21 dhspkt-hcm-
5.9.6 Trì hoãn tầng điện ly:
Tại phần cao nhất của bầu khí quyển Trái đât, bức xạ tia cực tím và tia X đến từ mặt trời tương tác với những phân tử và nguyên tử không khí .Kết quả là sự ion hóa
42 dhspkt-hcm-2009
không khí: hình thành một số lượng lớn những electron mang điện tích âm tự do và những nguyên tử, phân tử mang điện tich dương tự do. Một vùng như vậy gọi là tầng điện ly . Tầng điện ly mở rộng từ một độ cao xấp xỉ khoảng 50km đến khoảng 1,000km hoặc hơn. Nói chung, giới hạn bên trên của tầng điện ly không được xác định rõ ràng.
Mật độ electron bên trong tầng điện ly không phải là hằng số, nó thay đổi theo độ cao. Do đó, tầng điện ly được chia ra thành nhiều tầng con, dựa vào mật độ electron. Những tầng này được đặt tên lần lượt là D (50-90 km), E (90-140 km), F1 (140-210 km), và F2 (210-1,000 km), với F2 là tầng có mật độ electron cực đại. Độ cao và độ dày của những tầng này thay đổi theo thời gian, phụ thuộc vào độ bức xạ của mặt trời và vùng từ trường của Trái đất. Ví dụ như: Tầng F1 biến mất suốt đêm, và dễ nhận thấy vào mùa hè hơn là vào mùa đông.
Câu hỏi đặt ra: Tầng điện ly ảnh hưởng như thế nào đến những sựđo lường GPS. Tầng điện ly là môi trường phân tán, nó bẻ cong tín hiệu GPS và thay đổi tốc độ của tín hiệu GPS khi tín hiệu GPS đi xuyên qua những tầng điện ly khác nhau để tiến đến bộ thu GPS. Bẻ cong đường dẫn tín hiệu GPS gây ra lỗi không đáng kể, đặc biệt là trong trường hợp góc ngẩng của vệ tinh lớn hơn 5 . Nhưng nếu tầng điện ly ảnh hưởng đến tốc độ truyền dẫn, từđó gây ra những lỗi khoảng cách thì cần phải xem xét đến. Tầng điện ly sẽ tăng tốc độ truyền dẫn của pha sóng mang vượt qua tốc độ ánh sáng, đồng thời nó sẽ làm chậm lại mã PRN (cũng như là thông điệp điều hướng) với cùng một lượng. Như vậy, khoảng cách giữa bộ thu và vệ tinh sẽ là quá ngắn nếu đo bằng pha-sóng mang, hoặc là quá dài nếu đo bằng mã PRN, khi so sánh với khoảng cách thực sự. Trì hoãn tầng điện ly tương ứng với một số lượng electron tự do nằm dọc theo đường truyền của tín hiệu GPS, số lượng electron này gọi là TEC (total electron content). Tuy nhiên, TEC phụ thuộc vào một vài thông số sau:
1) thời gian trong ngày (mật độ electron đạt mức cực đại vào khoảng đầu buổi trưa và đạt mức cực tiểu vào khoảng nữa đêm tính theo giờđịa phương) ;
43 dhspkt-hcm-2009
2) thời gian trong năm (mật độ electron vào mùa đông cao hơn mùa hè);
3) chu kỳ mặt trời mỗi 11 năm (mật độ electron đạt đến giá trị cực đại mỗi 11 năm,thời điểm này tương ứng với một đỉnh trong hoạt động lóe sáng của mặt trời gọi là đỉnh chu kỳ mặt trời-solar cycle peak );
4) vị trí địa lý (mật độ electron đạt mức cực tiểu tại những vùng midlatitude (vùng này nằm trong khoảng vĩ độ 23 26′22" Bắc và 66 33′39" Bắc; 23 26′22" Nam và 66 33′39" Nam ) và không theo một quy luật nào tại vùng xích đạo và vùng địa cực trái đất).
Tầng điện ly là môi trường phân tán, mức trì hoãn mà nó gây ra phụ thuộc vào tần số của tín hiệu. Tần số càng thấp thì độ trì hoãn càng lớn; vì vậy nên trì hoãn tầng điện ly đối với sóng mang L2 cao hơn đối với sóng mang L1. Nói chung, trì hoãn tầng điện ly thường vào khoảng từ 5m đến 15m, nhưng có thể vượt quá con số 150m trong điều kiện mặt trời hoạt động tích cực, vào giữa ngày và gần với địa tầng (horizon).
Mật độ electron thay đổi theo thời gian và vị trí. Tuy nhiên, mật độ electron có tính tương quan cao xét trong những khoảng cách ngắn, do đó, lấy sai phân những quan sát GPS giữa những người sử dụng gần nhau về không gian có thể loại bỏ phần lớn trì hoãn tầng điện ly . Dựa vào tính chất phân tán của tầng điện ly, trì hoãn tầng điện ly có thể được mô tả với độ chính xác cao bằng cách kết hợp đo đạc tầm giả sử dụng mã P trên cả L1 và L2. Nhưng không may, mã P chỉ có thểđược truy nhập duy nhất bởi người dùng được cấp phép. Cùng với sự bổ sung mã C/A thứ hai trên L2, giới hạn này đã bị loại bỏ. Kết hợp đo lường pha-sóng mang trên cả L1 và L2 để mô tả những thay đổi trong trì hoãn tầng điện ly. Những người sử dụng bộ thu GPS song tần có thể kết hợp với đo lường pha- sóng mang L1 và L2, từ đó tạo ra tín hiệu kết hợp tuyến tính tự do tầng điện ly (ionosphere-free linear combination ) nhằm loại bỏ trì hoãn tầng điện ly. Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm:
44 dhspkt-hcm-2009
2) không duy trì bản chất số nguyên của những tham số ambiguity .
Do đó, phương pháp này không được đề nghịđối với những baseline ngắn. Những người sử dụng bộ thu đơn tần sẽ không tận dụng được ưu điểm nhờ vào bản chất phân tán của tầng điện ly . Tuy nhiên, họ có thể sử dụng một trong những mô hình tầng điện ly có sẵn, có thể giảm thiểu tới 60% độ trì hoãn. Mô hình được sử dụng rộng rãi nhất là mô hình Klobuchar, những hệ số của nó được phát đi như một phần của thông điệp điều hướng. Một cách giải quyết khác đối với những người sử dụng bộ thu đơn tần là sử dụng những thông tin điều chỉnh từ mạng thông tin địa phương. Những thông tin điều chỉnh như vậy có thểđược thu vào thời gian thực thông qua những đường liên kết thông tin cộng đồng.