Một sai số quỹ đạo vệ tinh có thể được xác định bởi một sai số giữa vị trí vệ tinh thật sự và giá trị tính toán của nó. Sai số này thường được nói rõ trong ba thành phần quỹ đạo: along-crack, cross-track và bán kính. Sai số quỹ đạo vệ tinh có ảnh hưởng trực tiếp trong định vị điểm đơn giản. Đầu tiên, độ chính xác định vị về
31
thành phần độ cao chủ yếu tương đối thấp vì không có vệ tinh nào theo dõi dưới đường ngang. Đầu tiên, độ chính xác định vị của thành phần kinh độ thường kém hơn so với thành phần vĩ độ vì thiết kế của quỹ đạo vệ tinh và sự chuyển động của các vệ tinh. Sai số xung đồng hồ vệ tinh có thể được mô tả bởi sự lệch, trượt và tốc độ trượt của xung đồng hồ.
Thông tin quỹ đạo vệ tinh và lệch xung đồng hồ được bao gồm trong lịch sao vệ tinh, được phân loại thành lịch sao vệ tinh quảng bá và lịch sao vệ tinh chính xác. Lịch sao vệ tinh quảng bá GPS (cũng được gọi là lịch sao vệ tinh dự đoán) bao gồm một tập thông số Keplerian có thể cung cấp cho người dùng GPS tại thời gian theo dõi với độ chính xác khoảng 1.6m cho vị trí vệ tinh và 7ns cho sự hiệu chỉnh đồng hồ. Lịch sao vệ tinh quảng bá GLONASS được cho trong dạng tọa độ, vận tốc và gia tốc và có thể lấy trực tiếp trong quá trình thu thập dữ liệu. Độ chính xác của lịch sao vệ tinh quảng bá GLONASS được cho bởi bảng 3-1. Lịch sao vệ tinh chính xác cũng được gọi là lịch sao vệ tinh tiền xử lý, không thấy được trong thời gian thực vì trễ, nguyên nhân bởi sự xử lý việc thu thập dữ liệu, truyền dẫn, tính toán và phân phối tới người dùng. Lịch sao vệ tinh chính xác GPS được ước lượng sử dụng dữ liệu thu thập tại trạm chuẩn gốc phân phối toàn cầu, tọa độ của nó được xác định chính xác. Trạm chuẩn gốc trang bị một máy thu GPS lưỡng tần số hiệu năng cao theo dõi tập hợp liên tục. Những theo dõi này sau đó được truyền tới trung tâm xử lý dữ liệu, nơi những thuật toán tinh vi được sử dụng để điều khiển sự tính toán để tạo ra dữ liệu xung đồng hồ và quỹ đạo vệ tinh chính xác. Cuối cùng, những kết quả dữ liệu chính xác này được phân phối tới người dùng thông qua Internet hoặc vệ tinh thông tin địa tĩnh.
Bảng 3- 1: Độ chính xác tọa độ và vận tốc của vệ tinh GLONASS[8]
Tọa độ (m) Vận tốc (m/s)
GLONASS GLONASS-M GLONASS GLONASS-M
Along track 20 7 0.05 0.03
Cross track 10 7 0.1 0.03
32
3.2.1.1 Tổ chức IGS
Dịch vụ GNSS toàn cầu (IGS) là một nguồn chính cung cấp dữ liệu xung đồng hồ và quỹ đạo vệ tinh chính xác hiệu năng cao để ủng hộ sự nghiên cứu khoa học trái đất và ứng dụng đa lĩnh vực. IGS bao gồm 4 trung tâm dữ liệu toàn cầu, 6 trung tâm dữ liệu cục bộ, 17 trung tâm dữ liệu mở, 10 trung tâm phân tích và một số trung tâm phân tích cộng tác nội bộ. Hình 2-1 thể hiện cấu trúc tổ chức IGS. IGS đã xây dựng một mạng lưới theo dõi GPS toàn cầu với hơn 300 trạm GPS mở liên tiếp và gần 100 trạm lưu trữ và phân phối dữ liệu theo dõi GPS và GLONASS cho tất cả các loại người dùng trong khoa học, ứng dụng kỹ thuật và sự nghiên cứu.
33
Hình 3- 2: Các trạm GPS/GLONASS trên mạng lưới theo dõi IGS
3.2.1.2 Sản phẩm GPS chính xác
Sản phẩm mà IGS cung cấp bao gồm lịch sao vệ tinh chính xác, thông tin xung đồng hồ trạm và vệ tinh, tọa độ địa lý của trạm theo dõi IGS, thông số quay trái đất và thông số khí quyển. Từ năm 1994, IGS đã cung cấp dữ liệu hiệu chỉnh xung đồng hồ và quỹ đạo vệ tinh GPS chính xác tới những thông tin khoa học với độ chính xác và tính tức thời được tăng lên. Hiện nay, một chuỗi sản phẩm IGS với độ chính xác và thời gian chờ khác nhau người dùng GNSS có thể dùng được, bao gồm sản phẩm siêu tốc, sản phẩm nhanh và sản phẩm chính xác cuối cùng. Có một sự cân bằng giữa độ chính xác và thời gian chờ cho những sản phẩm này. Từ sản phẩm IGS siêu tốc tới IGS cuối cùng, độ chính xác tăng nhưng thời gian chờ tăng lên.
Cũng như IGS, những tổ chức khác như Jet Propulsion Laboratory (JPL) và Natural Resources Canada (NRCan) cũng cung cấp sản phẩm GPS chính xác cho người dùng. JPL có thể cung cấp dữ liệu xung đồng hồ và quỹ đạo vệ tinh chính xác gần thời gian thực và thời gian thực hiệu chỉnh GPS vi sai toàn cầu dựa trên Internet. NRCan bắt đầu cung cấp sản phẩm GPS chính xác thông qua vệ tinh và Internet từ năm 2004. Bảng 3-2 tổng kết dữ liệu xung đồng hồ và quỹ đạo vệ tinh GPS chính xác từ IGS, JPL và NRCan.
34
Bảng 3- 2: Dữ liệu xung đồng hồ và quỹ đạo vệ tinh GPS chính xác
Quỹ đạo / xung đồng hồ Độ chính xác Độ trễ Cập nhật Khoảng thời gian Quảng bá Quỹ đạo ~ 160 cm Thời
gian thực --- Hảng ngày Xung đồng hồ ~ 70 ns Siêu tốc (nửa dự đoán)
Quỹ đạo ~ 10 cm Thời gian thực
4 lần/ngày 15 phút Xung đồng hồ ~ 5 ns
Siêu tốc (nửa theo dõi)
Quỹ đạo < 5 cm 3 giờ 4 lần/ngày 15 phút Xung đồng hồ 0.2 ns
IGS nhanh Quỹ đạo < 5 cm 17 giờ Hàng ngày 15 phút
Xung đồng hồ 0.1 ns 5 phút
IGS cuối cùng Quỹ đạo < 5 cm ~ 13 ngày Hàng tuần 15 phút Xung đồng hồ < 0,1 ns 5 phút Thời gian thực như JPL(NRT) Quỹ đạo ~ 22 cm 2 ~ 3 phút 15 phút 5 phút Xung đồng hồ ~ 0.7 ns Thời gian thực JPL (IGDG)
Quỹ đạo ~ 18 cm ~ 4 giây 1 giây ~ 28 giây
Xung đồng hồ ~ 1 ns 1 giây
Thời gian thực NRCan(GPSC)
Quỹ đạo ~ 10 cm ~ 5 giây 2 giây ~ 20 giây
Xung đồng hồ ~ 1 ns 2 giây
3.2.1.3 Sản phẩm GLONASS chính xác
Sự thử nghiệm GLONASS toàn cầu (IGEX-98) là một theo dõi GLONASS toàn cầu và chiến dịch phân tích cho những ứng dụng địa lý và trắc địa, được thực hiện từ 19 tháng 10 năm 1998 tới 19 tháng 4 năm 1999. Mục đích chính của nó là thu thập những tập dữ liệu GLONASS sử dụng máy thu GPS/GLONASS lưỡng tần số phân phối toàn cầu và xác định những quỹ đạo vệ tinh GLONASS chính xác. IGEX-98 có một mạng lưới theo dõi toàn cầu bao gồm 52 trạm được trang bị 19 máy thu lưỡng tần số và 13 máy thu đơn tần số. Sau chiến dịch IGEX-98, một hạ
35
tầng cơ sở có thể so sánh được với IGS được thiết lập[10] . IGEX-98 đưa ra quỹ đạo chính xác của tất cả các vệ tinh GLONASS đang hoạt động.
Dự án dịch vụ dẫn đường GLONASS quốc tế là một dự án kế tiếp của IGEX- 98 với mục đích chính là hợp nhất hệ thống vệ tinh GLONASS vào sự hoạt động của IGS. Dự án dẫn đường IGLOS có một mạng lưới toàn cầu bao gồm khoảng 50 trạm theo dõi với những máy thu GPS/GLONASS lưỡng tần số. Dữ liệu GLONASS được thu thập liên tục và lưu trữ trong dạng RINEX tại trung tâm dữ liệu toàn cầu IGS. Sự theo dõi GPS và GLONASS được xử lý đồng thời và vì vậy dữ liệu quỹ đạo chính xác tạo ra cho cả hai hệ thống cấu trúc tham chiếu giống nhau.
Bốn trung tâm phân tích IGS hiện tại thông thường có thể cung cấp dữ liệu quỹ đạo chính xác GLONASS, bao gồm CODE (University Berne, Switzerland), IAC (Information Analytical Center), ESA/ESOC (European Space Operationas Center, Germany) và BKG (Bundesamt Kartographie und Geodäsie, Germany).
CODE cung cấp dữ liệu quỹ đạo GLONASS cuối cùng, nhanh và dự đoán nhanh. Quỹ đạo CODE được thể hiện rõ trong cấu trúc tham chiếu IGb00, là một thể hiện của ITRF2000. IAC là một ban của MCC (Russian Mission Control Center), thông thường giám sát hiệu năng GLONASS. IAC khởi tạo một sự xác định xung đồng hồ và quỹ đạo thông thường sử dụng dữ liệu mạng lưới theo dõi IGS vào năm 2004. Như một trong 4 trạm phân tích IGS, nó thường cung cấp dữ liệu quỹ đạo GLONASS và xung đồng hồ từng giai đoạn từ năm 2005. Những kết quả này bao gồm dữ liệu xung đồng hồ và quỹ đạo cuối cùng với độ trễ 5 ngày và dữ liệu xung hồ và quỹ đạo nhanh với độ trễ 1 ngày.
ESOC bắt đầu xử lý và phân tích dữ liệu GNSS để xác định quỹ đạo vệ tinh chính xác vào năm 1991. ESA/ESOC đầu tiên sử dụng phần mềm GPSOBS/BAHN của nó để tính toán thông số xung đồng hồ và quỹ đạo GPS chính xác và sau đó xếp thẳng kết quả GLONASS của nó vào cấu trúc tham chiếu ITRF2000 sử dụng dữ liệu quỹ đạo GPS chính xác và những ràng buộc chặt chẽ trên tọa độ của 7 trạm theo dõi. BKG bắt đầu xử lý và phân tích sự theo dõi kết hợp GPS/GLONASS từ các trạm theo dõi toàn cầu từ khi IGEX-98 bắt đầu. Tương tự như ESA/ESOC,
36
BKG đầu tiên tính quỹ đạo GPS, ước lượng xung đồng hồ và các thông số định hướng trái đất và sau đó dùng phần mềm Bernese để tạo ra quỹ đạo GLONASS chính xác và tọa độ trạm trên một cơ sở sự theo dõi pha sai phân kép. Nó cung cấp dữ liệu quỹ đạo GLONASS chính xác, ước lượng đặc trưng thu của sai lệch hệ thống thời gian giữa GPS và GLONASS và tọa độ trạm.
Tương tự như những quỹ đạo IGS GPS cuối cùng, những quỹ đạo GLONASS độc lập từ bốn tổ chức có thể kết hợp để tạo ra quỹ đạo IGS GLONASS cuối cùng với độ chính xác khoảng 10- 15cm.
Bảng 3- 3: Dữ liệu xung đồng hồ và quỹ đạo vệ tinh GLONASS chính xác Quỹ đạo / xung đồng hồ Độ chính xác Độ trễ Cập nhật Khoảng
thời gian IGS cuối cùng Quỹ đạo 15 cm 2 tuần Hàng tuần 15 phút
IAC nhanh Quỹ đạo -- 1 ngày -- 15 phút
Xung đồng hồ -- 5 phút
IAC cuối cùng Quỹ đạo ~ 15 cm 5 ngày -- 15 phút
Xung đồng hồ ~ 1.5 ns 5 phút
ESOC cuối cùng Quỹ đạo -- -- -- 15 phút
Xung đồng hồ -- 5 phút
Hiện tại chỉ có 2 trung tâm phân tích dữ liệu là IAC và ESA/ESOC cung cấp dữ liệu xung đồng hồ GLONASS từng giai đoạn. Nhưng sự so sánh trực tiếp giữa chúng hầu như không thể làm được vì sử dụng dải thời gian tham chiếu khác nhau và sai số liên tần số khác nhau ứng dụng vào việc đo mã GLONASS. Tiêu chuẩn giá trị xung đồng hồ GLONASS từng giai đoạn giữa IAC và ESOC tại mức 1.5 ns. Chỉ với hai trung tâm cộng tác, IGS không cung cấp sự hiểu chỉnh xung đồng hồ vệ tinh GLONASS chính xác. Tóm tắt dữ liệu xung đồng hồ và quỹ đạo vệ tinh chính xác GLONASS được cho trong bảng 3-3.