2.2.1. Quá trình hình thành và phát triển lịch vệ tinh chính xác
Do tầm quan trọng của lịch vệ tinh chính xác, ngay từ những năm 1980 các tổ chức chuyên môn quốc tế đã quan tâm, hợp tác xúc tiến việc thiết lập lịch vệ tinh chính xác. Không những vậy các sản phẩm này đã được bàn bạc, thống nhất và tiêu chuẩn hoá, ngay từ đầu lịch vệ tinh chính xác đã được ký hiệu sp (Standard Product - sản phẩm tiêu chuẩn). Cũng như nhiều sản phẩm số liệu GPS khác (tệp Rinex,...), việc tiêu chuẩn hoá mang lại nhiều lợi ích cho cộng đồng người khai thác sử dụng.
Năm 1982 các tổ chức thoả thuận triển khai thiết lập lịch vệ tinh chính xác. Năm 1985, thế hệ thứ nhất lịch vệ tinh chính xác được công bố gồm sp1 và ECF1, sp2 và ECF2. Lịch sp1 ở dạng ASCII, bao gồm thành phần toạ độ cùng thành phần vận tốc của vệ tinh tại thời điểm nhất định. Không phải tất cả các ứng dụng GPS đều đòi hỏi độ chính xác cao, bởi vậy bên cạnh sp1, lịch sp2 cũng được đưa vào sử dụng. Lịch sp2 cũng ở dạng ASCII, song chỉ bao gồm toạ độ của các vệ tinh. Cấu trúc chi tiết của lịch vệ tinh sp1, sp2 có thể tham khảo Benjamin W. R. (1985, 1989, 1991).
ECF1, ECF2 là dạng nhị phân tương ứng với sp1 và sp2, EF13 là dạng nén của ECF2.
Năm 1989, công bố thế hệ thứ 2 của lịch vệ tinh chính xác. Ngoài các thông số như ở thế hệ 1, trong tệp lịch vệ tinh chính xác thế hệ 2 còn bổ xung hiệu chỉnh đồng hồ nhằm nâng cao độ chính xác các ứng dụng định vị (positioning). Quá trình hình thành, phát triển và các đặc điểm cơ bản của các dạng lịch vệ tinh chính xác được tổng hợp ở bảng 2.7. Quỹ đạo tiêu chuẩn hoá mang lại nhiều thuận lợi nhất là trong chuyển đổi lịch. Cả hai dạng ASCII và nhị phân đều đáp ứng chức năng này, song với dạng nhị phân đơn giản hơn vì dạng này độc lập với hệ điều hành của máy tính.
Bảng 2.7. Quá trình phát triển lịch vệ tinh chính xác
Thời điểm Nội dung Đặc điểm
1982 Thống nhất chủ
trương, ý tưởng 1985 Công bố thế hệ I
sp1 Dạng ASCII, các thành phần toạ độ và vận tốc ECF1 Dạng nhị phân, các thành phần toạ độ và vận tốc
sp2 Dạng ASCII, các thành phần toạ độ ECF2 Dạng nhị phân, các thành phần toạ độ
1989 EF13 Dạng nén của ECF2
1989 Công bố thế hệ II Bổ xung thêm hiệu chỉnh đồng hồ, phục vụ cho các ứng dụng định vị chính xác
sp3 Dạng ASCII, các thành phần toạ độ, vận tốc (tuỳ chọn), hiệu chỉnh đồng hồ
ECF3 Dạng nhị phân, các thành phần toạ độ, vận tốc (tuỳ chọn), hiệu chỉnh đồng hồ
EF18 Dạng nén của ECF3
1998 sp3b Số liệu của lịch sp3 (GPS) kết hợp với lịch GLONNAS
2002 sp3c
Dạng ASCII, các thành phần toạ độ, vận tốc, hiệu chỉnh đồng hồ và độ chính xác các đại lượng trên?
Có 3 loại:
- Các thành phần độ chính xác ở phần đầu tệp, tương thích với .sp3a và các phần mềm có trước đây.
- Từ cột 62-69: Sai số (standard deviation) vị trí - Hệ số tương quan (correlation) vị trí và đồng hồ Việc công bố lịch vệ tinh chính xác do IGS điều hành. Số liệu quan trắc từ các điểm IGS được chuyển tới các trung tâm sau đây để xử lý.
- Jet Propulsion Laboratory (JPL).
- Scripps Institution of Oceanography.
- National Geodetic Survey (NGS).
- GeoForschungsZentrum (Berlin).
- Center for Orbit Determination in Europe (University of Berne, Switzerland).
- European Space Agency.
- Canada (EMR).
Lịch vệ tinh chính xác cuối cùng là lời giải tổng hợp của các lời giải nhận được từ các trung tâm.
Lịch vệ tinh chính xác được xác định trên cơ sở:
- Mô hình chính xác cho tính chuyển các hệ quy chiếu.
- Mô hình chính xác biểu diễn các ảnh hưởng của các dị thường tới vệ tinh cũng như điểm đo.
- Toạ độ chính xác trong ITRF của điểm quan trắc vệ tinh.
- Phần mềm xử lý.
- Mô hình sai số độ trễ khí quyển hiệu quả.
- Mô hình áp lực bão Mặt trời.
- Hệ thống các điểm quan trắc liên tục với quy mô toàn cầu, thu thập số liệu với chất lượng cao. Bên cạnh đó cần một cở sở tính toán xử lý số liệu (mang tính thời gian thực) đủ mạnh.
Nhiệm vụ này do các trung tâm quốc tế như trên đã đề cập đảm đương. Đối với chúng ta, nhiệm vụ khả thi là thiết lập trạm đo liên tục, đáp ứng được các chuẩn quốc tế tham gia vào hệ thống lưới và xử lý số liệu của IGS.
2.2.2. Cấu trúc của lịch vệ tinh chính xác
Mỗi phần mềm xử lý số liệu sử dụng dạng lịch vệ tinh nhất định. Khi xử lý số liệu GPS có sử dụng lịch vệ tinh chính xác cần nắm vững cấu trúc, các đại lượng cùng ý nghĩa của chúng. Về tổng quát, cấu trúc của mỗi loại lịch vệ tinh chính xác có thể chia làm hai phần: phần đầu tệp (header) và phần thân tệp. Phần đầu tệp gồm các thông báo tổng quát về loại lịch, cơ quan phát hành, thời gian, loại vệ tinh,...
Phần thân tệp là các đại lượng liên quan trực tiếp tới lịch vệ tinh. Tuỳ loại lịch mà các đại lượng và đặc trưng cũng như ý nghĩa của chúng có khác nhau. Về nguyên
tắc, các cơ quan phát hành lịch vệ tinh đều có thông báo giải thích chi tiết cấu trúc lịch. Từ ngày 29/1/2006, IGS bắt đầu phát hành lịch sp3c (http://www.air- space.us/sci.geo.satellite-nav/16..../), bởi vậy dưới đây trình bày một cách chi tiết hơn về cấu trúc của tệp lịch này (Hilla, S. 2002b); các loại lịch khác cũng có thể tìm hiểu một cách tương tự. Ở bảng dưới đây thể hiện một đoạn thông tin về lịch vệ tinh chính xác dạng ( *.sp3).
Bảng 2.8. Một phần tệp lịch *.sp3
Bảng 2.9. Các mô tả cơ bản về cấu trúc tệp *.sp3
Hàng Mô tả
1 Phiên bản lịch (c), loại lịch (P: vị trí hay V: vận tốc), thời gian, số record (192), mô tả số liệu sử dung (ORBIT: là hỗn hợp số liệu của nhiều cơ quan), hệ toạ độ (IGS97), loại quỹ đạo (HLM: dạng FIT
sau khi đã áp dụng phép biến đổi Helmert), cơ quan phát hành (IGS) 3-7 Số hiệu vệ tinh
8-12
Độ chính xác quỹ đạo vệ tinh được cho dưới dạng luỹ thừa của cơ số 2, giá trị = 0: không xác định; với các giá trị khác có thể tính như sau: ví dụ với số mũ 7, suy ra sai số bằng 27 mm = 128mm = 0,128m
13
Ký hiệu các hệ vệ tinh: G là vệ tinh GPS, R là vệ tinh GLONNAS, M là vệ tinh hỗn hợp, E là vệ tinh Gallileo .
Hệ thời gian: GPS, UTC, ...
15 Cơ số để tính độ lệch chuẩn cho các thành phần của vị trí (1,250) cũng như đồng hồ vệ tinh (1,025).
24 (thân tệp)
Số hiệu vệ tinh (G01); toạ độ X, Y, X (km); sai số đồng hồ (microsec); x-sdev,y-sdev, z-sdev(b**n mm: giá trị b được thông báo ở hàng 15 là 1,25, n = 18 lệch chuẩn sẽ là 1,2518~ 56mm); đồng hồ-sdev (tương tự sẽ tính b**n psec: 1.025**219 = 223,1138~223 picoseconds)
Trên đây chỉ là những đặc điểm quan trọng nhất để có thể nhận biết các đại lượng, thông số và ý nghĩa của chúng trong tệp lịch. Đối với các ứng dụng cụ thể cần phải tìm hiểu một cách chi tiết và hiểu sâu sắc từ các tài liệu đi kèm của các cơ quan phát hành lịch.
CHƯƠNG 3