L ӠI NÓI ĈҪU
1.2.6 Các nguӗn gây lӛi và sai lӋch vӏ trí trong GPS
Ĉo khoҧng cách giҧ và pha sóng mang bӏ ҧnh hѭӣng bӣi nhiӅu loҥi nhiӉu ngүu nhiên và sai lӋch (lӛi hӋ thӕng). Nhӳng lӛi này có thӇ ÿѭӧc phân loҥi thành lӛi bҳt nguӗn tӯ vӋ tinh, lӛi bҳt nguӗn tӯ máy thu, lӛi do truyӅn sóng (khúc xҥ tҫng khí quyӇn). Hình 2.8 cho thҩy các lӛi và sai lӋch.
Hình 1.8 Nguӗn gây lӛi và sai lӋch vӏ trí GPS
Các lӛi bҳt nguӗn tӯ vӋ tinh bao gӗm lӏch thiên văn, hay lӛi quӻ ÿҥo, lӛi ÿӗng hӗ vӋ tinh và ҧnh hѭӣng cӫa khҧ năng chӑn lӑc. Lӛi chӑn lӑcÿѭӧc thӵc hiӋn do chӫ ý cӫa bӝ quӕc phòng Mӻ ÿӇ làm giҧmÿӝ chính xác GPS ÿӝc lұp vì lý do an ninh. Tuy nhiên, viӋc này ÿã chҩm dӭt vào ngày 1/5/2000. Lӛi bҳt nguӗn tӯ máy thu bao gӗm lӛi ÿӗng hӗ máy thu, lӛiÿaÿѭӡng, nhiӉu máy thu và sӵ biӃn thiên tâm pha cӫa anten. Lӛi truyӅn tín hiӋu bao gӗm trӉ cӫa tín hiӋu GPS khi nó truyӅn qua tҫng ÿiӋn ly và tҫng ÿӕi lѭu cӫa bҫu khí quyӇn. Trên thӵc tӃ, chӍ trong môi trѭӡng chân không (không gian tӵ do) tín hiӋu GPS mӟi truyӅn vӟi tӕcÿӝ ánh sáng.
Cӝng vӟiҧnh hѭӣng cӫa nhiӉu, vӏ trí GPS tính toán ÿѭӧc còn bӏ ҧnh hѭӣng bӣi vӏ trí hình hӑc cӫa các vӋ tinh GPS ÿѭӧc quan sát bӣi máy thu. Các vӋ tinh càng tӓa rӝng trên bҫu trӡi thì ÿӝ chính xác ÿҥtÿѭӧc càng cao.
Mӝt sӕ lӛi và sai lӋch có thӇ ÿѭӧc giӟi hҥn hoһc giҧm bӟt thông qua sӵ kӃt hӧp các quan sát GPS mӝt cách thích hӧp. Ví dө, kӃt hӧp quan sát L1 và L2 vӟi ÿӝ chính xác cao có thӇ loҥi bӓ ҧnh hѭӣng cӫa tҫngÿiӋn ly.
1.2.6.1 L͟i l͓ch thiên văn
Vӏ trí vӋ tinh là hàm cӫa thӡi gian, vӏ trí này chӭa trong bҧn tin dүn ÿѭӡng quҧng bá cӫa vӋ tinh, ÿѭӧc dӵ ÿoán tӯ các quan sát GPS trѭӟc ÿó tҥi các trҥmÿiӅu khiӇn mһt ÿҩt. ViӋc mô hình hóa các lӵc tác ÿӝng vào vӋ tinh thѭӡng sӁ không chính xác hoàn toàn, ÿiӅu này gây nên các lӛi dӵ ÿoán vӏ trí cӫa vӋ tinh, gӑi là lӛi lӏch thiên văn. Bình thѭӡng, lӛi lӏch thiên văn thѭӡng nҵm trong khoҧng tӯ 2m ÿӃn 5m, và có thӇ lên ÿӃn 50m khi sӱ dөng khҧ năng chӑn lӑc. Lӛi khoҧng cách do sӵ kӃt hӧp cӫa lӛi lӏch thiên văn và lӛiÿӗng hӗ vӋ tinh nҵmӣ mӭc 2.3m.
Mӝt lӛi lӏch thiên văn cho mӝt vӋ tinh cө thӇ nào ÿó ÿѭӧc nhұn biӃt bӣi tҩt cҧ ngѭӡi dùng trên thӃ giӟi. Tuy nhiên, nhӳng ngѭӡi dùng khác nhau quan sát cùng mӝt vӋ tinh ӣ nhӳng góc khác nhau, do ÿó khoҧng và vӏ trí ÿo ÿѭӧc chӏu nhӳngҧnh hѭӣng khác nhau cӫa lӛi lӏch thiên văn. ĈiӅu này có nghƭa là viӋc kӃt hӧp ÿo ÿҥc cӫa hai máy thu ÿӗng thӡi cùng bám mӝt vӋ tinh không thӇ loҥi bӓ hoàn toàn lӛi lӏch thiên văn. Nhѭng vӟi nhӳng ngѭӡi sӱ dөng gҫn nhau có thӇ nhұn biӃt ÿѭӧc hҫu hӃt lӛi khoҧng cách do lӛi lӏch thiên văn bҵng cách lҩy sai khác cӫa các kӃt quҧ quan sát này. Trong ÿӏnh vӏ tѭѫngÿӕi, ngѭӡi ta sӱ dөng quy tҳc ngón tay cái ÿӇ ÿánh giá thô ҧnh hѭӣng cӫa lӛi lӏch thiên văn ÿӕi vӟi ÿӝ phân giҧi ÿѭӡng ranh giӟi: lӛi ÿѭӡng ranh giӟi / ÿӝ dài ÿѭӡng ranh giӟi = lӛi vӏ trí vӋ tinh / phҥm vi vӋ tinh. ĈiӅu này có nghƭa là nӃu lӛi vӏ trí vӋ tinh là 5m và chiӅu dài ÿѭӡng ranh giӟi là 10 km, thì lӛiÿѭӡng ranh giӟi do lӛi lӏch thiên văn xҩp xӍ khoҧng 2.5mm.
1.2.6.2 Kh̫ năng ch͕n l͕c
GPS ban ÿҫu ÿѭӧc thiӃt kӃ ÿӇ ÿӏnh vӏ ÿӝc lұp thӡi gian thӵc và dүn ÿѭӡng bҵng máy thu mã C/A dùng cho dân sӵ vӟi ÿӝ chính xác thҩp hѫn máy thu mã P dùng cho
quân sӵ. Nhѭng thұt ÿáng ngҥc nhiên là ÿӝ chính xác cӫa cҧ hai loҥi máy thu trên gҫn nhѭ là giӕng nhau. ĈӇ ÿҧm bҧo an ninh quӕc gia, bӝ quӕc phòng Mӻ ÿã thӵc hiӋn khҧ năng lӵa chӑn trên các vӋ tinh GPS Block II ÿӇ ngăn chһn ÿӏnh vӏ ÿӝc lұp thӡi gian thӵc ÿӕi vӟi nhӳng ngѭӡi dùng không ÿѭӧc phép. SA chính thӭc hoҥt ÿӝng vào ngày 25/3/1990.
SA ÿѭa ra hai loҥi lӛi. Lӛi ÿҫu tiên gӑi là lӛi delta, là kӃt quҧ cӫa viӋc làm biӃn ÿӝngÿӗng hӗ vӋ tinh, ÿây là lӛi chung cho mӑi ngѭӡi dùng. Lӛi thӭ hai là lӛi epsilon, ÿây là lӛi quӻ ÿҥo biӃn ÿәi chұmÿѭӧc thêm vào. Khi SA ÿѭӧc bұt lên, các lӛi phѭѫng ngang và phѭѫng thҷngÿӭng thông thѭӡng có thӇ lên ÿӃn 100m và 156m tѭѫng ӭng, vӟi xác suҩt 95%. Hình 2.9 cho thҩy vӏ trí theo phѭѫng ngang cӫa mӝt trҥm máy thu GPS theo thӡi gian, chӫ yӃu do ҧnh hѭӣng cӫa SA. Giӕng nhѭ lӛi khoҧng cách do lӛi lӏch thiên văn, lӛi khoҧng cách do lӛi epsilon hҫu nhѭ có thӇ nhұn ra giӳa hai ngѭӡi dùng ӣ gҫn nhau. Vì vұy, sӱ dөng GPS vi sai (DGPS) sӁ loҥi bӓ ҧnh hѭӣng cӫa lӛi epsilon. Trên thӵc tӃ, DGPS cung cҩp ÿӝ chính xác cao hѫn máy thu mã P ÿӭng ÿӝc lұp do sӵ loҥi bӓ hoһc giҧm bӟt các lӛi chung, bao gӗm cҧ SA .
Theo nhӳng nghiên cӭu mӣ rӝng, chính phӫ Mӻ ÿã dӯng SA vào ngày 1/5/2000, viӋc này ÿã cҧi thiӋn rҩt nhiӅu ÿӝ chính xác cӫa GPS ÿӝc lұp. Vӟi viӋc dӯng SA, ÿӝ chính xác thông thѭӡng theo phѭѫng ngang và ÿӭng theo thӭ tӵ là 22m và 33m (95% thӡi gian). Hình 2.10 chӍ ra các lӛi GPS sau khi dӯng SA. ViӋc loҥi bӓ SA ÿã mӣ ra mӝt cánh cӱa mӟi cho sӵ phát triӇn nhanh cӫa thì trѭӡng GPS (ví dө dүn ÿѭӡng cho các phѭѫng tiӋn giao thông). Mһc dù loҥi bӓ SA sӁ gây ra ҧnh hѭӣng nhӓ ÿӃn DGPS, nhѭng nó sӁ làm giҧm chi phí cài ÿһt và vұn hành hӋ thӕng DGPS. ĈiӅu này chӫ yӃu do giҧm tӕcÿӝ truyӅn dүn yêu cҫu.
Hình 1.10 Sӵ thay ÿәi vӏ trí cӫa máy thu GPS ÿӭng yên sau khi chҩm dӭt SA
1.2.6.3 L͟iÿ͛ng h͛ v͏ tinh và máy thu
Mӛi vӋ tinh Block II và Block IIA mang bӕn ÿӗng hӗ nguyên tӱ, hai ÿӗng hӗ xezi và hai ÿӗng hӗ rubi. ThӃ hӋ vӋ tinh Block IIR mӟi hѫn chӍ mang các ÿӗng hӗ rubi. Mӝt trong các ÿӗng hӗ này, chӫ yӃu là ÿӗng hӗ xezi ÿӕi vӟi các vӋ tinh Block II và Block IIA, ÿѭӧc chӑn ÿӇ cung cҩp tҫn sӕ và ÿӏnh thӡi ÿӇ phát tín hiӋu GPS. Nhӳngÿӗng hӗ khác là các ÿӗng hӗ dӵ phòng .
Mһc dù các ÿӗng hӗ vӋ tinh GPS có ÿӝ chính xác cao, nhѭng chúng không phҧi là hoàn hҧo tuyӋt ÿӕi. Ĉӝ әn ÿӏnh cӫa chúng vào khoҧng 1/1013 ÿӃn 2/1013 trong khoҧng thӡi gian là mӝt ngày. Có nghƭa là sai sӕ cӫa các ÿӗng hӗ vӋ tinh vào khoҧng 8.64 ÿӃn 17.28 ns mӝt ngày. Sai sӕ khoҧng cách tѭѫng ӭng tӯ 2.59 m ÿӃn 5.18 m, kӃt quҧ này có thӇ tính ra dӉ dàng bҵng cách nhân sai sӕ ÿӗng hӗ vӟi vұn tӕc ánh sáng (299729458 m/s). Ĉӗng hӗ xezi có xu hѭӟng hoҥt ÿӝng tӕt hѫn qua thӡi gian dài so vӟi ÿӗng hӗ rubi. Thӵc tӃ, ÿӝ әn ÿӏnh cӫaÿӗng hӗ xezi qua 10 ngày hoһc lâu hѫn lên ÿӃn vài phҫn 1014. Hoҥt ÿӝng cӫa ÿӗng hӗ vӋ tinh ÿѭӧc giám sát bӣi hӋ thӕng ÿiӅu khiӇn mһt ÿҩt. Lѭӧng dӏchÿiÿѭӧc tính toán và truyӅn ÿi theo dҥng ba hӋ sӕ cӫa mӝtÿa thӭc bұc hai .
Sai sӕ ÿӗng hӗ vӋ tinh gây thêm các sai sӕ cho ÿo ÿҥc GPS. Các lӛi này ҧnh hѭӣng chung ÿӃn mӑi ngѭӡi dùng quan sát cùng mӝt vӋ tinh và có thӇ loҥi bӓ bҵng viӋc lҩy sai khác giӳa các máy thu này. Áp dөng viӋc sӱa sai ÿӗng hӗ vӋ tinh trong bҧn tin dүn ÿѭӡng này cNJng có thӇ sӱa chӳa sai sӕ ÿӗng hӗ vӋ tinh. Tuy nhiên, bӓ qua mӝt lӛi vài ns sӁ dүnÿӃn sai sӕ khoҧng cách khoҧng vài m (sai sӕ 1ns tѭѫngӭng vӟi sai sӕ khoҧng cách là 30cm).
Ngѭӧc lҥi, các máy thu GPS sӱ dөng các ÿӗng hӗ tinh thӇ rҿ tiӅn, ÿӝ chính xác nhӓ hѫn nhiӅu so vӟi các ÿӗng hӗ vӋ tinh. Nhѭ vұy, sai sӕ ÿӗng hӗ máy thu lӟn hѫn sai sӕ ÿӗng hӗ vӋ tinh rҩt nhiӅu. Tuy nhiên, có thӇ loҥi bӓ nó bҵng cách lҩy sai khác giӳa các vӋ tinh hoһc có thӇ coi sai sӕ này nhѭ mӝt tham sӕ chѭa biӃt thêm vào trong quá trình dӵ ÿoán.
1.2.6.4 L͟iÿaÿ˱ͥng
Phân tұp ÿa ÿѭӡng là mӝt nguӗn lӛi nghiêm trӑng cho cҧ ÿo ÿҥc pha sóng mang và khoҧng cách giҧ. Lӛi ÿa ÿѭӡng xuҩt hiӋn khi tín hiӋu GPS ÿӃn anten máy thu theo nhiӅu ÿѭӡng khác nhau Nhӳng ÿѭӡng này có thӇ là ÿѭӡng tín hiӋu nhìn thҷng và tín hiӋu phҧn xҥ tӯ các vұt thӇ xung quanh anten máy thu (Hình 2.6).
Phân tұp ÿa ÿѭӡng làm méo tín hiӋu gӕc qua sӵ giao thoa cӫa tín hiӋu phҧn xҥ ӣ anten GPS. Nó ҧnh hѭӣngÿӃn cҧ ÿo ÿҥc pha sóng mang và khoҧng cách giҧ; tuy nhiên, ҧnh hѭӣng ÿӕi vӟi ÿo khoҧng cách giҧ lӟn hѫn nhiӅu. Ĉӝ lӟn cӫa phân tұp ÿa ÿѭӡng pha sóng mang có thӇ ÿҥt tӟi giá trӏ lӟn nhҩt là 1/4 chu kǤ (khoҧng 4.8 cm ÿӕi vӟi pha
sóng mang L1). Khoҧng cách giҧ ÿa ÿѭӡng theo lý thuyӃt có thӇ lên ÿӃn vài chөc mét ÿӕi vӟi ÿo mã C/A. Tuy nhiên, vӟi nhӳng tiӃn bӝ mӟi trong công nghӋ máy thu, khoҧng cách giҧ ÿaÿѭӡng thӵc tӃ giҧmÿi rҩt nhiӅu. Ví dө vӅ nhӳng công nghӋ này là bӝ tѭѫng quan Strobe (Ashtech, Inc.) và MEDLL (NovAtel, Inc.). Vӟi nhӳng công nghӋ làm giҧm phân tұp ÿa ÿѭӡng này, lӛi phân tұp ÿa ÿѭӡng cӫa khoҧng cách giҧ có thӇ giҧm xuӕngÿӃn vài mét, thұm chí trong cҧ môi trѭӡng phҧn xҥ mҥnh.
Hình 1.11 Ҧnh hѭӣng cӫa phân tұpÿaÿѭӡng
Trong cùng mӝt môi trѭӡng, có thӇ ÿánh giá lӛi ÿa ÿѭӡng bҵng cách sӱ dөng tѭѫng quan qua các ngày cӫa phҫn dѭ dӵ ÿoán. Ĉây là do cҩu trúc hình hӑc vӋ tinh – vұt phҧn xҥ - anten lһp lҥi hҵng ngày. Tuy nhiên, lӛi ÿa ÿѭӡng trong các phép ÿo khoҧng cách giҧ nhѭ nhau có thӇ xác ÿӏnhÿѭӧc nӃu sӱ dөng quan sát hai tҫn sӕ. Ngѭӡi ta vүn chѭa thӇ tìm ra mӝt mô hình ÿaÿѭӡng tәng quát tӕt, chӫ yӃu là do cҩu trúc hình hӑc vӋ tinh - vұt phҧn xҥ - anten luôn thay ÿәi. Tuy nhiên, có nhiӅu ý tѭӣng ÿӇ giҧm bӟt ҧnh hѭӣng cӫa phân tұp ÿa ÿѭӡng. Phѭѫng án dӉ dàng nhҩt là chӑn vӏ trí quan sát
không có vұt phҧn xҥ ӣ gҫn anten thu. Mӝt phѭѫng án khác ÿӇ giҧm ҧnh hѭӣng cӫa phân tұp ÿa ÿѭӡng là sӱ dөng mӝt anten có vòng chêm (vòng chêm là mӝt mһt phҷng có nhiӅu vòng kim loҥi ÿӗng tâm làm suy hao tín hiӋu phҧn xҥ). Vì tín hiӋu GPS ÿѭӧc phân cӵc tròn quay phҧi trong khi tín hiӋu phҧn xҥ quay trái, ÿӇ làm giҧm ҧnh hѭӣng cӫa phân tұpÿaÿѭӡng cNJng có thӇ sӱ dөng anten vӟi mӝt bӝ phân cӵc phӕi hӧp cho tín hiӋu GPS (quay phҧi). Tuy nhiên, nhѭӧc ÿiӇm cӫa phѭѫng pháp này là tín hiӋu phân tұp ÿaÿѭӡng cNJng có thӇ trӣ thành phân cӵc quay phҧi nӃu phҧn xҥ hai lҫn.
1.2.6.5 Bi͇nÿ͝i tâm pha anten
Máy thu GPS thu tín hiӋu tӯ vӋ tinh sau ÿó chuyӇn ÿәi năng lѭӧng này thành dòng ÿiӋn, dòng ÿiӋn này ÿѭӧc xӱ lý bӣi máy thu GPS. ĈiӇm mà tҥi ÿó tín hiӋu GPS ÿѭӧc thu vӅ gӑi là tâm pha cӫa anten . Thông thѭӡng, tâm pha không trùng vӟi tâm vұt lý (hình hӑc) cӫa anten. Nó thay ÿәi tùy theo ÿӝ cao và phѭѫng vӏ cӫa vӋ tinh cNJng nhѭ cѭӡngÿӝ cӫa tín hiӋu. KӃt quҧ là gây thêm sai sӕ khoҧng cách cho phép ÿo.
Mӭc ÿӝ cӫa sai sӕ gây ra bӣi tâm tâm pha thay ÿәi tùy theo loҥi anten, thѭӡng là khoҧng vài cm. Tuy nhiên, rҩt khó mô hình sӵ biӃn thiên cӫa tâm pha anten, vì vұy, cҫn phҧi chú ý khi chӑn loҥi anten . Ĉӕi vӟi nhӳng ÿѭӡng ranh giӟi ngҳn vӟi cùng loҥi anten ӣ mӛiÿҫu, sai sӕ tâm pha có thӇ loҥi bӓ nӃu các anten này cùng ÿӏnh hѭӟng . Pha trӝn các loҥi anten khác nhau hay sӱ dөngÿӏnh hѭӟng khác nhau sӁ không thӇ loҥi bӓ ÿѭӧc sai sӕ này. Do mӭc ÿӝ ҧnh hѭӣng nhӓ, sai sӕ tâm pha anten có thӇ bӓ qua trong hҫu hӃt các ӭng dөng thӵc tӃ.
Cҫn chӍ ra rҵng lӛi tâm pha có thӇ khác nhau ÿӕi vӟi các sóng mang L1 và L2. ĈiӅu này ҧnh hѭӣng ÿӃn ÿӝ chính xác cӫa viӋc kӃt hӧp tuyӃn tính tӵ do tҫng ÿiӋn ly, ÿһc biӋt khi quan sát ÿѭӡng ranh giӟi ngҳn. Ĉӕi vӟi nhӳngÿѭӡng ranh giӟi ngҳn, sai sӕ tѭѫng quan lӟn theo khoҧng cách và ÿӫ loҥi bӓ nhӳng sai khác. Vì vұy, sӱ dөng ÿѫn tҫn có thӇ thích hӧp hѫnÿӕi vӟi nhӳngÿѭӡng ranh giӟi trong kiӇu tƭnh.
1.2.6.6 Nhi͍uÿo l˱ͥng máy thu
NhiӉu ÿo lѭӡng máy thu do giӟi hҥn cӫa các linh kiӋn ÿiӋn tӱ trong máy thu gây ra. Mӝt hӋ thӕng GPS tӕt cҫn có mӝt mӭc nhiӉu nhӓ. Thông thѭӡng, mӝt máy thu GPS sӁ tӵ kiӇm tra khi ngѭӡi sӱ dөng bұt máy. Tuy nhiên, ÿӕi vӟi nhӳng hӋ thӕng GPS
chính xác giá thành cao, viӋc ÿánh giá hӋ thӕng có thӇ rҩt quan trӑng cho ngѭӡi sӱ dөng. Có hai loҥi kiӇm tra ÿѭӧc thӵc hiӋn ÿӇ ÿánh giá máy thu GPS (hӋ thӕng GPS): kiӇm tra ÿѭӡng ranh giӟi 0 và kiӇm tra ÿѭӡng ranh giӟi ngҳn .
KiӇm tra ÿѭӡng ranh giӟi 0 ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ ÿánh giá hoҥt ÿӝng cӫa máy thu. KiӇm tra này liên quan ÿӃn viӋc sӱ dөng mӝt anten/ bӝ tiӅn khuӃch ÿҥi nӕi vӟi mӝt bӝ chia ÿӇ cung cҩp tín hiӋu cho hai hay nhiӅu máy thu GPS. NhiӅu vҩn ÿӅ cӫa máy thu nhѭ sai lӋch liên kênh và trѭӧt chu kǤ có thӇ phát hiӋn qua cách kiӇm tra này. Khi sӱ dөng mӝt anten, ÿӝ phân giҧiÿѭӡng ranh giӟi bҵng 0. Nói cách khác, các giá trӏ khác 0 ÿѭӧc gán cho nhiӉu máy thu. Mһc dù kiӇm tra ÿѭӡng ranh giӟi 0 cung cҩp các thông tin hӳu ích cho máy thu, nhѭng nó không cung cҩp thông tin vӅ nhiӉu anten/bӝ tiӅn khuӃchÿҥi. Ҧnh hѭӣng cӫa nhiӉu máy thu ÿӃn sai sӕ khoҧng cách phө thuӝc vào chҩt lѭӧng cӫa máy thu GPS. Giá trӏ trung bình cӫa sai sӕ khoҧng cách gây ra bӣi nhiӉu máy thu vào khoҧng 0.6 m.
ĈӇ ÿánh giá chính xác hiӋu suҩt cӫa hӋ thӕng GPS, cҫn phҧi tính toán cҧ thành phҫn nhiӉu cӫa anten/ bӝ tiӅn khuӃch ÿҥi . ViӋc này có thӇ thӵc hiӋn bҵng cách sӱ dөng các ÿѭӡng ranh giӟi ngҳn ӣ khoҧng cách vài mét, quan sát hai ngày liên tөc. Trong trѭӡng hӧp này, hai lҫn phҫn dѭ sai khác cӫa mӝt ngày sӁ chӭa nhiӉu hӋ thӕng và ҧnh hѭӣng cӫa phân tұp ÿa ÿѭӡng. Nhӳng sai sӕ khác có thӇ bӓ qua. Vì dҩu hiӋu cӫa phân tұp ÿa ÿѭӡng lһp lҥi hҵng ngày nên lҩy hiӋu hai lҫn phҫn dѭ sai khác giӳa hai ngày liên tiӃp sӁ loҥi bӓ ÿѭӧc ҧnh hѭӣng cӫa phân tұp ÿa ÿѭӡng và chӍ còn lҥi nhiӉu cӫa hӋ thӕng.
1.2.6.7 Tr͍ t̯ng ÿi͏n ly
Ӣ tҫng cao nhҩt cӫa khí quyӇn, bӭc xҥ tia cӵ tím và tia X tӯ mһt trӡi tѭѫng tác vӟi các phân tӱ và nguyên tӱ khí. Sӵ tѭѫng tác này gây ra quá trình ion hóa không khí: mӝt lѭӧng lӟn electron mang ÿiӋn âm và các nguyên tӱ, phân tӱ mang ÿiӋn dѭѫng. Vùng không khí chӭa các khí ÿã bӏ ion gӑi là tҫng ÿiӋn ly. Tҫng ÿiӋn ly ӣ ÿӝ cao tӯ 50 km ÿӃn khoҧng 1000 km hoһc hѫn nӳa. Thӵc tӃ, giӟi hҥn trên cӫa tҫngÿiӋn ly không ÿѭӧc ÿӏnh nghƭa rõ ràng .
Mұtÿӝ electron trong tҫngÿiӋn ly không phҧi là hҵng sӕ; nó thay ÿәi theo ÿӝ cao. Nhѭ vұy, tҫngÿiӋn ly ÿѭӧc chia thành nhiӅu tҫng con, tùy theo mұtÿӝ electron. Nhӳng tҫng này có tên là tҫng D (50-90 km), E (90-140 km), F1 (140-210km), và F2 (210 – 1000 km), trong ÿó tҫng con F2 là tҫng có mұt ÿӝ electron cao nhҩt. Ĉӝ cao và chiӅu dày cӫa các tҫng này thay ÿәi theo thӡi gian, do sӵ thay ÿәi cӫa bӭc xҥ mһt trӡi và tӯ trѭӡng trái ÿҩt. Ví dө, tҫng F1 biӃn mҩt vào buәi tӕi và tӗn tҥi lâu hѫn vào mùa hè so