4. Cấu trúc nội dung của luận án
1.5.2. Sai số trong quá trình truyền sóng tín hiệu
Ngoài sai số do vệ tinh GNSS, các tín hiệu định vị khi truyền sóng qua môi trường từ vệ tinh GNSS đến bộ thu GNSS chịu tác động của các tầng khi quyển này. Đầu tiên, tín hiệu gặp tầng điện ly ở độ cao khoảng sau đó đến tầng đối lưu ở độ cao khoảng so với bề mặt trái đất. Những tầng khí quyển này có những tác động khác nhau đến các tham số của tín hiệu định vị do đặc tính vật lý của các tầng này khác nhau. Bên cạnh hai nguyên nhân này, trong quá trình truyền sóng từ vệ tinh đến bộ thu, tín hiệu định vị còn chịu ảnh hưởng của hiện tượng đa đường, nhiễu và hiện tượng chồng lấn tín hiệu. Tuy nhiên, trong phần này chỉ phân tích về sai số do tầng điện ly và tầng đối lưu còn hiện tượng đa đường sẽ được phân tích kỹ lưỡng ở phần sau do đây là đối tượng nghiên cứu chính của luận án.
1.5.2.1. Sai số do tầng điện ly
Tầng điện ly nằm cách mặt đất khoảng từ đến , có thành phần chủ yếu là các ion và điện tử tự do. Mật độ điện tử tự do gây ra trễ truyền lan của sóng điện từ theo hướng độ trễ truyền lan của sóng điện từ tỉ lệ thuận với mật độ điện tử tự do dọc theo hướng truyền lan. Mặt khác, mật độ điện tử tự do này lại tỉ lệ nghịch với bình phương tần số sóng điện từ lan truyền. Thông số đặc trưng cho mật độ điện tử này được gọi là nội dung điện tử tổng cộng – TEC, được xác định bằng tổng số điện tử trong một ống (có thiết diện mặt cắt ngang ) kéo dài từ vệ tinh đến bộ thu. Trễ do tầng điện ly phụ thuộc khá nhiều vào cao độ của vệ tinh. Với các vệ tinh có cao độ thấp, quãng đường lan truyền của tín hiệu định vị qua tầng điện ly bị dài ra nên độ trễ tầng điện ly sẽ tăng lên [62]. Tầng điện ly có đặc điểm là môi trường phân tán và hệ số khúc xạ phụ thuộc vào tần số của sóng điện từ (trong hệ thống GNSS là tần số của tín hiệu định vị). Vì vậy, để khắc phục sai số do tầng điện ly, các bộ thu GNSS mới thường kết hợp hai tín hiệu định vị tại hai tần số sóng mang là L1 và L2 để khử sai số này.
Thông dụng nhất hiện nay, các bộ thu GNSS đơn tần phổ biến có thể sử dụng các mô hình sửa lỗi tầng điện ly để loại bỏ sai số tầng điện ly. Mô hình sửa sai tầng điện ly phổ biến nhất đó là mô hình Klobuchar [62, 63]. Nhờ có mô hình Klobuchar và các thuật toán hiệu chỉnh sai số mà trễ tầng điện ly có thể được giảm tối đa đến 50%. Bên cạnh mô hình Klobuchar gốc, các mô hình truyền sóng tầng điện ly khác cũng đã được đề xuất để phù hợp hơn với các điều kiện truyền sóng tại các khu vực địa lý khác nhau trên trái đất như các mô hình được đề xuất trong [1, 37, 38, 107].
1.5.2.2. Sai số do tầng đối lưu
Tầng đối lưu là tầng khí quyển thấp hơn tầng điện ly, ở độ cao khoảng so với bề mặt trái đất với thành phần chủ yếu là hơi nước ơ độ cao dưới và khí khô ở độ cao trên
. Thành phần hơi nước này làm cho tín hiệu định vị GNSS bị khúc xạ. Theo [62], khoảng 90% trễ tầng đối lưu phụ thuộc vào thành phần khí khô và có thể dự đoán dễ dàng dựa vào vĩ độ, độ cao của bộ thu GNSS cũng như căn cứ vào thời điểm trong năm. Với thành phần hơi nước, do nó thay đổi theo thời tiết từng vùng và thay đổi rất nhanh nên rất khó dự đoán. Khác với tầng điện ly, tầng đối lưu là không phân tán. Do vậy, nó gây ra trễ giống nhau trên cả mã giả ngẫu nhiên PRN và sóng mang. Mô hình hóa các thành phần khô cũng như ẩm của tầng đối lưu để tính toán sai số trong quá trình truyền tín hiệu định vị qua tầng đối lưu đã được nhóm nghiên cứu trong [24] phát triển và gọi là mô hình UNB3. Mô hình UNB3 cũng đã được phân tích kỹ lưỡng về độ chính xác của mô hình bởi nhóm tác giả trong [105].
Tuy nhiên do cả trễ tầng điện ly và trễ tầng đối lưu đều thay đổi chậm theo thời gian nên khi xem xét ở trong mạch vòng bám tín hiệu, các trễ này được coi như là một phần của thời gian truyền sóng tín hiệu định vị nên không ảnh hưởng đến hoạt động của mạch vòng bám đồng bộ tín hiệu.