3.3 Các sai sô phát sinh từ mođi trường lan truyeăn tín hieơu vođ tuyên
3.3.2 Treê tređn taăng đôi lưu
3.3.2.1 Đaịc tính
Taăng đơi lưu goăm các thành phaăn chính 78% Nitơ, 21% Oxi, và cạ hơi nước ở vào đoơ cao đoơ cao từ 0 đên 70km. Khúc xá cụa taăng khí quyeơn trung tính này hồn tồn đoơc laơp với các taăn sô thuoơc phoơ sóng vođ tun. Khođng giơng taăng đieơn ly, taăng khí quyeơn khođng khuêch tán các taăn sơ thâp hơn 30GHz, vì vaơy các trị thời tr nhóm hay pha đeău như nhau. Đeơ thuaơn tieơn, người ta phađn tích khúc xá taăng khí quyeơn trung tính làm 2 phaăn: khođ và ướt. Ba nhađn tơ chính cụa taăng đơi lưu ạnh hưởng tới tín hieơu veơ tinh là:
Maơt đoơ khođng khí (đaịc trưng cho mức đoơ dày đaịc cụa baău khí quyeơn), đái lượng này tỷ leơ với áp suât khí quyeơn. Rõ ràng càng leđn cao maơt đoơ khođng khí càng giạm nhanh do áp suât giạm.
Nhieơt đoơ: giạm theo đoơ cao và chính u tơ gađy neđn hieơn tượng đơi lưu khođng khí. Càng leđn cao nhieơt đoơ khođng khí càng giạm cho đên giá trị khođng đoơi từ khoạng –60 đên
–70 0 C ở vào đoơ cao khoạng 9 km đên 17 km.
Đoơ aơm là lượng hơi nước trong khođng khí và cũng là đái lượng giạm theo đoơ cao.
Taăng khí quyeơn trung tính này gađy ra sai sơ trong các trị đo GPS và có đaịc tính chung như sau:
Mođi trường này khođng làm phađn tán tín hieơu sóng vođ tun GPS. Gađy treê tređn cạ các trị mã và pha.
Đoơc laơp với taăn sô.
Tác đoơng giông nhau tređn cạ hai trị đo mã và pha. Thành phaăn khođ gađy ra 90% toơng thời gian treê Thành phaăn ướt gađy ra 10% toơng thời gian treê.
Thành phaăn khođ được tính gaăn đúng theo bieơu thức:
DTC = 2.27x103Po
Trong đó DTC (Dry Term Contribution) là ạnh hưởng cụa sô háng khođ đôi với cự ly tređn phương thieđn đưnh, Po là khí áp maịt đât, đơn vị mbar. Đơi với moơt khí áp trung bình khoạng 1013 mbar, trị ạnh hưởng này vào khoạng 2.3m. Sô háng khođ chiêm tới khoạng 90% toơng các sai sơ cự ly tređn phương thieđn đưnh và có theơ ước lượng chính xác khoạng 0.2% nhờ các sơ lieơu khí áp beă maịt.
Ngược lái, thành phaăn ướt, phú thuoơc vào các đieău kieơn khí quyeơn dĩc đường đi cụa tín hieơu. Các đieău kieơn này khođng nhât thiêt lieđn quan maơt thiêt với các đieău kieơn maịt đât. Cho tới nay đã có nhieău mođ hình khác nhau được dùng đeơ mođ hình hóa các u tơ như hàm lượng hơi nước, nhieơt đoơ, cao đoơ và góc nghieđng cụa đường truyeăn tín hieơu.
3.3.2.2 Nguyeđn nhađn
Các veơ tinh GPS truyeăn đi những tín hieơu radio có nng lượng bé ký hieơu là L1 và L2 tređn bng taăn UHF. Q trình lan truyeăn cụa tín hieơu veơ tinh cũng chính là sự lan truyeăn cụa sóng đieơn từ trong mođi trường phức táp, khođng trong st và khođng đoăng tính. Tính chât bât thường khođng đoăng nhât cụa mođi trường lan truyeăn tín hieơu veơ tinh tác đoơng rât lớn đên tín hieơu tái máy thu GPS. Baău khí quyeơn naỉm giữa maịt đât và leđn cao khoạng 70 km là taăng đơi lưu. Hai đaịc đieơm chính cụa mođi trường khí quyeơn này làm suy giạm đáng keơ chât lượng tín hieơu thu:
Tính chât khođng đoăng nhât cụa mođi trường khí quyeơn làm cho tín hieơu phát từ veơ tinh lan truyeăn với các vaơn tôc khác nhau và bị uôn cong trước khi tới máy thu GPS.
Sự thay đoơi veă tính chât và thành phaăn cụa các lớp khođng khí làm cho haỉng sơ đieơn mođi cụa nó thay đoơi kêt quạ là tín hieơu bị khúc xá lieđn túc nhieău laăn làm cho đường đi cụa nó bị n cong trước khi đên máy thu GPS.
Toơng qt hố những phađn tích tređn, các nhà khoa hĩc kêt luaơn raỉng đoơ treê cụa taăng đôi lưu phú thuoơc vào góc cao đoơ veơ tinh, cao đoơ cụa máy thu và chư sô khúc xá (ạnh hưởng toơng hợp cụa áp suât, nhieơt đoơ, đoơ aơm). Tác đoơng khúc xá cụa taăng đơi lưu khođng phú thuoơc vào taăn sơ cụa sóng đieơn từ lan truyeăn trong đó. Các đaịc đieơm cụa ạnh hưởng taăng đơi lưu đên tín hieơu veơ tinh:
Cực tieơu ở phương thieđn đưnh ứng với góc cao đoơ baỉng 900, theo phương này đoơ leơch vào
khoạng 2.3 met và cực đái gaăn phương ngang vào khoạng 20 met.
Đôi với taăng khođng khí khođ các mođ hình tốn hĩc có theơ khaĩc phúc khoạng 90% ạnh hưởng cụa nó.Trong khi đơi với taăng khođng khí ướt các phađn tích mođ hình chư khaĩc phúc khoạng 10% ạnh hưởng cụa nó.
Mức đoơ ạnh hưởng thay đoơi theo thời gian.
Ta có theơ quan sát hieơn tựơng khúc xá cụa tín hieơu veơ tinh khi đi qua ranh giới cụa hai lớp khođng khí có chiêt st khác nhau. Theo lý thut truyeăn sóng thì vaơn tơc cụa sóng
đieơn từ trong mođi trường có haỉng sơ đieơn mođi là và haỉng sô từ thaơm được tính theo
cođng thức:
c
v
Trong đó c là haỉng sơ vaơn tơc ánh sáng trong chađn khođng xâp xư 3.108 m/s. Vaơy vaơn tôc
lan truyeăn cụa tín hieơu veơ tinh khođng phại là haỉng sơ khi lan truyeăn trong taăng đơi lưu. Chính đieău này làm cho vieơc xác định cự ly từ veơ tinh tới máy thu sẽ phám phại moơt sai sô nhât định.
Tính chât hâp thú naíng lượng cụa taăng đơi lưu làm cho tín hieơu đên Máy thu GPS bị suy giạm đáng keơ nhât là trong đieău kieơn khođng khí aơm ướt, mưa, sương mù, mađy giaíng. Đường đi cụa tín hieơu càng dài thì đoơ hâp thú càng lớn. Do vaơy, các veơ tinh ở đường chađn trời tương ứng với góc cao đoơ bé tín hieơu cụa nó bị suy giạm rât lớn. Do tín hieơu veơ tinh lan truyeăn theo đường cong neđn sô đo khoạng cách cụa máy thu GPS đên các veơ tinh là khoạng cách theo đường cong và vì vaơn tơc lan truyeăn khođng phại là haỉng sơ là nguyeđn nhađn gađy sai sơ cụa tín hieơu thu. Các veơ tinh ở đường chađn trời tương ứng với góc cao đoơ bé, tín hieơu cụa nó bị n cong nhieău hơn và tính chât lan truyeăn phức táp hơn so với các veơ tinh ở gaăn vị trí thieđn đưnh.
3.3.2.3 Mođ hình hieơu chưnh
Treê taăng đôi lưu bao goăm treê do sự khúc xá taăng đôi lưu và treê đường truyeăn qua taăng đơi lưu. Hieơn có nhieău mođ hình taăng đơi lưu, mođ hình noơi tiêng là mođ hình cụa Hopfield.
Mođ hình này tách đoơ treê taăng đôi lưu làm hai phaăn: moơt thành phaăn khođ (dry) và moơt thành phaăn ướt (wet):
Trong đó:
Ở đađy, E là góc cao đoơ giữa veơ tinh và máy thu, p, T, e là các thođng sơ khí quyeơn, người sử có theơ đo các giá trị thaơt sự cụa chúng tái nơi đaịt anten hoaịc dùng các giá trị chuaơn sau:
T là nhieơt đoơ mođi trường khođng khí, giá trị chuaơn là (15+273.16)oC.
p: là áp suât mođi trường khođng khí, giá trị chuaơn là 101.325 kPa
e: là áp suât mođi trường hơi nước, giá trị chuaơn là 0.85 kPa (tương ứng với moơt đoơ aơm tương đôi là 50% ở nhieơt đoơ mođi trường).
3.3.2.4 Các cơ sở hieơu chưnh
Do đađy là moơt sai sô đoơc laơp với taăn sơ neđn nó khođng theơ lối bỏ được baỉng máy thu hai taăn sơ.
Phép tốn kêt hợp tuyên tính giữa L1 và L2 lối bỏ được sai sô này:
) ( 1 ) ( 1 2 2 1 1 2 1 2 2 1 1 2 1 6 f P f P f f L f L f f f L
Taăng đơi lưu có theơ mođ hình hố moơt cách chuaơn xác baỉng cách sử dúng các giá trị nhieơt đoơ, áp st, đoơ aơm tương đơi và góc cao đoơ veơ tinh.
3.3.2.5 Các giại pháp xử lý sai sơ taăng đơi lưu.
Mođ hình hố baỉng các mođ hình dự đốn Hopfield, Black và Saastamoninen (Với đoơ treê phaăn khođ khoạng 1 cm và phaăn ướt khoạng 5 cm.). Các thođng sơ taăng đơi lưu có theơ lối bỏ baỉng phương pháp xử lý sau hoaịc baỉng phương pháp hieơu chưnh DGPS.
Hieơn nay, ngay cạ khi dùng các sơ lieơu khí tượng theo thời gian thực, những mođ hình taăng đơi lưu hieơn có dường như cũng chư có theơ giạm thieơu các hình ạnh toơng hợp cụa taăng
Trop w Trop d Trop 11000 * 25 . 2 sin 10 * 718 . 3 96 . 12 * 5 10 2 2 5 6 T e E T Trop w (met) 40136 148.72( 273.16) 25 . 6 sin 64 . 77 * 5 10 2 6 T E T P Trop d (met)
khu vực làm vieơc cụa hĩ sẽ có sai sơ thaịng dư nhỏ hơn những người sử dúng buoơc phại dựa vào các sơ lieơu gaăn đúng hoaịc trung bình.
Đơi với các phép đo hieơu sô, hieơu cụa các trị ạnh hưởng cụa taăng đieơn ly tái 2 đaău đường đáy văn cịn rât lớn. Các mođ hình taăng khí quyeơn hieơn có có theơ được dùng đeơ tính trị ạnh hưởng tương đôi khi được cho trước các đieău kieơn khí tượng tái moêi đieơm. Trong trường hợp này, người ta có theơ chĩn phương pháp đơn giạn nhât, giạ thuyêt mĩi ạnh hưởng cụa taăng khí quyeơn đeău được lối bỏ, hoaịc giạm thieơu phaăn lớn chư baỉng cách lây hieơu sô do nhaơn được từ 02 trám. Phương pháp này có theơ đúng trong moơt sô trường hợp, đaịc bieơt khi đường đáy ngaĩn. Nhưng đeơ đát đoơ chính xác câp cm, rât có theơ caăn phại dùng các dúng cú đo bức xá hơi nước tái 02 đaău đường đáy đeơ dự đốn khơi lượng hơi nước tích hợp dĩc theo đường ngaĩm tới các veơ tinh. Vieơc làm này caăn thiêt bởi vì có khạ nng khơi lượng hơi nước trong khí quyeơn rât khác nhau theo thời gian và phađn bô khođng đoăng đeău tái nhieău nơi. Trị biên đoơng theo thời gian này được so với thang thời gian cụa các trị sô đo
tái moơt đieơm cho trước. Nói chung, đơi với các phép đo ở đoơ cao 20o, thành phaăn ướt sẽ
vào khoạng 30cm hoaịc nhieău hơn. Nêu chư dùng những sô đo maịt đât đeơ ước lượng toơng sơ hieơu chưnh do taăng khí quyeơn thì khoạng tin caơy tieđu bieơu vào khoạng 3.5cm.