Dữ liệu GPS là những thụng tin chứa đựng trong tớn hiệu GPS, chúng bao gồm mó C/A, mó P với mục đớch xỏc định thời gian truyền tớn hiệu và thụng tin dẫn đường (cỏc thụng số của vệ tinh). Dữ liệu GPS này nhằm mục đớch xỏc định cỏc thụng số dẫn đường của mỏy thu như vị trớ, vận tốc, độ cao… và dẫn đường cho mục tiờu.
Thụng tin dẫn đường GPS bao gồm thời gian dẫn được gắn thẻ bit (cờ) đỏnh dấu thời điểm bắt đầu truyền của mỗi khung tớn hiệu từ vệ tinh. Một khung tớn hiệu bao gồm 1500 bit được chia thành 5 khung con, mỗi khung con gồm 300 bit. Một khung dữ liệu được truyền trong vũng 30 giõy mỗi lần.
- Khung con thứ nhất - Satellite Clock and Health Data: Chứa dữ liệu về tỡnh trạng sức khoẻ và dữ liệu về đồng hồ của vệ tinh. Thời gian được cài đặt trong vệ tinh được gọi chung là SV time (Space vehicle time), thời gian sau khi được hiệu chỉnh được gọi là thời gian GPS. Do đú, mặc dự mỗi vệ tinh riờng biệt khụng thể cú sự đồng bộ hoàn hảo về thời gian vệ tinh, chỳng làm việc chia sẻ một thời gian GPS chung. Ngoài ra thụng tin trong khung phụ thứ nhất cũn bao gồm cỏc số t0c, TGD và IODC. Thời gian tham chiếu t0c được sử dụng giống như một thời gian gốc để tính toỏn lỗi của đồng hồ vệ tinh, thời gian trễ TGD do tầng điện ly gõy nờn được sử dụng để hiệu chỉnh lỗi do trễ này gõy ra và IODC (tạo ra ngày, giờ) cho biết số của dữ liệu đồng hồ thiết lập được tạo ra để cảnh bỏo cho người sử dụng biết sự thay đổi trong thụng số đồng hồ. Tất cả những thụng số trờn là cần thiết cho việc tớnh toỏn thời gian truyền tớn hiệu từ vệ tinh.
Khung con thứ hai và ba – Satellite ephemeris data: Bao gồm dữ liệu lịch thiờn văn của vệ tinh, cỏc dữ liệu này là thụng tin về quỹ đạo của vệ tinh và nú cần cho
việc tớnh toỏn, xỏc đinh vị trớ chớnh xỏc của vệ tinh. Khụng giống nh dữ liệu lịch niờm giỏm, dữ liệu này là rất chớnh xỏc, cú giỏ trị trong một khoảng thời gian ngắn (khoảng vài giờ) và chỉ được thờm vào vệ tinh nào truyền nú. Sự tớnh toỏn vị trớ của vệ tớnh toỏn vị trớ của vệ tinh thụng thường sử dụng cụng cụ Matlab.
- Khung con thứ tư và thứ năm – Support data: Mỗi khung con này gồm 25 trang chứa dữ liệu lịch niờm giỏm cho vệ tinh, cũng như thụng tin đặc biệt, giới hạn hiệu chỉnh tầng điện ly và hệ số chuyển đổi thời gian GPS sang thời gian UTC, nú cũng cú từ dự trữ cho những ứng dụng khỏc cú thể. Cỏc thành phần của dữ liệu lịch niờm giỏm là rất đơn giản nh dữ liệu lịch thiờn văn và việc tớnh toỏn vị trớ của vệ tinh về cơ bản cũng giống nh vậy. Dữ liệu lịch niờm giỏm là dữ liệu lịch thiờn văn và dữ liệu đồng hồ vệ tinh với độ chớnh xỏc giảm bớt. Ngoài ra, mỗi vệ tinh truyền dữ liệu lịch niờm giỏm cho tất cả cỏc vệ tinh trong khi đú chỉ truyền dữ liệu lịch thiờn văn cho chớnh nú.
Toàn bộ 25 khung tớn hiệu (125 khung con) tạo thành thụng tin dẫn đường hoàn chỉnh cỏi mà được gửi theo chu kỳ 12,5 phút.
Hỡnh 16: Cấu trỳc dữ liệu dẫn đường GPS
Cỏc khung dữ liệu (1500 bit) được gửi 30 giõy mỗi lần.
Cỏc bit cấu trỳc phụ dữ liệu (300 bit được gửi trong khoảng 6 giõy) bao gồm cỏc bit chẵn lẻ cỏi mà cho phộp kiểm tra dữ liệu và hạn chế lỗi.
Cỏc khung con luụn được bắt đầu bằng hai từ đặc biệt là Telemetry (TLM) và Handover (HOW).
- TLM là từ bắt đầu của mỗi khung con cho nờn nú lặp lại 6 giõy mỗi lần. Nó bao gồm 8 bit đầu và sau đú là 16 bit dành riờng. Cỏc bit đầu này sẽ được sử dụng để đồng bộ khung dữ liệu.
- HOW bao gồm 17 bit bản được cắt bớt của thời gian tuần (time of week – TOW). Ba bit tiếp theo cho biết ID của khung con để xỏc định được vị trớ hay thứ tự của năm khung con trong khung dữ liệu.
Cỏc thụng số dữ liệu đồng hồ (clock data parameters) mụ tả đồng hồ vệ tinh và mối quan hệ với thời gian GPS. Mỗi vệ tinh gửi một giỏ trị thời gian thực
để cỏi mà thời gian GPS được bự lại từ giờ quốc tế. Sự hiệu chỉnh này cú thể được thực hiện bởi mỏy thu để thiết lập giờ quốc tế chớnh xỏc trong khoảng 100 ns (nano giõy).
Cỏc thụng số lịch niờm giỏm (hay dữ liệu lịch – Almanac data parameters) là thụng số dữ liệu quỹ đạo gần chớnh xỏc cho tất cả cỏc vệ tinh. Cỏc thụng số này được mỏy thu thu lại và lưu trữ trong nó. Trong quỏ trỡnh xỏc định vị trớ của mỡnh, mỏy thu luụn sử dụng đến cỏc thụng số này của vệ tinh (thực chất là sử dụng cỏc thụng số được lưu trong mỏy thu).
Do vệ tinh thường bị lệch chỳt ít ra khỏi quỹ đạo chớnh xỏc của chỳng trong quỏ trỡnh bay cho nờn chỳng cần được theo dừi và được điều chỉnh trở về quỹ đạo chớnh xỏc của chỳng. Cụng việc này được thực hiện bởi cỏc trạm giỏm sỏt và trạm chủ dưới mặt đất. Sau khi theo dừi và phõn tớch quỹ đạo của chỳng, trạm chủ đưa ra cỏc thụng số đó được hiệu chỉnh về quỹ đạo chớnh xỏc cho từng vệ tinh, cỏc thụng số được hiệu chỉnh này được gửi lờn vệ tinh để vệ tinh truyền xuống cho cỏc mỏy thu. Cỏc thụng số được hiệu chỉnh này gọi là cỏc thụng số dữ liệu lịch thiờn văn (ephemeris data parameters) mụ tả từng phần ngắn quỹ đạo của quỹ đạo của vệ tinh. Thụng thường một mỏy thu nhận được dữ liệu lịch thiờn văn mỗi giờ, nhưng chỳng cũng cú thể sử dụng những dữ liệu lịch thiờn văn của bốn giờ trước đú với sai số lớn hơn. Cỏc thụng số lịch thiờn văn được sử dụng một thuật toỏn mà nó cú thể tớnh toỏn vị trớ của vệ tinh tại bất kỳ khoảng thời gian nào trong chu kỳ quỹ đạo của vệ tinh.
• Vớ dụ về dữ liệu lịch thiờn văn và dữ liệu đồng hồ vệ tinh.
Giả mó từ khung con 1,2 và 3 của cấu trỳc bit dữ liệu của mỏy thu GPS Austron 2201A tại Austin, Texas, ta thu được cỏc thụng tin sau.
Thời điểm 21:36:00 ngày 18/04/1995
Lịch thiờn văn cho vệ tinh 2:
Dữ liệu lịch thiờn văn phỏt ra ……….224
Độ dài trục dài của quỹ đạo hỡnh elip (một)…………..2.65603E+07 Cỏc chuyển động khỏc (rad/giõy)………..5.04521E-09
Độ lệch tõm (khụng cú thứ nguyờn)………..0.0139305 Vận tốc gúc (rad/giõy)……….4.11089E-10 Gúc nghiờng so với trục………0.950462
Giỏ trị trung bỡnh của sự chuyển động chớnh xỏc……..0.0000145854 ………
Mỗi dữ liệu vệ tinh hoàn chỉnh bao gồm cả dữ liệu của thành phần tầng điện ly cỏi mà được sử dụng trong mỏy thu để bự lại trễ do tầng điện ly gõy nờn tại bất kỳ vị trớ và thời gian nào.