu sử dụng vệ tinh như: GPS (Hoa Kỳ), hệ thống định vị Galileo (Liên minh châu Âu), hệ thông GLONASS (Liên bang Nga) và hệ thống định vị Bắc Đẩu (Trung Quốc) . Hệ thống định vị vệ tinh được phát triển từ những năm 70 của thế kỷ XX. Ban đầu chuyên dùng cho mục đích quân sự, từ những năm 80 của thể kỷ XX bắt đầu Được mở rộng cho các mục đích dân sự như định vị điểm, đạo hàng dẫn đường, .... Một hệ thống định vị vệ tinh cơ bản được cấu tạo bởi 3 phần chính: + Phần điều khiển, bao gồm trạm xử lý trung tâm, các trạm giám sát, các trạm truyền số hiệu chỉnh vệ tinh phân bố đều trên vùng lãnh thổ hoặc toàn thế giới để tiện cho việc điều khiển hệ thống. + Phần không gian, bao gồm các vệ tinh bay theo các quỹ đạo đã được định trước và đảm bảo ở vị trí, thời điểm bất kỳ nào trên bề mặt Trái Đất cũng có thể quan sát cùng một lúc được ít nhất 4 vệ tinh. + Phần sử dụng, bao gồm các thiết bị thu tín hiệu từ các vệ tinh nhân tạo, nó được đặt trên các đối tượng cần theo dõi vị trí như: máy bay, tàu thủy, tàu hỏa, xe buýt, các công trình có khả năng chuyển dịch,.....

Bài giảng đang trong quá trình hoàn thiện

Nguyễn Việt Hà – Bộ môn TĐCT

Chương 1 HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VỆ TINH

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ GNSS

1.1.1 Q VỀ CÔNG NGHỆ GNSS

1.1.1.1 Khái quát hệ thống định vị toàn cầu GNSS

Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu (GNSS) là tên dùng chung cho các

hệ thống định vị toàn cầu sử dụng vệ tinh như: GPS (Hoa Kỳ), hệ thống định

vị Galileo (Liên minh châu Âu), hệ thông GLONASS (Liên bang Nga) và hệ thống định vị Bắc Đẩu (Trung Quốc) Hệ thống định vị vệ tinh được phát triển từ những năm 70 của thế kỷ XX

Ban đầu chuyên dùng cho mục đích quân sự, từ những năm 80 của thể kỷ

XX bắt đầu Được mở rộng cho các mục đích dân sự như định vị điểm, đạo hàng dẫn đường,

Một hệ thống định vị vệ tinh cơ bản được cấu tạo bởi 3 phần chính:

+ Phần điều khiển, bao gồm trạm xử lý trung tâm, các trạm giám sát, các

trạm truyền số hiệu chỉnh vệ tinh phân bố đều trên vùng lãnh thổ hoặc toàn thế giới để tiện cho việc điều khiển hệ thống

+ Phần không gian, bao gồm các vệ tinh bay theo các quỹ đạo đã được định trước và đảm bảo ở vị trí, thời điểm bất kỳ nào trên bề mặt Trái Đất cũng có thể quan sát cùng một lúc được ít nhất 4 vệ tinh

+ Phần sử dụng, bao gồm các thiết bị thu tín hiệu từ các vệ tinh nhân tạo,

nó được đặt trên các đối tượng cần theo dõi vị trí như: máy bay, tàu thủy, tàu hỏa,

xe buýt, các công trình có khả năng chuyển dịch,

ình 1.1: ổng quan về công nghệ GNSS

1.1.1.2 Tính năng nổi trội của công nghệ GNSS

+ Đo đạc đơn giản, không cần thông hướng giữa các điểm đo;

+ Độ chính xác cao

+ Tự động quan trắc, hiệu chỉnh sai số trực tiếp thông qua radio link;

+ Hoạt động tốt kể cả trong môi trường khắc nghiệt (-400C ÷ 800C);

+ Tốc độ thu tín hiệu nhanh;

+ Thu và xử lý đa tín hiệu từ nhiều hệ thống vệ tinh khác nhau;

+ Điều khiển thông qua bộ điều khiển cầm tay;

+ Tiện ích khác: Có radio link để thu hoặc phát tín hiệu hiệu chỉnh Kết nối với máy tính thông qua mạng Internet, 3G, Wifi Kết hợp với RTS trong cùng một khối thống nhất

1.1.2 ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ GNSS

• Thông dụng:

– Dẫn đường cho phương tiện giao thông

– Giám sát hành trình

– Lưu vết đối tượng

– Dịch vụ hướng vị trí (Location Based Services - LBS)

• Chuyên sâu:

– Trắc địa, bản đồ

– Giám sát môi trường

– Nghiên cứu về tầng khí quyển

– Phương tiện tự hành

– Đồng bộ thời gian trong các hệ thống viễn thông, giao dịch điện tử

ình 1.2: ín hiệu của GNSS

1.1.3 CÁC HỆ THỐNG CỦA GNSS

Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu ( Global Navigation Satellite System -

GNSS) là tên dùng chung cho các hệ thống định vị toàn cầu sử dụng vệ tinh như GPS(Hoa Kỳ), Hệ thống định vị Galileo (Liên minh châu Âu) và GLONASS (Liên bang Nga)

và Hệ thống định vị Bắc Đẩu (Trung Quốc)

ình1.3: ệ thống định vị toàn cầu GNSS

1.1.3.1.Hệ thống định vị GPS

Hệ thống định vị toàn cầu của Mỹ là hệ dẫn đường dựa trên một mạng lưới 24 quả

vệ tinh được Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đặt trên quỹ đạo không gian.Các hệ thống dẫn đường truyền thống hoạt động dựa trên các trạm phát tín hiệu vô tuyến điện Được

biết đến nhiều nhất là các hệ thống sau: LORAN – (LOng RAnge Navigation) – hoạt

động ở giải tần 90-100 kHz chủ yếu dùng cho hàng hải, hay TACAN – (TACtical

Air Navigation) – dùng cho quân đội Mỹ và biến thể với độ chính xác thấp

VOR/DME – VHF (Omnidirectional Range/Distance Measuring Equipment) –

dùng cho hàng không dân dụng

1.1.3.2.Hệ thống Galileo

Hệ thống định vị Galileo là một hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu (GNSS) được xây dựng bởi Liên minh châu Âu Galileo khác với GPS của Hoa Kỳ và GLONASS của Liên bang Nga ở chỗ nó là một hệ thống định vị được điều hành và quản lý bởi các tổ chức dân dụng, phi quân sự Galileo theo kế hoạch sẽ chính thức hoạt động vào năm 2011-12, muộn 3-4 năm so với kế hoạch ban đầu

1.1.3.3.Hệ thống GLONASS

GLONASS :( Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema) là hệ thống vệ

tinh định vị toàn cầu của Liên bang Nga, tương tự như GPS (NAVSTAR) của Hoa Kỳ

hay Galileo của Liên minh châu Âu Số vệ tinh đang hoạt động là 24 vệ tinh, chuyển động trên bề mặt Quả Đất theo 3 mặt quỹ đạo với góc nghiêng 64,8°, và độ cao

GLONASS bắt đầu ra mắt vào cuối thập kỷ 70 của thế kỷ trước Ban đầu, nó được

sử dụng chủ yếu cho việc định vị thời tiết và đo vận tốc Tuy nhiên sau sự sụp đổ của Liên Xô, đầu tư cho GLONASS bị cắt giảm khiến dự án bị đình trệ Kết hợp với tuổi đời của vệ tinh ngắn (khoảng 3 năm), nên rất ít người tin tưởng vào thành công của chương trình GLONASS Thế nhưng mọi sự thay đổi vào năm 2011 khi Thủ tướng Nga Vladimir Putin tuyên bố coi việc hoàn thành chương trình GLONASS là

một ưu tiên quốc gia và đầu tư ồ ạt cho dự án này, biến nó trở thành tổ hợp công nghệ tối quan trọng

Vào năm 2007, ông Putin ban hành sắc lệnh liên bang mở GLONASS cho sử dụng dân sự không giới hạn, đưa hệ thống này trở thành thách thức với hệ thống GPS của

Mỹ Vào năm 2010, GLONASS đã phủ khắp lãnh thổ của Nga Một năm sau đó, nhờ vào chòm sao vệ tinh quay theo quỹ đạo mà nó đã phủ khắp toàn cầu

 Nguyên lý hoạt động của GLONASS

Hình 1.5: Nguyên lý hoạt động của GLONASS

Có 3 thành phần cấu tạo nên GLONASS Đầu tiên là cơ sở hạ tầng không gian gồm các chòm sao vệ tinh Đây là nhóm các vệ tinh hoạt động trên cùng hệ thống Chúng thường được đặt trên các máy bay bay quanh quỹ đạo trái đất hay còn được gọi là các quỹ đạo bay Các vệ tinh này tương tác với các mạng định vị dưới mặt đất (thành phần thứ hai), giúp tăng độ chính xác và tốc độ của các vệ tinh qua việc thu thập các thông tin đo đạc

Các mạng lưới định vị dưới mặt đất lý tưởng nhất là trải rộng đều trên khắp thế giới để đảm bảo sự chính xác Tuy nhiên với GLONASS, các mạng định vị dưới mặt đất chủ yếu nằm ở Nga, Brazil, Cuba và châu Nam Cực Nga cũng đã đồng ý sẽ

mở các mạng định vị dưới mặt đất ở Trung Quốc, quốc gia muốn đưa GLONASS trở thành đối trọng với GPS Ngoài ra, trong năm 2014 thì GLONASS đã có thêm 7 mạng định vị dưới mặt đất nằm ở bên ngoài nước Nga

Các chòm sao vệ tinh và mạng lưới định vị dưới mặt đất tạo thành lưới tam giác để xác định vị trí của các thiết bị nhận, là thành phần thứ ba Thành phần thứ

ba là các thiết bị nhận tương thích với GLONASS như smartphone hay các hệ thống dẫn đường trên xe hơi Lưới tam giác (để đo đạc vị trí) được thực hiện bởi một loạt tính toán dựa trên các nội dung tín hiệu gửi từ các vệ tinh Các tín hiệu này được gửi

ở các khoảng thời gian chính xác Các thiết bị nhận dùng GLONASS để định vị sẽ

sử dụng các tín hiệu gửi từ ít nhất 4 vệ tinh để tính toán vị trí, vận tốc và thời gian GLONASS ban đầu sử dụng phương pháp truy cập đa tần FDMA (Frequency Division Multiple Access Method) để liên lạc với các vệ tinh, với 25 kênh cho 24 vệ tinh Đây là giao thức phổ biến trong liên lạc vệ tinh nhưng có hạn chế là dễ bị can nhiễu và gián đoạn Từ năm 2008, GLONASS đã sử dụng CDMA (Code Division Multiple Access Technique) để mang đến khả năng tương thích với các vệ tinh GPS Bởi vì các thiết bị nhận GLONASS tương thích với cả FDMA và CDMA nên chúng chúng có kích cỡ lớn hơn và đắt đỏ hơn GPS

 Độ chính xác GLONASS

Độ chính xác của GLONASS tương đương với GPS Nhưng điều này không phải lúc nào cũng như vậy Đầu thế kỷ 21, GLONASS bị hỏng khiến hệ thống này hoạt động không chính xác Điều này khiến Roscosmos (Cơ quan vũ trụ Nga) đặt mục tiêu đưa GLONASS tiệm cận với GPS về độ chính xác và tin cậy vào năm 2011

Cuối năm 2011, GLONASS đã đạt được mục tiêu đề ra Nó đã chứng tỏ đạt được

độ chính xác trong môi trường tối ưu (không có mây, tòa nhà cao tầng hoặc can nhiễu vô tuyến) tới 2,8 mét Kết quả này chỉ kém GPS một chút nhưng là mức hoàn toàn chấp nhận được cả với sử dụng thương mại lẫn quốc phòng.Tuy vậy, độ chính xác của GLONASS còn tùy thuộc vào nơi bạn sử dụng Nó đưa ra kết quả định vị chính xác hơn ở Bán cầu Bắc so với Bán cầu Nam do khu vực này tập trung nhiều trạm mặt đất hơn

 GLONASS ngày nay

Mặc dù nhiều nhà sản xuất điện thoại đã tích hợp GLONASS vào thiết bị của họ như Sony, Apple và HTC song hệ thống định vị này vẫn chưa thể phổ biến được như GPS, công nghệ hiện có mặt trên hầu như toàn bộ smartphone và máy tính bảng

Điều này một phần là do GLONASS mới chỉ có kết quả thực sự chính xác ở các vĩ

độ Bắc, do nó ban đầu được thiết kế chủ yếu phục vụ cho Nga trong khi GPS ngay

từ đầu đã hướng đến toàn cầu GLONASS chưa được biết đến nhiều cũng bởi nó chưa phải là hệ thống định vị hoàn thiện như GPS và thực tế thì hầu như chưa có thiết bị nào giới thiệu ngoài nước Nga chỉ tích hợp mỗi GLONASS

 Ứng dụng GLONASS

ình 1.6: Ứng dụng của GLONASS

iPhone và khá nhiều thiết bị Android đã sử dụng cả GLONASS và GPS để đảm bảo

sự chính xác tối đa Nếu bạn đang ở khu vực nhiều mây che phủ hoặc bị bao quanh

bởi các tòa nhà cao tầng, thiết bị của bạn sẽ sử dụng GLONASS kết hợp cùng với GPS Điều này cho phép thiết bị được xác định bởi bất kỳ vệ tinh nào trong tổng số

55 vệ tinh trên toàn cầu (các vệ tinh của cả GLONASS và GPS), như vậy sẽ làm tăng độ chính xác của việc định vị Tuy nhiên, GLONASS thường chỉ được kích hoạt khi tín hiệu GPS yếu để tiết kiệm pin cho thiết bị

Có một số ít ứng dụng chỉ sử dụng GLONASS để cung cấp dịch vụ định vị Chẳng hạn, ứng dụng NIKA GLONASS (hiện được cung cấp miễn phí trên kho ứng dụng Google Play và App Store) cho phép bạn theo dõi trí của thiết bị Android trong thời gian thực Tuy nhiên, ứng dụng này đòi hỏi phải có thẻ sim MTS (công nghệ CDMA) mới hoạt động

1.2 Ệ ỐNG N O N C GPS

Hệ thống định vị toàn cầu của Mỹ là hệ dẫn đường dựa trên một mạng lưới 24 quả

vệ tinh được Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đặt trên quỹ đạo không gian.Các hệ thống dẫn đường truyền thống hoạt động dựa trên các trạm phát tín hiệu vô tuyến điện Được

biết đến nhiều nhất là các hệ thống sau: LORAN – (LOng RAnge Navigation) – hoạt

động ở giải tần 90-100 kHz chủ yếu dùng cho hàng hải, hay TACAN – (TACtical

Air Navigation) – dùng cho quân đội Mỹ và biến thể với độ chính xác thấp

VOR/DME – VHF (Omnidirectional Range/Distance Measuring Equipment) –

dùng cho hàng không dân dụng

Gần như đồng thời với lúc Mỹ phát triển GPS, Liên Xô cũng phát triển một hệ thống tương tự với tên gọi GLONASS Hiện nay Liên minh Châu Âu đang phát triển

hệ dẫn đường vệ tinh của mình mang tên Galileo Trung Quốc thì phát triển hệ thống

định vị toàn cầu của mình mang tên Bắc Đẩu bao gồm 35 vệ tinh

Ban đầu, GPS và GLONASS đều được phát triển cho mục đích quân sự, nên mặc dù chúng dùng được cho dân sự nhưng không hệ nào đưa ra sự đảm bảo tồn tại liên tục và độ chính xác Vì thế chúng không thỏa mãn được những yêu cầu an toàn cho dẫn đường dân sự hàng không và hàng hải, đặc biệt là tại những vùng và tại những thời điểm có hoạt động quân sự của những quốc gia sở hữu các hệ thống đó Chỉ có hệ thống dẫn đường vệ tinh châu Âu Galileo (đang được xây dựng) ngay từ

đầu đã đặt mục tiêu đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của dẫn đường và định vị dân

sự

GPS ban đầu chỉ dành cho các mục đích quân sự, nhưng từ năm 1980 chính phủ Mỹ cho phép sử dụng trong dân sự GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi trên Trái Đất, 24 giờ một ngày Không mất phí thuê bao hoặc mất tiền trả cho việc thiết lập sử dụng GPS nhưng phải tốn tiền không rẻ để mua thiết bị thu tín hiệu

và phần mềm nhúng hỗ trợ

 Hoạt động của GPS

Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất Các máy thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng

Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao xa Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy

Máy thu phải nhận được tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động Khi nhận được tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao) Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông tin khác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình, quãng cách tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa

 Phần không gian

Phần không gian gồm 27 vệ tinh (24 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự phòng) nằm trên các quỹ đạo xoay quanh trái đất Chúng cách mặt đất 20.200 km, bán kính quỹ đạo 26.600 km Chúng chuyển động ổn định vá quay hai vòng quỹ đạo trong khoảng thời gian gần 24 giờ với vận tốc 7 nghìn dặm một giờ Các vệ tinh trên quỹ

đạo được bố trí sao cho các máy thu GPS trên mặt đất có thể nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tinh vào bất kỳ thời điểm nào

Các vệ tinh được cung cấp bằng năng lượng Mặt Trời Chúng có các nguồn pin dự phòng để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng không có ánh sáng Mặt Trời Các tên lửa nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định

 Phần kiểm soát

Mục đích trong phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ đạo và thông tin thời gian chính xác Có 5 trạm kiểm soát đặt rải rác trên trái đất Bốn trạm kiểm soát hoạt động một cách tự động, và một trạm kiểm soát là trung tâm Bốn trạm này nhận tín hiệu liên tục từ những vệ tinh và gửi các thông tin này đến trạm kiểm soát trung tâm Tại trạm kiểm soát trung tâm, nó sẽ sửa lại dữ liệu cho đúng và kết hợp với hai an-ten khác để gửi lại thông tin cho các vệ tinh Ngoài ra, còn một trạm kiểm soát trung tâm dự phòng và sáu trạm quan sát chuyên biệt

Trạm trung tâm cũng có thể truy cập từ các ăng-ten mặt đất của U.S Air Force

+ Vệ tinh GPS đầu tiên được phóng năm 1978

+ Hoàn chỉnh đầy đủ 24 vệ tinh vào năm 1994

+ Mỗi vệ tinh được làm để hoạt động tối đa là 15 năm

+ Vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1500 kg và dài khoảng 17 feet (5 m) với các tấm năng lượng Mặt Trời mở (có độ rộng 7 m²)

+ Công suất phát bằng hoặc dưới 50 watts

 Tín hiệu của GPS

GPS hiện tại gồm 3 phần chính: phần không gian, kiểm soát và sử dụng Không quân Hoa Kỳ phát triển, bảo trì và vận hành các phần không gian và kiểm soát Các

vệ tinh GPS truyền tín hiệu từ không gian, và các máy thu GPS sử dụng các tín hiệu này để tính toán vị trí trong không gian 3 chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao) và thời gian hiện tại

Các vệ tinh được cung cấp bằng năng lượng Mặt Trời Chúng có các nguồn pin dự phòng để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng không có ánh sáng Mặt Trời Các tên lửa nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định

 Sự khác biệt giữa GLONASS và GPS

Có một số khác biệt cơ bản giữa GLONASS và GPS

Đầu tiên, GLONASS có ít vệ tinh hơn GPS có 32 vệ tinh quay quanh trái đất trong

6 quỹ đạo bay Trong khi đó, GLONASS có 24 vệ tinh với 3 quỹ đạo bay Điều này

có nghĩa là GONASS có nhiều vệ tinh đi theo cùng quỹ đạo hơn GPS và như vậy nó làm giảm độ chính xác của việc định vị

Tuy vậy, khác biệt lớn nhất giữa GPS và GLONASS là cách thức liên lạc với thiết

bị nhận Với GPS, các vệ tinh sử dụng cùng tần số vô tuyến nhưng có các mã khác nhau để liên lạc Còn với GLONASS, các vệ tinh có cùng mã nhưng lại sử dụng các tần số khác nhau Điều này cho phép các vệ tinh liên lạc với nhau mặc dù đang ở cùng quỹ đạo bay

Định vị GPS tuyệt đối là nguyên lý định vị sử dụng ít nhất 1 máy thu, thu tín hiệu vệ tinh, xác định ra toạ độ tuyệt đối (BLH hoặc XYZ) trong hệ toạ

độ WGS-84

2 Bài toán định vị GPS tuyệt đối khoảng cách giả

Khi thu tín hiệu vệ tinh, máy thu đã đo được các khoảng cách giả Ri từ các vệ tinh đến máy thu được biểu diễn theo công thức:

dT C

Cần phải xác định toạ độ của điểm đặt máy (chính xác là tâm anten) Gọi: XP, YP, ZP là toạ độ điểm P cần xác định

Xi, Yi, Zi là toạ độ của vệ tinh thứ i, nhận được từ lịch vệ tinh

Ta có khoảng cách hình học từ vệ tinh đến máy thu được tính bằng công thức:

2 2

2

) (

) (

Z Y

Y X

X

Ri  ( i  P)2  ( i  P)2  ( i  P)2  (2.7) Trong phương trình (2.7) có 4 ẩn cần xác định là toạ độ điểm đặt máy

XP, YP, ZP và sai số đồng hồ máy thu dT Để giải 4 ẩn này cần có ít nhất 4 phương trình như (2.7), nghĩa là phải quan sát được ít nhất 4 vệ tinh Nếu số

vệ tinh quan sát được nhiều hơn 4, bài toán này được giải theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất Khi đó ta có phương trình số hiệu chỉnh như sau:

i i

P i i

P i i

P i

v (  ) (  )  ( 0 )  

0 0

0 0

0





trong đó: X0P, Y0P, Z0P là toạ độ gần đúng của điểm P

dX, dY, dZ là các số hiệu chỉnh toạ độ

i =1, 2, 3 , n (n  4)

0

i là khoảng cách hình học gần đúng từ vệ tinh đến máy thu

li là số hạng tự do, tính theo công thức

i P

i P

i P

i

l   0 2   0 2   0 2 

) (

) (

Z Y

Y X

X

C Z

Z Y

Y X

X

C Z

Z Y

Y X

X

A

n

P n n

P n n

P n

P P

P

P P

P

0 0 0

0 0

0

0 2

0 2 0

2

0 2 0

2

0 2

0 1

0 1 0

1

0 1 0

1

0 1

) (

) (

) (

) (

) (

) (

) (

) (

dX

ta có hệ phương trình số hiệu chỉnh dạng ma trận:

L X A

Coi các trị đo khoảng cách giả có độ chính xác như nhau, ta có hệ phương trình chuẩn:

0 ) ( ).

( AT A X  AT L 

(2.12) Giải ra được

) (

) ( A A 1 A L

Z

dY Y

Y

dX X

X

P P

P P

P P

0 0 0

Bài toán này được giải lặp nhiều lần, lúc đầu lấy X0

P = Y0P = Z0P = 0 giải lặp khoảng 5 lần sẽ nhận được toạ độ chính xác

34 33 32 31

24 23 22 21

14 13 12 11 1

) (

Q Q Q Q

Q Q Q Q

Q Q Q Q

Q Q Q Q

A A

Q m

Q m

Q m

Q m

dT Z Y X

2 2

m m m

Đại lượng Q11 Q22 Q33 Q44 đặc trưng cho ảnh hưởng của đồ hình

vệ tinh đến độ chính xác của lời giải, gọi là độ phân tản độ chính xác của lời giải, kí hiệu là GDOP (Geometric Dilution of Precision)

Đại lượng Q44 đặc trưng cho ảnh hưởng của đồ hình vệ tinh đến độ chính xác xác định thời gian, gọi là độ phân tản độ chính xác về thời gian, kí hiệu là TDOP (Time Dilution of Precision)

Có thể chuyển toạ độ từ hệ toạ độ Trái đất sang hệ toạ độ địa diện Chân trời theo công thức

2 0

0 0

0 0

0 0

0 0

sin]

)1([

sin.cos)

(

cos.cos)

(

'''

B H

e N

L B

H N

L B

H N

Z Y

X R z y

0 0

0

0 0

0 0

0

sin0

cos

sin.coscos

sin.sin

cos.cossin

cos.sin

B B

L B

L L

B

L B

L L

B

B0, L0, H0 là toạ độ trắc địa của điểm gốc hệ toạ độ địa diện

N0 là bán kính vòng thẳng đứng thứ nhất tại điểm gốc hệ toạ độ địa diện

e là tâm sai thứ nhất của Ellipxoid WGS-84

Tương ứng với việc chuyển toạ độ ta cũng có thể chuyển được ma trận trọng số đảo của các thành phần toạ độ

23 22 21

13 12 11 3

3

q q q

q q q

q q q R Q R

Ta có thể đánh giá được độ chính xác của các thành phần toạ độ trong

hệ toạ độ địa diện Chân trời

33 22

Sai số vị trí điểm mặt bằng

22 11 2

2

m m

Hiện nay, định vị GPS tuyệt đối có thể đạt được độ chính xác cỡ  3m đến  10m, khi định vị điểm đơn với thời gian ngắn [1]

1.3.2 ĐỊNH VỊ GPS TƯƠNG ĐỐI

1 Khái niệm về định vị GPS tương đối

Định vị GPS tương đối là nguyên lý định vị trong đó sử dụng ít nhất 2 máy thu, đồng thời thu tín hiệu vệ tinh và xác định ra toạ độ tương đối (  X,

 Y,  Z hoặc  B,  L,  H) giữa hai điểm đặt máy trong hệ toạ độ WGS-84 (hình 2.6)

Nguyên lý định vị tương đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng trị đo pha sóng tải

B

A X, Y, Z

2 Đo pha sóng tải

Gọi (t) là pha phát đi từ vệ tinh ở thời điểm t, (T) là pha truyền đến máy thu ở thời điểm T Hiệu pha sẽ được xác định theo công thức:

T – t chính là khoảng thời gian lan truyền tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu Ta lập được phương trình về thời gian như sau:

) (

1

Trop ion d d C dT dt t

.

C

f dT dt f C

Đây là phương trình trị đo pha sóng tải, dấu trừ thể hiện sự chậm pha

Ta biết rằng, hiệu pha gồm phần chẵn chu kỳ N (số nguyên đa trị không xác định được khi đo) và phần lẻ pha  Do đó hiệu pha trong công thức (2.27) được biểu diễn:

Kết hợp (2.27) và (2.28) ta được:

N d

d C

f dT dt f C

3 Hiệu đơn giữa hai máy thu (sai phân bậc nhất)

Giả sử có hai máy thu cùng quan sát một vệ tinh vào một thời điểm ta

sẽ lập được hiệu đơn giữa hai máy thu

Đối với máy thu thứ nhất ta có trị đo pha

1 1

1 1

2 2

Hiệu đơn loại trừ được ảnh hưởng của sai số đồng hồ vệ tinh

4 Hiệu kép giữa hai máy thu và hai vệ tinh (sai phân bậc hai)

Giả sử có hai máy thu cùng quan sát hai vệ tinh vào một thời điểm ta sẽ lập được hiệu kép giữa hai máy thu và hai vệ tinh

Đối với vệ tinh thứ nhất ta lập được hiệu đơn thứ nhất

1 1

1 1

1   C dT N  d ion  d Trop

Đối với máy thu thứ hai ta lập được hiệu đơn thứ hai

2 2

2 2

2   C dT  N  d ion  d Trop

Lấy hiệu hai hiệu đơn này ta được hiệu kép

Tuỳ theo kỹ thuật đo mà người ta chia định vị tương đối ra các kỹ thuật

đo như sau:

* ịnh vị tương đối trạng thái tĩnh (đo tĩnh)

Định vị tương đối trạng thái tĩnh (Static Relative Positioning) gọi tắt là

đo tĩnh (Static) là phương pháp đo thực hiện theo nguyên lý định vị tương đối Hai máy thu đặt cố định và đồng thời quan sát cùng số vệ tinh chung trong thời gian dài từ vài chục phút đến vài giờ thậm chí vài ngày

Đo tĩnh có độ chính xác cao, sai số tương đối đo cạnh có thể đạt cỡ 10-6đến 10-9

trên chiều dài tới hàng nghìn km Đo tĩnh chủ yếu được ứng dụng để xây dựng lưới khống chế

* o tĩnh nhanh (fast Static)

Là phương pháp đo có nguyên lý giống như đo tĩnh nhưng thời gian đo ngắn hơn (vài phút đến vài chục phút) Đo tĩnh nhanh có độ chính xác kém hơn đo tĩnh, thường được dùng vào các công việc có yêu cầu độ chính xác không cao lắm

* ịnh vị tương đối trạng thái động (đo động)

Là phương pháp đo thực hiện theo nguyên lý định vị tương đối, sử dụng ít nhất 2 máy thu, một máy đặt cố định tại điểm đã biết toạ độ gọi là trạm Base liên tục thu tín hiệu vệ tinh, một máy vừa di chuyển vừa thu tín hiệu vệ tinh gọi là trạm Rover

Kết quả đo động cho ta toạ độ tương đối giữa điểm trạm Base và nhiều điểm trạm Rover Độ chính xác của đo động kém hơn đo tĩnh và tĩnh nhanh, thường dùng vào việc đo thành lập bản đồ hoặc những việc có độ chính xác tương tự

1.3.3 ĐỊNH VỊ GPS VI PHÂN

Trong kết quả của định vị tuyệt đối chịu ảnh hưởng của nhiều loại sai

số do đó độ chính xác định vị không cao Để khắc phục nhược điểm này người ta đưa ra phương pháp định vị vi phân Định vị GPS vi phân có các loại

sau: Định vị vi phân trạm đơn, định vị vi phân diện hẹp, định vị vi phân diện rộng [6]

1.3.3.1 Định vị vi phân trạm đơn

Định vị vi phân trạm đơn theo cách phát số hiệu chỉnh được chia làm 3 loại:

1.1 iệu chỉnh vi phân hiệu chỉnh vị trí

Theo phương pháp này, một máy thu GPS đặt tại điểm A đã biết toạ độ chính xác trong hệ WGS-84 (XA, YA, ZA), gọi là trạm chủ (hình 2.7) Các máy GPS khác đặt tại các điểm P cần xác định toạ độ, gọi là trạm phụ (trạm này có thể cố định hoặc di chuyển) Cả trạm chủ và trạm phụ đồng thời thu tín hiệu

vệ tinh và định vị theo nguyên lý định vị tuyệt đối Tại điểm A, xác định được toạ độ X’A, Y’A, Z’A Tại điểm P, xác định được toạ độ X’P, Y’P, Z’P

Do có sai số nên toạ độ điểm A đo được khác với toạ độ điểm A có trước, ta tính được sự sai khác này

A A

A A

Z Z Z

Y Y Y

X X X

'''

Coi các sai số ảnh hưởng đến điểm A và điểm P là như nhau Như vậy, toạ độ điểm P cũng được hiệu chỉnh một lượng là  X,  Y,  Z, được toạ độ điểm P chính xác hơn

Y Y

Y

X X

X

P P

P P

P P





''

1.2 ịnh vị vi phân hiệu chỉnh khoảng cách

Theo phương pháp này, trạm chủ A căn cứ vào toạ độ chính xác của mình (XA, YA, ZA) và toạ độ vệ tinh (Xj, Yj, Zj) tính ra khoảng cách từ trạm chủ đến vệ tinh thứ j

2 2

2

) (

) (

j A j A j

j j

P j

gọi là số hiệu chỉnh khoảng cách

Phương pháp này có ưu điểm là trạm chủ cung cấp số hiệu chỉnh khoảng cách của từng vệ tinh, trạm động chỉ cần thu tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh có số hiệu chỉnh là định vị được, không cần phải thu cùng số vệ tinh với trạm chủ Nhược điểm của phương pháp này là việc thu, phát tín hiệu, hiệu chỉnh phức tạp hơn

Phương pháp này cho độ chính xác định vị cỡ  1m, càng xa trạm chủ thì độ chính xác càng giảm

1.3 ịnh vị vi phân hiệu chỉnh pha sóng tải

Định vị vi phân hiểu chỉnh pha sóng tải chia làm 2 loại: loại hiệu chỉnh pha và loại trộn pha

Loại hiệu chỉnh pha là trạm chủ phát đi số hiệu chỉnh pha sóng tải của trạm chủ đến trạm phụ Trạm phụ thu số hiệu chỉnh này, hiệu chỉnh vào kết quả đo pha của mình và định vị

Loại trộn pha là trạm chủ phát đi cả pha thu được của mình, trạm động thu tín hiệu này, trộn với pha mà nó đo được đem trộn với nhau và tính ra hiệu toạ độ giữa hai điểm Kỹ thuật này có nguyên lý giống kỹ thuật đo động tức thời trong định vị GPS tương đối

Định vị vi phân trạm đơn có nhược điểm là độ chính xác phụ thuộc vào khoảng cách giữa trạm chủ và trạm phụ Vì vậy, độ chính xác không đồng đều và khu vực hoạt động nhỏ Để khắc phục nhược điểm này, người ta xây dựng thành định vị vi phân diện hẹp và định vị vi phân diện rộng

Theo phương pháp này, người ta xây dựng lưới các trạm chủ Máy của trạm động trong khu vực phụ trách nhận được các số hiệu chỉnh của nhiều trạm chủ, tiến hành bình sai rồi tính ra toạ độ điểm định vị

Định vị vi phân diện rộng được thực hiện theo nguyên lý sau: Tách các sai số trong đo GPS làm 3 loại chính là sai số lịch vệ tinh, sai số thời trễ khí quyển (gồm sai số do tầng điện li và sai số do tầng đối lưu) và sai số đồng hồ

vệ tinh Xây dựng mô hình sai số của từng loại và tính ra các sai số này để hiệu chỉnh vào kết quả đo của các trạm phụ

Để thực hiện nguyên lý này, người ta xây dựng hệ thống các trạm chủ gồm một trạm trung tâm và các trạm theo dõi Các trạm theo dõi liên tục thu tín hiệu vệ tinh, truyền tín hiệu thu được và toạ độ chính xác của các trạm theo dõi về trạm trung tâm Trạm trung tâm xử lý ra 3 loại sai số trên rồi truyền trở lại các trạm theo dõi để phát đi cho các trạm phụ bằng tín hiệu radio

Định vị vi phân diện rộng có ưu điểm là độ chính xác cao và khá đồng đều không phụ thuộc vào khoảng cách từ trạm chủ đến trạm phụ trong khu vực phụ trách, hiệu quả kinh tế cao vì số lượng trạm chủ ít Nhưng có nhược điểm là thiết bị và phần mềm phức tạp, đắt tiền

Nguyên lý định vị này đã được áp dụng ở Trung Quốc cho kết quả tốt

1.3.3.4 Hệ thống định vị vi phân tại Việt Nam

Ở Việt Nam, từ năm 1998 đến 2004 đã xây dựng được 5 trạm GPS cố định phục vụ việc định vị vi phân Các trạm này cung cấp số hiệu chỉnh vi phân bằng sóng radio cho tất cả các máy thu GPS nằm trong vùng phủ sóng,

đó là:

- Trạm Đồ Sơn: đặt tại thị xã Đồ Sơn, có tầm hoạt động 500km

- Trạm Vũng Tàu: đặt tại thành phố Vũng Tàu, có tầm hoạt động 700km

- Trạm Điện Biên: đặt tại thị xã Điện Biên, có tầm hoạt động 350km

- Trạm Hà Giang: đặt tại thị xã Hà Giang, có tầm hoạt động 200km

- Trạm Cao Bằng: đặt tại thị xã Cao Bằng, có tầm hoạt động 250km Các trạm Đồ Sơn, Vũng Tàu, Điện Biên là các trạm GPS quốc gia, các trạm Hà Giang và Cao Bằng chủ yếu phục vụ công tác phân giới, cắm mốc biên giới Việt Nam - Trung Quốc

Theo kế hoạch năm 2005-2006 sẽ xây dựng thêm trạm GPS quốc gia tại Đà Nẵng với tầm hoạt động 700km và trạm điều khiển trung tâm tại Hà Nội Nếu xây dựng xong thì các trạm Đồ Sơn, Vũng Tàu và Đà Nẵng sẽ có số hiệu chỉnh vi phân phủ trùm toàn bộ vùng lãnh hải Việt Nam

Tuỳ theo chất lượng máy thu, phần mềm sử dụng và khoảng cách từ máy thu đến các trạm, độ chính xác định vị vi phân có thể đạt từ  1m đến  3

m

Ngoài các số hiệu chỉnh vi phân, các trạm GPS quốc gia còn cung cấp các tệp số liệu dạng rinex phục vụ cho việc tính baseline theo kỹ thuật đo tĩnh

có thể đạt độ chính xác đến cm [18]

1.4 CÁC NGUỒN SAI SỐ TRONG ĐO GPS

Có rất nhiều các nguồn sai số ảnh hưởng đến kết quả đo GPS, theo tính chất của sai số có thể chia làm 2 loại: sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên Sai

số hệ thống thì có giá trị lớn hơn nhiều sai số ngẫu nhiên, nhưng có qui luật

và có thể dùng những biện pháp nhất định để loại trừ và làm giảm chúng Trong phần này ta sẽ phân tích các loại sai số trong đo GPS và tìm cách loại trừ và làm giảm chúng [5]

1.4.1 Các nguồn sai số trong đo GPS

1.1 Những sai sô liên quan đến vệ tinh

1- Sai số lịch vệ tinh

Sai số lịch vệ tinh là sai lệch giữa vị trí của vệ tinh do lịch thông báo và

vị trí thực của nó

Lịch vệ tinh do đoạn điều khiển quan sát vệ tinh mà tính ra ở thời điểm

t và ngoại suy ở thời điểm t +  t Do đó độ lớn của sai số lịch vệ tinh phụ thuộc vào chất lượng của các trạm theo dõi vệ tinh (số lượng và phân bố), số lượng quan trắc và độ chính xác quan trắc, phụ thuộc vào mức độ hoàn thiện của mô hình quĩ đạo, phần mềm xử lý và thời gian ngoại suy dài hay ngắn

Do sai số SA của Mỹ thì trong lịch vệ tinh còn có sai số do người chủ động gây ra (năm 2000 đã bỏ chế độ này)

Sai số này ảnh hưởng đến kết quả đo của hai trạm gần nhau thì như nhau Các vệ tinh khác nhau thì sai số này là độc lập với nhau, nếu có nhiễu

SA thì tính chất này có thể bị phá vỡ

2- Sai số đồng hồ vệ tinh

Trong vệ tinh sử dụng đồng hồ nguyên tử có độ chính xác rất cao nhưng vẫn có sai số Sai số này gồm cả sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên, sai số hệ thống thì lớn hơn nhưng có thể dùng mô hình để cải chính Các trạm điều khiển luôn phát đi các số hiệu chỉnh để cải chính dồng hồ vệ tinh

Các vệ tinh khác nhau thì sai số đồng hồ vệ tinh được coi là độc lập khác nhau Khi hai trạm đo cùng quan sát 1 vệ tinh thì sai số đồng hồ vệ tinh ảnh hưởng đến kết quả đo là như nhau

3- Sai số do hiệu ứng thuyết tương đối

Sai số này gây ra do tốc độ chuyển động và vị trí trọng lực của đồng hồ

vệ tinh khác với đồng hồ máy thu, dẫn đến sai số tương hỗ giữa đồng hồ máy thu và đồng hồ vệ tinh

Những sai số liên quan đến vệ tinh có ảnh hưởng như nhau đến kết quả

đo khoảng cách giả và đo pha sóng tải

1.2 Những sai số liên quan đến sự truyền tín hiệu

1- Sai số do tầng điện li (ion)

Khi tín hiệu truyền qua tầng điện li thì tốc độ truyền bị thay đổi, gây ra sai số hệ thống đến kết quả đo

Độ lớn của sai số tầng điện li phụ thuộc vào những điều kiện như : thời gian đo, địa điểm đo, chu kỳ hoạt động của vệt đen Mặt Trời và phụ thuộc vào tần số sóng tải, tần số càng lớn thì sai số càng nhỏ

Sai số tầng điện li ảnh hưởng đến kết quả đo khoảng cách giả và đo pha sóng tải là như nhau về độ lớn nhưng nhược dấu

2- Sai số do tầng đối lưu

Khi tín hiệu truyền qua tầng đối lưu thì tốc độ truyền bị thay đổi, gây ra sai số hệ thống đến kết quả đo

Độ lớn của sai số do tầng đối lưu thì phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và

độ ẩm Sai số do tầng đối lưu ảnh hưởng như nhau đến kết quả đo khoảng cách giả và đo pha sóng tải

Hình 2.8 Cấu tạo khí quyển

3- Sai số do nhiễu đường truyền tín hiệu (sai số đa đường truyền)

Đây là hiện tượng sóng điện từ sau khi phản xạ trên bề mặt nào đó rồi mới truyền đến máy thu, trộn với tín hiệu trực tiếp đên từ vệ tinh gây ra sai số đến kết quả đo Sai số này ảnh hưởng đến kết quả đo khoảng cách giả nghiêm trọng hơn đo pha sóng tải

Sai số này phụ thuộc vào chất lượng của anten và môi trường xung quanh điểm đo

Ngoài những sai số trên thì sai số xác định số nguyên đa trị N cũng được xếp vào sai số liên quan đến đường truyền tín hiệu Sai số này có độ lớn

cỡ bước sóng tín hiệu

1.3 Những sai số liên quan đến máy thu

1- Sai số đồng hồ máy thu

Đồng hồ sử dụng trong máy thu là đồng hồ thạch anh có độ chính xác thấp (10-4) nên gây ra sai số đồng hồ máy thu

Độ lớn của sai số này phụ thuộc vào chất lượng đồng hồ và môi trường

sử dụng Sai số này ảnh hưởng như nhau đến kết quả đo khoảng cách giả và

đo pha sóng tải Các máy thu khác nhau thì sai số này độc lập với nhau Một máy thu quan sát nhiều vệ tinh thì sai số đồng hồ máy thu ảnh hưởng đến các kết quả quan sát là như nhau

2- Sai số do vị trí máy thu tại các trạm điều khiển

Khi tính lịch vệ tinh thì vị trí máy thu tại các trạm ở đoạn điều khiển được coi là đã biết và nó cũng có sai số Sai số này sẽ gây ra sai số lịch vệ

tinh và số hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh Sai số này có ảnh hưởng giống nhau đến kết quả đo khoảng cách và đo pha sóng tải

3- Sai số do định tâm, cân bằng và đo cao anten

Khi đo đạc ta phải định tâm cân bằng và đo cao máy thu (anten) Nếu việc làm này sai cũng dẫn đến sai số ảnh hưởng đến kết quả đo Sai số định tâm ảnh hưởng chủ yếu đến toạ độ mặt bằng, sai số đo cao anten ảnh hưởng chủ yếu đến độ cao

1.4.2 Một số biện pháp loại trừ và làm giảm sai số

2.1 Xây dựng mô hình cải chính sai số

Mô hình cải chính sai số có thể được xây dựng trên cơ sở phân tích đặc điểm của sai số, cơ chế và nguyên nhân gây ra sai số mà thiết lập nê công thức lý luận để tính ra sai số và hiệu chỉnh vào kết quả đo, gọi là mô hình lý thuyết Ví dụ dựa vào đặc điểm sai số do tầng điện li phụ thuộc vào tần số của tín hiệu, người ta xây dựng mô hình cải chính sai số tầng điện li song tần, áp dụng cho những máy thu 2 tần số, cải chính sai số này rất tốt, làm giảm trên 90% sai số

Mô hình cải chính sai số cũng có thể được xây dựng trên cơ sở quan sát nhiều lần rồi thiết lập nên công thức thực nghiệm, gọi là mô hình thực nghiệm

Trong một số trường hợp người ta sử dụng kết hợp cả hai phương pháp trên

Trong điều kiện lý tưởng, các mô hình cải chính hoàn toàn chặt chẽ, các số liệu đưa vào mô hình hoàn toàn chính xác thì ta sẽ loại trừ được hết các sai số hệ thống, trong sai số đo GPS chỉ còn sai số ngẫu nhiên Trên thực tế, bản thân mô hình cũng có thể không hoàn toàn chặt chẽ, các số liệu đưa vào

mô hình cũng có sai số, do đó sai khi cải chính vẫn còn tồn tại một bộ phận sai số hệ thống trong kết quả đo, gọi là sai số tàn dư Sai số tàn dư cũng

thường lớn hơn sai số ngẫu nhiên Có những mô hình cải chính tốt như mô hình cải chính sai số do tần điện li song tần có sai số tàn dư chỉ khoảng vài % Song cũng có những mô hình cải chính kém, như mô hình cải chính sai số do tầng điện li đơn tần sai số tàn dư tới 40%

2.2 Phương pháp tìm hiệu

Cơ sở của phương pháp này là lợi dụng tính tương quan của sai số trong các kết quả đo, tìm hiệu để làm giảm hoặc loại trừ các sai số Ví dụ: khi hai máy thu cùng quan sát 1 vệ tinh thì các trị đo chứa cùng một sai số đồng

hồ vệ tinh, lập hiệu đơn giữa hai máy thu sẽ loại trừ được ảnh hưởng của sai

số đồng hồ vệ tinh

2.3 Chọn phần cứng và điều kiện quan sát tốt

Có những sai số không thể loại trừ được bằng hai phương pháp trên, người ta phải chọn máy thu và điều kiện đo tốt Ví dụ: để khắc phục sai số đa đường truyền người ta chọn loại anten có vòng cảm kháng có khả năng chống nhiễu hoặc chọn điểm đo không gần các vật liệu có khả năng phản xạ tín hiệu

vệ tinh

Chương 2 THIẾT KẾ, TỔ CHỨC ĐO ĐẠC VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO

VỆ TINH TRONG TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH

2.1 THI T K L I GPS

2.1.1 hiết kế lưới, chọn điểm, chôn mốc

a Thiết kế lưới

Việc thiết kế lưới được thực hiện trên bản đồ có tỷ lệ phù hợp đã có ở khu vực đo Đồ hình lưới GPS có thể là lưới tam giác, lưới đa giác, lưới tam giác và đa giác kết hợp, lưới đường chuyền gối lên các điểm gốc (tuỳ từng cấp hạng và độ chính xác yêu cầu của lưới mà lựa chọn đồ hình lưới cho phù hợp) Nên bố trí thành các vòng khép kín để nâng cao độ chính xác và kiểm tra kết quả đo (hình 3.3)

Trong lưới GPS cần ít nhất 1 điểm gốc toạ độ là đủ để tính toạ độ của các điểm còn lại, nhưng nên có ít nhất 3 điểm gốc phân bố đều trong lưới để

áo điều kiện kiểm tra và chặt chẽ khi tính chuyển toạ độ về hệ toạ độ địa phương (VN-2000 hoặc HN-72 vv ) Đối với lưới lớn thì số lượng điểm gốc cần nhiều hơn Để có thể tính ra độ cao trong hệ độ cao Nhà nước thì lưới GPS cũng cần có điểm gốc độ cao Số lượng và độ chính xác của điểm gốc độ cao sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác kết quả tính độ cao của các điểm trong lưới Điểm gốc độ cao có thể trùng hoặc không trùng với điểm gốc toạ độ

Việc chọn điểm trong lưới cũng có những yêu cầu chung như đối với lưới truyền thống như : phải bố trí ở nơi có nên đất vững chắc, ổn định và có khả năng bảo quản lâu dài vv Ngoài ra có những yêu cầu riêng sau đây để đảm bảo thu tín hiệu vệ tinh tốt:

- Phải thông thoáng lên bầu trời, góc mở tốt nhất là 1500 (hình 3.4)

- Không bố trí dưới đường điện cao thế

- Không gần các vật có khả năng phản xạ tín hiệu điện từ

- Phải cách xa (ít nhất 500m) các trạm phát sóng (đài phát thanh, truyền hình vv )

- Nếu bắt buộc phải chọn ở nơi bị che khuất thì phải mô tả sự che khuất

đó trong hệ toạ độ địa diện chân trời, để lập lịch đo và tìm ra điều kiện quan sát tốt

thể quan sát được ít nhất 4 vệ tinh, đây là điều kiện tối thiểu để định vị Trong Trắc địa cần có trị đo thừa Tùy vào cấp hạng của lưới mà người ta qui định

số vệ tinh tối thiểu quan sát được (thường là nhiều hơn 4) Ví dụ: lưới Địa chính cơ sở hạng 3 có số vệ tinh tối thiểu là 6 vệ tinh Mặt khác, đồ hình vệ tinh cũng ảnh hưởng đến độ chính xác định vị, đặc trưng bởi đại lượng PDOP PDOP càng lớn thì độ chính xác định vị càng kém và ngược lại Mỗi cấp lưới người ta cũng qui định PDOP tối đa Ví dụ: lưới Địa chính cơ sở hạng 3 có PDOP tối đa là 3 Không phải lúc nào trong ngày cũng có được những điều kiện như trên Lập lịch đo là chọn xem trong ngày những khoảng thời gian nào có được những điều kiện của lưới yêu cầu Ta chỉ tiến hành đo đạc vào những khoảng thời gian đó

* Để lập lịch đo cần có những yêu cầu sau:

- Có toạ độ gần đúng của khu đo (đối với khu đo nhỏ thì là toạ độ trung bình của khu đo, toạ độ này có thể lấy trên bản đồ)

- Có tệp lịch vệ tinh dự báo (không cũ quá 1 tháng)

và nhận được kết quả lập lịch cho cả khu đo

- Lập lịch trong điều kiện các điểm đo xa nhau Lúc này toạ độ trung bình của khu đo không đặc trưng cho khu đo được nữa, ta phải lập lịch cho từng sesion một

- Lập lịch trong điều kiện các điểm đo bi che chắn Lúc này ta cũng phải lập lịch cho từng session và phải mô tả sự che chắn

2.1.3 hiết kế session đo

2.1.3.1 Các dạng liên kết lưới GPS

1 Liên kết điểm

Là dạng liên kết các vòng đo đồng bộ kề nhau bởi một điểm chung Phương thức liên kết này có cường độ đồ hình yếu, có rất ít điều kiện khép hình không đồng bộ

2 Liên kết cạnh

Là dạng liên kết giữa các vòng đo đồng bộ kề nhau bởi một cạnh chung Phương thức liên kết này có nhiều cạnh đo lặp, nhiều điều kiện khép hình không đồng bộ và cường độ đồ hình chặt chẽ

3 Liên kết lưới

Là dạng liên kết giữa các đồ hình đo đồng bộ bởi hai điểm chung trở lên Lưới được thành lập theo phương thức này có cường độ đồ hình và độ tin cậy cao

4 Liên kết hỗn hợp cạnh - điểm

Phương thức liên kết này cho phép đảm bảo cường độ đồ hình, độ tin cậy của lưới và giảm khối lượng công tác ngoại nghiệp

Hình 2.9: Liên kết cạnh Hình 2.8: Liên kết điểm

2.1.3 hiết kế session đo

Session đo hay còn gọi là ca đo là khái niệm chỉ việc các máy thu đồng thời thu tín hiệu vệ tinh trong một khoảng thời gian nào đó

Việc thiết kế session đo phải được thực hiện trước khi đo đạc và phải xác định được máy thu nào đặt tại điểm nào, thời gian bật máy, tắt máy Thiết

kế session đo phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Qui định của qui phạm

- Đồ hình của lưới

- Số lượng máy thu sử dụng

- Khả năng di chuyển giữa các điểm trong lưới

- Kết quả lập lịch đo