Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DL KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ề tài: NG H IÊN c ứ u HỆ THỐNG Đ ỊN H V Ị TOÀN CÀU GPS GVHD SVTH LỚP MSSV : TS HỒ NGỌC BẠ : ĐẶNG ĐỖ ĐÌNH ĐẠT > : 00ĐĐT01 : 00ĐĐT033 T M f v iẹ * * Tp Hồ ChlMĨnh 1- 2005 HOCIÁODVK-ADÀỌTẠỌ TKƯONL tụt UỌL 1)1.lõvntuẢ t cõnc NOIIÌ: i:-0N(.: l i IA XÃ II!Í)Ì Cllù NOIIĨA VIIiV'■NAIM l)iV L;Ì|1 ■ ''/!).• ■ Ihmii ri,la' KHOA 1)1 (ÍN - 1)1 í1',N T tI ' " NiníỊrví v ụ l u ậ n ÁN T ( ) T N Cỉ ĩ í 11,0ỉ* • C l i ú í : -SV |.:>;íi ili>m: liiin Hụ nhi s v N ^àiih : ~ £ ò ỉ - k l IU» n a y v n 11IIm : ll-vvíỊ ^ J\ ỶỔíSự tiến khoa học kỹ thuật làm cho xã hội ngày không ngừng phát triển nhiều mặt Một trongmhữụg tiến xã hội mặt sở hạ tầng giao thơng vận tải,cùng3kie^đó loại phương tiện giao thông không ngừng cải tiến phát triển Trên đà phát triển vấn đề đặt làm kiểm sốt phương tiện cách hiệu mà không cần phải sử dụng nhiều đên nguồn lực người, ví dụ nhỏ để minh họa cho phát triển nhiều loại phương tiện giao thông mặt đất tình trạng kẹt xe làm để giải vấn nạn kẹt xe tránh xảy tình trạng ùn tắc giao thơng việc cần phải sử dụng hệ thống dẫn đường dẫn hướng loại địa hình loại thời tiết hệ thơng gọi Hệ thơng định vị tồn cầu GPS( Global Positioning System) Hệ thống dẫn đường cho loại phương tiện mặt đất máy thu định vị đồ điện tử tương lai không xa viẹfcdi chuyển người ô tô, xe lửa, xe điện không cần người lái mà cần máy thu định vị sẩn lộ trình cho phương tiện, phương tiện dựa vào tín hiệu dẫn đường mà hồn tất lộ trình cách xác Ngồi hệ thống cịn ứng dụng nhiều lĩnh vực như: đo đạc đồ, tìm kiếm cứu nạn, dẫn đường hàng hải biển, giao thông hàng không , hệ thống dùng để dẫn dắt tàu thuyền lại đại dương định vị máy bay lúc chuẩn bị tiêp cận xác cất cánh an toàn đường bay Với khoảng thời gian khơng phải nhiêu q íình làm đồ án tốt nghiệp em xin giới thiệu sơ lược vê Hệ thơng định vị tồn cầu GPS nội dung làm đồ án tốt nghiệp em bao gồm: tìm hiểu nguyên lý định vị, hệ thống GPS ứng dụng hệ thống thực tế - - Đ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ( Global Positioning System) _ MỤC LỤC Chương một: Giới thiệu tổng quát hệ thống GPS I: Lịch sử đời phát triển 1.1: Giai đoạn xây dựng khái niệm 1.2: Giai đoạn nghiên cứu, kiểm chứng 1.3: Giai đoạn hoàn chỉnh hệ thống 1.4: Giai đoạn triển khai ứng dụng 1.5: Giai đoạn nâng cấp hệ thống II: Phạm vi ứng dụng hệ thống GPS 2.1: ứng dụng trắc địa đồ mặt đất 2.2: ứng dụng giao thông thông tin mặt đât 2.3: ứng dụng trắc địa đồ biển 2.4: ứng dụng giao thông hải dương học biển 2.5: ứng dụng trắc địa đồ hàng không 2.6: ứng dụng thám hiểm không gian 2.7: ứng dụng giao thông hàng không 2.8: ứng dụng quân Chương hai: Nguyên lý định vị GPS I: Khái niệm định vị từ vệ tinh 1: Phép định vị điểm 1.1: Phép định vị tương đối 1.2: Hệ thống lưới gồm nhiều điểm 1.3: Hệ tọa độ phẳng cao độ 1.4: Phép định vị thiên văn 2: Phép định vị vệ tinh 3: Phép định vị Dopler 3.1: Nguyên tắc phép định vị Dopler 3.2: Các sô"đo Dopler Transit II: Khái niệm hệ thông định vị toàn cầu GPS 1: Phương pháp đo 1.1: Phương pháp truyền sóng điện từ - - Đ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ( Global Positioning System) _ 1.2: Phép đo cự ly chiều hai chiều 1.3: Phép đo cự ly sóng xung sóng liên tục 1.4: Các sô" đo giả cự ly 1.5: Phương pháp đo pha phách sóng mang 2: Phương pháp định vị 2.1: Phép định vị tĩnh định vị động 2.2: Phép định vị tương đôi 2.3: Phép định vị nhiều máy thu 2.4: Phép định vị động tương đối 2.5: Các kiểu định vị 2D 3D 3: Độ xác đặc tính hệ GPS 3.1: Hình học GPS độ xác 3.2: Độ suy giảm xác 3.3: Các đặc tính hệ GPS Chương ba: Độ lệch sai số I: Các loại sai sô" 1: Sai sô" cự ly người sử dụng 2: Sai sô" tâm pha dịch chuyển II: Các ảnh hưởng bên 1: Ảnh hưởng khuếch tán tầng điện ly 2: Lập mơ hình tầng điện ly 3: Ảnh hưởng tầng đôi lưu 4: Đa đường ảo ảnh III: Các kiểu độ lệch 1: Độ lệch đồng hồ 2: Độ lệch quỹ đạo 3: Lập mơ hình độ lệch quỹ đạo 4: Giá trị khơng ổn định pha phách sóng mang 5: Phép loại trừ giá trị không ổn định chu kỳ 6: Trị sô" trượt chu kỳ -3 - Đ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ị Global Positioning System) VI: Các sai số đo tọa độ trạm đo 1: Các sai sô" đo 2: Tọa độ trạm đo Chương bốn: Các hệ thống định vị GPS I: Phần không gian 1: Vệ tinh GPS 1.1: Tình trạng vệ tinh GPS sơ khai 1.2: Quỹ đạo vệ tinh sơ khai 1.3: Chòm vệ tinh GPS năm 1990 1.4: Triển khai chòm 21 vệ tinh 1.5: Các trạm điều khiển vệ tinh 2: Tín hiệu vệ tinh II: Phần điều khiển III: Phần người sử dụng 1: Các phận thiết bị GPS người sử dụng 2: Nét chung máy thu GPS 3: Máy thu theo dõi liên tục máy thu chuyển mạch 4: Phân loại máy thu GPS Chương năm: Định vị tĩnh định vị động I: Định vị tĩnh 1: ứng dụng định vị địa lý 2: Ảnh hưởng GPS lưới không chế 3: ứng dụng địa động lực học 4: Theo dõi chuyển động lớp vỏ trái đất II: Định vị động 1: Nguyên lý định vị động 1.1: Các mơ hình định vị động 1.2: So sánh mơ hình định vị động 1.3: Phạm vi ứng dụng 2: Xử lý theo thời gian thực xử lý hậu kỳ 3: Độ xác trang thiết bị - - Đ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ị Global Positioning System) _ xác định hiệu tọa độ ứng với trị sơ cho trước máy thu chuyển động trị sô" trôi dạt đồng hồ AõdT hai máy thu Phép định vị động tổ hợp: sử dụng sô" lượng cực tiểu bao gồm sô" đo giả cự ly p sơ" đo pha ® để xác định vị trí máy thu R R ,, độ lệch đồng hồ máy thu dT trị sô" trôi dạt đồng hồ ôdT Phép định vị động tích hợp: bổ sung thêm sô" hạng vào trị sô" đo dẫn đến việc xác định quỹ đạo liên tục thực tế 1.2 So sánh mơ hình đinh vi đơng Ngoại trừ mơ hình tích hợp, tất mơ hình cịn lại dùng sô" đo GPS Điều khiến cho sô" đo trở nên đơn giản thường kinh tê" So với hệ thống tích hợp phức tạp dù bước lùi độ xác khoảng tin cậy phép nội suy Trong trường hợp đơn giản nhất, phép định vị động tuyệt đối giả cự ly cần máy thu Mơ hình quỹ đạo dựng loạt điểm định độc lập cách nhiều giây đồng hồ Sự chuyển động phương tiện không xét đến cần nội suy cần phải có thêm giả thiết đơn giản Trên độ xác đồng toàn thê" giới đủ để thoả mãn tất nhu cầu hàng hải Nhưng dù sao, không đáp ứng nhiều ứng dụng trắc địa địa lý Như việc đơn giản hóa hệ thơng trị sơ" đo phải trả giá độ xác thâp khoảng tin cậy Các mơ hình định vị tuyệt đối khác( tổ hợp, tích hợp) cho quỹ đạo trơn xác Phép định vị tương đôi theo giả cự ly cho độ xác tơ"t Mặc dù kỹ thuật lập mơ nhau, việc loại trừ sai sơ" có nguồn gơ"c chung cải thiện độ xác kết Tuy nhiên, độ xác trở thành phụ thuộc khoảng cách máy thu tĩnh máy thu di động, việc đơn giản hóa cấu hình ngun sơ không cần Với phép định vị tương đối theo pha sóng mang người ta đạt độ xác tốt Các hiệu sô" pha cho trị thay đổi vị trí máy thu thời điểm đo Vì nhiễu trị đo pha thấp nhiều so với nhiễu giả cự ly, nên độ xác phép định vị cao Tuy nhiên, phương pháp địi hỏi khơng có sai sô" trượt chu kỳ -81 - Đ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thơhg định vị tồn cầu GPS ( Global Positioning System) Phép định vị động tương đối kết hợp bước xa mơ hình độ tin cậy thao tác Kết hợp sô" đo giả cự ly số đo pha chế lọc cho phép phát trị sô" trượt chu kỳ lớn chúng không tương quan với sai sô" sô" đo giả cự ly Cuối cùng, phép định vị động tương đối tích hợp có khả cung câ"p độ xác cao hơn, cải thiện độ tin cậy thơng tin động lực học xác, mặt dù phải trả giá cao hệ thông phức tạp Việc tăng cường hệ thông quán tính, chẳng hạn, cho phép nội suy xác điểm định GPS giúp ta loại bỏ trị sơ" trượt chu kỳ tăng độ xác định vị tương đôi, cung cấp thông tin tốc độ xác nâng cao độ tin cậy tồn hệ thông 1.3 Pham vi ứng dung Mặc dù, hiệu đầy đủ GPS thây rõ năm tới, từ nhiều ứng dụng thú vị tỏ triển vọng nhiều khoa học gia nhiều nước khác đeo đuổi cách tích cực Các ứng dụng định vị động chia làm ba nhóm chính: • Trong nhóm thứ nhất: ứng dụng có độ xác thấp khoảng từ 20 đên 30 m thực phép định vị động tuyệt đơi • Trong nhóm thứ hai: ứng dụng có độ xác trung bình dùng yếu cầu định vị độ xác khoảng đến 10 m thực mơ hình định vị động tương đơi giả cự ly • Trong nhóm thứ ba: ứng dụng có độ xác cao dùng yêu cầu định vị độ xác khoảng 0.5 đến m thảo luận tuỳ theo nhu cầu sử dụng phép định vị động tương đô"i theo pha, theo tổ hợp theo tích hợp Các ứng dụng có độ xác thấp hồn tồn đủ dùng cho hầu hết nhiệm vụ dẫn đường hàng hải hàng khơng làm đơn giản hố phần lớn phương pháp định vị dùng phép trắc địa địa lý hàng không Các ứng dụng hoà nhập lĩnh vực định vị phương tiện giao thông đường với vân đề thú vị định vị dẫn đường đoàn xe vận tải, xe cứu thương taxi Những ứng dụng kinh tê"khi giá máy thu GPS giảm xuống - 82 - Đ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ( Global Positioning System) Các ứng dụng có độ xác trung bình GPS thay số phương pháp trắc địa thủy văn sử dụng Định vị hạ thủy đo sâu hai ứng dụng lĩnh vực Do nhu cầu cần phải có kêt theo thời gian thực việc trì liên lạc thông suốt radio quan trọng trường hợp Các ứng dụng có độ xác cao GPS theo kiểu đo pha, đo kết hợp đo tích hợp tạo nhiều hệ thống chuyến dùng khác cho phép giải quỵết vấn đề giải phương pháp cổ điển Bao gồm hệ thông tam giác ảnh hàng không không cần điểm không chê mặt đất, phép đo trọng lực trọng sai hàng không, xác định trực tiếp trọng lực cao độ goeid từ phương tiện chuyển động mặt đât Người ta xúc tiến sô" ứng dụng mà kỹ thuật trắc địa hành bị hạn chế chưa giải như: đo vẽ mặt cắt địa hình phương pháp địa chấn ba chiều laser hàng không Việc định đơn dùng phương pháp GPS hay phải dùng phương pháp tích hợp phần lớn phụ thuộc vào mức độ hồn hảo việc giải tốn trị sô" trượt chu kỳ Xử lý theo thời gian thực xử lỵ hâu kv Phương pháp thời gian thực có hai ưu điểm Thứ dùng thông tin kết xuất, thứ hai cách thức nén sô" liệu tương đôi lý tưởng Điều hồn tồn đơi với phương pháp xử lý tương tự phép lọc Kalman, khôi lượng lớn sô" liệu vệ tinh quán tính nén trạng thái vectơ với phần tử ma trận hiệp phương sai chứa đựng thơng tin thơng kê Khơng có lọc chuyên dùng kiểu khó xác lập hệ thông hoạt động nhu cầu lưu trữ trở thành không xác định Tuy nhiên, ưu điểm phép xử lý thời gian thực trở thành nhược điểm phép xử lý hậu kỳ Bởi lọc thời gian sử dụng sô" liệu thời điểm lọc, ước lượng chúng tối ưu đôi với tập sơ" liệu có thời điểm Cho nên, kết tốt phép xử lý hậu kỳ nhận sau có tồn tập sơ" liệu Nhưng điều đòi hỏi phải lưu trữ kết trung gian, khơng làm phép xử lý thời gian thực - 83 - Đ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS _ ị Global Positioning System) _ làm thơng tin có giá trị việc phân tích xử lý hậu kỳ Những phân tích khơng quan trọng theo quan điểm độ xác mà cịn Cần thiết c 10 việc phát sai sô" ớn sai sô"trượt chu kỳ Xử lý thời gian thực Xử lý hậu kỳ • Cho kết lập tức( • Độ xác cao hàng hải, hàng khơng) • Sai lầm thơ dễ phát • Khơng có vân đề lưu trữ • Có thể phân tích chi tiết phần thặng dư Ưu điểm liệu • Lập mơ hình nhận dạng • Khơng cần liên kết liệu thời gian thực • Kết khơng thể sử • Độ xác thấp • Kết đo khơng cần lưu dụng ngoại nghiệp Khuyết trữ điểm • Sai lầm thơ khó phát • Vân đề lưu trữ liệu • Cần liên kết thời gian thực cho phương pháp tương đôi Phép xử lý hậu kỳ loại bỏ hầu hết vấn đề rắc rối xử lý thời gian thực tăng thêm sô" đặc tính có lợi cho việc kiểm tra cải tiến mơ hình Điều thực nhiều phương pháp, sơ" phương pháp làm trơn tơi ưu phương pháp thích hợp tầm tay Độ xác cao kết quả, đặc biệt trường hợp sử dụng mơ hình động lực học, giúp cho việc phát sai sơ" thơ trở nên dễ dàng Ngồi ra, dễ dàng phân tích đoạn dư nhận biết nguồn sai sô" chưa bao gồm mơ hình Với lực lưu trữ nhu cầu nhớ lớn, nhược điểm phép xử lý hậu kỳ trở nên quan trọng Vì vậy, cần sử dụng phép xử lý hậu kỳ làm phương pháp chuẩn tất trường hợp khơng hồn tồn cần kết theo thời gian thực - 84 - Đ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thơhg định vị tồn cầu GPS _ ( Global Positioning System) Đ xác trang thiết bi Sự khác độ xác kiểu định vị khác gắn liền với khác nhu cầu trang thiết bị ĐỐI với phương pháp định vị động tuyệt đối, khác kết thời gian thực xử lý hậu kỳ khơng quan trọng, cần nói rõ sô" liệu tiêu biểu đưa kết xử lý hậu kỳ, giá trị đắn với thực nghiệm Kết luận quan trọng thứ việc bổ túc thêm thơng tin định vị tương đốì hình thức hiệu pha hình thức sơ" đo tốc độ qn tính khơng làm thay đổi đáng kể độ xác định vị tuyệt đối Hiện nay, nguồn sai sô" chủ yếu phép định vị động tuyệt đối sai sô" quỹ đạo ảnh hưởng khúc xạ tầng điện ly Cả hai loại loại bỏ sơ" đo pha sóng mang sử dụng hệ quán tính Hiện tượng gia tăng độ xác phương pháp hỗn hợp phương pháp tích hợp máy thu mã-C/A kết làm trơn sô" liệu bị nhiễu thơng tin hệ qn tính pha sóng mang cung cấp khơng phải việc loại trừ sai sơ" nói Cùng hiệu thể kết nhận từ máy thu mã-P chúng nhỏ tới mức không làm thay đổi kết ước lượng độ xác Việc cải thiện độ xác đáng khích lệ đạt phép định vị động tương đốì cho thây khả phương pháp đô"i với ứng dụng trắc địa Điều đáng ý là, khơng cịn tồn khác kết mã-C/A mã-P, điều thay đổi GPS bị giáng câ"p hay có diện SA( cơng bơ" có chọn lọc) Các ước lượng độ xác phép định vị động hỗn hợp nhận sở giả thiết trị sơ" đo trượt chu kỳ loại bỏ phần lớn khỏi sô" liệu đo ứ n g dune đôi với phương tiên giao thông đường bô Trong ứng dụng độ chinh xác thấp: máy thu phận hệ thông kết hợp khả định vị GPS theo thời gian thực với thông tin đồ lưu trữ để thể vị trí phương tiện đồ điện tử để hướng dẫn phương tiện tới vị ừí - 85 - Đ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ( Global Positioning System) định vị sẩn dọc theo hướng tối ưu Khả thực hệ thông phụ thuộc vào máy thu giá rẻ có triển vọng xe cứu thương, đồn xe vận tải, taxi xe lửa Hiện nay, ứng dụng độ xác cao dùng cho phép định vị xác cho việc xác định trường trọng lực trái đất Trong ứng dụng thứ nhất, người ta ứng dụng GPS theo kiểu đo pha tương đối Thao tác ừắc địa tương tự thao tác dùng trắc địa qn tính, có nghĩa phương tiện giao thông điểm biết trước, đến vị trí chưa biêt dừng lại thời gian ngắn trước tiếp tục đến vị trí chưa biết Việc đo vẽ đồ vectơ trọng lực thực cách sử dụng hệ quán tính INS( Inertial System) hệ định vị GPS Trong lĩnh vực ứng dụng này, kiểu định vị GPS tương đối dạng kết hợp dùng để cung cấp thông tin định vị xác cho hệ qn tính INS Khi đó, cảm biến qn tính dùng để phát thay đổi trường trọng lực để vẽ mặt cắt trọng lực liên tục, trị chênh lệch cao độ geoid 4.1 Đường truyền thử nghiêm phươne tiên giao thơng đường bơ Việc thử nghiệm mơ hình định vị động cho phương tiện giao thông đường có vài tiến Thứ nhất, kiểu cung câp thông tin đủ độ xác Trong ứng dụng hàng khơng hàng hải tính thiếu xác số liệu kiểm soát thường để lại nghi ngờ chất lượng kết đạt Thứ hai, khía cạnh di động giá phương tiện kiểu mơ hình định vị động thường tốn Thứ ba, chuyển động phương tiện mặt đất khác nhiều so với chuyển động phương tiện hai môi trường biển không kết định vị động giao thông đường thường cho định tốt mơi trường khơng biển thường gặp khó khăn - 86 - Đ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ị Global Positioning System) 4.2 Kết xác đinh tốc đô phướng tiên giao thông đường bô Người ta cần phải xác định tốc độ xác ứng dụng trọng lực hàng không trọng lực biển, nghiên cứu dịng chảy biển nội suy xác vị trí mặt biển Một lần nữa, lý cần phải thử nghiệm khả ứng dụng GPS giao thông đường cần phải khắc phục khó khăn để có tọa độ đủ xác để làm phép so sánh Việc xác định tốc độ tham chiếu so với nguồn độc lập mặt đất dễ nhiều so với mặt biển không Phép đo GPS nhât đủ độ xác dùng cho ứng dụng phép đo pha, ví phương pháp kiến nghị dựa sở sô" đo hiệu pha thời gian Người ta dùng hai cách khác để đánh giá độ xác tốc độ xác định sô" đo GPS Phương pháp thứ gọi phương pháp xử lý sô" liệu định vị tĩnh theo mơ hình định vị động xt phát từ gơ"c độ hiệu gọi phương pháp thực nghiệm tô"c độ sô không Phương pháp thứ hai phương pháp so sánh với tô"c độ độc lập khác Các kết phương pháp thứ cho thây cặp sơ đo pha sóng mang tần sô"LI cách 0.16 giây cho tô"c độ với độ nhiễu khoảng đến cm Hiện cần vài giây người ta nhận sô" đo Các kết coi tình tơ"t trường hợp định vị tĩnh bị nhiễu định vị động Người ta nhận tô"c độ tham chiếu độc lập cách tốt từ hệ thơng qn tính có độ xác cao ràng buộc sơ" đo tô"c độ sô" không Các tô"c độ nhận từ sơ" liệu qn tính lọc làm trơn có độ xác khoảng cm Việc so sánh với sô" đo pha GPS theo hiệu thời gian cho sai sô" tiêu chuẩn tôc độ xác định sô" đo GPS khoảng 10 cm Điều khẳng định kết nhận thử nghiệm hàng hải có sử dụng tơc độ trung bình sơ" đo GPS INS khoảng thời gian phút - 87 - Đ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thơhg định vị tồn cầu GPS ( Global Positioning System) ứng dung tàu thuvển Giao thơng hàng hải sử dụng GPS để thỗ mãn yêu cầu độ xác Một vân đề chung đốì với hầu hết ứng dụng vận tải biển vị trí đặt anten ln ln cao trọng tâm phương tiện Điều dẫn đến gia tốc anten lớn, từ dẫn đến sai lạc chu kỳ Vì vậy, trường hợp này, việc sử dụng phương pháp pha phụ thuộc vào việc giải toán xác định trị sô" trượt chu kỳ Mặt khác, chuyển động anten gây khó dễ cho việc xác định quỹ đạo xác phương tiện Do đó, để đạt độ xác cao phương tiện mặt đất hàng khơng cần phải trang bị thêm thiết bị cho ứng dụng hàng hải Các ứng dụng độ xác thấp GPS hàng hải bao gồm hầu hết nhiệm vụ dẫn đường mặt nước Đ ể thực việc kiểu định vị GPS tuyệt đôi hệ thống lý tưởng Độ xác có mặt tồn cầu kiểu định vị cho thấy tính ưu việc so với hệ thống dùng cho mục đích việc chế tạo máy thu mã-C/A giá thành thấp làm cho kiểu định vị trở nên kinh tế Các ứng dụng độ xác trung bình GPS theo kiểu số’đo giả cự ly tương đôl sử dụng khảo sát thủy văn, đây, người ta yếu cầu số' đo cần tương ứng theo thời gian thực Các thực nghiệm cho thây trường hợp không dùng kiểu đo giả cự ly tương đối mà cần phải dùng phép đo pha Điều dẫn đến khó khăn nói nhu cầu cần phải sử dụng hệ thống ràng buộc quán tính đơn để làm trơn trị sô nhiễu sô" đo giả cự ly Các ứng dụng độ xác cao GPS chủ yếu dùng lĩnh vực thám hiểm địa lý Ở đây, người ta yêu cầu độ xác định vị khoảng đến m sô" đo địa chấn chiều, yêu cầu độ xác tơc độ khoảng 10 cm/s tốt trắc địa trọng lực biển để bảo đảm sai sô" sô"hiệu chỉnh Eovtvos nhỏ miliGal Đ o đac đỉa chain không gian ba chiều Đo đạc địa chân không gian ba chiều yêu cầu ứng dụng khơi GPS với nhiều lợi điểm Nguyên lý sau: chuỗi - 88 - Đ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ( Global Positioning System) máy thủy đàm nối với dây thừng dây cáp tàu thuyền kéo lộ trình định sẩn Nguồn địa chấn phóng cách khoảng 10 giây, tức khoảng 25 m lần, lượng phản xạ máy thủy đàm ghi nhận, số hoá lưu trữ để xử lý tương lai Sản phẩm CUỐI tranh chi tiết mặt đáy biển không gian ba chiều Trong hầu hết trường hợp, người ta không thực đo đạc địa chân khơng gian ba chiều lần thăm dị thông thường, mà thực sau phát thây khí đốt dầu mỏ Phương pháp dùng để phát họa phạm vi hồ chứa để cung cấp độ phân giải tốt cho cấu trúc địa chấn quan trọng Công việc định vị trường hợp thường yêu cầu cao so với lần đo đạc thông thường, để có độ phân giải mong muốn mật độ tuyến đo phải dày đặt hơn( 25 đến 100 m) độ xác phải cao Theo thuật ngữ định vị, công việc định vị đo đạc địa chân đáy biển chia làm ba nội dung khác nhau: • Định vị tàu đo đạc • Định vị nguồn lượng địa chấn • Định vị chuỗi máy thủy đàm Cần lưu ý nguồn địa chấn máy thủy đàm đặt chìm nước, có nội dung thứ phần nội dung thứ ba thực GPS Việc định vị tàu thuyền đo đạc tương ứng với trạm đo bờ cần thực với độ xác 10 đến 15 m vị trí theo thời gian thực phương dọc tuyến ngang tuyến cần xác định với độ xác đến 10 m Trong phép định vị giả cự ly thoã mãn hầu hêt u cầu độ xác u cầu xác định vị trí theo thời gian thực đo đạc địa chấn lại giới hạn mức m Tuy nhiên, phép định vị động tương đối đạt độ xác này, dù nguồn địa chấn ngầm nước máy thủy đàm khơng định vị GPS, đặt anten ừên phao buộc đầu nối sợi dây cáp Bởi sợi dây cáp dài từ đến km nên việc xác định vị trí phao so với tàu thuyền đo đạc cho điều kiện ràng buộc quan trọng đôi với cảm biến gắn từ đầu phao nối với dây cáp Độ xác yêu cầu - 89 - Đ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS _ _ ị Global Positioning System) đến 10 m đo đạc địa chấn không gian ba chiều đạt phép định vị tương đối giả cự ly ứ n g dung m áv bav Các ứng dụng hàng không GPS bao gồm độ xác đạt Nhưng quan tâm phương pháp trực tiếp hướng tới độ xác cao khoảng m nhỏ hơn, lý phương pháp mở đường dẫn đến ứng dụng lĩnh vực lượng ảnh, trắc địa địa lý chưa đề cập tới Các ứng dụng bao gồm tam giác ảnh không cần điểm khống chế mặt đất, trọng lực cao độ hàng khơng, lập mặt cắt địa hình laser hàng khơng Xuất phát từ quan điểm vận hành, chia ứng dụng hàng không làm hai loại: ứng dụng máy bay có cánh cơ" định ứng dụng máy bay trực thăng Máy bay có cánh cơ" định làm việc mơi trường có động lực học ổn định phù hợp với hầu hết ứng dụng vừa kể với cao độ bay sô" qui tắc thời gian biểu định Hiện tượng trượt chu kỳ xảy cất cánh làm lượn vòng, tiếp đất, thao diễn tốc độ khiến chúng dùng rộng rãi ứng dụng định vị GPS Trong hai trường hợp cần phải đặt biệt ý vấn đề lắp đặt anten máy bay Trên máy bay có cánh cơ" định, anten thường đặt phần thân máy bay nơi chịu ảnh hưởng tượng bóng tơi đa đường Máy bay có cánh cơ" định thường xun cải tiến đơi với máy bay trực thăng khó khăn 7.1 Phép sâu laser Một hệ thống hàng không phát triển để đo sâu vùng nước cạn từ xa máy đo sâu Lindar Máy gồm laser tần sô" kép, tần sơ" chọn cho phản xạ mặt nước cịn tần sơ" thường xun vào lịng nước phản xạ đáy biển Như vậy, chiều sâu lớp nước xác định hiệu hai chiều cao đo từ máy bay Đ ể lập mặt cắt độ sâu đo người ta phải xác định khoảng cách vị trí máy bay dạng hàm thời gian - 90 - Đ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS _ ( Global Positioning System) _ Mặc dù có hệ thống dẫn đường xác 15 đến 20 m, người ta làm thử nghiệm GPS cho lĩnh vực khả phép định vị vùng xa xôi Khi sử dụng sô" hiệu chỉnh tầng điện ly, độ xác kết định vị tuyệt đối giả cự ly với độ xác cao( mã-P) 10 đến 15 m tọa độ phẳng 20 đến 25 m đòi với cao độ Khi dùng sô" liệu tần sô" L l, tức không sử dụng sô" hiệu chỉnh tầng điện ly, mức độ nhiễu giảm xuống độ lệch kết lên đến 50 m Trong kiểu đo tương đô"i giả cự ly, nhờ loại bỏ phần lớn ảnh hưởng tầng điện ly kết dùng LI thường tốt hơn: sai sô" chuẩn khoảng 10 m nhỏ tọa độ phẳng khoảng 15 m cao độ Trong trường hợp này, nhờ sử dụng kỹ thuật lây hiệu người ta hoàn toàn loại bỏ độ lệch 7.2 Tam giác ảnh hàng không không dùng điểm không chê" măt đất Hiện nay, việc dùng điểm khống chê" mặt đất tiêu chuẩn bắt buộc tam giác ảnh hàng khơng Nhưng điểm khơng chê" giá thành, thời gian thường tạo tình trạng thiếu đồng phép chuyển đổi tọa độ mơ hình tơ"c độ điểm khơng chê" Thay điểm không chê" mặt đất điểm không chê" cao độ bay hàng không phương pháp hâ"p dẫn nhận tập hợp điểm không chê" đồng cao độ bay, tránh vân đề ngắm mục tiêu tiếp cận điểm, hoàn toàn tự động việc lựa chọn sơ đồ bay cho khả định vị tức thời Độ xác u cầu đơi với tỷ lệ trung bình đến m cho tọa độ cao độ mặt đất Ba phương pháp giải kiến nghị: phương pháp thứ ứng dụng trực tiếp phương pháp đo phân hủy tương đô"i, khắc phục khó khăn vân đề trượt chu kỳ có khả đạt độ xác mong muốn Từ kết thực nghiệm phương tiện mặt đất trước suy điều khó thực máy thu Nhưng kết thử nghiệm hàng không gần thành cơng việc trì khố vệ tinh thời gian gia tốc cất cánh cực đại Phương pháp thứ hai thứ ba sử dụng phương pháp phân tích kết hợp GPS với hệ thống dẫn -91 - Đ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ■ ( Global Positioning System) đường bay dạng quán tính Giải pháp sử dụng hệ qn tính INS có độ xác cao để làm trơn nhiễu sô" đo giả cự ly, mơ hình sử dụng loại định vị tương đốì tích hợp dùng sô" đo giả cự ly Bằng cách suy luận người ta thấy độ xác đạt tốt 0.5 m, giải pháp thứ hai sử dụng hệ qn tính INS có độ xác thấp làm đối sô" nội suy để phát loại bỏ trị sô" trượt chu kỳ sô" đo pha Trong trường hợp này, từ sô" đo pha suy độ xác đạt khoảng 0.3 m, mơ hình dùng mơ hình định vị tương đối tích hợp sô" đo pha 7.3 Trong lưc hàng không Các sô" đo trọng lực nguồn dự trữ quan trọng trắc địa cơng cụ thăm dị quan trọng dùng địa lý Các sô" đo trọng lực mặt đất thực điểm rời rạc, xác tiến độ đo chậm chạp khó vận dụng vùng đâ"t xa xôi vùng rừng núi cao Trong suốt năm gần ý tưởng sử dụng hàng không để đo ừọng lực đề xuất nhiều lần chưa lần thực thành cơng kiểu máy bay có cánh cơ" định Sự thất bại ba nguyên nhân: thứ có khó khăn việc định vị máy bay cao với độ xác m, thứ hai khó khăn việc xác định vận tốc máy bay với độ xác 10 m/s cuối khó khăn việc tách riêng gia tốc trọng trường gia tốc qn tính, hai khó khăn đầu hồn tồn nằm phạm vi khắc phục GPS Đ ể đảm bảo độ xác dị thường trọng lực miliGal, cao độ máy bay cần xác định xác tốt m, vị trí mặt cần phải xác định với độ xác tốt 50 m Yêu cầu mặt hồn tồn thực phép định vị tuyệt đối nào, u cầu độ xác cao độ khơng dễ đạt Bởi độ cao tính từ cao độ Ellipsoid nhận từ phép đo GPS cao độ Geoid nhận từ phần mềm tính tốn, sai sơ" hai thành phần ảnh hưởng đến cao độ máy bay Nói chung cao độ Geoid tính với độ xác đến m( lơ ), điều có nghĩa cao độ Ellipsoid phải u cầu có độ xác m (lơ) Độ xác - 92 - Đ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ị Global Positioning System) đạt phép đo pha tương đôi kết hợp tương giả thiết loại bỏ trị sô' trượt chu kỳ , giả thiết khơng thỗ có phép định vị tích hợp tương đối đạt độ xác u cầu Các sơ' đo bể sung sơ' đo áp kê' sơ' đo qn tính, để đảm bảo sơ' hiệu chỉnh Eovtvos nhỏ miliGal cần phải xác định tôc độ máy bay VỚỊ độ xác 10 m/s tốt Điều đạt sô đo pha hiệu sô' theo thời gian thông qua việc sử dụng hệ thơng thích hợp Vấn đề khó khăn thứ ba, đề cập phía giải quyêt chặt chẽ phép đo trọng sai Nhưng cách giải đầy đủ thực tê' đạt phép đo trọng lực hàng khơng Đ ể làm điều người ta cần phải làm trơn gia tô'c máy bay phương thẳng đứng tách riêng ảnh hưởng trọng lực qn tính sơ' liệu thơng kê tiền nghiệm Các sô' liệu trọng lực làm trơn hồn tồn dùng cho mục đích trắc địa có thơng tin sóng ngắn để đo trọng lực thăm dị Ưu điểm phương pháp tô'c độ thu nhập sô' liệu nhanh khu vực xa, tầm bao quát rộng đo lúc trọng lực hàng không từ trường hàng không 7.4 ứng dung máy bay trực thăng Ưu điểm chủ yếu việc dùng máy bay trực thăng thay cho máy bay có cánh cơ' định tính động loại máy bay này.kiểu bay lượn động, lực thao diễn nhanh không cần thiết cho hạ cánh mở khả ứng dụng máy bay trực thăng, dùng để định vị vật thể vị trí khơng thể hạ cánh định vị phao mục tiêu rừng rậm Tính động thao diễn cho phép làm mặt cắt chi tiết laser vùng địa hình mấp mơ, tính động hạ cánh tạo điều kiện hạ giá thành bô' trí cơng trình đo đạc vùng khơng có rừng Nhiều kỹ thuật trắc địa qn tính sử dụng máy bay trực thăng thay thê' kỹ thuật GPS vệ tinh GPS có mặt thường xuyên liên tục bầu trời Đ ể định vị điểm khống chê' lập mặt cắt điạ hình laser, cần phải đạt độ xác định vị vào khoảng 0.5 m, điều đòi hỏi phải sử - 93 - Đ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ( Global Positioning System) dỊ;"g !01.iộu đ0pha *',0ặc phươns pháp hệ tích hợp Trong phương pháp đo pha tương đối đo kết hợp tương đối đủ xác để dùng cho hệ hhSợnày n lưu ý tđi tư bay ■ tMng Và * - 94 - Phả‘ dùng Đ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS K Ế T LU ẬN Sau thời gian nghiên cứu Hệ thơng định vị tồn cầu GPS em nhận thây Hệ thơng có điểm mạnh điểm yếu sau: • Những điểm mạnh: xem Hệ thống dẫn đường u °àriu ? ỉnh nhảt ph° biến Vào thời điểm w ngồi bên cạnh Hẹ thơng GPS Mỹ cịn có Hệ thơng định vị Glonass Nga, hai Hệ thống tồn song song cịn có thêm Hệ thống Galileo cua Châu Au tiến hành triển khai) Sự phát triển ngày nhanh cơng nghệ điện tử góp phần làm giảm nhẹ bớt giá san phẩm loại ™ y thu GPS đ0nể lực thúc đẩy ngày nhiều người sử dụng loại máy thu định vị vào đời sống ngày cua ngồi yêu câu định vị cho phương tiện giao thơng cịn dùng đ ể phuc VU nhu cầu giải trí nghỉ ngơi „ * Những hạn chế: hệ thơng có nhiều ưu điểm trội, bên cạnh đ ó vân tồn thiếu sót khó khăn sử dụng phổ biên như: kỹ thuật bảo đảm cho hệ thống phức tạp, bị hạn chế yếu tơ thời tiết tạo nên ngồi giá thành chưa rẻ, chưa sử dụng phổ biến lĩnh vực Cho nên bât kỳ Hệ thống có mặt lợi có bất lợi đứng mặt khoa học kỹ thuật phía người sử dụng dân thực bước đột phá người khả sử dụng vệ tinh bên ngồi khơng gian để cung cấp khả định vị vật chuyển động đứng yên mặt đất cách hoàn hảo ... nghiệp: Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ( Global Positioning System) _ CHƯƠNG MỘT: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VE HỆ THÔNG GPS - - Đ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS. .. vê Hệ thơng định vị tồn cầu GPS nội dung làm đồ án tốt nghiệp em bao gồm: tìm hiểu nguyên lý định vị, hệ thống GPS ứng dụng hệ thống thực tế - - Đ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống định vị toàn. .. nghiệp: Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cẩu GPS _ ( Global Positioning System) thành quan tâm xã hội hoạt động xã hội tảng định vị - 43 - Đ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống định vị toàn