Định vị là việc xác định vị trí điểm cần đo. Tuỳ thuộc vào đặc điểm cụ thể của việc xác định toạ độ người ta chia thành 2 loại hình định vị cơ bản:
định vị tuyệt đối và định vị tương đối.
2.4.1. Định vị tuyệt đối (định vị điểm đơn)
Khác biệt hẳn so với các phương pháp đo đạc truyền thống, việc định vị một điểm nào đó không cần đến các trị đo góc, cạnh thông thường mà sử dụng các trị đo Code và trị đo pha nêu trên. Khi đặt máy ở điểm bất kỳ thu tín hiệu từ các vệ tinh, khoảng cách tương ứng từ máy thu đến các vệ tinh
đ−ợc xác định và toạ độ của điểm đo đ−ợc xác định trong hệ toạ độ GPS.
Nguyên lý định vị điểm đặt anten máy thu đ−ợc mô tả nh− hình 2.5
Hình 2.5: Sơ đồ nguyên định vị điểm đơn
Đây là bài toán giao hội nghịch không gian khi biết toạ độ của các vệ tinh và khoảng cách tương ứng đến máy thu. Về mặt hình học có thể mô tả
sự định vị tại một thời điểm nh− sau:
- Nếu có 1 vệ tinh thì điểm cần đo sẽ nằm trên mặt cầu có tâm là vị trí vệ tinh, có bán kính bằng khoảng cách đo đ−ợc từ vệ tinh đến máy thu;
- Nếu có 2 vệ tinh thì điểm đo cũng nằm trên mặt cầu thứ 2 có tâm là vệ tinh thứ 2, có bán kính là khoảng cách từ vệ tinh thứ 2 đến máy thu. Kết hợp trị đo đến 2 vệ tinh thì vị trí của điểm đo sẽ nằm trên giao của của 2 mặt cầu trong không gian - đó là 1 đường tròn;
- Khi có vệ tinh thứ 3 thì cũng nh− trên, vị trí của điểm đo sẽ là giao của mặt cầu thứ 3 và đ−ờng tròn nêu trên - kết quả cho ta 2 nghiệm số là 2 vị trí trong không gian.
- Nếu có vệ tinh thứ 4 thì kết quả tổng hợp sẽ cho 1 nghiệm duy nhất đó chính là vị trí của điểm đo trong không gian.
Nh− vậy, ít nhất cần thu tín hiệu 4 vệ tinh để xác định toạ độ điểm đo trong không gian 3 chiều. Biểu thức toán học của việc định vị nh− sau:
D= (Xs - Xr)2+ (Ys - Yr)2 + (Zs - Zr)2 + c(δ t - δ T) + σatm + σ (2.2)
Trong đó :
- D là khoảng đo đ−ợc từ vệ tinh đến máy thu, - Xs,Ys,Zs là toạ độ không gian 3 chiều của vệ tinh,
- Xr Yr Zr là toạ độ không gian 3 chiều của vị trí anten máy thu, - c là tốc độ truyền sóng ( tốc độ ánh sáng),
- δ t là độ lệch tuyệt đối đồng hồ máy thu, - δ T là độ lệch tuyệt đối đồng hồ vệ tinh, - σatm là sai số do khí quyển,
- σ là tổng hợp các sai số khác.
Với 1 vệ tinh có thể thành lập đ−ợc 1 ph−ơng trình kiểu (2.2) Với 3 ẩn số Xr Yr Zr là toạ độ điểm cần đo và ẩn số thứ 4 là độ lệch tương đối đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu (δ t - δ T) thì tại mỗi điểm đo cần thu tín hiệu ít nhất 4 vệ tinh khoẻ thì toạ độ điểm đo mới xác định đ−ợc khi số vệ tinh thu đ−ợc tín hiệu lớn hơn 4 và số lần thu tín hiệu lớn hơn 1 lần thì vị trí điểm
đo đ−ợc giải theo ph−ơng pháp số bình ph−ơng nhỏ nhất [7.].
2.4.2 Định vị tương đối
Như ta đã biết, do ảnh hưởng của sai số vị trí của các vệ tinh trên quỹ
đạo, do sai số đồng hồ và các yếu tố môi trường truyền sóng khác dẫn đến
độ chính xác định vị điểm đơn đạt từ 100m đến 30m trong hệ toạ độ WGS 84. Ngay cả khi chính phủ Mỹ loại bỏ nhiễu SA thì việc định vị tuyệt đối chính xác nhất cũng chỉ đạt tới con số vài chục mét. Với độ chính xác này không thể áp dụng cho công tác trắc địa. Một phương án định vị khác cho phép sử dụng hệ thống GPS trong đo đạc trắc địa có độ chính xác cao đó là
định vị tương đối. Sự khác của phương pháp định vị này là ở chỗ phải sử dụng tối thiểu 2 máy thu tín hiệu vệ tinh đồng thời và kết quả của phương pháp không phải là toạ độ điểm trong hệ toạ độ GPS mà là véc tơ không gian (Baseline) nối 2 điểm đạt máy thu hay nói chính xác là các thành phần số gia
toạ độ ΔX, ΔY, ΔZ (hoặc ΔB, ΔL, ΔH) của 2 điểm trong hệ toạ độ GPS. Độ chính xác tương đối đạt cỡ cm và chủ yếu áp dụng trong trắc địa.
Việc định vị tương đối sử dụng trị đo pha sóng tải. Để đạt được độ chính xác cao trong định vị tương đối nguời ta tạo ra sai phân. Nguyên tắc của việc này là dựa trên sự đồng ảnh hưởng của các đại lượng, nguồn sai số
đến toạ độ của điểm cần xác định trong bài toán định vị tuyệt đối nh− sai số
đồng hồ vệ tinh, máy thu, sai số toạ độ vệ tinh, ảnh hưởng của môi trường...
Phương pháp ở đây là lấy hiệu trị đo trực tiếp để tạo thành trị đo mới (các sai phân) để loại trừ hoặc giảm bớt các sai số kể trên.