thái mã của bộ tạo mã (phần nguyên) và trạng thái của NCO (phần lẻ)..
Sự hình thành giả khoảng cách
(pseudorange, delta pseudorange and integrated Doppler)
Trạng thái pha mã của bộ tạo mã PRN là giả ngẫu nhiên, sẽ là không thực tế để đọc trạng thái pha mã của bộ tạo PRN rồi chuyển đổi trạng thái mã không tuyến tính về trạng thái tuyến tính của thời gian GPS sử dụng bảng giá trị (lookup table)
Có quá nhiều trạng thái mã, đặc biệt là đối với mã P.
Giải quyết vấn đề này trên thực tế: nhằm duy trì thời gian GPS trong bộ thu GPS, sử dụng một bộ tích lũy mã riêng tại khối xử lý băng gốc và đồng bộ bộ tích lũy này với trạng thái pha của bộ tạo bản sao PRN.
Sự hình thành giả khoảng cách
(pseudorange, delta pseudorange and integrated Doppler)
Bộ thu GPS thông thường có tốc độ cập nhật vị trí là 1 giây. Khung thời gian cơ sở FTF cho các phép đo là 20ms tương ứng với tốc độ số liệu 50bps.
Khối xử lý băng gốc cập nhật NCO mã và NCO sóng mang sau một số phần nguyên lần FTF thường là
20, 10, 5, 2 hay 1ms.
Giả thiết, FTF = 20ms, bộ dao động chuẩn trong bộ thu cung cấp nhịp đếm tăng 1 chiều cho bộ đếm FTF. Bộ đếm FTF được đặt = 0 khi bộ thu GPS được bật điện, và đếm tăng mỗi nhịp, đến khi đạt giá trị tối đa thì lại trở về 0 của chu kỳ tiếp theo.
Sự hình thành giả khoảng cách
(pseudorange, delta pseudorange and integrated Doppler)
Giả thiết tốc độ của bộ thu GPS là 1 vị trí/giây, các kết quả đo lấy ra từ các vòng bám mã và sóng mang cứ sau 50 FTF. Khi khối xử lý băng gốc lấy kết quả đo từ vòng bám mã và sóng mang, nó gắn thẻ thời gian với bộ đếm FTF.
Khối xử lý định vị gán và duy trì thời gian GPS theo bộ đếm FTF.
Thời gian nhận khởi tạo có thể là thời gian truyền của vệ tinh đầu tiên cộng với khoảng thời gian lan truyền danh định khoảng 76ms nếu khối định vị không biết chính xác thời gian GPS. Vậy thời gian khởi tạo được thiết lập với độ chính xác 20ms.
Sự hình thành giả khoảng cách
(pseudorange, delta pseudorange and integrated Doppler)
Khi phép đo giả khoảng cách được thực hiện vào thời gian FTF(n), vòng bám mã băng gốc của bộ thu lấy thời gian truyền SVi từ bộ tích lũy mã và đưa thời gian này tới FTF(n). Nếu N là số bit của bộ cộng
NCO mã thì thời gian truyền được đo với độ phân giải là 2-N của chip mã.
Ví dụ: thanh ghi bộ cộng NCO mã là N = 32bit, độ
phân giải của phép đo nhỏ hơn ¼ nanochip, như vậy có thể loại trừ nhiễu lượng tử của phép đo mã.
Khối xử lý băng gốc có thể tính toán phép đo giả
khoảng cách từ thời gian truyền SVi và thẻ thời gian
Sự hình thành giả khoảng cách
(pseudorange, delta pseudorange and integrated Doppler)
Tuy nhiên, khối xử lý định vị cần thời gian chính xác mà SVi truyền tín hiệu để tính toán vị trí vệ tinh. Do vậy, phép đo tốt nhất cần đưa sang khối xử lý định vị là thời gian truyền của vệ tinh cùng với thẻ thời gian TFT.
Khối xử lý định vị áp dụng hiệu chỉnh đồng hồ, sử dụng thời gian truyền đã hiệu chỉnh để tính vị trí vệ tinh, sau đó tính giả khoảng cách và các hiệu chỉnh khác trước khi tính toán vị trí.
Sự hình thành giả khoảng cách
(pseudorange, delta pseudorange and integrated Doppler)
Đo lệch thời gian (time skew) - Ts: là lệch thời gian giữa thời điểm chuyển bit của số liệu vệ tinh và FTF của máy thu (20ms).
Sự hình thành giả khoảng cách
(pseudorange, delta pseudorange and integrated Doppler)
Phân hệ điều khiển đảm bảo Ts < 1ms GPS giữa các vệ tinh => tất cả các thời điểm chuyển bit của số liệu vệ tinh đều gần như đồng pha với thời gian GPS tại thời gian truyền.
Tuy nhiên, ở bộ thu các thời điểm chuyển bit của số liệu vệ tinh lệch so với FTF của bộ thu, Ts khác nhau giữa các vệ tinh do khoảng cách giữa tâm pha của ăng-ten máy thu và các vệ tinh là khác nhau.
Ts cũng thay đổi theo thời gian với từng vệ tinh trong tầm nhìn do vệ tinh di chuyển.
Do vậy, có lệch thời gian giữa các bộ tạo bản sao mã với nhau, cũng như lệch với FTF.
Sự hình thành giả khoảng cách
(pseudorange, delta pseudorange and integrated Doppler)
Kết quả là, thời gian tích phân và cập nhật đối với các NCO mã và sóng mang được thực hiện bởi thay đổi lệch pha thời gian so với pha thời gian của FTF, nhưng khối xử lý băng gốc bộ thu biết và điều khiển lệch thời gian bằng tăng dần pha một cách rời rạc.
Bộ tích lũy mã thường cập nhật Ts theo lịch cập nhật của NCO mã.
Bộ thu GPS thường thu đa kênh, nếu các phép đo dùng chung FTF, nội dung bộ tích lũy mã, khi trích xuất để đo đạc, được chuyển tới bước tính toán tiếp theo cần phải tính đến lệch thời gian giữa các lần cập nhật NCO mã và FTF.
Sự hình thành giả khoảng cách
(pseudorange, delta pseudorange and integrated Doppler)
Duy trì bộ tích lũy mã: cách thức thiết lập khởi tạo bộ tạo mã và trạng thái NCO.
Ba bộ đếm được sử dụng là Z, X1 và P.
Bộ đếm Z: 19-bit, tích lũy thời gian GPS, bước tăng 1,5 giây, reset khi đạt giá trị max sau 1 tuần GPS = 403.200, giá trị max của bộ đếm Z là 403.199.
Bộ đếm X1: 24-bit, tích lũy thời gian GPS, tăng số nguyên lần P chip, reset khi đạt giá trị max sau 1,5s = 15.345.000, giá trị max là 15.349.999.
Bộ đếm P: tích lũy thời gian GPS, tăng theo phần lẻ của một chip P, thường cùng độ dài với bộ cộng
Sự hình thành giả khoảng cách
(pseudorange, delta pseudorange and integrated Doppler)
Tốc độ đồng hồ tổng hợp bởi NCO mã thường gấp 2/D (D=1) lần tốc độ bộ tạo mã
Sự hình thành giả khoảng cách
(pseudorange, delta pseudorange and integrated Doppler)
Tốc độ đồng hồ tổng hợp bởi NCO mã thường gấp 2/D (D=1) lần tốc độ bộ tạo mã. Điều này là bắt buộc đối với bộ phát bản sao mã với dịch pha nào đó nếu muốn xác định lỗi trong tách sóng mã.
Bộ đếm P bám phần lẻ của trạng thái pha mã chính là trạng thái NCO mã.
Giả thiết rằng NCO mã và bộ tích lũy mã được cập nhật cứ sau T giây, thuật toán duy trì bộ tích lũy mã như sau (dấu = nghĩa là thay thế bằng) :
Sự hình thành giả khoảng cách
Sự hình thành giả khoảng cách
(pseudorange, delta pseudorange and integrated Doppler)
∆φCO có 2 thành phần:
Lệch NCO mã: là sự tăng pha sau mỗi nhịp đồng hồ tính cả trôi thời gian của bộ tạo bản sao mã P.
Tốc độ bộ lọc vòng mã: là tổng hợp của trợ giúp sóng mang và đầu ra bộ lọc vòng mã. Sự kết hợp này nhằm hiệu chỉnh Doppler của bộ tạo bản sao mã P so với tốc độ chip của mã P.
Tốc độ mã P gấp 10 lần mã C/A nên, bộ chia 10
được sử dụng ở bộ tạo mã. Để tính toán các thành phần như tốc độ chip, Doppler mã hay trễ tầng điện ly cần hệ số thích hợp.
Sự hình thành giả khoảng cách
(pseudorange, delta pseudorange and integrated Doppler)
Kết quả đo từ bộ tích lũy mã: giá trị Pi(n), X1i(n) và
Zi(n) đối với SVi chính là các phép đo tại FTF(n). Khi chuyển các giá trị này thành đơn vị giây thì thu được thời gian truyền TTi(n) của vệ tinh SVi tại thời điểm n.
Tính toán giống như trước chỉ thay T bằng lệch thời gianTs, và không cập nhật bộ tích lũy mã.
Sự hình thành giả khoảng cách
(pseudorange, delta pseudorange and integrated Doppler)
Tính toán thời gian truyền TTi(n) của vệ tinh Svi như sau:
Sự hình thành giả khoảng cách
(pseudorange, delta pseudorange and integrated Doppler) Xác định thời gian truyền từ mã C/A
Quan hệ định thời GPS cho phép bộ thu mã C/A xác định đúng thời gian truyền.
Sự hình thành giả khoảng cách
(pseudorange, delta pseudorange and integrated Doppler)
Mỗi khung con của số liệu bản tin định vị có từ mã HOW (Handover word).
HOW chứa Z-count của chuyển bit số liệu đầu tiên của đầu khung tiếp theo. Đây là bit số liệu đầu tiên của TLM luôn đứng trước HOW.
Bắt đầu của mỗi bit số liệu 20ms đồng bộ với điểm đầu 1 trong những mã C/A dài 1ms của các vệ tinh, nhưng lại có 20 mã C/A trong mỗi chu kỳ bit số liệu.
Trong mỗi khung con này, thanh ghi X1 tạo ra nhớ cho Z- count, X1-count bằng 0.
Xử lý giá trị mập mờ của mã C/A bằng cách đặt Z-count bằng giá trị của HOW và đặt giá trị X1 bằng 0 khi bắt đầu khung con tiếp theo.
Sự hình thành giả khoảng cách
(pseudorange, delta pseudorange and integrated Doppler)
Thực tế, gía trị thực của Z-count và X1-count được tính ngay trong thời gian vài chu kỳ mã C/A mà không chờ đến khung con kế tiếp.
Z-count và X1-count được sẽ được sửa đúng nếu bộ thu GPS đạt được đồng bộ bit ngay trong 1ms hay sớm hơn. Điều này chỉ đạt được khi 1ms mã C/A đồng bộ hoàn hảo với điểm chuyển bit số liệu 20ms của bit đầu tiên của
TLM khung con tiếp theo.
Nếu quá trình đồng bộ bị lỗi trong việc làm đồng pha giữa bản sao mã C/A và điểm chuyển bit số liệu, khi đó X1-
Sự hình thành giả khoảng cách
(pseudorange, delta pseudorange and integrated Doppler)
Nếu bộ thu cố gắng thực hiện chuyển giao cho mã P nhưng không thành công, thì cách làm thông thường là thử chuyển giao lại với thay đổi 1ms cho giá trị trong X1, tiếp tục tăng lên 2ms, và cứ thế, cho đến khi đạt được đồng bộ bit. Như vậy, có thể mất đến 6 phút hay lâu hơn để bộ thu GPS có được phép đo đầy đủ.
Trường hợp chuyển giao thành công sang mã P thì có nghĩa là đạt được đồng bộ bit.
Tuy nhiên, nếu bộ thu GPS chỉ thu mã C/A, việc đạt được đồng bộ bit khó khăn hơn và có thể chỉ thành công khi có sự tham gia của khối định vị.
Với lỗi thời gian GPS lên đến 1ms tương đương với lỗi giả khoảng cách ~300km, sai số xác định vị trí sẽ rất lớn.
Nếu mọi kênh tín hiệu đều có lỗi đồng bộ bit thì lỗi vị trí rất lớn sẽ đẩy bài toán định vị không thể giải được với lệch thời gian GPS lên đến 1ms, sai số lớn có thể được phát hiện khi bài toán vi phạm các điều kiện bờ.
Đồng bộ bit là quá trình thống kê phụ thuộc vào tỷ số C/No , tỷ số C/No thấp dưới mức ngưỡng đồng bộ bit có thể gây lỗi, lúc này tín hiệu không đủ tốt để cho phép tính toán vị trí.
Sự hình thành giả khoảng cách
Delta giả khoảng cách được định nghĩa như sau:
trong đó
:giả khoảng cách tại thời điểm J FTF sau FTF(n) :giả khoảng cách tại thời điểm J FTF trước FTF(n) J = 0 hay K phụ thuộc vào thiết kế bộ thu
Delta giả khoảng cách có thể được xác định từ vòng bám mã nhưng kết quả đo bị nhiễu nhiều. Nếu kết quả đo được xác định từ vòng bám sóng mang thì sẽ giảm được nhiễu.
Sự hình thành giả khoảng cách
Các phép đo pha Doppler sóng mang được khối xử lý băng gốc trích xuất từ vòng bám sóng mang, sử dụng bộ tích lũy sóng mang. Việc này tương tự như sử dụng bộ tích lũy mã để trích xuất thời gian truyền nhưng đơn giản hơn.
Bộ tích lũy mã bao gồm số đếm phần nguyên số chu kỳ, NCA, và số đếm phần lẻ chu kỳ, φCA, của phép đo pha Doppler sóng mang.
Bộ tích lũy sóng mang được cập nhật sau mỗi vòng lặp theo thuật toán sau:
Sự hình thành giả khoảng cách
Sự hình thành giả khoảng cách
Phần lẻ của bộ tích lũy sóng mang, φCA, được khởi tạo từ trạng thái NCO mã ở đầu quá trình tìm kiếm, thường = 0.
Phần nguyên của số chu kỳ sóng mang với pha Doppler,
NCA, là không rõ ràng (ambiguous). Vì chỉ có các phép đo vi sai được thực hiện ở thanh ghi này nên giá trị mập mờ (không rõ ràng) này không ảnh hưởng.
Bộ tích lũy sóng mang (phần nguyên) thường được đặt là 0 khi vòng sóng mang đóng hay là việc tìm kiếm thành
công. Lỗi liên quan đến lệch NCO sóng mang do trôi thời gian không xuất hiện do đây là các phép đo vi sai, kết quả đo lấy từ bộ tích lũy sóng mang.
Sự hình thành giả khoảng cách
Để lấy được kết quả đo pha Doppler sóng mang,
NCAi(n) và φCAi(n) ,của vệ tinh SVi, cần phải đưa giá trị đó tới FTF(n) với lệch thời gian Ts
Kỹ thuật này tương tự như vòng bám mã:
Sự hình thành giả khoảng cách
Delta giả khoảng cách chỉ đơn giản là sự thay đổi pha trong bộ tích lũy sóng mang trong một khoảng thời gian nào đó.
Sự hình thành giả khoảng cách
Doppler Tích hợp: đo đạc Doppler tích hợp đối với SVi tại FTF(n) có thể được đổi sang đơn vị met như sau:
Kết quả phép đo này đạt được từ PLL, sử dụng cho các ứng dụng GPS độ chính xác cao.
Với các tín hiệu GPS tốt, phép đo Doppler tích hợp ít nhiễu hơn nhiều so với đo mã, nếu tín hiệu tốt có thể đạt được lỗi cỡ mm.
Sự hình thành giả khoảng cách