2.1 .CÁC HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VỆ TINH
2.4. CÁC NGUỒN SAI SỐ TRONG ĐO GPS
Định vị GPS về thực chất được xõy dựng trờn cơ sở giao hội khụng gian cỏc khoảng cỏch đo được từ mỏy thu đến cỏc vệ tinh cú tọa độ đó biết. Khoảng cỏch đo được là hàm của thời gian và tốc độ lan truyền tớn hiệu trong khụng gian giữa vệ tinh và mỏy thu. Vỡ vậy kết quả đo chịu ảnh hưởng trực tiếp của cỏc sai số của: vệ tinh, mỏy thu, mụi trường lan truyền tớn hiệu và cỏc nguồn sai sốkhỏc.
2.4.1. Cỏc nguồn sai số do hệ thống
2.4.1.1 Sai số của đồng hồ
Nguyờn nhõn:Là do sự khụng đồng bộ giữa đồng hồ vệ tinh và đồng hồ
trong mỏy thu dẫn đến cú sai số. Đồng hồ trờn vệ tinh được trạm điều khiển trờn mặt đất theo dừi và hiệu chỉnh 3 lần trong một ngày.
Cỏch khắc phục: Để làm giảm sai số của đồng hồ vệ tinh và mỏy thu,
người ta sử dụng hiệu cỏc trị đo giữa cỏc vệ tinh cũng như cỏc trạm quan sỏt.
2.4.1.2 Sai số của quỹ đạo vệ tinh Nguyờn nhõn:
- Do tớnh khụng đồng nhất của trọng trường trỏi đất, ảnh hưởng của sức hỳt mặt trăng, mặt trời và cỏc thiờn thể khỏc, sức cản của khớ quyển, ỏp lực của bức xạ mặt trời... Tất cả những tỏc động nhiễu đú làm cho chuyển động của vệ tinh trờn quỹ đạo khụng tuõn thủ nghiờm ngặt định luật Kepler. Đú chớnh là nguyờn nhõn gõy nờn sai số quỹ đạo vệ tinh hay cũn gọi là sai số vị trớ vệ tinh.
- Vị trớ tức thời của vệ tinh chỉ cú thể được xỏc định theo mụ hỡnh chuyển động được xõy dựng trờn cơ sở cỏc số liệu quan sỏt từ cỏc trạm cú độ chớnh xỏc cao trờn mặt đất thuộc phần điều khiển của hệ thống GPS, và đương nhiờn cú chứa sai số.
Cỏch khắc phục: Định vị theo phương phỏp tương đối giữa hai điểm sẽ
loại trừ được đỏng kể nguồn sai số này.
2.4.2. Cỏc nguồn sai số do mụi trường
2.4.2.1 Sai số do tầng điện ly và tầng đối lưu
Tầng đối lưu được tớnh từ mặt đất tới độ cao 50km, tầng điện ly ở độ cao từ 50ữ1000km. Do vậy, tớn hiệu được phỏt từ vệ tinh (ở độ cao 20200 km) xuống tới mỏy thu trờn mặt đất phải xuyờn qua tầng điện ly và tầng đối lưu.
a) Tầng điện ly
Nguyờn nhõn: Ở tầng điện ly, tốc độ lan truyền tớn hiệu tăng tỷ lệ thuận
với mật độ điện tử tự do và tỷ lệ nghịch với bỡnh phương tần số của tớn hiệu, đối với tớn hiệu GPS, số hiệu chỉnh khoảng cỏch theo hướng thiờn đỉnh cú thể đạt giỏ trị tối đa là 50m, theo hướng cú gúc cao 20o cú thể đạt đến 150m.
Cỏch khắc phục: Để giảm thiểu sai số do tầng điện ly người ta thường
dựng mỏy thu 2 tần số (dựng mụ hỡnh hiệu chỉnh hoặc dựng hiệu cỏc trị đo đồng bộ). Trong trường hợp hai điểm quan sỏt ở gần nhau thỡ ảnh hưởng nhiễu phản xạ do hai tần số kết hợp sẽ lớn hơn so với một tần số, vỡ vậy nờn dựng mỏy một tần số cho trường hợp định vị ở khoảng cỏch ngắn, với khoảng cỏch xa nờn dựng mỏy thu hai tần số.
Mỏy thu hai tần số cú ưu điểm là:
- Loại bỏ được ảnh hưởng của tầng điện ly hoặc mụ hỡnh húa được ảnh hưởng của tầng điện ly để cải chớnh vào đại lượng đo.
- Phục hồi được số đếm số nguyờn lần bước súng từ vệ tinh đến mỏy thu khi xảy ra hiện tượng mất tớn hiệu.
- Cỏc mụ hỡnh ảnh hưởng của tầng điện ly được cho trong thụng bỏo vệ tinh chỉ tin cậy trong khoảng cỏch khụng quỏ 20km. Do đú về nguyờn tắc khi đo GPS với khoảng cỏch > 20km thỡ phải dựng loại mỏy thu hai tần số. Ảnh hưởng của tầng điện ly vào ban đờm sẽ nhỏ hơn tới 5-6 lần so với ban ngày.
b) Tầng đối lưu
Nguyờn nhõn: Ở tầng đối lưu, sự khỳc xạ của đường truyền tớn hiệu
càng phức tạp hơn, phụ thuộc vào sự biến đổi của khớ hậu mặt đất, ỏp lực khụng khớ, nhiệt độ và độ ẩm. Ảnh hưởng của khỳc xạ trong tầng đối lưu phụ thuộc vào gúc cao của đường truyền tớn hiệu và được xem là gần như nhau đối với hai điểm quan sỏt ở cỏch nhau khụng quỏ vài chục km, vỡ thế nú được loại trừ đỏng kể khi đo bằng phương phỏp tương đối giữa hai điểm quan sỏt.
Cỏch khắc phục: Để giảm thiểu sai số do tầng đối lưu cú thể dựng mụ
hỡnh hiệu chỉnh đa thờm tham số phụ ước tớnh ảnh hưởng của tầng đối lưu vào quỏ trỡnh xử lý số liệu để tớnh hoặc dựng hiệu cỏc trị đo đồng bộ, đồng thời quy định gúc ngưỡng để quan sỏt vệ tinh là 15o so với mặt phẳng chõn trời.
2.4.2.2. Sai số do nhiễu tớn hiệu
Nguyờn nhõn:Quóng đường truyền tớn hiệu từ vệ tinh đến mỏy thu GPS
cú thể bị nhiễu do một số nguyờn nhõn như: tớn hiệu phản xạ từ cỏc vật khỏc (kim loại, bờ tụng, mặt nước…) ở gần mỏy thu GPS (hiệu ứng đa đường dẫn); tớn hiệu bị nhiễu do ảnh hưởng của cỏc súng điện từ khỏc (khi đặt mỏy thu ở gần cỏc trạm phỏt súng, gần đường dõy tải điện cao ỏp...). Cỏc tớn hiệu bị nhiễu núi trờn chập với tớn hiệu truyền trực tiếp từ vệ tinh đến mỏy thu sẽ gõy ra sai số đối với trị đo.
mỏy thu cỏch xa cỏc vật phản xạ tớn hiệu hoặc cỏc đối tượng gõy nhiễu tớn hiệu; khụng thu tớn hiệu khi trời đầy mõy, đang mưa, khụng đặt mỏy thu dưới cỏc rặng cõy...
Hỡnh 2.10: Sai số do hiện tượng đa đường
2.4.3. Sai số do đồ hỡnh vệ tinh
Nguyờn nhõn: Do vị trớ
của điểm quan sỏt được xỏc định bởi phộp giao hội khoảng cỏch từ cỏc vệ tinh, nờn độ chớnh xỏc của điểm đo phụ thuộc vào cỏc gúc giao hội, tức là phụ thuộc vào đồ hỡnh phõn bố vệ tinh so với điểm quan sỏt. Sai số vị trớ điểm giao hội lớn hơn sai số của khoảng cỏch giao hội.
``
Hỡnh 2.11: Sai số do cấu hỡnh vệ tinh
Cỏch khắc phục: Để cú được sai số vị trớ điểm quan sỏt ta phải đem sai
số của khoảng cỏch giao hội nhõn với một hệ số lớn hơn 1, hệ số này đặc trư- ng cho đồ hỡnh giao hội, tức là đồ hỡnh phõn bố của vệ tinh so với điểm quan
sỏt và được gọi là hệ số phõn tản độ chớnh xỏc (Dilution of Precision - DOP). Như vậy DOP càng nhỏ thỡ vị trớ điểm quan sỏt được xỏc định càng chớnh xỏc. Hệ số DOP tổng hợp nhất là hệ số phõn tản độ chớnh xỏc hỡnh học GDOP (Geometric Dilution of Precision) vỡ nú đặc trưng cho cả 3 thành phần tọa độ khụng gian X, Y, Z và yếu tố thời gian t. Nếu chỉ quan tõm đến ba thành phần tọa độ của điểm quan sỏt thỡ nờn dựng hệ số phõn tản độ chớnh xỏc vị trớ (Position Dilution of Precising - PDOP). Giỏ trị DOP sẽ được tớnh toỏn cú thể và cụng bố cho từng điểm đo. Để chọn được trị DOP tối ưu thỡ khi lập kế hoạch định vị ta cần phải dựa vào lịch vệ tinh để chọn vệ tinh cho từng điểm mỏy. Trong thực tế đo đạc GPS thường dựng chỉ tiờu PDOP để đỏnh giỏ chất lượng xỏc định tọa độ điểm quan sỏt, mối quan hệ giữa giỏ trị PDOP và chất lượng tọa độ điểm quan sỏt được định ra trong bảng 2.4
Bảng 2.4: Quan hệ giữa PDOP và chất lượng tọa độ điểm quan sỏt
PDOP Chất lượng 1 đến 4 Rất tốt 4 đến 6 Tốt 6 đến 8 Tạm được 8 đến 12 Khụng tốt > 12 Khụng dựng được
2.4.4. Sai số do người đo
Nguyờn nhõn: Cỏc sai số do người đo cú thể phạm phải trong quỏ trỡnh
đo GPS như: Việc dọi điểm, định tõm chưa tốt, nhầm lẫn tờn điểm đo, nhầm lẫn khi đo chiều cao anten của mỏy thu...
Cỏch khắc phục: Khi đo đạc ngoại nghiệp cần phải tũn thủ chặt chẽ quy
định đo đạc ngồi thực địa, kiểm tra cẩn thận trước khi thu tớn hiệu, ghi chộp sổ sỏch rừ ràng để dễ tỡm ra nguyờn nhõn khi phỏt hiện cú sai sút.