Luận văn hệ thống định vị vệ tinh có sửa phân sai DGPS (Differential Global Positioning System )

Chơng I
Đặt vấn đề
Phơng pháp định vị dùng để xác định vị trí, đo đạc, dẫn đờng là vấn đề rất cần
thiết đối với hành hải, quân sự cũng nh các hoạt động kinh tế văn hoá xã hội. Đi đôi
với sự phát triển về khoa học kỹ thuật, thì các phơng pháp định vị cũng phát triển từ
thô sơ đến hiện đại. Bắt đầu từ kính lục phân, la bàn, các bảng về sao. Sau đó là áp
dụng sóng vô tuyến điện để định vị nh hệ thống dẫn đờng radio, Transit và cho
đến khi kỹ thuật phóng vệ tinh nhân tạo đợc phát triển ( đầu những năm 1960 ) thì
phơng pháp định vị toàn cầu đợc thực hiện. Hệ thống định vị toàn cầu GPS ( Global
Positioning System ) ra đời, nó khắc phục đợc những nhợc điểm của các phơng pháp
định vị trớc đó nh: Độ chính xác cao (đến từng cm), tự động hoá cao, hoạt động theo
chơng trình phần mềm đã đợc lập trình sẵn, để sử dụng và bảo dỡng thiết bị. Đặc
biệt các chế độ làm việc luôn đảm bảo, các thiết bị làm việc ổn định 24/24giờ do
máy có cấu tạo đặc biệt.
Mặc dù hệ thống định vị GPS có những u điểm trên nhng nó vẫn có những
nhân tố ảnh hởng đến việc định vị và dẫn đờng thí dụ:nh các sai số do sự tán sắc và
khúc xạ trong tầng điện ly, trong quá trình truyễn sóng, sai số đồng hồ vệ tinh và
đồng hồ máy thu GPS, sai số do ảnh hởng của các tia phản xạ từ mặt đất tới máy thu
GPS ( Multi parth signal) mà vị trí định vị bằng GPS có thể bị sai lệch. Để khắc
phục và đáp ứng yêu cầu đòi hỏi ngày càng cao về độ chính xác và phạm vi ứng
dụng của phơng pháp định vị thì phải ứng dụng các công nghệ tiên tiến có kỹ thuật
cao. Ngời ta đã đa ra kỹ thuật DGPS (Differential GPS )là một kỹ thuật hiện đại đợc
sử dụng rộng rãi. Việc ứng dụng công nghệ đúng hớng có hiệu quả cao trớc tiên
phải nghiên cứu hiểu rõ bản chất của công nghệ đó trên cơ sở hiểu biết và làm chủ
nó.
Xuất phát từ ngững lý do trên tôi nghiên cứu đề tài hệ thống định vị vệ tinh có
sửa phân sai DGPS (Differential Global Positioning System ) nhằm mục đích nắm
vững lý thuyết thực hành ứng dụng công nghệ DGPS đã và đang đợc triển khai rộng
rãi trên thế giới và khu vực Đông Nam á và đang sử dụng rộng rãi ở nớc ta.
Trong khuôn khổ của đề tài này tôi trình bày các phần sau:
1. Sơ lợc về các hệ thống định vị

2. Công nghệ DGPS (Differential Global Positioning System)
3. Một số ý kiến kiến nghị thiết lập mạng DGPS ở Việt Nam
4. Kết luận
Kỹ thuật DGPS là một nội dung còn mới mẻ đối với ngời dùng Việt Nam, vì
thời gian có hạn, việc tìm hiểu tài liệu còn khó khăn nên không tránh khỏi những
thiếu sót. Tôi rất mong đợc sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy giáo và các bạn
đồng nghiệp.
Để hoàn thành đợc khoá học mà cụ thể là bảo vệ thành công luận văn tốt
nghiệp ngày hôm nay. Đó là sự cố gắng học tập của bản thân cùng với công lao to
3
lớn giảng dạy truyền đạt kiến thức của các thầy cô giáo trờng Đại Học Hàng Hải nói
chung, của các thầy giáo trong khoa Điện Tử Viễn Thông nói riêng và đặc biệt là sự
chỉ bảo hớng dẫn tận tình của thầy giáo hớng dẫn: Đại tá - PGS - TS - Nhà giáo u tú
Đào Đức Kính. Qua đây tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Đào Đức Kính
cùng các thầy giáo trong trờng. Tôi xin kính chúc thầy cùng toàn thể gia đình an
khang thịnh vợng.
Xin chân thành cảm ơn!
Tác giả:
Nguyễn Văn Duy
4
Chơng II
Tổng quan về các hệ thống định vị
Định vị dẫn đờng có từ lâu trong cuộc sống. Ngời ta đã đa ra rất nhiều phơng
pháp định vị. ở đây tôi giới thiệu một số hệ thống định vị dẫn đờng chính.
2.1. Các hệ thống định vị dẫn đờng trớc khi có hệ thống GPS
2.1.1 Hệ thống định vị Radio (Radio navigation system)
Nguyên lý cơ bản la giao hội cạnh từ 3 điểm đã biết toạ độ để xác định toạ độ
mặt phẳng của điểm đặt máy (Điểm cha biết toạ độ )
Tại ít nhất 3 điểm đã biết toạ dộ,thiết lập 3 trạm phát tín hiệu :Radio,điểm cần
định vị đặt máy thu tín hiệu từ các trạm phát tín hiệu radio trên.Khoảng cách từ trạm

đặt máy thu dến trạn phát đợc xác định bằng độ trễ thời gian của tín hiệu phát từ
trạm phát tới trạm thu.Dựa vào độ trễ thời gian ít nhất 3 trạm phát và toạ độ của cảc
trạm này,sẽ tính đợc toạ độ mặt phặt phẳng của trạm đăt máy thu.Kỹ thuật đo độ trễ
thời gian có thể sử dụng kỹ thuật đo xung hoặc đo lệch pha của tín hiệu sóng điều
hoà.
Các hệ thống radio navigation trên thế giới thờng sử dụng dải tần số sóng ngắn
hoặc sóng trung.
Nhơc điểm của hẹ thống này là tầm hoạt động có hạn,độ chính xác định vị phụ
thuộc vào thời điểm do và vị trí cần xác định tơng đôi với các trạm phát radio cố
định.
Để tăng tầm hoạt động của hệ thống,ngời ta liên kết từng cụm hệ thống gồm ít
nhất 3 trạm Radio Beacon thành từng chuỗi hệ thống các chuỗi này có độ phủ sóng
lớn,thờng vào khoảng 1.000 dặm.
Nh vậy chuỗi này tạo thành một hệ thống định vị quốc gia hay khu vc.Các hệ
thống Radio navigation System lớn dợc biết trên thế giới là:Hệ LORAN_C,Hệ
CHAYKA; Hệ LORAN-CHAYKA; Hệ DECCA
2.1.1.1 Hệ LORAN_C :
Mục đích sử dụng trong quân sự và sau này sủ dụng trong định vị dẫn đờng
dân sự trên toàn bờ biển nớc Mỹ.Hệ LORAN_C do lực lợng biên phòng Mỹ thiết
lập.Nó là hệ thống Radio Hybecbol sử dụng tần số xung 100 khz.Độ phủ sóng của
hệ thống phụ thuộc vào độ chính xác của máy thu.Hệ này phục vụ 24/24giờ với độ
chính xác khoảng 100 m và tơng đối khoảng 20m đến 100m.Do đặc tính kỹ thật của
hệ thống LORAN_C phù hợp với yêu cầu hàng không nên cơ quan quản lý hàng
không chấp nhận hệ thống LORAN_C có độ phủ sóng toàn nơc Mỹ.Hệ thống này
đơc hoàn thành vào tháng 6 năm 1991.
2.1.1.2 Hệ thống CHAYKA và LORAN/CHAYKA :
CHAYKA là một hệ thống radio navigation tơng tự nh hệ thống LORAN_C do
Nga xây dựng dọc theo bờ biển Nga. Giữa hệ thống LORAN_C Bắc Thái Bình
Duong và hệ thống CHAYKA có một vùng trống khoảng 500 hải lý tại vùng biển
5

Bering không dợc cả hai hệ thống này phủ sóng.Sự hợp tác giữa Mỹ và Nga đã xây
dụng hệ thống LORAN-CHAYKA phủ sóng toàn bộ vùng trống này.Hệ thống này
liên kết các trạm ATTA và ALASKA thuộc hệ thống LORAN_C của Mỹ và các
trạm Pẻtopavlovsk và Aleksandorcska thuộc hệ thống CHAYKA của Nga.
2.1.1.3 Hệ thống DECCA
Tơng tự các hệ thông trớc hệ thống DECCA đợc xây dựng với mục đích định vị
dẫn đờng trên không và trên biển.Hệ thống đợc thiết lập trên vùng phía tây Châu
Âu,vùng Ban Tích,Nam Phi,Vịnh ả Râp,Nhật Bản,Ân Dộ, Australia.
Hệ thống hoạt động trên hai dải băng tần số :Băng 1 từ 70-90 khz và từ Băng
hai từ 110-130 khz.Độ chính xác khoảng 20-50cm trong khoảng cách dới
220km.Trên khoảng cách nay giảm rất nhanh.
Trớc khi co hệ thống dẫn đờng bằng GPS thi các hệ thống dẫn đờng trớc đây đ-
ợc sử dụng rộng rãi trên thế giới.Hệ thống GPS ra đời với tính năng kỹ thuật vợt trội
va các dịch vụ khác kèm theo,đã dần đẩy lùi các hệ thống trên vào quá khứ.
2.1.2 Hệ thống TRANSIT:
Hệ thống này là hệ dịnh vị radio toàn cầu sử dụng kỹ thuật DOPPLE để định vị
trong toạ độ không gian.Hệ thống này gôm 4 vệ tinh hoặc nhiều hơn đợc bố trí trên
các quỹ đạo với độ cao khoảng 1080km, máy thu tín hiệu đặt trên trái đất có thể thu
các fix cách nhau từ 1đến 3 giờ khi vệ tinh đặt trong tầm nhìn của nơi đặt máy.Bình
thờng thì mỗi vệ tinh xuất hiện trong tầm nhin khoảng 20 phút.Khi đó chỉ cần xác
định một fix cho mỗi vệ tinh. Hệ thống TRANSIT định vị trên hệ quy chiếu WGS-72.
Hệ thống hoạt động trên 2 tần số 150 Mhz và 400Mhz.Về lí thuyết chỉ cần
hoạt động trên một tần số là có thể định vị dợc,nhng làm giảm ảnh hởng của tầng
ion tới độ chính xác định vị,ngời sử dụng phải sử dụng cả hai tần số trên.
Độ chính xác của hệ thống phụ thuộc vào số lần bắt đợc vệ tinh đa vào tính
toán định vị(số fix thu đợc) và việc sử dụng một tần số hay hai tần số.Độ chính xác
tiêu chuẩn của một lần bắt vệ tinh đa vào tính toán định vị với một tần số là 500
m,nếu sử dụng hai tần số độ chính xác tăng lên 25m.Vơi việc đo đồng thời trên điểm
cần xác định toạ độ và điểm đã biết toạ độ,độ chính xác sẽ tăng lên 10m do sử dụng
kỹ thuật phân sai.Độ chính xác có thể tăng đến 5m khi sử dụng các phơng pháp đo

dặc biệt.Hệ thống TRANSIT đợc hải quân Mỹ xây dụng vơi mục đích sử dụng trong
quốc phòng.Tuy nhiên hệ thống này cũng thòng đợc sử dụng trong dân sự trớc khi
hệ thống GPS ra đời.
2.2. Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System )
Đi đôi với sự phát triển về khoa học kỹ thuật đó là sự phát triển về định vị dẫn
đờng. Yêu cầu về việc định vị dẫn đờng thống nhất trên phạm vi toàn cầu đợc đặt ra
trong các ngành kinh tế quốc dân, quốc phòng an ninh và chỉ đợc bắt đầu khi kỹ
thuật phóng vệ tinh nhân tạo đợc phát triển. Vì nó chỉ có thể định vị đợc dựa vào các
chuẩn ngoài trái đất. Chính vì thế mà việc nghiên cứu xây dựng hệ thống định vị
toàn cầu chỉ mới bắt đầu từ những năm 1960. Các hệ thống định vị đang đợc thực
hiện trên thế giới là hệ thống NAVSTA, hệ thống GLONASS.
6
2.2.1. Hệ thống NAVSTA
Hệ thống định vị toàn cầu GPS hiện nay đợc sử dụng phổ biến trên thế giới là
hệ thống NAVSTA. Hệ thống này do không quân và hải quân Mỹ thiết lập từ năm
1978 với mục đích chủ yếu dùng trong quân sự. Đến cuối những năm 1980, mục
đích sử dụng của hệ thống NAVSTA GPS đợc mở rộng sang các lĩnh vực dân sự.
Bản chất kỹ thuật của việc định vị trong hệ thống định vị toàn cầu là việc giao
hội cạnh không gian từ vệ tinh nhân tạo ( đợc thiết lập để phục vụ định vị toàn cầu)
tới điểm cần định vị trên trái đất. Muốn xác định toạ độ không gian của một điểm
trên trái đất phải giao hội ít nhất từ 3 vệ tinh. Nh vậy yêu cầu kỹ thuật của hệ thống
định vị toàn cầu là:
- Có một hệ thống các vệ tinh nhân tạo bay quanh trái đất trên các quỹ đạo
chính xác. Các vệ tinh này phát tín hiệu định vị (hay còn gọi là số liệu đờng
dẫn NAVSTA ) cho các máy thu đặt trên trái đất. Số lợng vệ tinh và các
quỹ đạo vệ tinh cần tính toán sao cho ở bất kỳ thời điểm nào trên trái đất
đều có thể nhìn thấy ít nhất 3 vệ tinh.
- Máy thu tín hiệu phát từ vệ tinh GPS, với các giải pháp kỹ thuật phần cứng
và phần mềm để thu tín hiệu và tính đợc khoảng cách từ máy thu tới từng
vệ tinh GPS.

- Hệ thống kiểm tra để theo dõi, điều hành, kiểm soát, và hiệu chỉnh quỹ đạo
của các vệ tinh GPS.
- Hệ thống NAVSTA GPS đợc thiết lập theo nguyên lý trên gồm 3 phần hệ
thống (Segment): Phần không gian, phần điểu khiển và phần sử dụng.
Phần Không Gian (Space Segment).
Là hệ thống vệ tinh gồm 24 vệ tinh đợc thiết lập trên 6 quỹ đạo quanh trái đất.
Mỗi quỹ đạo vệ tinh gồm 4 vệ tinh phân bố đều. Trên quỹ đạo mặt phẳng xích
đạo trái đất góc nhị diện 55
0
. Độ cao của vệ tinh khoảng 20190 Km, chu kỳ của một
vệ tinh bay quanh trái đất là 12 giờ. Hệ thống vệ tinh này đợc hoàn thành vào tháng
2 năm 1989. Với cách bố trí vệ tinh nh trên, về mặt lý thuyết ở mọi điểm trên trái
đất, trong mọi thời điểm trên trái đất, trong mọi thời gian đều nhìn thấy ít nhất 4 vệ
tinh. Trên cơ sở kiểm soát đợc các quỹ đạo trên vệ tinh có thể biết đợc toạ độ tức
thời của từng vệ tinh trong một hệ quy chiếu nhất định (hiện nay số vệ tinh GPS đã
lên tới 32 vệ tinh).
Mỗi vệ tinh phát hiện liên tục các tín hiệu dẫn đờng ( gọi là NADATA) xuống
các máy thu tín hiệu vệ tinh sử dụng. Các thông tin NADATA bao gồm : Hệ thống
thời gian; thông số cải chính đồng bộ vệ tinh; thông số về quỹ đạo vệ tinh; lịch vệ
tinh và các thông số ảnh hởng của tầng điện ly (Inospheric Delay Model
Parameters).
Phơng pháp truyền thông tin từ vệ tinh là truyền tin theo mã: Code C/A và
Code P. Code C/A không bảo mật đợc dùng trong dân sự, Code P là code về bảo mật
đợc dùng chủ yếu trong quân sự ( hiện nay cũng đợc sử dụng với mục đích dân sự).
7
Các mã code P đợc truyền đi bằng hai sóng mang L
1
= 1575.42 MHz và L
2
= 1227.60

MHz tơng ứng với bớc sóng
1
=19cm và
2
=24 cm. Tần số L
1
đợc điều chế bởi cả
hai code C/A và code P. Tần số đợc điều chế bởi code P.
Phần Kiểm Tra (Control Segment)
Hệ thống kiểm tra đợc thiết lập nhằm theo dõi,kiểm soát và hiệu chỉnh vệ
tinh,nhằm đảm bảo hệ thống vệ tinh hoạt động bình thờng,chính xác.Hệ thống này
bao gồm 4 trạm quan sát vệ tinh (Monitor Station),3 trạm cải chính (Upload Station)
và một trạm điều khiển trung tâm (Master Control Station).
Nguyên lý hoạt động của hệ thống nh sau:
Bốn trạm quan sát vệ tinh liên tục thu tín hiệu từ tất cả các vệ tinh và truyền số
liệu về trạm điều khiển trung tâm.Trạm trung tâm,tính toán ra các hệ số cải chính
quỹ đạo,đồng hồ vệ tinh và truyền các hệ số này từ các trạm phát số cải chính.Tại
đây số cải chính đợc phát lại cho vệ tinh ít nhất một ngày một lần.Với phơng thức
quỹ đạo này sẽ đảm bảo thông tin về quỹ đạo vệ tinh phát xuống cho các máy thu
GPS đợc chính xác và sai số đồng hồ vệ tinh sẽ giảm bớt rất nhiều,trên cơ sở đó độ
chính định vị sẽ đợc nâng cao.
Phần ngời sử dụng (User Segment)
Đoạn ngời sử dụng và các máy thu GPS,đặt cố định hoặc di động trên bề mặt
trái đât hoặc trong không gian(Trờng hợp gắn máyGPS ) rên máy bay,tầu biển ).
Các máy thu GPS này thu tín hiệu từ trên các vệ tinh GPS với mục đích định vị và
dẫn đờng.Với mục đích này các máy thu GPS phải xử lý các tín hiệu vừa thu đợc từ
các vệ tinh GPS để tính toán ra toạ độ không gian của tâm antena máy thu GPS nh
phân trên đã nêu,nguyên lý định vị của GPS là :Nguyên lý giao hội cạnh từ điểm
cần định vị (tâm antena của máy thu)đến các vệ tinh GPS.Nh vậy máy thu GPS phải
tính dợc khoảng cách tức thời từ tâm antena đến các vệ tinh GPS :Để tính đợc máy

thu GPS đến các vệ tinh, cũng giống nh nguyên lý đo khoảng cách bằng sóng điện
từ,có thể có 2 phơng pháp :
1.Tính đợc độ trễ thời gian của tín hiệu phát đi từ các vệ tinh GPS đến khi thu
đợc tín hiệu tại máy thu GPS.
2.Tính đợc độ lệch pha (di pha ) từ tín hiệu phát đi từ các vệ tinh GPS đến khi
thu tại máy thu GPS.
Giải pháp kỹ thuật để đo đợc độ trễ thời gian trong hệ thống GPS là áp dụng
kỹ thuật tơng quan ngang (Cross Correclation).Phơng pháp này gọi là phơng pháp
Code Pseudornge nh sau :
Vệ tinh GPS phát đi các mã code giả ngẫu nhiên (PRN code). Máy thu GPS
tạo ra các bản sao mã code giả ngẫu nhiên tơng ứng đối với từng vệ tinh.So sánh t-
ong quan giữa hai điểm mã code trên sẽ làm ra độ trễ thời gian.Hình vẽ sau minh
hoạ các phơng pháp Code Pseudorange:
8
Nguyên lý của phơng pháp đo lệch pha là :Khoảng cách từ vệ tinh GPS đến
máy thu đơc tính bằng độ lệch pha của sóng mang(Khi truyền từ vệ tinh GPS tới
máy thu GPS ) nhân với chiều dài bớc sóng mang.Các máy đo pha tơng ứng với
phần lẻ của mỗi chu kỳ giao động sóng.Vì vậy độ lệch pha sẽ tinh bằng số nguyên
lần bớc sóng cộng với độ lệch pha đo đợc.Phơng pháp xác định khoảng cách từ vệ
tinh máy thu đên GPS bằng cách xác định độ lệch pha gọi là phơng pháp trị đo
khoảng cách pha sóng mang(Carrier Phase Pseudorange).
Hình vẽ mô tả nguyên lý của phơng pháp này:
Đối với phơng pháp này cần tạo máy thu GPS phải đảm bảo giải quyết 2 vấn
đề :
9
Satellite
(Vệ tinh)
Receiver Code
(Mã thu)
t

Time
Delay
(Thời gian
trễ)
PSEUDORANGE=c.t
Carrer
(Sóng mang)
Ambiguit
1.Tạo sóng mang đồng thời với thời điểm các sóng mang phát đi tù vệ tinh
GPS (gọi là tín hiệu đối chiếu ). So sánh tín hiệu đối chiếu và tín hiệu thu đợc tù vệ
tinh để đo đợc phần lẻ độ lệch pha tơng ứng với phần lẻ của một chu kỳ giao động
sóng.
2. Đếm đợc số nguyên lần bớc sóng từ vệ tinh GPS tới máy thu GPS.
Hệ trắc địa thế giới WGS -84
Vị trí của một điểm nào đó đợc xác định (định vị ) phải hiểu theo nghĩa: Đợc
định vị theo hệ quy chiếu nhất định nào đó.
Với mục đích là một hệ định vị toàn cầu,hệ thống GPS phải xác định sử dụng
một hệ quy chiếu thống nhất trên toàn cầu. Hệ quy chiếu đợc sử dụng trong hệ
thống định vị GPS là Elip Soid GPS-80 (Geodetic Reperence System 1980 Hệ
quy chiếu trắc địa năm 1980) đợc định vị trên toàn cầu theo địa tâm. Elip Soid GPS-
80 có bàn trục lớn bằng 6378.137 (m) và nghịch đảo độ rẹt 1/f = 298257223563. Hệ
trắc địa sử dụng mặt quy chiếu GPS 80 đợc gọi là hệ trắc địa thế giới WGS -84
(World Greodtic System). Toạ độ xác định GPS trong hệ WGS là toạ độ không
gian 3 chiều. Hệ toạ độ không gian 3 chiều là hệ toạ độ đợc xác định bằng 3 trục toạ
độ x,y, z. Tâm của hệ toạ độ 3 chiều là địa tâm. Trục x nằm trên mặt phẳng xích đạo
và đi qua kinh tuyến gốc và địa tâm. Trục y nằm trên mặt phẳng xích đạo, vuông
góc với trục y đi qua địa tâm. Trục z đi qua địa tâm và vuông góc với mặt phẳng
xích đạo.
Hệ toạ độ thông thờng sử dụng trong trắc địa bản đồ không phải là hệ toạ độ
không gian 3 chiều mà là hệ toạ độ địa lý B,L,H và hệ toạ độ vuông góc với mặt

phẳng x,y,h.
Từ toạ độ không gian 3 chiều có thể chuyển đổi về hệ toạ độ địa lý B L H và
hệ tạo độ vuông góc (mặt phẳng ) x y h (theo một phơng pháp náo đó) ở đây lu ý
rằng H là độ cao tính trên ElipSoid (High Above ElipSoid) Độ cao này khác với độ
cao chuẩn (Meal Sea Level).Quan hệ giữa H và h đợc biểu thị bằng biểu thức H = H
+ N.
Ơ đây N là độ cao giữa Geoid và Elipsoid.
Thờng thì mỗi quốc gia đều có một hệ quy chiếu trắc địa quốc gia riêng
biệt.Khi đó GPS ,Toạ độ GPS đợc tính trên hệ WGS 84.Muốn chuyển về hệ toạ
độ tham chiếu quốc gia cần có tham số tính chuyển.
10
X
Y
Z
N
y x
z
2.2.2 Hệ thống định vị toàn cầu GLONASS.
Hệ thống định vị toàn cầu GLONASS do Nga thiết lập năm 1993.Đây là hệ
định vị toàn cầu sử dụng hệ toạ độ không gian,về cơ bản có cấu trúc và nguyên
lý hoạt động giống nh hệ thống GPS.Nhng khác cơ bản về mặt chi tiết kỹ thuật
của hai hệ thống nh sau :
1.Trong khi hệ thống NAVSTAR GPS có 24 vệ tinh đợc bố trí trên 6 quỹ
đạo,mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo trái đất 55 độ,độ
cao vệ tinh khoảng 20.190 km và chu kỳ vệ tinh là 12 giờ,thi hệ thống GLONASS
GPS có 24 vệ tinh đợc bố trí trên 3 quỹ đạo,mặt phẳng quỹ đạo nghiêng so với mặt
phẳng xích đạo trái đất 64.8 độ, độ cao vệ tinh là 19.100 km và chu kỳ vệ tinh là 11
giờ 15 phút.
2. Cũng giống nh các vệ tinh của hệ thống NAVSTAR GPS ,các vệ tinh của hệ
thống GLONASS GPS cũng sử dụng hai tần số sóng mang (carrier frequenciens) Sử

dụng hai loại mã code C/A và P code.Song hai tần số sóng mang L
1
và L
2
trong hệ
thống NAVSTAR GPS đợc sử dụng chung cho tất cả các vệ tinh. Trong khi đó đối
với hệ thống GLONASS GPS mỗi vệ tinh sử dụng một tần số sóng mang khác nhau.
Giải tần băng sóng L
1
của hệ thống GLONASS GPS từ 1602.5625 MHz đến 161505
MHz. Mỗi vệ tinh có tần số khác nhau 0.5625 MHz. Giải tần băng sóng mang L
2
của hệ thống GLONASS GPS từ1246.4375 MHz tới 1256.5 MHz. Mỗi vệ tinh có tần
số khác nhau 0.4375 MHz. Sự khác biệt giữa hai hệ thống là: Đối với NAVSTAR
GPS thì mỗi vệ tinh sử dụng một code khác nhau còn với hệ thống GLONASS thì
code đợc sử dụng chung cho tất cả các vệ tinh trong hệ thống.
3. Hệ thống NAVSTAR GPS sử dụng hệ quy chiếu WGS -84 còn hệ thống
GLONASS GPS sử dụng hệ quy chiếu SGS 85.
Về độ chính xác của hệ thống GLONASS GPS tuy cha có đợc những công bố
đầy đủ, xong có thể coi hao hệ thống này tơng đơng với nhau về độ chính xác.
Hệ thống GLONASS GPS đợc thiết kế từ tháng 5 năm 1993 khi đó có 12 vệ
tinh. Cuối năm 1993 (theo kế hoạch) sẽ có 20 vệ tinh và đến năm 1995 thì hoàn
thành hệ thống.
Thực tế thì hệ thống NAVSTAR GPS đợc sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới
(kể cả Việt Nam) hơn hệ thống GLONASS GPS với các lý do sau:
1. Hệ quy chiếu WGS 84 quen thuộc hơn và đợc sử dụng rộng rãi hơn hệ quy
chiếu SGS -85. Hơn nữa việc chuyển đổi giữa hai hệ thống này vẫn còn là một vấn
đề nghiên cứu, thống nhất. Với những thực nghiệm ban đầu thì hai hệ thống chênh
lệch nhau từ 5-10 m.
2. Khi hai hệ thống coi là có độ chính xác giống nhau, thì ngời sử dụng chỉ

quan tâm đến các thiết bị thu tín hiệu GPS. Các máy thu GPS tơng ứng với hệ thống
NAVSTAR GPS phổ biến trên thị trờng rất nhiều so với các máy thu tín hiệu GPS t-
ơng ứng với hệ thống GLONASS GPS.
11
3. Các thông tin về hệ thống NAVSTAR GPS và các dịch vụ kèm theo rộng rãi
hơn nhiều so với các thông tin và dịch vụ của hệ thống GLONASS GPS (bao gồm cả
về tiếp thị quảng cáo).
2.2.3. Hệ thống định vị toàn cầu cải chính phân sai (Differential GPS).
Do ảnh hởng của nhiều thành phần sai số thí dụ nh sai số do ảnh hởng của sự
tán sắc và khúc xạ trong bầu khí quyển, sai số của đồng hồ vệ tinh và đồng hồ mày
thu GPS. Sai số do ảnh hởng của tia phản xạ từ mặt đất bởi máy thu GPS (multipart
signal), sai số quỹ đạo vệ tinh , vị trí định vị bằng vệ tinh GPS có thể bị sai lệch.
Vì vậy trong ứng dụng ngời ta phải tìm ra các giải pháp để giảm thiểu các phân
sai trên. Đó là kỹ thuật đo GPS phân sai.
Nguyên lý của phơng pháp này là ngời ta sử dụng máy thu GPS chuẩn đã biết
chính xác toạ độ, thu tín hiệu từ vệ tinh GPS để tính ra số cải chính phân sai.
Sau đó gửi số phân sai tới các máy thu ứng dụng GPS sẽ tính ra toạ độ chính
xác của nó.
Chúng ta sẽ nghiên cứu cụ thể kỹ thuật DGPS ở chơng 3.
12
Chơng III
Công nghệ DGPS
3.1. Cơ sở lý thuyết:
Muốn xác định toạ độ không gian của một điểm trên trái đất phải giao ít nhất
từ 3 vệ tinh. Nếu đặt toạ độ không gian là XYZ. Khi đó toạ độ của vệ tinh định vị và
điểm thu GPS kí hiệu tơng ứng X
S
, Y
S
, Z

S
và x, y, z thì phơng trình khoảng cách từ
máy thu GPS đến vệ tinh là:
P = ((X
S
-x)
2
+(Y
S
-y)
2
+(Z
S
-z)
2
)
1/2
(1-1)
Còn vận tốc hớng tâm nhận đợc bằng cách lấy vi phân phơng trình trên (1-1).
P
*
=
))(())(())((
******1
zzzzyyyyxxxxr
SSSSsS
++

(1-2)
Rõ ràng các đại lợng (1-1), (2-2) cần tơng thích với một thời điểm đo. Vì vậy

nên thang đo của hệ sử dụng và dấu thời gian của vệ tinh phải có liên hệ trực tiếp.
Để tính toạ độ hệ sử dụng tại thời điểm T
i
thì toạ độ của vệ tinh phải chọn ở
thời điểm (t
i
- r/c).
Trong lới hệ thống định vị vệ tinh áp dụng phơng pháp đo cự ly với việc giữ
điểm tính đầu. Cự ly đo gần đúng sẽ lệch với giá trị thực một giá trị mà giá trị đó
phụ thuộc vào độ dịch chuyển tơng đối của hệ thống thời gian.
Với vệ tinh định vị có độ lệch thang thời gian T
Với vệ tinh định vị có độ lệch thang thời gian t
Khi truyền sóng điện từ trong không gian khí quyển có độ giữ chậm

tm so với
trong không gian tự do. Các sai số .
Do đó phép sẽ là tựa cự ly (cự ly gần đúng) chứ không phải là cự ly P. Khi đó
khoảng cách (psuedorange) là:
P = ((X
S
-x)
2
+(Y
S
-y)
2
+(Z
S
-z)
2

)
1/2
+ C(
t
-
T
) +
atm
+
Trong đó X
S,
Y
S,
Z
S
là toạ độ không gian của vệ tinh.
X, Y, Z là toạ độ không gian của máy thu GPS.
C tốc độ ánh sáng trong chân không
P : trị đo psuedorange

t
,
T
: là sai số đồng hồ máy thu GPS và sai số đồng hồ vệ tinh GPS.

atm
: là sai số do ảnh hởng của khí quyển.
: Sai số tổng hợp khác
C(
t

-
T
);
atm
; đợc gọi chung là các phân sai. Các phân sai này dao động từ
một vài mét đến một vài trục mét.
Từ công thức ta thấy nếu đặt máy thu GPS trên một điểm đã biết toạ độ là
X,Y,Z có thể tính ra phân sai bằng cách lấy khoảng cách psuedorange trừ đi khoảng
cách đợc tính bằng toạ độ vệ tinh và toạ độ antena máy thu GPS.
Lý thuyết và thực nghiệm đã chứng minh rằng ảnh hởng phân sai của các điểm
cách nhau trong khoảng 300 dặm (500 km) là gần bằng nhau.
13
3.2. Nguyên lý đo DGPS
1. Đặt máy thu trên một điểm đã biết toạ độ chính xác, thu tín hiệu từ các vệ tinh
GPS và tính ra các số cải chính phân sai. Máy thu này đợc gọi là máy Base
2. Các máy thu ứng dụng gọi là máy Rover, thu tín hiệu GPS đồng thời với máy
Base, cải chính vào các trị đo đợc tính từ máy Rover để tính ra tọa độ chính xác của
máy Rover.
Tính cải chính phân sai có hai phơng pháp:
* Phơng pháp POSITION:
Số cải chính phân sai đợc tính dới dạng thức đo kinh độ, vĩ độ, và độ cao
(B, L, H), bằng cách lấy hiệu số toạ độ đã biết tại trạm BASE và toạ độ
đợc tính ra theo trị đo GPS tại trạm BASE.
*Phơng pháp MEASURMENT:
Số cải chính phân sai đợc tính ra dới dạng cải chính chiều dài vào khoảng cách
psuedorange (P), bằng cách lấy hiệu khoảng cách thật từ vệ tinh tới tâm điểm
antena của máy thu GPS tại trạm BASE và khoảng cách Psuedorange tới các vệ tinh,
tính từ trạm BASE.
Số cải chính phân sai tính theo phơng pháp POSITION tại trạm BASE chỉ đúng
đối với trạm ROVER khi tọa độ đợc tại trạm BASE và tọa độ tính đợc tại trạm

ROVER trên cùng một chùm vệ tinh GPS (GPS constellation), chính vì vậy thông
thờng ngời ta sử dụng phơng pháp MEASURMENT.
Tuỳ theo cách xử lý số cải chính phân sai, có thể chia phơng pháp DGPS thành
hai loại
* Phơng pháp POST PROSESSING DGPS
Phơng pháp này sử dụng phần mềm để xử lý hai files số liệu thu đợc từ máy
thu BASE và ROVER ( đông thời thu tín hiệu trong cùng một khoảng thời gian),
tính toán ra số cải chính phân sai và tọa độ đã đợc cải chính phân sai của trạm máy
ROVER.
Nh vậy toạ độ tức thời (đã đợc cải chính phân sai ) không đợc tính toán tại hiện
trờng khi đo, mà phải tính toán trong phòng sau khi đo. Phơng pháp này hiện nay ít
đợc sử dụng.
* Phơng pháp REAL TIME DGPS
Phơng pháp này sử dụng phần mềm liên tục tính ra các số cải chính phân sai.
Các số cải chính phân sai này đợc phát tới các máy ROVER thông qua thiết bị
truyền thông. Các máy thu GPS ROVER đồng thời thu tín hiệu từ vệ tinh GPS và tín
hiệu cải chính phân sai phát từ trạm BASE để tính ra tọa độ chính xác ( đã đợc cải
chính phân sai ).
Nh vậy khác với phơng pháp POST PROSESSING, tọa độ tức thời (đã đợc cải
chính phân sai ) đợc liên tục tính toán ở máy ROVER tại thời điểm định vị
14
Sơ đồ hoạt động của phơng pháp REAL TIME DGPS
Cấu hình thiết bị của phơng pháp REAL TIME DGPS gồm 3 phần chính:
+ Máy thu GPS BASE
+ Thiết bị truyền tin thu và phát (Datalink)
+ Máy thu GPS ROVER
15
DIFFERENTIAL GPS
GEOMETRY
SATELLITE

SATELLITE
SATELLITE
SATELLITE
Data Link
USERS
Reference Station
GPS
Signal
GPS
Signal
GPS
Signal
GPS
Signal
GPS
Signal
GPS
Signal
Differential GPS GEOMETRY
Sơ đồ khối của thiết bị trạm BASE (còn gọi là trạm Reference)
Theo sơ đồ khối trên, chu trình vân hành tại trạm tĩnh nh sau :
- Máy thu GPS thu các tín hiệu từ cácvệ tinh và tính ra các Pseudorange t-
ơng ứng đến các vệ.
- Thiết bị phần mềm (Correction Generator) sử dụng toạ độ đã biết tại trạm
tĩnh (tạo độ tâm anten của máy thu GPS ) cà các Pseudorange để tính ra
số cải chính phân sai.
- Số cải chính phân sai đợc tính dạng chuẩn bằng thiết bị Data Formater
- Số cải chính phân sai đợc sóng tải (carrier) truyền vào không gian tới trạm
ROVER qua anten phát
- Để sóng tải truyền đợc số cải chính phân sai thì sóng tải đợc điêu chế bởi

dạng tín hiệu đã đợc định dạng chuẩn của số cải chính phân sai
Công việc này đợc thực hiện ơ thiết bị điều chế (Modulation ).
- Yêu cầu kỹ thuật của trạm tĩnh là :
+ Toạ độ chuẩn đợc xác định chính xác để loạ bỏ sai số toạ độ chuẩn.
+ Thiết bị GPS và Correction Generator phải chính xác,để tính chính
xác số cải chính phân sai và kiểm soát đợc số cải chính này.
+ Format tín hiệu cải chính phân sai phải đợc định dạng chuẩn để có tính
phổ thông.
+ Phơng pháp điều chế phải đảm bảo an toàn,chính xác để truyền dợc trọn
gói thông tin của số cải chính phân sai.
16
GPS
SENSOR
MEASUREMENT
PROCESSOR
MEASUREMENT
PROCESSOR
S
V
D
ATA
DATA
FORMATTER
MODULATOR DATA LINK
TRANSMITTER
Differential
Correction
Message
GPS
SATELLTE

SCNALS
GPS RECEIVER DATA LINK
REFERENCE
STATION
COORDINATES
+ Phơng pháp truyền sóng phải đảm bảo giảm thiểu sự suy giảm tín hiệu trên
quãng đờng truyền sóng nhằm tăng giới hạn truyền sóng.

Sơ đồ khối thiết bị trạm ROVER :
17
GPS
SENSOR
MEASUREMENT
PROCESSOR
MEASUREMENT
PROCESSOR
SV
D
ATA
DATA LINK
RECEVER
NAVIGIATION
DATA
POSITION
CORDI
NATES
GPS
SATELLTE
SCNALS
GPS RECEIVER

DATA LINK
DIFFENTIAL
GPS DATA
LINK
DISPLAY
AND
OUTPUT
DEMODULATOR DATA
FORMATTER
DIFFERENTIAL
CORRECTION
Nguyên lý hoạt động của trạm ROVER :
- Datalink Receiver thu đợc sóng mang,tải số liệu cải chính phân sai từ
trạm tĩnh thông qua anten DGPS.
- Bộ tách sóng (Demodulation) tách số hiệu cải chính phân sai từ sóng tải
thu nhận dợc từ Datalink Receiver.
- Số liệu cải chính phân sai đợc nhận dạng chuẩn bằng Dataformater và
truyền đến thiết bị xử lý số liệu cải chính phân sai (Differential
Dataprocessor).
- Thông qua anten GPS ,GPS Sensor thu đợc tín hiệu từ các vệ tinh GPS.
- Thu tín hiệu GPS đợc truyền tới bộ phận xử lý đo (Measurement
processor ) để tính các Pseudorange.
- Kết hợp những số cải chính phân sai và Pseudorange tính đợc sẽ tính ra
toạ độ trạm ROVER đã đợc cải chính phân sai.Toạ độ này đợc hiển thị
trên màn hình và đợc lấy ra qua cổng Output của máy thu GPS.
Về mặt cấu tạo thiết bị đa số các máy ROVER thông dụng hiện nay đều
ghép Datalink và GPS Receiver thành một máy (kể cả anten ).
3.3 Phơng pháp điều chế,định dạng Format số hiệu và các loại
thông báo (Message type) đợc gửi đi trong tín hiệu cải chính
phân sai.

3.3.1 Phơng pháp điều chế.
Trong kỹ thuật truyền thông,nội dung thông tin đợc truyền tải trên các sóng
mang (sóng tải ).Bản thân sóng tải không chứa đựng thông tin,cần truyền tải đi.Để
thực hiện đợc nục đích này,sóng tải sẽ bị điều chế (Modolation) theo tín hiệu chứa
thông tin.
Có nhiều phơng pháp điều chế.Trong kỹ thuật DGPS ,thông tin cần truyền tải
đi là các gói số liệu.Đảm bảo tính chính xác 100%,của gói số liệu truyền đi là yêu
cầu không thể thiếu,trong phơng thức truyền thông đối với phơng thức DGPS.Điều
này phụ thuộc phơng pháp điều chế đợc áp dụng.Qua thiết kế và thửi nghiệm,tổ
chức biên phòng bờ biển Mỹ đã chứng minh rằng phơng pháp điều chế Minimum
Shift Kying (MSK), thích ứng với kỹ thuật truyền số cải chính phân sai DGPS.Do đó
các trạm BEACON DGPS đều sử dụng kỹ thuật MSK và đợc gọi là các trạm MSK
BEACON DGPS.
3.3.2. Định dạng Format số liệu.
Định dạng Format số liệu là một vấn đề rất quan trọng trong kỹ thuật truyền
thông tin.Tất cả thông tin truyền đi trong kỹ thuật DGPS (nội dung thông tin tổng
số liệu cải chính phân sai ) đợc truyền đi bằng một dãy các số tự nhiên.Nh vậy,nội
dung thông tin phải đợc truyền tải đi theo một quy luật xắp xếp của dãy số t nhiên
đợc truyền tải đi.Ngời nhận đợc thông tin (các máy thu số liệu cải chính DGPS )
phải giải đợc mã truyền tín hiệu đó để hiểu đợc các thông tin nhận đợc.Nh vậy định
dạng thông tin (định dạng Fomat số liệu ) đợc hiểu theo khoá mã của tín hiệu truyền
tin.
18
DGPS là một dịch vụ công cộng.Vì vậy định dạng Format số liệu cũng phải
mang tính phổ biến,công cộng để có thể ứng dụng rộng rãi trên toàn cầu.
Chuyên ban kỹ thuật 104 thuộc uỷ ban kỹ thuật Radio và các dịch vụ hàng hải
(RTCM-104-Radio Technical Comnission for Maritime Services.Special 104) đã
thiết kế một chuẩn Format dữ liệu cho số cải chính phân sai sử dụng trong kỹ thuật
DGPS.
Ta thờng thấy các máy GPS có cài đặt Option RTCM-104, nội dung là các

máy này đợc cài đặt phần mềm định dạng số liệu theo chuẩn RTCM -104.
Cấu tạo cơ bản của Format định dạng số liệu chuẩn của số liệu cải chính phân
sai theo RTCM-104 đợc giải thích ngắn gọn nh sau :
1. Nội dung của số liệu cải chính phân sai bao gồm các thông tin bằng số (Ví
dụ : Số cải chính phân sai Pseudorange; toạ độ trạm Reference v.v) và các thông
tin không bằng số (Vi dụ : Thông báo tình trạng vệ tinh; tình trạng của trạm
Reference; sai số của số cải chính phân sai vv ).
Nội dung thông tin bằng số đợc giữ nguyên theo thông tin gốc; nội dung thông
tin không bằng số sẽ đợc quy định tơng ứng với các code (đợc định dạng dới dạng số
).
Thí dụ : Sai số cải chính cạnh đợc code hoá nh sau :
Code Number One signal Difference error
00 (0)
1m
01 (1) >1m <4m
10 (2) >4m <8m
11 (3) >8m
2. Sau khi đã quy định code của tất cả các thông tin phi số thì toàn bộ thông
tin đợc gửi đi là một chuỗi số tự nhiên. Các chuỗi số tự nhiên này đợc thể hiện trên
các frame số liệu có độ dài 30 bit.Một nội dung,hoặc một vài nội dung trong số liệu
cải chính phân sai đợc gộp thành một dạng thông báo (Message type).Đối với mỗi
Massage Type sẽ có khoá mã nhận dạng frame số liệu.
Thí dụ : Số cải chính phân sai Pseudorange đợc định dạng nh sau :
SCALE
FACTOR
UDRE SATELITEID
PSEUDORANGE
CORRECTION
PARITY
Trên sơ đồ trên thi Scale factor và UDRE đợc thể hiện bằng code; các nội dung

thông tin khác thể hiên bằng số.
3.3.3. Các loại thông báo (Massage type ).
Thông tin cải chính phân sai gửi đi từ trạm Beacon không đơn thuần chỉ là số
cải chính phân sai mà gồm nhiều loại thông tin khác.Để có thể định dạng số liệu
19
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1 . 23 24 25 .30
thông tin, ngời ta chia ra các nội dung thông tin thành các nhóm thông báo
(Massage type ) và định dạng format cho từng nhóm thông báo này.
RTCM-104 chia các nội dung thông tin trong kỹ thuật DGPS thành 26
massage và định dạng cho 26 massage này.
Dới đây em chỉ trình bầy nội dung thông tin và định dạng format cho các
masage chính,ứng dụng trong kỹ thuật DGPS
3.3.3.1 Loại thông báo 1 (Massage Type 1). Cải chính phân sai DGPS
(Differrential GPS Corrections)
Thông báo 1 chứa nội dung chính là số cải chính phân sai tức thời đợc tính và
phát từ trạm Beacon.Số cải chính này gồm hai thành phần :
1. Số cải chính Pseudorange đối với từng vệ tinh tính đợc tại trạm Beacon và
khoảng cách thật tính đợc từ toạ độ không gian của anten trạm Beacon và toạ độ
không gian của các vệ tinh tơng ứng.Số cải chính này đợc ký hiệu là PRC
(t 0)
(Pseudorange correction at t
0
of time ).
2. Vì số cải chính PRC
t 0
truyền từ trạm Beacon tới trạm Rover nào đó (ngời
sử dụng) mất một khoảng thời gian nhấi định.Vì vậy trạm Rover nhận đợc số cải
chính PRC
(t0)
không phải tại thời điểm t

0
mà tại thời điểm t.Tại thời điểm t, số cải
chính tính đợc tại trạm Beacon sẽ khác số cải chính tỷ lệ khoảng cách (Range Rate
Correction). Số cải chính này dợc ký hiệu là RRC.
Nh vậy số cải chính Pseudorange tại thời điểm t cho các máy GPS động sẽ là:
PRC
(t)
= PRC
(t 0 )
+ RRC
(t t 0)

Tại thời điểm t, khoảng cách Pseudorange tính đợc tại các máy thu GPS động
sẽ là :
PR
(t )
= PRM
(t )
+PRC
(t )
= PRM
(t )
+ PRC
(t 0 )
+RRC
(t t 0)

Với : PR
(t)
là khoảng cách Pseudorange đã đợc cải chính phân sai tại thời

điểm t.
PRM
(t )
là khoảng cách Pseudorange cha đợc cải chính phân sai tại thời điểm
t (tính từ việc thu tín hiệu từ vệ tinh GPS ).
Số cải chính phân sai PRC
(t )
đợc tính cho từng vệ tinh đối với tất cả các vệ
tinh trong tầm nhìn tại trạm Beacon tạithời điểm t. Vì vậy trong format số liệu
thông báo 1 bao gồm cả thông tin về số liệu vệ tinh (Satellte ID ) format số liệu của
thông báo 1 đợc cấu tạo nh sau:
20
UDRE SATELITE ID
PSEUDORANGE
CORRECTION
PARITY
Words 3
8.13 or 18
SCALE FACTOR
RANGERAE
CORRECTI0N
ISSUE OF DATA
(IOD) RE
SATELITE ID PARITY Words 4
9.14 or 19
PSEUDORANGE
CORRECTION
RANGE RATE
CORRECTION
PARITY Words 5

10.15 or 20
SCALE FACTOR
ISSUE OF DATA
(IOD)
UDRE SATELITE
ID
PSEUDORANGE
CORRECTION
(UPPER BYTE)
PARITY
Words 6
11.16 or 20
PSEUDORANGE
CORRECTION
(LOWER BYTE)
RANGE RATE
CORRECTION
ISSUE OF DATA
(IOD)
PARITY
Words 7
12.17 or 23
RANGE
RATE
CORRECTION
ISSUE OF DATA
(IOD)
FILL PARITY Words N+2
If Ni=1.4.7
or 10

ISSUE OF DATA
(IOD)
FILL PARITY Words N+2
If Ni=2.58
or 11
TYPE ! MASSAGE FORMAT
Trong cấu tạo Format đợc thông báo dới dạng code của thông báo 1 nh trên ta
còn thấy tri số UDRE (USER DIFFERENTIAL RANGE ERRO). Trị số này
thông báo sai số của cải chính phân sai phát từ trạm Beacon.UDRE là tổng hợp các
ảnh hởng sai số của hiện tợng đa tia (multipath ); độ nhiễu tín hiệu GPS (Signal to
noise radio) và các ảnh hởng sai số khác.
Trị số IDO (Issue of data) trong cấu tạo Format số liệu của thông báo số
1,thông báo cho máy GPS động phải dùng một Set số liệu thu đợc từ vệ tinh đã đợc
sử dụng tại trạm Beacon để định vị và tính ra số cải chính phân sai.
21
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 . 23 24 25 .30
3.3.3.2. Thông báo 2 (Massage type 2 ) Delta Differential GPS Correction.
Trong cấu tạo hệ thống GPS ,có 4 trạm Monitor và 1 trạm Master Control. Bốn
trạm này thu nhận số liệu GPS và trruyền về trạm số liệu Master Control,tram
Master Control xử lý số liệu từ 4 trạm Monitors trênvà tính toán ra số liệu cải chính
đồng hồ vệ tinh và số cải chính quỹ đạo vệ tinh.Và số cải chính này đợc phát trở lại
để điều chỉnh hoạt động của các vệ tinh ít nhất 1 lần trong ngày.
Nh vậy sau khi trạm Master Control Uploaded số cải chính cho các vệ tinh, thì
các vệ tinh phát quỹ đạo mới (EPHEMERIDE) tới các máy thu.Các máy thu sẽ
Decode quỹ đạo vệ tinh mới và tính Pseudorange theo quỹ đạo vệ tinh mới.
Tuy vậy đối với các máy thu GPS việc Decode quỹ đạo vệ tinh không thực
hiện ngay tức thời mà mất mộtkhoảng thời gian nhất định. Có nghĩa là mặc dù quỹ
đạo vệ tinh mới đã đợc thông báo trong tín hiệu GPS từ các vệ tinh,song máy GPS
vẫn tính Pseudorange theo lịch vệ tinh cũ (quỹ đạo vệ tinh cũ ). Các trạm Beacon
đều đợc trang bị các máy GPS có thể decode quỹ dạo vệ tinh mới ngay tức thi. Kết

quả là trong một số trờng hợp,ở thời điểm vệ tinh GPS phát đi lịch vệ tinh mới, thi
có một khoảng thời gian, trạm Beacon định vị và tính số cải chinh phân sai theo
lịch vệ tinh mới,con máy thu GPS động lại định vị theo lịch vệ tinh cũ. Nh vậy số
cải chính phân sai đợc tính tại trạm Beacon theo lịch vệ tinh mới sẽ không chính xác
đối với các máy thu GPS đợc định vị theo lịch vệ tinh cũ.Vì vậy cần phải có một số
cải chính phụ,để bù lại sự sai khác nói trên. Số cải chính này gọi là Delta
Differential GPS Correction, và đợc ký hiệu là DELTA PRC. DELTA PRC đợc tính
theo công thức :
DELTA PRC = PRC (old IOD) RRC (new IOD )
Cũng với lý do nh trên, khi tính số cải chính Range rate differential, trạm
Beacon cũng sử dụng vệ tinh mới, do đó phải có thêm số cải chính DELTA RRC
DELTA RRC đợc tính theo công thức :
DELTA RRC = RRC (old IOD) - RRC (new IOD ) .
Với :PRC (OLD IOD ) là số cải chính phân sai Psuedorange đợc tính theo lịch
vệ tinh cũ.
PRC (New IOD ) : Là số cải chính phâm sai đợc tinh theo lịch vệ tinh mới.
RRC (Old IOD ) :Là số cải chính phân sai Range-rate đợc theo lịch vệ tinh cũ
RRC (New IOD) : Là số cải chính phân sai Range rate đợc tính theo lịch vệ
tinh mới.
Máy thu GPS động sẽ đọc IO D (Issue of data ) trong thông báo số 1 để lựa
chọn xem có sử dụng số cải chính Delta Diffencetial GPS Correction hay không.
Khi sử dụng số cải chính DELTA thí số cải chính phân sai ứng dụng tại trạm
máy GPS động sẽ đợc tính bằng công thức sau :
PRC
(t )
= PRC
(NEW IOD)
+

DELTA

(OLD IOD )
+ RRC
(NEW IOD )
+DELTA RRC
( OLD IOD )
Cấu tạo Format số liệu Massagge Type 2 đợc trình bầy trong hinh vẽ dới đây :
22
UDRE SATELITE ID
DELTA PSEUDORANGE
CORRECTION
PARITY
Words 3
8.13 or 18
SCALE FACTOR
DELTA
RANGERAE
CORRECTI0N
ISSUE OF
DATA
(IOD)
UDRE
SATELITE ID
PARITY
Words 4
9.14 or 19
DELTA PSEUDORANGE
CORRECTION
DELTA RANGE –
RATE
CORRECTION

PARITY
Words 5
10.15 or 20
SCALE FACTOR
ISSUE OF
DATA
(IOD)
UDRE SATELITE ID DELTA
PSEUDORANGE
CORRECTION
(UPPER BYTE)
PARITY
Words 6
11.16 or 20
DELTA
PSEUDORANGE
CORRECTION
(LOWER BYTE)
DELTA
RANGE – RATE
CORRECTION
ISSUE OF
DATA
(IOD) PARITY
Words 7
12.17 or
23
DELTA
RANGE –
RATE

CORRECTION
ISSUE OF DATA
(IOD) FILL PARITY
Words N+2
If Ni=1.4.7
or 10
ISSUE OF DATA
(IOD)
FILL
PARITY
Words N+2
If Ni=2.58
or 11
3.3.3.3. Th«ng b¸o 3 (Massage type 3) Th«ng b¸o cña tr¹m Refrence.
Th«ng b¸o 3 göi ®i to¹ ®é kh«ng gian 3 chiÒu cña tr¹m Beacon To¹ dé ®îc tÝnh
trong hÖ WGS – 84.
Th«ng b¸o vÒ to¹ ®é (vÞ tri ) cña tr¹m Beacon gióp cho m¸y GPS ®éng khi
thu ®îc tÝn hiÖu c¶i chÝnh tõ mét tr¹m Beacon nµo ®ã, biÕt ®îc kho¶ng c¸ch tõ tr¹m
Beacon ®Õn m¸y thu GPS ®éng lµ bao nhiªu.
Trong trêng hîp thu ®îc nhiÒu tÝn hiÖu c¶i chÝnh ph©n sai tõ nhiÒu tr¹m
Beacon, thi m¸y thu GPS ®éng cã thÓ dùa vµo kho¶ng c¸ch tíi c¸c tr¹m Beacon ®Ó
23
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 16 17 . 24 25 29 30… … … …
quyết định xem sử dụng số liệu cải chính phân sai phát đi tại trạm Beacon nào thích
hợp nhất. (Thờng thì sử dụng số cải chính phân sai đi từ trạm Beacon gần nhất) Tuy
vậy, đôi khi có thể trọn chế độ sử dụng số cải chính phân sai từ trạm Beacon nào mà
tín hiệu cải chính thu đợc tại máy GPS động lớn nhất.
Format số liệu của Massege 3 đợc trình bày trong hình vẽ dới đây:

3.3.3.4. Thông báo 5 (message Type 5) là chùm vệ tinh khoẻ (Constellation

Heath)
Thông báo này, thông báo thông số của từng chùm vệ tinh tại trạm Beacon, vệ
tinh nào trong tầm nhìn tại trạm Beacon và đợc sử dụng để định vị và tính số cải
chính phân sai. Thông báo giúp cho máy GPS động, tự động lựa chọn đợc đúng
chùm vệ tinh khoẻ (constellation) đã đợc sử dụng để định vị tại trạm Beacon và trạm
GPS động cùng sử dụng một GPS constellation để định vị.
Việc này rất quan trọng vì nếu trạm GPS động sử dụng một GPS constellation
khác với trạm Beacon, thì sẽ có các Psuedorange tính đợc từ trạm GPS động đợc cải
chính phân sai. Giả sử tất cả các Psuedorange tính đợc từ trạm GPS động đề đợc cải
chính phân sai mà chỉ cần một Psuedorange không đợc cải chính phân sai sẽ gây
nên sai số định vị rất lớn.
Thông báo số 5 này không đợc gửi liên tục mà đợc gửi đi theo chu kỳ mỗi khi
trạm tĩnh thay đổi GPS Constellation.
Format DATA của Message Type 5 đợc trình bày trong hình vẽ sau:
24
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
ECEFX-COORDINATE
(UPPER 3 BYTE)
MSB
PARITY
WORLD 3
ECEFX-COORDINATE
(LOWER BYTE)
LBS
ECEFY-COORDINATE
(UPPER 2 BYTE)
MSB
PARITY
WORLD 4
ECEFY-COORDINATE

(LOWER 2 BYTE)
LBS
ECEFZ-COORDINATE
(UPPER BYTE)
MSB
PARITY
WORLD 5
ECEFZ-COORDINATE
MSB
PARITY
WORLD 6
TYPE 3 MESSAGE FORMAT REFERENCE STATION PARAMETERS
Message Type 5 - - Constellation Health.
3.3.3.5. Thông báo 16 (Message Type 16) thông báo đặc biệt.
Đây là một dạng thông báo đặc biệt bằng mã ASCII để trạm Beacon có thể
thông báo cho các trạm GPS động các thông tin đặc biệt bằng chữ. Mỗi một thông
báo có thể dài 90 chữ cái. Để thực hiện đợc điều này, ngời ta sử dụng code ASC II 7
bit trong FORMAT số liệu Message Type 16.
Thí dụ hình sau trình bày chữ QUICK đợc cấu tạo ra sao trong format số liệu
Message Type 16
Với các loại thông báo đã trình bày ở trên, việc cải chính phân sai thời gian sẽ
đợc thực hiện một cách hoàn hảo.
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
SATELLIE
ID
DATA
HEALTH c/N
0
TIME TO

UNHEALTHY p PARITY
WORD 2
+ Ni
HEALTH ENABLE
NEW NAVIGATION DATA
LOSS OF SATELLITE WARING
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Q
0 1 0 1 0 0 0 1
U
0 1 0 1 0 1 0 1
I
0 1 0 0 1 0 0 1
PARITY
WORLD 3
MSB LSB
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
C
0 1 0 0 0 0 1 1
K
0 1 0 0 1 0 1 1
FILL
0 0 0 0 0 0 0 0
PARITY
WORLD 3
3.4. Các phơng pháp đo DGPS.
3.4.1. Kỹ thuật MSK DGPS với các trạm Beacon.
Để áp dụng kỹ thuật DGPS trên phạm vi, một vùng một quốc gia hay một khu
vực, các trạm Reference DGPS đợc xây dựng cố định trên các vị trí thiết kế nhằm
phục vụ tín hiệu cải chính phân sai cho bất kỳ máy động nào nằm trong phạm vi phủ

sóng đợc thiết kế.
Các trạm này đợc gọi là Beacon Control GPS Station. Nhiều trạm Beacon
Control GPS Station cùng hoạt động dới một sự điều hành chung đợc gọi là Beacon
Control GPS System.
Cấu hình các trạm Beacon Control GPS rất linh động. Cấu hình này phụ thuộc
vào quy mô trạm, quy mô của hệ thống cũng nh yêu cầu của đối tợng phục vụ.
3.4.1.1. Yêu cầu chung của một trạm Beacon Control là:
- Sử dụng kỹ thuật điều chế MSK (Minimum Shift Kying Modulation).
- Sử dụng các chuẩn thông báo và cấu hình (Format) số liệu chuẩn quốc tế
RTCM 104
- Sử dụng hệ thống phần mềm điều khiển chuẩn RSIM của RTCM 104
- Đa số sử dụng sóng mang trung tần, từ 280 KHz đến 325kHz.
Lý do sử dụng phơng pháp điều chế MSK và các chuẩn Format RTCM 104
đã đợc trình bày ở mục 2.1.5. Việc sử dụng sóng mang trong dải trung tần vì các lý
do sau:
+ Sóng trung tần có bớc sóng dài, vì vậy có thể truyền sóng vợt các chớng ngại
vật trên đờng truyền sóng. Do đó không yêu cầu các tâm antena nhìn thấy nhau. Do
đó vị trí đặt anten trạm Beacon không cần phải cao, cũng nh chiều cao anten máy
phát, tần số không yêu cầu cao lắm.
+ Sự suy hao trên đờng truyền sóng trung tần không lớn lắm. Điều này đảm
bảo tầm hoạt động xa của trạm Beacon với công suất phát không cao.
+ Trong kỹ thuật radio, do đặc tuyến tần số của các linh kiện ổn định với tần
số trung tần nên thiết bị radio dễ hoạt động ổn định với giải sóng trung.
Yêu cầu dịch vụ đối với trạm Beacon control và của hệ thống phải đảm bảo
tính năng sau:
+ Số cải chính phân sai phải đợc phát đi liên tục, không gián đoạn. Số liệu phải
đợc lu trữ trong DATABASE của trạm Beacon control nhằm mục đích sử lý sau
(Poss Processing) và kiểm tra.
+ Đảm bảo tầm phủ sóng theo yêu cầu phục vụ.
+ Kiểm soát đợc độ chính xác của số cải chính phân sai phát đi nhằm đảm bảo

độ chính xác hoạt động của trạm.
+ Kiểm soát tự động sự vận hành của thiết bị của trạm. Tự động phát tín hiệu
và thông báo các sự cố trong quá trình vận hành để có sự chỉnh lý khắc phục tức
thời.
26
+ Nếu các trạm Beacon control hoạt động trong một hệ thống, thì các trạm
Beacon control riêng lẻ phải có khả năng điều khiển từ xa và đợc đặt dới sự kiểm tra
điều hành thống nhất tại một trạm kiểm tra, điều khiển trung tâm.
Cấu hình của một trạm Beacon Control và hoạt động của trạm Beacon Control.
Sơ đồ của một trạm Beacon Control có máy thu GPS và máy phát sóng mang
kép đợc trình bày ở hình vẽ dới đây:
Theo sơ đồ cấu tạo trên, trạm Beacon Control có hai máy thu GPS ký hiệu là
RS 1 và RS 2 (Reaference Station ). Các máy thu GPS này thờng là các máy thu
Trimble 4000 MSK đợc thiết kế bộ điều chế MSK trong máy thu GPS.
Máy thu RS1 và RS 2 thu tín hiệu từ vệ tinh GPS và tính ra các Pseudorange
đối với từng vệ tinh GPS và tính ra số cải chính phân sai Pseudorange cho từng vệ
tinh. Option RTCS 104 đợc cài đặt trong máy chuẩn hoá số cải chính theo
Format chuẩn RTCM 104 dùng để làm tín hiệu điều chế tần số sóng mang phát
ra từ máy phát tần số (Transmitter). Hai máy thu GPS RS 1 và GPS RS2 hoạt
động độc lập với nhau và đợc nối với máy tính PC điều khiển có cài đặt phần mềm
chuẩn RSIM.
Cũng nh vậy máy phát tần số cũng gồm hai máy (hoặc 2 block máy phát trong
một máy phát kép ).
Với cấu tạo nh trên trạm Beacon Control đợc tính an toàn cao trong vận hành,
do đó đảm bảo đợc phát tín hiệu cải chính liên tục,không bị gián đoạn do sự cố kỹ
thuật.
3.4.1.2. Hệ thống antena bao gồm các phần chính sau:
- Antena phát : Có nhiều dạng nh antena Diamon, antena hình T, antena cột
(Sử dụng ngay cột làm yếu tố phát ).
27

A
B
RS 1
RS 2
RSIM PC
Transmitter
Anten
DUAL RS RECEIVERS AND TRANSMITTERS FOR
RENDUNDANCY