7. Ý nghĩa khoa học:
2.8. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHOẢNG CÁCH TỪ VỆ TINH ĐẾN
ĐẾN MÁY THU
2.8.1. Phương pháp đo giả cự ly (Pseudo - range)
Phương pháp này là xác định thời gian truyền sóng bằng cách so sánh một bản sao của mã ở máy thu và một bản mã khác nhận được từ vệ tinh: số đo giả cự ly là tích của tốc độ truyền sóng và giá trị biến đổi của thời gian cần thiết. Trên lý thuyết, giá trị biến đổi thời gian là giá trị chênh lệch giữa thời gian nhận được tín hiệu (đo bằng hệ thời gian của đồng hồ trên máy thu GPS và thời gian phát tín hiệu được đo bằng thời gian của đồng hồ trên vệ
tinh). Trong thực tế, hai hệ thời gian này không đồng nhất và gây ra sai số giá trị đo cự ly. Vì thế nên các số đo thời gian trễ sai lệch này được coi như những số đo giả cự ly.
Người ta dùng một bộ dò tương quan, điều khiển bằng một vịng lặp khóa thời gian trễ để tìm số đo giả cự ly. Bộ dị này có nhiệm vụ so sánh hàm tương quan giữa bản sao của mã tạo ra từ máy thu và mã thực đến từ vệ tinh Vì vậy số đo giả cự ly chính là giá trị định thời trễ cần phải bổ sung vào thời điểm của đồng hồ của máy thu để đảm bảo bản sao mã trong máy thu và mã nhận được từ vệ tinh là tương quan với nhau.
Một quy tắc dựa trên kinh nghiệm dùng để tính độ chính xác của giá trị đo giả cự ly là lấy 1% của đoạn thời gian giữa hai thời điểm bắt đầu của hai mã liên tiếp. Đối với mã P, đoạn thời gian này là 0,1 , tức là độ chính xác của khoảng thời gian này là 1 . Với độ chính xác là khoảng thời gian này thì ta có thể tính được độ chính xác về khoảng cách đo là 30cm. Đối với mã C/A có đoạn thời gian này là 1 thì độ chính xác về khoảng cách đo là 3m.
Trong thực tế khơng có khả năng giữ cho hai đồng hồ (vệ tinh GPS và máy thu GPS) đồng bộ hoàn hảo về vật lý nên người ta thường phải thực hiện bằng giải pháp toán học.
2.8.2. Phương pháp đo chu kỳ song mang (Carrier beat phase)
Đây là phương pháp đo dựa trên pha của tín hiệu sóng dư rớt lại khi sóng mang từ vệ tinh truyền đến máy thu (đã bị dịch chuyển Doppler) khác pha so với sóng do máy thu GPS tạo ra. Giá trị này có thể tìm thấy ở kênh tương quan hoặc kênh cầu phương. Kênh cầu phương thực hiện phép bình phương tín hiệu để nhận được hàm tuần hoàn thứ hai của sóng mang khơng chứa các nội dung điều biến của mã.
Kênh cầu phương của sóng mang được tính như sau:
y2 = A2. cos 2( t + ∅) = 0,5.A2 [1 + cos(2 t + 2∅)]
A là biên độ tín hiệu
là tần số góc của sóng mang tín hiệu = 2πf
t là thời điểm truyền của sóng từ lúc bức xạ ra khỏi anten vệ tinh
là trị số lệch pha
Vì A(t) là chuỗi liên tục các giá trị +1 và -1 thể hiện nội dung của mã nên A(t)2 ln có giá trị bình phương bằng 1, do đó nội dung của mã bị loại bỏ. Khi đo tín hiệu y2 chỉ cịn lại là sóng mang nhưng có tần số lớn gấp đơi tần số ban đầu.
Bởi vì chiều dài bước sóng của sóng mang ngắn hơn nhiều lần chiều dài bước sóng của bất kỳ mã nào tạo nên độ chính xác của giá trị số đo chu kỳ pha của sóng mang cao hơn nhiều so với kết quả nhận được từ phương pháp đo giả cự ly. Đối với sóng mang L1 của hệ thống GPS, chiều dài bược sóng khoảng 20cm. Nếu cho rằng các số đo chu kỳ pha có thể đạt độ chính xác 1% bước sóng thì độ chính xác về khoảng cách có thể đến 2mm.
Tuy có độ chính xác cao nhưng phương pháp đo số chu kỳ pha sóng mang có hai nhược điểm chính đều liên quan đến vấn đề xác định chu kỳ:
Rất khó xác định chính xác số lượng số ngun lần chu kỳ sóng mang truyền đi từ vệ tinh đến máy thu
Hầu hết các máy thu đều có thể đếm được số nguyên lần chu kỳ sóng mang khi có sự thay đổi khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu tại mọi thời điểm. Tuy nhiên vì nhiều lý do khác nhau (ví dụ tín hiệu bị nhiễu hoặc anten bị che khuất) mà các máy thu sẽ lần về số chu kỳ.