Hệ thống định vị toàn cầu GPS 2

Hệ thống định vị toàn cầu GPS

MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS .5 I.1 GIỚI THIỆU CHUNG: I.1.1 Phần điều khiển (Control Segment): I.1.2 Phần không gian (Space Segment): I.1.2.1 Chòm vệ tinh GPS: I.1.2.2 Cấu trúc tín hiệu GPS I.1.3 Phần sử dụng (User Segment): I.1.3.1 Các phận thiết bị GPS phần sử dụng I.1.3.2 Những phận máy thu GPS I.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG GPS: .9 I.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ BẰNG HỆ THỐNG GPS 11 I.3.1 Phép định vị tĩnh định vị động 11 I.3.2 Phép định vị tương đối 11 I.3.3 Phép định vị nhiều máy thu 12 I.3.4 Phép định vị động tương đối 12 I.3.5 Cấu hình hình học GPS độ xác .13 I.3.6 Độ suy giảm xác 14 I.4 CÁC NGUỒN SAI SỐ TRONG KẾT QUẢ ĐO GPS .14 I.4.1 Sai số đồng hồ 14 I.4.2 Sai số quĩ đạo vệ tinh 14 I.4.3 Sai số tầng điện ly tầng đối lưu 15 I.4.4 Sai số nhiễu tín hiệu: 15 I.5 CÁC ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS 16 1.5.1 Các ứng dụng trắc địa đồ mặt đất 16 I.5.2 Các ứng dụng giao thông thông tin mặt đất 17 I.5.3 Các ứng dụng trắc địa đồ biển: 17 I.5.4 Các ứng dụng giao thông hải dương học biển .17 I.5.5 Các ứng dụng trắc địa đồ hàng không .18 I.5.6 Ứng dụng giao thông hàng không 18 I.5.7 Các ứng dụng thám hiểm không gian 18 I.5.8 Các ứng dụng việc nghỉ ngơi giải trí 19 I.5.9 Các ứng dụng quân đội 19 I.6 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ GPS ĐO TĨNH TRONG GIAI ĐOẠN 1990 ĐẾN NAY .19 I.6.1 Nâng cao độ xác đo tĩnh thơng qua biện pháp hạn chế sai số đo: .20 I.6.2 Nâng cao độ xác tính tốn nhờ thuật toán mới: 21 I.6.3 Nâng cao khả công nghệ GPS: 22 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT KỸ THUẬT ĐO 23 VÀ XỬ LÝ TÍNH TỐN BÌNH SAI KẾT QUẢ ĐO GPS 23 II.1 ĐỒ HÌNH VỆ TINH VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG 23 II.2 ĐỒ HÌNH LƯỚI TRẮC ĐỊA ĐO BẰNG CÔNG NGHỆ GPS .24 II.3 ĐO GPS 26 II.4 XỬ LÝ KHÁI LƯỢC CÁC TRỊ ĐO GPS (TÍNH BASELINES) 28 II.4.1 Nguyên lý tính cạnh (tính baselines) .28 II.4.2 Phần mềm tính khái lược (tính cạnh) 29 / 43 II.5 BÌNH SAI LƯỚI TRẮC ĐỊA ĐO BẰNG CÔNG NGHỆ GPS 33 II.6 VẤN ĐỀ XÁC ĐỊNH ĐỘ CAO ĐO BẰNG CÔNG NGHỆ GPS .35 CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ ĐO VÀ XỬ LÝ TÍNH TỐN BÌNH SAI KẾT QUẢ ĐO GPS ĐỂ THÀNH LẬP CÁC MẠNG LƯỚI TRẮC ĐỊA 36 (Theo công nghệ GPS hãng Trimble Navigation) 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO .42 43 -2- MỞ ĐẦU Công nghệ ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS đưa vào sản xuất Việt Nam từ năm 1991 Trên sở sử dụng máy thu GPS hãng TRIMBLE loại tần số 4000-ST, Liên hiệp KHSX Trắc địa đồ thuộc Cục Đo đạc đồ Nhà nước lúc gấp rút thử nghiệm để đưa vào sản xuất, nhằm đáp ứng yêu cầu xây dựng mạng lưới toạ độ nhà nước khu vực khó khăn đất nước, mà cơng nghệ truyền thống (phương pháp tam giác, đường chuyền) khả thực hiện, phí lớn thời gian dài thực Trong năm 1991 đến 1994, theo kế hoạch nhiệm vụ Cục Đo đạc đồ Nhà nước giao, Liên hiệp KHSX Trắc địa đồ xây dựng thành công mạng lưới toạ độ nhà nước hạng II khu vực Minh Hải, Sông Bé Tây Nguyên, đồng thời xây dựng thành công mạng lưới trắc địa biển nối đảo quần đảo xa ( kể Trường Sa ) với mạng lưới toạ độ nhà nước đất liền Từ đến nay, việc ứng dụng cơng nghệ GPS có bước phát triển lớn Từ chỗ có máy thu GPS tần số hãng TRIMBLE, đến Việt Nam có 82 máy thu GPS loại hãng khác nhau, từ máy thu đặt máy bay, máy thu tần số, máy đo động đến máy có độ xác trung bình ( GEO EXPLORER ) để đo khống chế ảnh Các lĩnh vực ứng dụng công nghệ GPS đa dạng, từ ứng dụng để xây dựng mạng lưới toạ độ nhà nước, độ xác cao, khoảng cách lớn; ứng dụng dẫn đường xác định toạ độ tâm ảnh bay chụp ảnh máy bay; xây dựng mạng lưới toạ độ, độ cao địa cấp 1; dẫn đường xác định toạ độ đo vẽ đồ địa hình đáy biển; đo toạ độ, độ cao điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp; đo toạ độ độ cao mốc quốc giới; xây dựng mạng lưới cơng trình v.v Các phần mềm để xử lý tính tốn bình sai trị đo GPS đa dạng, chủ yếu phần mềm kèm theo máy thu, TRIMVEC, TRIMVEC PLUS, TRIMNET, TRIMNET PLUS, GPSURVEY, PHASE PROCESSOR, GEOMATIC OFFICE (hãng TRIMBLE); GPPS (ASHTECH), v.v phần mềm bình sai lưới GPS Liên hiệp KHSX Trắc địa đồ xây dựng Qua kết nghiên cứu trực tiếp tham gia đo xử lý, tính tốn kết đo GPS chúng tơi biên soạn tập tài liệu để đồng nghiệp tham khảo Tập tài liệu gồm chương sau đây: Chương 1: Giới thiệu hệ thống định vị toàn cầu GPS Chương 2: Cơ sở lý thuyết kỹ thuật đo xử lý tính tốn bình sai kết đo GPS -3- Chương 3: Quy trình cơng nghệ đo xử lý tính tốn bình sai kết đo GPS để thành lập mạng lưới trắc địa (thiết bị công nghệ GPS Hãng Trimble Navigation) -4- CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS I.1 GIỚI THIỆU CHUNG: Hệ thống GPS hệ thống định vị vệ tinh sau hệ thống DOPPLER GPS từ viết tắt GLOBAL POSITIONING SYSTEM Hệ thống bắt đầu nghiên cứu từ năm 70 quân đội Mỹ chủ trì Trong năm đầu thập kỷ 80 quân đội Mỹ thức cho phép dùng dân Từ nhà khoa học nhiều nước phát triển lao vào chạy đua để đạt thành cao lĩnh vực sử dụng hệ thống vệ tinh chuyên dụng GPS Những thành tựu cho kết hai hướng chủ đạo chế tạo máy thu tín hiệu thiết lập phần mềm để chế biến tín hiệu cho mục đích khác Cho tới năm 1988, máy thu GPS 10 hãng giới sản xuất đạt trình độ cạnh tranh thị trường Vì lý trên, giá máy giảm xuống tới mức hợp lý mang tính phổ cập Mười hãng giới sản xuất máy thu GPS bao gồm hãng như: TRIMBLE NAVIGATION (Mỹ), ASHTECH (Mỹ), WILD (Thụy sĩ), SEGSEL (Pháp), MINI MAX (Tây Đức) Theo dư luận thị trường máy thu hãng TRIMBLE NAVIGATION đánh giá cao Về phương diện phần mềm hệ thống GPS, thấy tính đa dạng Trị đo thu có loại, tín hiệu vệ tinh phát Chế biến tín hiệu phương pháp khác nhau, thuật toán khác có tham số hình học vật lý khác trái đất Chúng ta nói khả phần mềm vơ tận Với tín hiệu thu tính tọa độ khơng gian tuyệt đối (với độ xác 10 m tới m sử dụng lịch vệ tinh xác), số gia tọa độ khơng gian (độ xác từ cm tới cm), số gia tọa độ địa lý (độ xác từ 0.7 đến cm), số gia độ cao (độ xác từ 0.4 cm đến cm), số gia trọng lực (độ xác 0.2 mgl) Ngồi cịn có tham số khác nghiên cứu Toàn phần cứng hệ thống GPS có tên đầy đủ NAVSTAR GPS SYSTEM NAVSTAR viết tắt chữ NAVIGATION SYSTEM WITH TIME AND RANGING Phần cứng gồm phần: phần điều khiển (Control Segment), phần không gian (Space Segment) phần sử dụng (User Segment) -5- I.1.1 Phần điều khiển (Control Segment): Phần điều khiển gồm trạm mặt đất có trạm theo dõi (Monitor Station): Diego Garcia, Ascension, Kwajalein Hawaii; trạm điều khiển trung tâm (Master Control Station) trạm hiệu chỉnh số liệu (Upload Station) Lưới trắc địa đặt trạm xác định phương pháp giao thoa đường đáy dài (VLBI) Trạm trung tâm làm nhiệm vụ tính tốn lại tọa độ vệ tinh theo số liệu trạm theo dõi thu từ vệ tinh Sau tính tốn số liệu gửi từ trạm trung tâm tới trạm hiệu chỉnh số liệu từ gửi tiếp tới vệ tinh Như vòng vệ tinh có số liệu hiệu chỉnh để phát cho máy thu I.1.2 Phần khơng gian (Space Segment): I.1.2.1 Chịm vệ tinh GPS: Bao gồm 24 vệ tinh bay quỹ đạo có độ cao đồng 20 200 km, chu kỳ 12 giờ, phân phối mặt phẳng quỹ đạo nghiêng với xích đạo góc 55o Việc bố trí nhằm mục đích để thời điểm vị trí trái đất quan sát vệ tinh Mỗi vệ tinh phát tần số sóng mang với tần số cao L1=1575.42 MHz L2=1227.60 MHz Loại sóng phát sở dãy số tựa ngẫu nhiên bao gồm số Mã gọi tên mã P (Precise) Bên cạnh mã P sóng cịn mang mã C/A (Clear/Acquisition) sóng L1 Mã C/A phát với tần số 10.23 MHz 1.023 MHz Ngoài mã vệ tinh cịn phát mã phụ có tần số 50 Hz chứa thông tin lịch vệ tinh Các vệ tinh trang bị đồng hồ nguyên tử với độ xác cao Các vệ tinh NAVSTAR có trạng thái: "hoạt động khỏe" ( Healthy) "hoạt động không khoẻ ( Unhealthy) Hai trạng thái vệ tinh định trạm điều khiển mặt đất Chúng ta sử dụng tín hiệu vệ tinh hai trạng thái "hoạt động khỏe" "hoạt động không khỏe" I.1.2.2 Cấu trúc tín hiệu GPS Mỗi vệ tinh truyền hai tần số dùng cho công việc định vị tần số 1575,42 MHz tần số 1227,60 NHz Hai sóng mang gọi L1 L2, mạch lạc điều chế tín hiệu khác Mã nhiễu giải ngẫu nhiên (PRN) thứ biết tên mã C/A (Coarse/Acquisite-code), bao gồm chuỗi số cộng trừ một, phát tần số fo/10= 1.023 MHz Chuỗi lặp lại sau mili giây đồng hồ Mã nhiễu giải ngẫu nhiên (PRN) thứ hai, biết tên mã P (Precise - code), bao gồm chuỗi số cộng trừ khác, phát tần số fo = 10,23 MHz -6- Chuỗi lặp lại sau 267 ngày Thời gian 267 ngày cắt làm 38 đoạn ngày Trong 38 đoạn có đoạn khơng dùng đến, đoạn dùng cho trạm mặt đất , theo dõi tàu thuyền sử dụng, gọi trạm giả vệ tinh (Pseudolite), lại 32 đoạn ngày dành cho vệ tinh khác Mã Y (Y-code) mã PRN tương tự mã P, dùng thay cho mã P Tuy nhiên phương trình tạo mã P cơng bố rộng rãi khơng giữ bí mật, phương trình tạo mã Y giữ bí mật Vì vậy, mã Y sử dụng người sử dụng GPS khơng có giấy phép (nói chung người không thuộc quân đội Mỹ đồng minh họ) khơng thu mã P (hoặc mã Y) Sóng mang L1 điều chế mã ( Mã-C/A Mã`-P mã Y), sóng mang L2 bao gồm Mã-P mã Y Các mã điều chế sóng mang cách giản đơn có ý thức Nếu mã có trị số -1 phase sóng mang đổi 1800, cịn mã số có trị số +1 phase sóng mang giữ ngun khơng thay đổi Cả hai sóng mang mang thơng báo vệ tinh (Satellite message) cần phát dạng dòng liệu thiết kế tần số thấp (50Hz) để thơng báo tới người sử dụng tình trạng vị trí vệ tinh Các liệu máy thu giải mã dùng vào việc xác định vị trí máy theo thời gian thực I.1.3 Phần sử dụng (User Segment): Phần sử dụng bao gồm máy thu tín hiệu từ vệ tinh đất liền, máy bay tàu thủy Các máy thu phân làm loại: máy thu tần số máy thu tần số Máy thu tần số nhận mã phát với sóng mang L1 Các máy thu tần số nhận sóng mang L1 L2 Các máy thu tần số phát huy tác dụng đo tọa độ tuyệt độ xác 10 m tọa độ tương độ xác từ đến cm khoảng cách nhỏ 50 km Với khoảng cách lớn 50 km độ xác giảm đáng kể (độ xác cỡ dm) Để đo khoảng cách dài đến vài nghìn km phải sử dụng máy tần số để khử ảnh hưởng tầng ion khí trái đất Tồn phần cứng GPS hoạt động hệ thống tọa độ WGS-84 với kích thước elipsoid a=6378137.0 m α=1:29825722 I.1.3.1 Các phận thiết bị GPS phần sử dụng Phần sử dụng GPS coi gồm phận chính: * Phần cứng * Phần mềm * Phần triển khai công nghệ -7- Phần cứng bao gồm máy thu mạch điện tử , dao động tần số vô tuyến RF (Radio Friquency), ăngten thiết bị ngoại vi cần thiết để hoạt động máy thu Đặc điểm yếu phận tính chắn, xách tay, tin cậy làm việc trời dễ thao tác Phần mền bao gồm chương trình tính dùng để xử lý liệu cụ thể, chuyển đổi thông báo GPS thành thông tin định vị dẫn đường hữu ích Những chương trình cho phép người sử dụng tác động cần để lợi dụng ưu điểm nhiều đặc tính định vị GPS Những chương trình sử dụng điều kiện ngoại nghiệp thiết kế cho cung cấp thơng báo hữu ích trạng thái tiến hệ thống tới người điều hành Ngồi phần mềm cịn bao gồm chương trình phát triển tính độc lập máy thu GPS , đánh giá nhân tố tính sẵn sàng vệ tinh mức độ tin cậy độ xác Phần triển khai công nghệ hướng tới lĩnh vực liên quan đến GPS như: cải tiến thiết kế máy thu, phân tích mơ hình hố hiệu ứng ăngten khác nhau, hiệu ứng truyền sóng phối hợp chúng phần mềm xử lý số liệu, phát triển hệ thống liên kết truyền thông cách tin cậy cho hoạt động định vị GPS cự ly dài ngắn khác theo dõi xu phát triển lĩnh vực giá hiệu suất thiết bị I.1.3.2 Những phận máy thu GPS Các phận máy thu GPS bao gồm: * Ăngten tiền khuếch đại * Phần tần số vô tuyến (RF) * Bộ vi xử lí * Đầu thu điều khiển thể * Thiết bị ghi chép * Nguồn lượng Ăngten tiền khuếch đại : Các Ăngten dùng cho máy thu GPS thuộc loại chùm sóng rộng , khơng cần phải hướng tới nguồn tín hiệu giống đĩa ăngten vệ tinh Các ăngten tương đối chắn đặt ba chân lắp phương tiện giao thơng, vi trí thực xác định trung tâm Phase ăngten, sau truyền lên mốc trắc địa -8- Phần tần số vô tuyến : Bao gồm vi mạch điện tử xử lí tín hiệu kết hợp số hóa giải tích Mỗi kiểu máy thu khác dùng kỹ thuật xử lí tín hiệu khác đơi chút, phương pháp : * Tương quan mã * Phase tần số mã * Cầu phương tín hiệu sóng mang Phần tần số vô tuyến bao gồm kênh sử dụng ba phương pháp nói để truy cập tín hiệu GPS nhận được, số lượng kênh biến đổi khoảng từ đến 12 tuỳ theo nhũng máy thu khác Bộ điều khiển: Cho phép người điều hành can thiệp vào vi xử lí Kíck thước kiểu dáng điều khiển loại máy thu khác khác Thiết bị ghi : Người ta dùng máy ghi băng từ đĩa mềm để ghi trị số quan trắc thơng tin hữu ích khác tách từ tin hiệu thu Nguồn lượng : Phần lớn máy thu dùng nguồn điện chiều điện áp thấp, có vài máy địi hỏi phải có nguồn điện xoay chiều I.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG GPS: Như biết nguyên lý hoạt động hệ thống DOPPLER, nguyên lý thay đổi tần số tín hiệu nơi phát tín hiệu chuyển động Hệ thống GPS hoạt động nguyên lý hoàn toàn khác Để xác định tọa độ tuyệt đối điểm mặt đất sử dụng kỹ thuật "tựa khoảng cách" Kỹ thuật mô tả công thức: C t + C ∆t = (x s − x p ) + (y s − y p ) + (z s − z p ) (1) đây: s=[xs ys zs] - Tọa độ vệ tinh; p=[xp yp zp] - Tọa độ điểm mặt đất; c - Tọa độ sóng; t - Thời gian sóng từ vệ tinh tới máy thu ∆t - Số hiệu chỉnh thời gian Tập hợp phương trình đo dạng (1) ta có hệ thống phương trình sai số có ẩn số t, xp yp zp xs ys zs biết từ mã lịch vệ tinh (tần số 50Hz), t xác định theo đồng hồ vệ tinh máy thu theo mã C/A, c số tốc độ truyền sóng điện từ Theo kỹ thuật xác định tọa độ với độ xác 10 m Nếu kết gửi tới trạm điều khiển trung tâm, có tọa độ tuyệt đối mặt đất với độ xác m Sở dĩ độ xác tăng lên đáng kể máy thu thu -9- lịch vệ tinh dự báo, cịn trạm điều khiển trung tâm có lịch vệ tinh xác Qua thấy tọa độ tuyệt đối điểm mặt đất xác định có độ xác phương pháp DOPPLER Sở dĩ vệ tinh hệ thống GPS có độ cao gấp đôi hệ thống DOPPLER Tọa độ tuyệt độ xác 10 m hệ thống GPS dùng để đáp ứng mục đích: - Đạo hàng ( định vị cho đối tượng chuyển động tàu biển, máy bay ) - Cung cấp tọa độ gần cho phương pháp đo tọa độ tương đối GPS Ngược lại với độ xác tọa độ tuyệt đối, công nghệ GPS đạt thành tựu đáng kể việc xác định tọa độ tương đối Nguyên lý đo tọa độ tương đối xác định pha sóng mang L1 (với máy thu tần số) hay L1 L2 (với máy thu tần số) Chúng ta có cơng thức: S = Nλ + ϕλ (2) Trong đó: λ - Bước sóng (λ = c/f) f: Tần số sóng; N: Số nguyên lần bước sóng; ϕ: Pha sóng; S: Khoảng cách vệ tinh - máy thu Từ công thức (2) có: ϕ = (f/c).S - N (3) Xét cơng thức (3) từ phía khác viết: ϕ(t) = φs(ts ) - φp(t) + Nsp (4) φs(ts ) - Pha sóng thời điểm ts vệ tinh bắt đầu phát tín hiệu; φp(t) - Pha sóng thời điểm t máy thu nhận tín hiệu; Nsp - Số nguyên lần bước sóng Từ cơng thức ta suy ra: ϕ(t) = φs(t) - (f/c).Ssp - φp(t) + Nsp (5) Kết hợp thành phần vế phải công thức (5) biểu diễn dạng: ϕ(t) = - (f/c).Ssp - αp(t) + βs(t) + γsp Trong đó: - 10 - (6) V - Vector số hiệu chỉnh L - Vector số hạng tự Để giải hệ thống (8) sử dụng phương pháp sai phân Nội dung phương pháp tìm ma trận D trực giao với ma trận A2 nhân vế (8) với D Chúng ta có: DV = DA1x1 - DL (11) hay V = A1x1 - L (12) Trong V = DV, A1 = DA1, L=DL L (8) trị đo có độ xác hệ (9) có phương trình chuẩn: (A1TDT (DDT)-1DA1)X1 = (ATDT(DDT)-1D)L (13) Ma trận D gọi ma trận sai phân yêu cầu phải có dạng đầy (để ma trận DDT có dạng ngược) Vấn đề đặt phải xác định ma trận sai phân D Việc giải lưu ý tới trị đo từ nhiều điểm mặt đất tới vệ tinh nhiều thời điểm khác Theo hướng phân loại toán tử sai phân: Toán tử ∇ - hiệu trị đo vệ tinh trạm mặt đất, toán tử loại trừ ảnh hưởng hệ thống trạm đo αp(t) Toán tử ∆ - hiệu trị đo trạm mặt đất vệ tinh, toán tử loại trừ ảnh hưởng hệ thống vệ tinh βs(t) Toán tử δ - hiệu trị đo thời điểm liền vệ tinh trạm mặt đất, toán tử loại trừ ảnh hưởng hệ thống số γsp Các toán tử sai phân gọi sai phân bậc (single difference) Tích loại tốn tử sai phân bậc có tốn tử sai phân bậc (double difference) ∇∆ ∆∇ loại từ ảnh hưởng αp(t) βs(t) δ∇ ∇δ loại từ ảnh hưởng αp(t) γs(t) δ∇ ∇δ loại trừ ảnh hưởng βs(t) γs(t) tích hỗn hợp loại toán tử sai phân bậc ta có tốn tử sai phân bậc (triple difference) Các tốn tử có dạng δ∆∇, ∆δ∇, δ∇∆, ∇δ∆, ∆∇δ, ∇∆δ loại trừ ảnh hưởng hệ thống αp(t), βs(t) γ II.4.2 Phần mềm tính khái lược (tính cạnh) Theo ngun lý trình bày đây, có nhiều phần mềm xây dựng để xử lý số liệu đo GPS Hầu hết phần mềm cung cấp kèm theo máy thu GPS Trong khuôn - 29 - khổ đề tài nghiên cứu thử nghiệm phần mềm xử lý số liệu đo GPS để thành lập lưới trắc địa Sự khác hệ thống phần mềm tính cạnh thể chỗ chọn loại toán tử sai phân cho phù hợp Ví dụ chương trình Remondi (1984) chọn loại toán tử sai phân bậc 1: ∇, chương trình Vanicek (1985) chọn tốn tử sai phân bậc 2: ∆∇, cịn chương trình Eren (1987) chọn tốn tử sai phân bậc 3: δ∆∇ Đối với tập hợp trị đo hồn tồn lý tưởng (khơng bị nhiễu) tự động hóa từ đầu đến cuối Rất đáng tiếc tập hợp trị đo nói có nhiễu, trường hợp phải dùng chế độ không tự động Trong chế độ người tính phải có nhiều kinh nghiệm để định loại bỏ số liệu bị đứt đoạn, định số lần lặp v.v Điều quan trọng kinh nghiệm có tìm nhanh chóng lời giải thỏa mãn tiêu chuẩn đặt phần Độ số liệu lớn q trình tính tốn nhanh Độ thấp tính tốn lâu thấp tới mức khơng tìm thấy lời giải thỏa đáng Ở Việt Nam máy thu GPS sử dụng cho mục đích xây dựng lưới trắc địa chủ yếu máy thu Hãng Trimble Navigation, phần trình bày kết thử nghiệm để rút tiêu xử lý số liệu đo GPS phần mềm Hãng Trimble Navigation: TRIMVEC PLUS WAVE Phần mềm TRIMVEC PLUS Phần mềm TRIMVEC PLUS chương trình gồm chương trình: • TRIM640: Là chương trình dùng để xử lý cạnh đơn - Xác định vector điểm không gian • TRIMMBP: Là chương trình xử lý nhiều cạnh không gian - Xác định vector nhiều điểm không gian Cả hai chương trình có thao tác tương đối giống lại cho kết khác Ngoài ra, TRIM640 có chạy nhanh đơi chút so với TRIMMBP Trong thực tế người ta thường sử dụng TRIM640 trường hợp kiểm tra chất lượng đo ngoại nghiệp Sử dụng phần mềm TRIMVEC PLUS ta tính toán đại lượng sau đây: PSEUDO - RANGE: Cho phép tính tốn tọa độ tuyệt đối điểm TRIPLE SOLUTION: Cho ta lời giải theo phương pháp sử dụng sai phân bậc δ∆∇ Lời giải có độ xác khơng cao khoảng cách ngắn Lời giải có xác suất tốt với khoảng cách lớn 50 km Lời giải có tên lời giải TRIPLE - 30 - FLOAT SOLUTION: Cho ta lời giải theo phương pháp sử dụng sai phân bậc ∆∇ Lời giải có xác suất tốt với khoảng cách nhỏ 50 km Lời giải mang tên FLOAT FIXED SOLUTION: Cho ta lời giải theo phương pháp sử dụng sai phân bậc ∆∇ Lời giải khác với lời giải TRIPLE FLOAT có thêm phần kiểm định tiêu chuẩn Fisher nhóm trị đo để khẳng định độ tin cậy lời giải Lời giải mang tên FIX Trong trường hợp trị đo khơng bị nhiễu lời giải hồn tồn trùng Đó trường hợp lý tưởng Thực tế trị đo ln ln có nhiễu mức độ khác lý lời giải khác Vì lời giải FIX có khả phân tích phương sai để kiểm định chất lượng theo tiêu chuẩn Fisher, nên lời giải có độ tin cậy lớn Lời giải FIX đưa tham số độ xác lời giải: RDOP (Relative Dillution of Position - đơn vị chu kỳ/mét), RMS (Root Mean Square - đơn vị chu kỳ, chu kỳ=19 cm), ∑ (phương sai vị trí điểm tương hỗ), RATIO - độ tin cậy lời giải, F - chuẩn Fisher Thông thường, lời giải FLOAT TRIPLE sử dụng phải thực thông qua việc xử lý bán tự động Kết tính cạnh cần đạt tiêu sau đây: • Ratio cần phải lớn 3.0; • RDOP < 0.1; • RMS sai số xác định chiều dài cạnh, yêu cầu RMS phải thỏa mãn tiêu chuẩn bảng Bảng 9: Chỉ tiêu RMS Khoảng cách (km) RMS 00 - 10 0.020 - 0.060 10 - 20 0.060 - 0.090 20 - 30 0.090 - 0.115 30 - 40 0.115 - 0.140 40 - 60 0.140 - 0.170 ∑ sai số tương hỗ vị trí điểm, loại sai số phải nhỏ sai số yêu cầu mạng lưới cần đo Chuẩn Fisher F đại lượng thỏa mãn điều kiện F>3-0.02D km Khi tiêu chuẩn thỏa mãn lời giải FIX coi có độ tin cậy 99,99% Trong - 31 - trường hợp tiêu chuẩn bị vi phạm từ tới 1.5 lần giá trị chuẩn cho lời giải FIX cần phải cân nhắc (độ tin cậy giảm tới mức 90%) Lúc ta cân nhắc lời giải FLOAT FIX (với khoảng cách 50 km) lời giải TRIPLE FIX (với khoảng cách 50 km) Việc cân nhắc định thông qua sai số vòng khép tọa độ Nếu tiêu chuẩn lời giải FIX, FLOAT TRIPLE bị vi phạm 1.5 lần giá trị chuẩn cho lời giải coi bị loại bỏ, tức phải đo lại Ngoài cần lưu ý tiêu sau đây: • RMS cần phải nhỏ 0.05 cho cạnh có chiều dài nhỏ 10km 0.08 cho cạnh có chiều dài đến 20km • Sự khác biệt thành phần dx, dy, dz lời giải FLOAT lời giải FIXED cần phải nhỏ 10 cm cạnh nhỏ 10km • Đối với cạnh có chiều dài lớn 20km trị đo phải đo tối thiểu 90 phút, đồng thời phải có vệ tinh liên tục • Nếu rms lớn 0.05 cạnh có chiều dài nhỏ 10km cần phải tiến hành xử lý lại phương pháp bán tự động • Đối với cạnh dài lời giải FIX không đạt nên sử dụng lời giải float • Đối với cạnh có chiều dài lớn 60km cần xử lý bán tự động sử dụng lời giải TRIPLE • Thơng thường tính cạnh điểm đầu cạnh cần có toạ độ hệ WGS-84 với độ xác cỡ 100m (đối với cạnh ngắn) 10m (đối với cạnh dài) Toạ độ nhận thông qua thực đơn tính PSEUDO-RANGE chương trình Kết tính cạnh tốt đạt toạ độ điểm đầu cạnh có độ xác cỡ 1-2 m, đồng thời cạnh lưới tính lan truyền Yêu cầu hồn tồn thực mạng lưới hạng I, II ta bình sai theo hệ WGS-84 quốc tế toạ độ B, L H có sai số cỡ 1-2 m so với điểm hệ toạ độ quốc tế IGS Phần mềm WAVE WAVE - Weighted Ambiguity Vector Estimator, chương trình có chức xử lý trị đo GPS phần mềm GPSURVEY WAVE chạy mơi trường Windows có khả xử lý trị đo tĩnh (Static), đo tĩnh nhanh (FastStatic) trị đo động Các trị đo phase trị đo code sử dụng để tạo vector có độ xác cao điểm khơng gian Điểm bật xử lý trị đo lớn, đồng thời xử lý tất vệ tinh, TRIMMBP xử lý tối đa vệ tinh - 32 - Phần mềm WAVE đưa thêm tiêu khác để đánh giá kết tính cạnh, độ lệch tham khảo (reference variance) Qua kết tính tốn thử nghiệm rút quy định tiêu bảng 10 Bảng 10: Chỉ tiêu Reference Variance Chiều dài cạnh Reference Variance (km) Máy tần số Máy tần số - 30 0.5 m xem xét để khơng sử dụng điểm làm điểm khởi tính Bước 3: Từ thực đơn bình sai chuyển sang thực đơn lưới mặt đất (Terrestrial Network Module), vào thực đơn Geoid Module, vào tiếp “Load Geoid Model” để nhập mô hình geoid lựa chọn Khi chọn mơ hình EGM96 nhập tên WW15MGH, chọn mơ hình Geoid địa phương mơ hình Geoid xây dựng riêng cho lưới trắc địa bình sai nhập tên mơ hình Tiếp theo vào thực đơn “Estimate Geoid Height” chọn “Creat DCO File” “Create Network Point Listing”; quay trở lại thực đơn trước (Geoid Model) để chuyển sang thực đơn “Terrestrial Observations Module” Vào thực đơn “Station Coordinates”, chọn “Modify Station Data”, nhập độ cao thuỷ chuẩn điểm lưới Quay lại thực đơn “Terrestrial Observations Module”, chọn “Computation Utilities”, chọn tiếp “Compute Network”, qauy trở - 40 - lại thực đơn “Terrestrial Observations Module” chọn thực đơn “Network Adjustment Module” Bước 4: bình sai độ cao: • Nhập độ cao trắc địa H độ cao thuỷ chuẩn h tất điểm khởi tính lựa chọn; • Đặt chế độ tự xác định trọng số cho trị đo GPS Geoid Model (Each GPS Solutions - Alternative), đặt chế độ bình sai: bình sai độ cao; • Tiến hành bình sai lưới lúc sai số trung phương trọng số đơn vị (Reference Factor = 1) Bước 5: Biên tập kết đo theo mẫu - 41 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Baran L W., , National Control Network for Poland, FIG-XX Congress, 1994, Commission Becker M., , Realization of the ITRF in Thailand and Malaysia by use of a combined network for geodinamics and national survey, PCGIAP-WG1 worshop, Canbera, 1998 Brunner F K., On the deformation of GPS network, FIG-XX Congress, 1994, Commission David W., Guide to GPS positioning, Canadian GPS Associates, 5-1987, Bản dịch Lê Văn Hưng, NXB KHKT, 1997 Dodson A H., The Status of GPS for Height Determination, FIG-XX Congress, 1994, Commission Hirsch O., Bautsch P., Geodetic Measurements at the North-Anatolian Fault-Zone near Gerede (Turkey), FIG-XX Congress, 1994, Commission Kinlyside D A., The Geocentric Datum of Australia - Transform or Readjust?, FIG-XX Congress, 1994, Commission Lindstrot W., The German Reference Frame DREF 91, FIG-XX Congress, 1994, Commission Seeger H., The New European Refernce Datum and it’s Relationship to wgs84, FIG-XX Congress, 1994, Commission 10 Trimble Navigation, Use’s Manual Trimvec, Trimnet+, GPServey, Geomatic Office 11 Đặng Hùng Võ (chủ biên), Trần Bạch Giang (thư ký) người khác, Báo cáo khoa học xây dựng Hệ quy chiếu Hệ toạ độ quốc gia, Tổng cục Địa Chính, Hà Nội, 1999 12 Trần Bạch Giang, báo cáo kết đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm ứng dụng công nghệ GPS đo độ cao”, Hà Nội, 2000 - 42 - - 43 - ... (thiết bị công nghệ GPS Hãng Trimble Navigation) -4- CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS I.1 GIỚI THIỆU CHUNG: Hệ thống GPS hệ thống định vị vệ tinh sau hệ thống DOPPLER GPS từ viết... đối GPS Điều quan trọng phải tổ hợp trị đo cho khử thành phần hệ thống p(t), s(t) p I.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ BẰNG HỆ THỐNG GPS I.3.1 Phép định vị tĩnh định vị động Hệ GPS dùng để định vị vật... đội Hệ thống định vị toàn cầu thiết kế chủ yếu quân đội định vị điểm theo thời gian thực Các ứng dụng cho quân đội bao gồm dẫn hướng hàng không, hàng hải Hệ định vị GPS coi hệ độc lập phận hệ thống