nghiên cứu phương pháp xử lý đồng thời các dữ liệu đo gps-glonass để đồng bộ hoá dị thường độ cao vệ tinh-thuỷ chuẩn và dị thường độ cao trọng lực trong bài toán xác định mặt geoid

Bộ TàI nguyên và MôI trờng
viện khoa học đo đạc và bản đồ
***






BO CO TNG HP đề tàI
khoa học và công nghệ


Tên đề tài:

Nghiên cứu phơng pháp xử lý đồng thời các dữ liệu đo
GPS/GLONASS để đồng bộ dị thờng độ cao vệ tinh -
thuỷ chuẩn và dị thờng độ cao trọng lực trong bài toán
xác định mặt Geoid


Chủ nhiệm đề tài: PGS. TSKH. Hà Minh Hoà




9154


Hà Nội 10-2008

1

LỜI NÓI ĐẦU 5
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VỆ TINH ĐẠO HÀNG TOÀN CẦU
GLONASS 8

I.1. Lịch sử phát triển các mạng lưới trắc địa cạnh dài 8
I.2. Hệ thống vệ tinh đạo hàng toàn cầu GLONASS 10
I.2.1. Lịch sử phát triển các hệ thống định vị toàn cầu GPS và GLONASS .10
I.2.2. Cấu trúc và quá trình hoàn thiện hệ thống GLONASS 15

I.3. Cấu trúc Thông báo vệ tinh của hệ thống GLONASS 37
I.3.1. Định dạng RINEX cho file dữ liệu đo phiên bản 2.10 38
I.3.2. Định dạng RINEX cho file thông báo vệ tinh phiên bản 2.10 43
I.4. Kết luận chương I 44
CHƯƠNG II. Ý NGHĨA CỦA VIỆC XỬ LÝ ĐỒNG THỜI CÁC DỮ LIỆU ĐO
GPS VÀ GLONASS 46

II.1. Các lợi ích của việc xử lý đồng thời các dữ liệu đo GPS và GLONASS 46
II.1.1. Nâng cao độ chính xác định vị điểm 46
II.1.2. Nâng cao khả năng định vị điểm trong các khu vực nhiều vật cản 48
II.1.3. Nâng cao độ chính xác xác định dị thường độ cao nhờ phương pháp vệ
tinh - thủy chuẩn 48

II.1.4. Vấn đề đồng bộ hóa dị thường độ cao vệ tinh - thủy chuẩn và dị
thường độ cao trọng lực 54

II.2. Các phương án xử lý đồng thời các dữ liệu đo GPS và GLONASS 57
CHƯƠNG III. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CÁC DỮ LIỆU ĐO GLONASS 59

III.1. Các nguyên lý xử lý dữ liệu đo GLONASS 59

III.1.1. Sử dụng phương pháp tích phân số Runge-Kutta để xác định tọa độ
vệ tinh GLONASS vào thời điểm quan sát trong hệ täa ®é PZ-90.02 59

III.1.2. Phương pháp hiệu chỉnh dữ liệu đo GLONASS từ máy thu
GLONASS một tần số 66


2

III.2. Phương pháp hiệu chỉnh dữ liệu đo GLONASS từ máy thu GPS/GLONASS
hai tần số 79

III.2.1. Trường hợp sử dụng các trị đo pha có đơn vị mét trên các sóng mang
L
1
và L
2
80
III.2.2. Trường hợp sử dụng các trị đo pha có đơn vị chu kỳ trên các sóng
mang L
1
và L
2
95
III.3. Kết luận chương III 106
CHƯƠNG IV. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HỖN HỢP CÁC DỮ
LIỆU ĐO GPS VÀ GLONASS 108

IV.1. Các vấn đề khoa học - kỹ thuật được giải quyết trong quá trình xử lý hỗn hợp
các dữ liệu đo GPS và GLONASS 108

IV.1.1. Đồng bộ thời gian GPS và GLONASS 108
IV.1.2. Vấn đề xử lý hỗn hợp dữ liệu đo từ cặp vệ tinh GPS-GLONASS 111
IV.2. Nghiên cứu một số phương pháp xử lý hỗn hợp các trị đo GPS/GLONASS
hai tần số 114

IV.2.1. Nhóm các phương pháp xử lý không tính đến hiệu ứng lệch kênh.114
IV.2.2. Nhóm các phương pháp xử lý tính đến hiệu ứng lệch kênh 115
IV.2.3. Kết luận về việc giải đa trị đối với cặp vệ tinh GPS - GLONASS .126
CHƯƠNG V. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KỸ THUẬT ĐƯỢC SỬ DỤNG
TRONG VIỆC XỬ LÝ CÁC DỮ LIỆU VỆ TINH 127

V.1. Phương pháp bình sai ghép nối các lời giải riêng rẽ GPS và GLONASS 127
V.2. Tính khoảng cách đo tin cậy từ vệ tinh GLONASS đến máy thu vào mỗi thời
điểm thu tín hiệu vệ tinh 129

V.3. Hệ tọa độ địa diện 133
CHƯƠNG VI. THỬ NGHIỆM VIỆC XỬ LÝ CÁC KẾT QUẢ THU ĐỒNG THỜI
CÁC TÍN HIỆU TỪ CÁC VỆ TINH GPS VÀ GLONASS TRÊN MẠNG LƯỚI
ĐỊA ĐỘNG LỰC SÔNG MÃ 135


3

VI.1. Các kết quả thu đồng thời các tín hiệu từ các vệ tinh GPS và GLONASS
trên mạng lưới địa động lực Sông Mã 135

VI.2. Xác định tọa độ không gian của điểm LUY1 trong ITRF2005 Error!

Bookmark not defined.

VI.3. Nghiên cứu một số vấn đề liên quan đến các dữ liệu đo GPS và GLONASS
Error! Bookmark not defined.

VI.3.1. Nghiên cứu độ chênh giữa các thang thời gian GPS và GLONASS
Error! Bookmark not defined.

VI.3.2. Khảo sát sự biến thiên của súng mang tần số L
5
Error! Bookmark
not defined.

VI.3.3. Khảo sát độ trễ tầng điện ly của súng mang tần số L
5
Error!
Bookmark not defined.

VI.3.4. Đánh giá độ chính xác xác định sai số đồng hồ của các máy thu
Error! Bookmark not defined.

VI.3.5. Kết quả thử nghiệm giải đa trị theo phương trình hiệu kép của các
sóng mang L
5
và L
3
Error! Bookmark not defined.
VI.3.6. Kết quả thử nghiệm giải đa trị theo phương trình hiệu kép của súng
mang L
3

đối với các vệ tinh GLONASS Error! Bookmark not defined.
VI.4. Các kết quả xử lý riêng rẽ các dữ liệu đo GPS, GLONASS và ghép nối
chúng trên lưới địa động lực Sông Mã Error! Bookmark not defined.

VI.4.1. Kết quả xử lý riêng rẽ các dữ liệu đo GPSError! Bookmark not
defined.

Baseline CSN1 - LUY1 Error! Bookmark not defined.
VI.4.2. Kết quả xử lý riêng rẽ các dữ liệu đo GLONASSError! Bookmark
not defined.

VI.4.3. So sánh độ chênh giữa các thành phần của các vectơ baseline
GLONASS và GPS Error! Bookmark not defined.

VI.4.4. Ghép nối các kết qủa xử lý riêng rẽ các dữ liệu đo GPS và
GLONASS Error! Bookmark not defined.


4

VI.5. Khảo sát khả năng nâng cao độ chính xác của hiệu độ cao trắc địa giữa hai
điểm đầu của vectơ baseline nhờ xử lý đồng thời các dữ liệu đo GPS/GLONASS
Error! Bookmark not defined.

VI.6. Thử nghiệm xử lý hỗn hợp các dữ liệu GPS/GLONASSError! Bookmark
not defined.

VI.6.1. Thử nghiệm xác định hiệu kép của sóng mang L
5
đối với cặp vệ tinh

GPS02 - GLO07 đối vectơ baseline CSN1 - LUY1 Error! Bookmark not defined.

VI.6.2. Thử nghiệm giả đa trị theo các sóng mang L
6
được tạo bởi các tín
hiệu từ cặp vệ tinh GPS - GLONASS trên lưới thực nghiệm Sông Mã Error!
Bookmark not defined.

VI.7. Thử nghiệm xử lý đồng thời các dữ liệu đo GPS/GLONASS trên các khoảng
cách lớn Error! Bookmark not defined.

VI.7.1. Các kết quả xử lý riêng rẽ các dữ liệu đo GPSError! Bookmark not
defined.

VI.7.2. Các kết quả xử lý riêng rẽ các dữ liệu đo GLONASS Error!
Bookmark not defined.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 135
1. KẾT LUẬN 164
2. KIẾN NGHỊ 166

5

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay đồng thời với hệ thống GPS của Mỹ, hệ thống GLONASS của Nga
với 26 vệ tinh trên quỹ đạo đang phủ các tín hiệu định vị trên toàn cầu. Đồng thời
với việc phát triển các hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu nêu trên, các nước Châu
Âu cũng đang nghiên cứu và phát triển hệ thống định vị vệ tinh GALILEO của
riêng mình, Trung Quốc cũng đang phát triển hệ thống
định vị vệ tinh Bắc Đẩu của

riêng mình. Tuy nhiên đến nay, các hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GPS và
GLONASS vẫn là hai hệ thống chủ đạo trên thế giới.
Tổ chức IGS (International GNSS Service) đã cung cấp các lịch vệ tinh độ
chính xác cao đối với các vệ tinh GPS, GLONASS trong ITRF (International
Terrestrial Reference System). Các hãng chế tạo máy đã sản xuất các máy thu
GPS/GLONASS cho phép đồng thời thu các tín hiệu từ các vệ tinh GPS,
GLONASS. Đây là những điều kiện rất thuậ
n lợi để các tổ chức khoa học ở các
nước nghiên cứu áp dụng các thành tựu khoa học - công nghệ vũ trụ mới nhằm giải
quyết các nhiệm vụ khoa học - kỹ thuật đang đặt ra và tạo ra nhiều sản phẩm dịch
vụ đạo hàng phục vụ cho xã hội dân sự hiện đại.
Đối với khoa học Trắc địa và Bản đồ, việc có thêm các tín hiệu vệ tinh
GLONASS bên c
ạnh các tín hiệu vệ tinh GPS là điều kiện rất thuận lợi để giải
quyết các nhiệm vụ khoa học - kỹ thuật hiện đại như xây dựng mạng lưới GNSS độ
chính xác cao trên cơ sở Khung quy chiếu tọa độ quốc gia, nâng cao độ chính xác
xác định độ cao trắc địa trong ITRF để giải quyết bài toán xây dựng mô hình
Quasigeoid độ chính xác cao trên lãnh thổ quốc gia, phát triển mạng lưới trắc địa
địa độ
ng lực độ chính xác cao phục vụ việc nghiên cứu chuyển dịch của vỏ Trái đất
v v. Lúc này cùng với các dữ liệu đo GPS, các dữ liệu đo GLONASS đóng vai trò
của các trị đo dư trong việc nâng cao độ chính xác của các tham số cần tìm trong
quá trình giải quyết các bài toán khoa học - kỹ thuật hiện đại nêu trên.
Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ đã phối hợp với Khoa Địa tin học - trường
Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh nghiên cứu phương pháp xử lý các dữ liệu đo
GPS trên các cạnh dài [25, 26]. Việc phối hợp thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học
này không chỉ nhằm chứng minh khả năng nâng cao độ chính xác đo đạc GNSS
(Global Navigation Satellite Systrem) trong việc xử lý đồng thời các trị đo
GPS/GLONASS, mà còn nhằm nâng cao tri thức của đội ngũ cán bộ khoa học - kỹ
thuật Việt Nam trong việc nắm bắt các công nghệ GNSS hiện đạ

i của thế giới, làm

6

ch cỏc phng phỏp x lý cỏc d liu GNSS v to ra cỏc sn phm khoa hc -
cụng ngh trỡnh cao.
Vi cỏc mc ớch nờu trờn, nhúm nghiờn cu ó t ra cỏc mc tiờu ca ti:
- Nghiên cứu phơng pháp xử lý các dữ liệu đo GLONASS;
- Nghiên cứu thuật toán và lập phần mềm xử lý đồng thời các dữ liệu đo
GPS/GLONASS.
thc hin cỏc mc tiờu trờn cn thc hin cỏc nhim v nghiờn cu chớnh
sau õy:
1. Nghiờn cu cu trỳc ca tớn hiu v tinh, h thng thi gian UTC v thụng bỏo
v tinh GLONASS;
2. Nghiờn cu xõy dng cỏc t
hp cỏc tr o GPS/GLONASS;
3. Xõy dng cỏc thut toỏn phỏt hin v loi b cỏc trt chu k trong cỏc tr
o pha t cỏc tớn hiu v tinh GLONASS;
4. Xõy dng cỏc thut toỏn x lý ng thi cỏc tr o GPS/GLONASS;
5. Lp phn mm x lý ng thi cỏc tr o GPS/GLONASS;
6. Thc nghim v ỏnh giỏ cỏc kt qu x lý ng thi cỏc tr o
GPS/GLONASS.
Cỏc sn phm nghiờn cu ca ti bao gm:
- Phng phỏp x lý cỏc d liu o GLONASS;
- Lp phn mm x lý ng thi cỏc kt qu o GPS/GLONASS.
Trong quỏ trỡnh nghiờn cu, mc dự tham kho nhiu kt qu nghiờn cu trờn
th gii, nhúm nghiờn cu phi gii quyt nhiu vn khoa hc - k thut khụng
n gin nh vn gim thi gian tớnh toỏn khi khc phc hiu ng lch kờnh
(inter - channel bias) do k thut FDMA trong cụng ngh
GLONASS gõy ra; vn

khc phc s tn ti ca cỏc pha ban u ca súng mang GLONASS v ca bn
copy ca nú trong cỏc mỏy thu do trong cụng ngh GLONASS cha ỏp dng k
thut PLL (Phase - locked Loop); vn sai khỏc ca cỏc s ci chớnh ng h v
tinh do cỏc t chc quc t cung cp; nghiờn cu xõy dng cỏc t hp pha súng
mang t cỏc tr o pha ca cỏc súng mang GLONASS L
1
v L
2
m khụng s dng
cỏc tr o gi c ly c xỏc nh theo mó P do chớnh xỏc thp ca chỳng.
Vo thi im hin nay do s tn ti ca cỏc sai s h thng gia cỏc tr o
GPS v GLONASS nhn c t mỏy thu GPS/GLONASS, nờn khụng th ỏp dng
c phng phỏp x lý hn hp cỏc tr o GPS/GLONASS t cỏc cp v tinh

7

GPS - GLONASS (“GPS/GLONASS mixed”) trong việc giải đa trị. Các kết quả
nghiên cứu trên thế giới, ví dụ trong tài liệu [51] cũng khẳng định rằng hiện nay
việc xử lý hỗn hợp các trị đo GPS/GLONASS từ các cặp vệ tinh GPS - GLONASS
không cho phép nhận được lời giải đa trị nguyên.
Nhóm nghiên cứu đã áp dụng thành công cách tiếp cận GPS/GLONASS
combined: Xử lý riêng rẽ các dữ liệu đo GLONASS từ các cặp vệ tinh GLONASS
- GLONASS và xử lý riêng rẽ các dữ li
ệu đo GPS từ các cặp vệ tinh GPS - GPS
trong ITRF và ghép nối các kết quả xử lý riêng rẽ GPS và GLONASS thành lời
giải chung, thêm vào đó khi tạo ra các tổ hợp của các pha sóng mang GLONASS
L
3
và L
5

phải sử dụng các trị đo pha của các sóng mang L
1
và L
2
được biểu diễn
trong đơn vị chu kỳ. Đây là thành tựu đáng ghi nhận của nhóm nghiên cứu đề tài
này.
Nhóm nghiên cứu cũng đề xuất thuật toán xử lý hỗn hợp các trị đo
GPS/GLONASS trong ITRF có tính đến hiệu ứng lệch kênh khi tính đến sự hoàn
thiện tiếp theo của công nghệ GLONASS với việc áp dụng kỹ thuật PLL và nâng
cao độ chính xác của giả cự ly được xác định theo mã P, loại bỏ các sai số h
ệ thống
giữa các trị đo GPS và GLONASS nhận được từ máy thu GPS/GLONASS.
Sản phẩm của đề tài nghiên cứu khoa học này là phần mềm GUST ver. 2.0 đã
được thử nghiệm trên lưới địa động lực Sông Mã. Các kết quả thực nghiệm xử lý
kết hợp các trị đo GPS và GLONASS trên lưới Sông Mã trong ITRF2005 cho thấy
độ chính xác của các thành phần của các vectơ baseline được nâng lên từ 1,2 - 1,7
lần, còn độ chính xác của hiệu độ cao trắc đị
a giữa hai điểm được nâng lên
2
lần.
Để kiểm tra kết quả xử lý đồng thời các kết quả đo GPS/GLONASS trên các
cạnh dài, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các kết quả thu các tín hiệu vệ tinh GPS và
GLONASS trên ba trạm IGS HOB2, MOBS và STR1 vào ngày 11/03/2011, thêm
vào đó các trạm này cách nhau từ 450 - 850 km. Kết quả xử lý đồng thời các kết
quả đo GPS/GLONASS trên các trạm này bằng phần mềm GUST ver. 2.0 cho thấy
giải đa trị trên các baselines giữa các trạm đo này có tỷ lệ thành công cao, các thành
phần củ
a các vectơ baseline GPS và GLONASS có các độ chênh nhỏ so với nhau
và so với các thành phần chính xác của các vectơ baseline giữa các trạm IGS thực

nghiệm. Đo chênh theo vị trí mặt bằng ở mức 1 cm và theo độ cao ở mức 2 cm.

8

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VỆ TINH ĐẠO
HÀNG TOÀN CẦU GLONASS.
I.1. Lịch sử phát triển các mạng lưới trắc địa cạnh dài.
Nhiệm vụ xây dựng các hệ tọa độ và các mạng lưới trắc địa cạnh dài cùng
với việc giải quyết bài toán truyền tọa độ trên các khoảng cách lớn là một trong
những nhiệm vụ cơ bản trong việc giải quyết hàng loạt các bài toán khoa học – kỹ
thuật của khoa học Trắc địa như nghiên cứu xác định các tham s
ố hình học và vật
lý đặc trưng cho Ellipsoid tròn xoay – mô hình của Quả đất; nghiên cứu xác định
các tham số vật lý của không gian gần Quả đất; nghiên cứu chuyển dịch vỏ Trái
đất; xác định mặt Geoid gần nhất với bề mặt các biển và đại dương để phát triển
các hệ thống độ cao hiện đại và xác định hình dạng của Quả đất v…v và phục vụ
các mục đích quốc phòng – an ninh.
T
ừ thế kỷ XVII việc xây dựng mạng lưới trắc địa với chiều dài cạnh lớn
bao phủ nhiều nước hoặc các lục địa nhằm giải quyết các bài toán khoa học kỹ
thuật của theo trắc địa cao cấp đã là ước mơ của các thế hệ các nhà trắc địa [1]. Từ
năm 1614 đến năm 1616 Siellius (Hà Lan) đã phát triển mạng lưới gồm 33 điểm
vớ
i chiều dài 130km để thực hiện đo độ kinh tuyến. Để truyền toạ độ trên khoảng
cách lớn theo các phương pháp truyền thống (tam giác, đường chuyền) có nhiều
hạn chế do phải đảm bảo khả năng thông hướng. Phụ thuộc vào độ cao giữa hai
điểm, chiều dài giới hạn của cạnh tam giác được xác định theo công thức:

(
)

21
89,3 HHkmD
gh
+⋅= ,
ở đây H
1
và H
2
- độ cao của hai điểm.
Khi H
1
= H
2
= 1600m: D
gh
= 310km.
Vào những năm 20 của thế kỷ XX đã thực hiện việc đo nối Châu Âu với
Châu Phi qua đảo Gil; Anh với Pháp; Đan Mạch với Na Uy; Haiti với Cu Ba nhờ
việc quan sát đồng thời các mục tiêu chuyển động. Theo phương pháp này chiều
dài giới hạn truyền tọa độ được xác định theo công thức

(
)
uªmôctiTBgh
HHkm78,7D +⋅=
,

9

ở đây H

TB
- độ cao trung bình giữa hai điểm; H
mục tiêu
- độ cao mục tiêu bay.
Khi H
TB
= 1600m; H
mục tiêu
= 3600m: D
gh
= 778km.
Ý tưởng phát triển mạng lưới tam giác quang học toàn cầu dựa trên việc
quan sát các ngôi sao bị Mặt trăng che khuất cũng được xây dựng, nhưng không áp
dụng được thành công trong thực tế [4]. Trong kỷ nguyên vệ tinh nhân tạo của Quả
đất, mạng lưới tam giác vệ tinh toàn cầu được xây dựng theo chương trình có tên
gọi là BC-4 dựa trên phương pháp chụp ảnh vệ tinh trên bầu trời sao đã liên kết
được nhiều hệ tọa độ trên th
ế giới, ví dụ như baseline Châu Âu chạy dài từ Tromso
(Nauy) cho đến Catania ở Sicily (ý) [4].
Việc phát triển mạng lưới tam giác điện tử toàn cầu đã được thực hiện nhờ
Hệ thống đo chiều dài điện tử độ chính xác cao HIRAN (electronic HIgh RANging
system). Hệ thống này được phát triển từ những năm chiến tranh thế giới thứ II để
xác định vị trí máy bay [4]. Vào cuối những năm 40 của thế k
ỷ XX, nhờ hệ thống
HIRAN đã xây dựng mạng lưới đo cạnh nối Bắc Mỹ và Châu Âu.
Vào những năm 1965, các nhà thiên văn vô tuyến của Liên Xô cũ là
Mavenco L. I., Cardasevưi N. X., Solomitxki G. B., đã đề xuất phương pháp giao
thoa vô tuyến cạnh dài [2]. ở Mỹ phương pháp này cho phép xác định chiều dài từ
300 - 3500km với độ chính xác cao cỡ 0,1m. Phương pháp này là một trong các
phương pháp cơ bản để xây dựng mạng lưới trắc địa, ví dụ CIGNET, vớ

i mục đích
xác định quĩ đạo vệ tinh [4].
Phát minh có ý nghĩa là khả năng xác định thời gian chính xác nhờ đo độ
lệch Doppler. Cùng với phát minh này, việc xác định tọa độ vệ tinh chính xác theo
định luật Kepler cho phép xác định chính xác mọi điểm trên Quả đất. Điều này dẫ
đến việc xây dựng Hệ thống vệ tinh đạo hàng hải quân NNSS (Navy Navigational
Satellite System) hay còn gọi là TRANSIT ở Mỹ và TXICADA ở Liên Xô cũ. Ứng
dụng công nghệ
đo đạc vệ tinh vào việc xây dựng các mạng lưới trắc địa bắt đầu
phổ biến vào những năm 80 của thế kỷ XX nhờ Hệ thống Transit (Mỹ).
Ngày nay việc sử dụng rộng rãi công nghệ GPS dựa trên Hệ thống đạo
hàng với việc đo khoảng cách và thời gian NAVSTAR (NAVigation System with
Timing And Ranging) hay còn gọi là Hệ thống xác định vị trí toàn cầu GPS (Global
Positiong System) của Mỹ và Hệ thống vệ tinh đạ
o hàng toàn cầu GLONASS

10

(GLOball Navigation Sattelite System), và gần đây là hệ thống định vị toàn cầu
GALILEO của Châu Âu trong công tác đo đạc - bản đồ đang từng bước thay thế
phương pháp truyền thống. Với việc sử dụng Lịch vệ tinh chính xác và các dịch vụ
khác do Tổ chức IGS cung cấp hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu đo đạc độ chính các
cao, thậm trí ở mức mm trên các khoảng cách lớn đến hàng ngàn km.
Độ chính xác xác định vị trí của các đối t
ượng quan sát nhờ các hệ thống
định vị vệ tinh toàn cầu hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu khác nhau của công tác đo
đạc – bản đồ. Theo [4], việc đảm bảo độ chính xác định vị điểm bằng công nghệ
GPS được phân theo các công nghệ sau:
- DGPS ( Differential GPS) đảm bảo độ chính xác định vị 1 – 1,5 m trên
cơ sở sử dụng mã C/A;

- PGPS ( Precise GPS) đảm bảo độ chính xác định vị 0,5 – 1 m trên cơ
sở sử dụng mã P;
- VPGPS ( Very Precise GPS) đảm bảo độ chính xác định vị 5 – 30 cm
trên cơ sở sử dụng mã C/A hoặc mã P và các trị đo pha trên các sóng mang L
1
và
L
2
;
- UPGPS ( Uper Precise GPS) đảm bảo độ chính xác định vị 1cm trên
cơ sở sử dụng mã P và các trị đo pha trên các sóng mang L
1
và L
2
và giải đa trị.
Ngày nay việc xây dựng các mạng lưới trắc địa cạnh dài độ chính xác cao
nhờ công nghệ GPS/GLONASS đã trở thành phổ biến trên thế giới, ví dụ mạng
lưới GPS phối hợp quốc tế CIGNET (Cooperative International Gps NETwork) và
mạng lưới IGS của Tổ chức Dịch vụ GPS quốc tế cho địa động học (International
GPS Service for Geodynamics – IGS). Mạng lưới IGS, theo thiết kế, bao gồm cỡ
200 – 250 trạm thu bao phủ toàn cầ
u đảm bảo để người sử dụng bất kỳ ở trong
khoảng 1500 – 2000 km cách trạm qui chiếu chính xác có thể thu tín hiệu vệ tinh
và sử dụng được các dịch vụ của tổ chức IGS. Hiện nay Tổ chức IGS đang có kế
hoạch tăng dầy mật độ của các trạm thu đến 1000 km / 1 trạm.
I.2. Hệ thống vệ tinh đạo hàng toàn cầu GLONASS
I.2.1. Lịch sử phát triển các hệ thống đị
nh vị toàn cầu GPS và GLONASS
Giai đoạn từ 1958 đến 1970 được đặc trưng bởi việc hình thành bộ môn
khoa học Trắc địa vũ trụ với việc nghiên cứu các phương pháp cơ sở để đo đạc vệ

11

tinh bao gồm cả các phương pháp tính và làm chính xác quĩ đạo vệ tinh. Việc xác
định tọa độ của vệ tinh chủ yếu nhờ phương pháp chụp ảnh vệ tinh trên nền trời
sao. Việc nghiên cứu trọng trường của Qủa đất bắt đầu được chú ý.
Giai đoạn từ 1970 đến cuối 1980 chủ yếu tập trung vào việc thiết kế các đồ
án khoa học xây dựng các hệ thống định vị
vệ tinh. Trên cơ sở các đồ án này đã xây
dựng các phương pháp đo khoảng cách bằng Laze đến vệ tinh và phát triển phương
pháp đo cao vệ tinh (Sattelite altimetry). Các Hệ thống vệ tinh toàn cầu được sử
dụng rộng rãi là các Hệ thống vệ tinh Doppler Transit (Mỹ) với hệ tọa độ địa tâm
WGS-72 (World Geogetic System) và Txicada (Liên Xô cũ) với hệ tọa độ địa tâm
PZ-77. Trong thời kỳ này đã tiến hành xác định tổng quan hình dạng Geoid đồng
th
ời với việc xác định tọa độ của vô số điểm mặt đất. Các kết quả nghiên cứu cho
phép làm chính xác việc biểu diễn mô hình của Qủa đất. Việc nâng cao độ chính
xác đo đạc vệ tinh đã mở ra khả năng nghiên cứu chi tiết hơn tốc độ quay của Qủa
đất, các qui luật chuyển động của cực Qủa đất, biến dạng vỏ Trái đất v v.
Theo [3], h
ệ WGS -72 được xây dựng dựa trên Ellipsoid chung Quả đất có
các tham số sau: Bán trục xích đạo a = 6378135 m và nghịch đảo của độ dẹt
198,26.
Hệ thống TRANSIT hay còn gọi là hệ thống DOPPLER dựa trên việc đo
độ lệch Doppler của tín hiệu vệ tinh được phát trên hai tần số 400 MHz và 150
MHz cho phép xác định vị trí tương đối giữa hai điểm mặt đất ở mức 0,1 - 0,5 m và
vị trí tuyệt đối của điểm mặt
đất ở mức 1m [7]. Các vệ tinh của hệ thống này
chuyển động trên quĩ đạo gần tròn trên độ cao 1100 km so với bề mặt Quả đất. Hệ
thống này chấm dứt hoạt động vào tháng 9 năm 1996.

Mặc dù không công bố chính thức về các tham số của ellipsoid chung
Quả đất được sử dụng để xây dựng hệ Txicada, nhưng trong [8] đã mô tả cấu trúc
quĩ đạo vệ tinh của hệ th
ống này: Hệ thống gồm 4 vệ tinh nằm trên 4 quĩ đạo tròn ở
độ cao 1000 km với góc nghiêng
0
83
được phân bố đều dọc theo mặt phẳng xích
đạo. Sau 1,5 - 2h một lần, người sử dụng có thể liên lạc với một trong những vệ
tinh của hệ thống để xác định vị trí mặt đất, thời gian liên lạc từ 5 - 6 phút.
Giai đoạn từ 1980 đến nay chúng ta đã và đang chứng kiến sự ứng dụng
rộng rãi công nghệ vệ tinh trong trắc địa, địa động học, địa hình, qu
ản lý đất đai

12

v v. Quá trình hoàn thiện tiếp theo các hệ thống định vị vô tuyến cho phép nâng
cao độ chính xác xác định tọa độ của các điểm trên bề mặt Qủa đất; làm chính xác
hoá các tham số quĩ đạo vệ tinh và giải quyết hàng loạt các vấn đề kỹ thuật khác.
trong giai đoạn này dã xây dựng được các hệ thống định vị vệ tinh nhiều chức năng
như NAVSTAR GPS (Mỹ) và GLONASS (Liên bang Nga).
Hệ thống GPS được xây dựng dự
a trên Elipsoid chung Quả đất WGS – 84,
còn hệ thống GLONASS được xây dựng tương ứng với Elipsoid chung Quả đất
PZ-90. Hệ thống PZ – 90 được xác định vào thời kỳ 1/01/1990. Các tham số của
các Ellipsoid chung Quả đất này được cho trong bảng 1 dưới đây [3, 9].
Bảng 1
Các tham số WGS - 84 PZ-90
- Bán trục lớn (m)
- Nghịch đảo của độ dẹt

- Tâm sai thứ nhất
2
e
-Tốc độ góc của sự quay
của Quả đất (Rad/s)
- Hằng số trọng trường địa
tâm (
23
/ sm )
- Thế chuẩn
0
U trên mặt
ellipsoid(
22
/ sm )
- Hệ số điều hoà vùng
0,2
C
- Gia tốc lực trọng trường
chuẩn trên xích đạo
e
γ
, mGal
6378137
298,257223563

0,0066943799013
7292115.
11
10

−



39860050.
9
10




- 484166,85.
9
10
−

978032,53359
6378136
298,257839303

0,0066943661931
7292115.
11
10
−



398600,44.
9

10


62636861,074

- 484164,953.
9
10
−

978032,8
Cả hai hệ thống WGS-84 và PZ - 90 đều sử dụng tốc độ ánh sáng C =
299792458 m/s.
Các tham số kỹ thuật của các quỹ đạo vệ tinh của hai hệ thống GLONASS
và GPS được trình bày ở bảng 2 dưới đây [34].

13

Bảng 2
Các tham số kỹ thuật GLONASS GPS
Tổng số các vệ tinh 24 24
Các mặt phẳng quỹ đạo 3 cách nhau
0
120
6 cách nhau
0
60

Góc nghiêng của mặt phẳng
quỹ đạo

0
8,64
0
55
Độ cao quỹ đạo 19.100 km 20.200 km
Chu kỳ quay của vệ tinh 11h16m 11h58m
Chu kỳ quan sát mặt đất Sau mỗi 8 ngày sao Sau mỗi ngày sao
Các tham số chuyển tọa độ không gian từ hệ PZ - 90 sang hệ WGS - 84 được
nhiều tác giả nghiên cứu và đề xuất và chúng rất khác nhau. Chúng ta sẽ xem xét
một số đề xuất ở các bảng 3 dưới đây.
Bảng 3
Các tham số chuyển tọa độ từ hệ PZ – 90 sang hệ WGS-84
X
0
, m Y
0
, m Z
0
, m
,
X
ε
(”) ,
Y
ε
(”) ,
Z
ε
(”) m∆ Tài liệu
0 0 1,5 0 0 - 0,076 0 [9]

0 0 1,0 0 0 - 0,330 0 [10]
0 2,5 0 0 0 - 0,392 0 [11]
- 1,10 - 0,30 - 0,90 0 0 - 0,169 - 0,12 [13], [19]
0,07 0 - 0,770 - 0,019 - 0,004 - 0,353 - 3,00 [20]
Theo [14]. Trong khuôn khổ khoá họp của Đại hội đồng lần thứ XVIII của
Tổ chức “ Các hệ thống trắc địa toàn cầu quốc tế” (International Global Geodetic
System - IGGS) được tổ chức từ 15 - 27 tháng 8 năm 1983 tại Hamburg (CHLB
Đức) đã thảo luận về việc phát triển các phương pháp trắc địa vũ trụ để xác định vị
trí của các điểm mặt đất, đánh giá độ chính xác thực tế củ
a kết quả đo đạc GPS và
đã đề ra Nghị quyết về việc sử dụng rộng rãi các hệ thống NAVSTAR GPS và
GLONASS trong các mục đích đạo hàng.

14

Để phát triển các ứng dụng GLONASS/GPS, vào năm 1998 Tổ chức IGS
đã thành lập nhóm Thử nghiệm GLONASS quốc tế) IGEX-98 (The International
GLONASS Experimentbao gồm [21]:
- Tổ chức dịch vụ GPS quốc tế IGS;
- Viện Đạo hàng (ION);
- Hiệp hội quốc tế tiểu ban trắc địa VIII (the International
Association of Geodesy's Commission VIII (International Coordination of Space
Techniques for Geodesy and Geodynamics, CSTG));
- Tổ chức dịch vụ quay Quả đất quốc tế (IERS).
Các đối tượng thực nghiệm của nhóm IGEX-98 bao gồm [21]:
- Thu thập tập hợp dữ liệu GLONASS trong thời gian dài khi sử
dụng các máy thu GLONASS hai tần số được đặt trên các trạm GPS;
- Xác định quỹ đạo vệ tinh GLONASS chính xác ở mức 1 m hoặc cao hơn;
- Đánh giá các máy thu GLONASS;
- Phát triển các phần mềm;

- So sánh các khung quy chiếu PZ – 90, WGS – 84 và ITRF;
- Áp dụng các hệ thống thời gian và chuyển đổi các hệ thống thời gian.
Tổ chức dịch vụ đo khoảng cách lazer quốc t
ế (the International Laser
Ranging Service ILRS) được yêu cầu quan sát 9 vệ tinh GLONASS để đánh giá
độc lập các quỹ đạo vệ tinh được xác định và nghiên cứu mức độ đồng bộ của hai
kỹ thuật quan sát vệ tinh khác nhau.
Nhóm thực nghiệm IGEX – 98 đã làm việc từ 19/10/1998 đến
19/04/1999. Hơn 60 trạm đã tham gia nhóm thực nghiệm trên cơ sở sử dụng các
máy thú GPS/GLONASS hai tần số của Ashtech, Javad, 3SNavigation, ESA/ISN
và 1 cặp máy thu một tần số. Các kết quả chính của Nhóm thự
c nghiệm là đề xuất
hoàn thiện cấu trúc của file dữ liệu dạng RINEX ver. 2.10 có tính đến việc thu dữ
liệu tuwf các vệ tinh GLONASS và thông báo đạo hàng của các vệ tinh
GLONASS; xác định được các quỹ đạo chính xác của các vệ tinh GLONASS ở
mức 1 dm và xác định các tham số chuyển đổi giữa hai hệ quy chiếu PZX-90 và
WGS-84. Sau tháng 4/1999 công việc của nhóm vẫn được tiếp tục và đến tháng

15

7/2000 đã có hơn 30 trạm được trang bị các máy thu tín hiệu vệ tinh từ cả hai hệ
thống GPS và GLONASS, trong đó 2/3 các trạm được trang bị các máy thu hai tần
số.
I.2.2. Cấu trúc và quá trình hoàn thiện hệ thống GLONASS
Theo tài liệu [15], Hệ thống vệ tinh đạo hàng toàn cầu GLONASS
(GLOball Navigation Sattelite System) được quản lý bởi Cơ quan Vũ trụ Nga và
Bộ Quốc phòng Nga với các đại diện có thẩm quyền, hợp pháp là Hội Khoa học và
sản xuất cơ họ
c ứng dụng và Viện Nghiên cứu thiết kế thiết bị vũ trụ trực thuộc và
Bộ Quốc phòng Nga, và Trung tâm Thông tin khoa học phối hợp trực thuộc Bộ

Quốc phòng Nga. Hệ thống GLONASS đảm bảo cho mọi công tác định vị vị trí
không gian ở mọi nơi trên Quả đất (trên đất liền, trên biển và trên không) và trong
không gian gần Quả đất. Hệ thống GLONASS gồm 3 phần: Phần không gian, phần
điều khi
ển và phần sử dụng.
Phần không gian bao gồm 24 vệ tinh được phân bố trên 3 mặt phẳng quỹ
đạo. Các mặt phẳng quỹ đạo có thành phần xê dịch vĩ độ
0
15 tương ứng với nhau
(xem hình 1).
Trong hệ PZ – 90, kinh độ của các nút mọc của ba mặt phẳng quỹ đạo
được xác định vào 0 giờ 00 phút 00 giây giờ mặt trời trung bình (UTC + 3 giờ 00
phút 00 giây) ngày 1 tháng 1 năm 1983 được xác định theo công thức:

),1.(120"00'15251
00
−+ i
ở đây i =1,2,3 - số hiệu mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh.
Tốc độ thay đổi trung bình của tiến động (precession) của mặt phẳng quỹ
đạo bằng - 0,00059251 radian/ngày. 8 vệ tinh được phân bố đều trên mỗi mặt
phẳng quỹ đạo với thành phần xê dịch vĩ độ
,45
0
mỗi vệ tinh ở độ cao 19100 km và
có chu kỳ quay quanh Quả đất là
s
mh
44.1511
Góc nghiêng của mỗi mặt phẳng quỹ
đạo là

,8,64
0
tâm sai e = 0. Sự sai lệch cực đại của vị trí vê tinh so với quỹ đạo lý
thuyết không vượt quá
0
5± trong khoảng thời gian 5 năm.
Giá trị lý thuyết của thành phần vĩ độ u của vệ tinh j (J=1.2….,24) được
xác định vào 0 giờ 00 phút 00 giây giờ mặt trời trung bình (UTC + 3 giờ 00 phút 00
giây) ngày 1 tháng 1 năm 1983. Các vệ tinh có số hiệu j =N có thành phần vĩ độ

16

khác các vệ tinh có số hiệu j = N+8 và các vệ tinh có số hiệu j =N + 16 có thành
phần vĩ độ khác các vệ tinh có số hiệu j = N+8, ở đây N=1,2, ,8. Đối với vệ tinh j,
thành phần quỹ đạo u được tính theo công thức:

),.25.327.(15"37'26145
*00
JJu +−+=
ở đây
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
=
8
1

*
j
J
,
còn [.]- ký hiệu phép lấy phần nguyên của biểu thức bên trong.
Thành phần xê dịch vĩ độ

0
180


0
90
0
150
0
270

Xích kinh 0

0
90−


0
180−
Hình 1. Phân bố các vệ tinh GLONASS trên quỹ đạo
Phần điều khiển được gọi là Tổ hợp Kiểm soát Mặt đất (Ground – based
Control complex – GCC) bao gồm Trung tâm Kiểm soát Hệ thống (System Control
Center - SCC) nằm ở vùng Matxcơva, mạng lưới các trạm theo dõi điều khiển để

thu và truyền tín hiệu điều khiển (Command Tracking Stations – CTS) và các trạm
theo dõi quang học lượng tử (Quantum Optical Tracking Stations – QOTS) nằm ở
Saint Petersburg, Ternopol, Eniseisk, Komsomolsk-na-Amure trên lãnh thổ nước
Nga. Phần điều khi
ển đảm bảo việc kiểm soát các vệ tinh GLONASS, hiệu chỉnh
các tham số quỹ đạo và truyền lên các vệ tinh các dữ liệu đạo hàng. Các trạm CTS
theo dõi tất cả các vệ tinh GLONASS nhìn thấy và truyền các dữ liệu đo giả cự ly
và thông báo vệ tinh về SCC. Các khoảng cách đến vệ tinh được đo bằng radar với
sai số nằm trong khoảng 2 – 3 m. Trung tâm SCC tiến hành xử lý các dữ liệu và
xác định các số cải chính đồng hồ v
ệ tinh, Thông báo đạo hàng và thông tin trạng

17

thái của mỗi vệ tinh. Các khoảng cách đến vệ tinh được đo bởi CTS thường xuyên
được hiệu chỉnh bởi thiết bị lazer tại QOTS. Thông tin được hiệu chỉnh được truyền
lại về các trạm CTS và được truyền lên các vệ tinh.
Phần sử dụng bao gồm các máy thu và các phần mềm xử lý các tín hiệu
GLONASS cho phép người sử dụng tính tọa độ, tốc độ và thời gian (xem Phụ lục
1).
Hệ thố
ng GLONASS sử dụng Kỹ thuật truy cập đa phân chia tần số
(Frequency Division Multiple Access Technique - FDMA) trên cả hai band tần số
1
L
và
2
L
. Điều này có nghĩa là mỗi vệ tinh GLONASS truyền các sóng mang ở hai
band tần số

1
L
và
2
L
với các tần số riêng của mình:

, 4375,01246
,.5625,01602
2,
1,
KMHzMHzf
KMHzMHzf
K
K
+=
+
=
(I.1)
ở đây K - số hiệu tần số (số hiệu kênh) và được cho ở bảng 4 dưới đây.
Bảng 4
Số hiệu kênh,
K
Tần số trên band
1
L
(MHz)
Tần số trên band
2
L

(MHz)
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
1609,3125
1608,75
1608,1875
1607,625
1607,0625
1606,5
1605,9375
1605,375
1604,8125
1604,25
1251,6875
1251,25
1250,8125
1250,375
1249,9375
1249,5
1249,0625
1249,625
1248,1875

1247,75

18

3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
1603,6875
1603,125
1602,5625
1602,0
1601,4375
1600,8750
1600,3125
1599,7500
1599,1875
1598,6250
1598,0625
1247,3125
1246,875
1246,4375
1246,0

1245,5625
1245,1250
1244,6875
1244,2500
1243,8125
1243,3750
1242,9375
Kỹ thuật đa phân chia tần số trong hệ thống GLONASS khác với kỹ
thuật đa phân chia mã (Code Division Multiple Access – CDMA) trong hệ thống
GPS. Do trong hệ thống GLONASS không sử dụng mã để phân biệt các vệ tinh
GLONASS, nên các vệ tinh GLONASS đều phát các tín hiệu mã như nhau, nhưng
phát các sóng mang với các tần số khác nhau bởi kỹ thuật FDMA. Trái lại hệ thống
GPS sử dụng kỹ thuật CDMA với mục đích phân biệt các vệ tinh GPS theo các tín
hiệu mã do các vệ tinh phát đi, nên các vệ
tinh GPS đều phát các tín hiệu mã khác
nhau, nhưng phát các sóng mang L
1
(và tương tự

đối với L
2
) với tần số như nhau
đối với tất cả các vệ tinh GPS [36].
Sóng mang tần số L
1
được điều biến bởi mã C/A, mã P và Thông báo đạo
hàng, còn sóng mang L
2
chỉ được điều biến bởi mã P. Mã C/A được điều biến với
tần số 0,511 MHz và được sử dụng cho mục đích dân sự và được gọi là Đạo hàng

chính xác chuẩn (Standard Precision Navigation). Mã P được điều biến với tần số
5,11 MHz và được sử dụng cho mục đích quân sự và được gọi là Đạo hàng chính
xác cao (High Precision Navigation). Trong hệ thống GLONASS không tồn tại các
hiệu ứng SA (Selective Availability) và AS (Anti Spoofing) như trong hệ th
ống
GPS [36].

19

Do sử dụng kỹ thuật FDMA nên các anten GLONASS đòi hỏi phải tăng
cường độ rộng của băng tần để đo được các sóng mang với các tần số khác nhau.
Đối với máy thu GLONASS/GPS bắt buộc phải thiết kế anten sao cho có thể thu
được các sóng mang với các tần số GLONASS và GPS.
Đối với mỗi vệ tinh GLONASS, số hiệu kênh K được xác định theo từ
(word)
A
n
H cho trong Lịch vệ tinh quảng bá (Almanac) và Thông báo vệ tinh ở dạng
file RINEX, ở đây từ
A
n
H
là số hiệu tần số sóng mang của tín hiệu tần số vô tuyến
đạo hàng (navigation Radio Frequency signal) của vệ tinh
A
n . Việc xác định số
hiệu kênh K theo từ
A
n
H

cho trong Lịch vệ tinh quảng bá (Almanac) được thực hiện
nhờ bảng 5 dưới đây [15, 16].
Bảng 5
Số hiệu kênh tần số K Giá trị của từ
A
n
H

-01 31
-02 30
-03 29
-04 28
-05 27
-06 26
-07 25
Theo các tài liệu [15, 16], kế hoạch sử dụng các kênh tần số của hệ thống
GLONASS theo các bước sau:
Bước 1: Đến năm 1998
- Các kênh tần số 0,1,…,12,22,23,24 sẽ được sử dụng cho các hoạt động
bình thường;

20

- Các kênh tần số 13, 14 và 21 có thể được sử dụng cho các tình huống
ngoài dự kiến.
Bước 2: 1998 - 2005
- Các kênh tần số 0,1,…,12 sẽ được sử dụng cho các hoạt động bình
thường;
- Kênh tần số 13 có thể được sử dụng cho các tình huống ngoài dự kiến.
Bước 3: Sau năm 2005

- Các kênh tần số - 7,…, +6 sẽ được sử dụng cho các hoạt động bình
thường;
-
Các kênh tần số 5 và 6 sẽ được sử dụng cho các mục đích kỹ thuật đặc
biệt trong khoảng thời gian hạn chế.
Số hiệu tần số sóng mang
A
n
H được cho trong file Thông báo vệ tinh
GLONASS được mô tả ở Phụ lục 2. Tỷ số của các tần số của các sóng mang L
1
và
L
2


.9/7/
1,2,
=
KK
ff (I.2)
Giống như vệ tinh GPS, vệ tinh GLONASS phát hai sóng mang tần số
1
L và
2
L được tạo bởi bộ phát tần số chuẩn 5,0 MHz. Để bù trừ hiệu ứng tương đối, tần số
chuẩn được chọn là 4,99999999782 MHz tương ứng với độ cao quỹ đạo 19.100
km.
Mã cự ly giả ngẫu nhiên (Mã PR - Pceudo Random Ranging Code), Thông
báo đạo hàng (Navigation Message) và chuỗi thông tin bổ sung 100 Hz được điều

biến với sóng mang
1
L
. Mã cự ly giả ngẫu nhiên và chuỗi thông tin bổ sung 100 Hz
được điều biến với sóng mang
.
2
L

Mã giả ngẫu nhiên là một chuỗi độ dài cực đại của bộ ghi dịch chuyển với 9
tế bào. Đầu ra được lấy từ tế bào 7. Trạng thái ban đầu của chuỗi là 111111111.
Thuộc tính đầu tiên của mã giả ngẫu nhiên là thuộc tính đầu tiên trong nhóm
111111100 và được nhắc lại sau 1ms với tốc độ bit 511 kb/s (511000 bit/s - tức tốc
độ 1 bit là 1,9569.
)29569,110
6
sss
µµ
≈=
−
. Nội dung của tế bào 1 sau mỗi xung điện
đồng hồ được tính theo đa thức:

21

.1)(
95
xxxG ++=
Do tốc độ bit bằng khoảng
s

µ
2 , nên sau 5x ss
µ
µ
102
=
chuỗi mã được lặp
lại.
Hệ thống GLONASS bắt đầu được nghiên cứu và phát triển từ năm 1976
(xem hình 1). Từ ngày 12/`10/1082 bắt đầu phóng vệ tinh đầu tiên của hệ thống
GLONASS lên quỹ đạo và cho đến tháng 4/1991 đã phóng được 43 vệ tinh cùng 5
vệ tinh thử nghiệm. Nhưng đến năm 1991 trên quỹ đạo chỉ còn 12 vệ tinh do tuổi
thọ của vệ tinh GLONASS thế hệ đầu tiên chỉ là 3 năm. Từ n
ăm 1995, do khó
khăn về kinh tế nên Liên bang Nga đã không hoàn thiện thêm hệ thống GLONASS.
Bắt đầu từ năm 2001 trên cơ sở hợp tác với Ấn Độ, Liên bang Nga bắt đầu hoàn
thiện hệ thống GLONASS.




Hình 1.Vệ tinh GLONASS thế hệ đầu tiên
Trong quá trình hoàn thiện hệ thống GLONASS cần tính đến khả năng sử
dụng phối hợp cả hai hệ thống GPS và GLONASS cho các mục đích đạo hàng. Hệ
th
ống GLONASS – M (xem hình 2) sẽ giải quyết vấn đề nêu trên và được thiết kế
với các tính năng kỹ thuật như sau [17]:
- Tuổi thọ dịch vụ của vệ tinh được tăng lên 7 năm;
- Phát mã C/A trên tần số L
2

để sử dụng vào các mục đích dân sự;
- Tăng cường sự ổn định của đồng hồ vệ tinh lên mức 1x
13
10
−
trên 1 ngày
đêm (đối với cỏc vệ tinh GLONASS thời kỳ đầu, sự ổn định của đồng
hồ vệ tinh lên mức 5x
13
10
−
trên 1 ngày đêm);
- Tăng cường độ chính xác của lịch vệ tinh;

22

- Cung cấp để truyền độ chênh tức thời giữa các thang thời gian GPS và
GLONASS.
- Dự trữ trên quỹ đạo 6 vệ tinh để giảm thời gian thay thế các vệ tinh
hỏng;
- Giảm sai số định vị đến 5 m;
- Truyền các tín hiệu phục vụ cả mục đích quân sự lẫn mục đích dân sự.

Hình 2. Vệ tinh GLONASS - M
Các vệ tinh GLONASS - M được phóng từ ngày 25/12/2006 và dự kiến sẽ
có đủ 24 vệ tinh vào cuối năm 2009. Theo dự kiến các vệ tinh GLONASS – M sẽ
phục vụ ít nhất đên năm 2015.
Các thế hệ vệ tinh thay thế là các vệ tinh GLONASS – K (xem hình 3) với
tuổi thọ trên quỹ đạo từ 10 – 12 năm và sẽ có tần số thứ 3 của băng tần để sử dụng
cho các mục đích dân sự. Trọ

ng lượng của vệ tinh GLONASS – K là 700 kg sẽ nhẹ
hơn trọng lượng của vệ tinh GLONASS – M (1415 kg) đến 2 lần.

Hình 3. Vệ tinh GLONASS - K

23

Các kế hoạch đưa vệ tinh GLONASS lên quỹ đạo được trình bày ở hình
4 dưới đây.

Hình 4. Cấu hình dự kiến của hệ thống vệ tinh GLONASS
Cho đến thời điểm cuối năm 2009 trong hệ thống GLONASS có 21 vệ
tinh, nhưng chỉ có 17 vệ tinh đang hoạt động, còn 2 vệ tinh tạm thời chưa được
dùng, 2 vệ tinh chưa được đưa vào hệ thống. Với 17 vệ tinh đang hoạt động, độ mở
tích phân GLONASS trên Quả đất là 80 % và riêng trên lãnh thổ Liên bang Nga là
94 %, đứt quãng thời gian định vị trên Qu
ả đất là 2,4 h và riêng trên lãnh thổ Liên
bang Nga là 0,5 h. Độ mở tích phân GLONASS là 100 % và đứt quãng thời gian là
0,5 h trên Quả đất sẽ đạt được khi hệ thống GLONASS có đầy đủ 24 vệ tinh.
Hiện nay trong hệ thống GLONASS có 6 vệ tinh GLONASS – M (1 được
phóng vào năm 2003, 2 – 2005 và 3 – 2006). Các vệ tinh này có tuổi thọ là 7 năm
và tồn tại tối thiểu trên các quỹ đạo đến năm 2015. Đến ngày 19/01/2010 hệ thống
GLONASS có 22 vệ tinh, trong đó 17 vệ tinh đang hoạt động, 2 vệ tinh đang được
b
ảo trì, 2 vệ tinh đang được điều chỉnh pha và 1 vệ tinh đang chưa phát được tín
hiệu pha. Đến ngày 25/02/2011 hệ thống GLONASS có 26 vệ tinh, bao gồm cả 01
vệ tinh GLONASS - K được đưa lên quỹ đạo vào ngày 24/02/2011, trong đó 22 vệ
tinh đang hoạt động.
Các tín hiệu của các vệ tinh GLONASS cơ bản được xây dựng trên cơ sở
kỹ thuật FDMA.

Theo dự kiến vào năm 2013, Nga sẽ phóng vệ tinh GLONASS - K2. Ngoài
các tín hiệu theo kỹ thuậ
t FDMA sẽ có thêm tín hiệu L
3
ở tần số 1202,025 MHz

24

theo kỹ thuật CDMA phục vụ cho các mục đích dân sự. Sai số tương đối của đồng
hồ vệ tinh đạt đến
.10.1
14−

Theo dự kiến vào năm 2015 Nga sẽ phóng vệ tinh GLONASS - KM.
Ngoài các tín hiệu theo kỹ thuật FDMA và tín hiệu L
3
ở tần số 1202,025 MHz theo
kỹ thuật CDMA sẽ có thêm các tín hiệu ở tần số L
1
(1575,42 MHz), ở tần số L
2

(1242 MHz) và ở tần số L
5
(1176,45 MHz) theo kỹ thuật CDMA để phục vụ cho
các mục đích dân sự.
Thời gian GLONASS (t
GLONASS
) hoạt động dựa trên thời gian đồng bộ trung
tâm GLONASS với đồng hồ hydro đồng bộ trung tâm có sự ổn định (thời gian/tần

số) không tồi hơn
.10.5
14−
Thời gian đồng bộ trung tâm được tạo ra bởi máy đồng
bộ trung tâm (Central Synchronizer) tại Tổ hợp Kiểm soát Mặt đất. Trên vệ tinh
GLONASS được trang bị đồng hồ xêzi với sự ổn định (thời gian/tần số) không tồi
hơn
.10.5
13−

Thang thời gian của các vệ tinh GLONASS và Thời gian hệ thống
GLONASS được so sánh với nhau 2 lần trong một ngày tại Tổ hợp Kiểm soát Mặt
đất và các số hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh được truyền lên các vệ tinh. Độ chính xác
của các số hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh cao hơn 10 ns. Điều này cho phép sự đồng bộ
của thang thời gian của các vệ tinh GLONASS và Thời gian hệ thống GLONASS
ở mức 20 ns [36].
Hệ thống thời gian GLONASS được đồng bộ với Thời gian chuẩn quốc
gia (Soviet Union National Etalon Time) của Liên xô cũ UTC(SU). Sự chênh giữa
thời gian GLONASS và UTC(SU) ở mức 1 ms. Hệ thống thời gian UTC(SU) được
duy trì bởi Tổng cục Đo lường (Main Metrological Center) thực thuộc Cơ quan
dịch vụ tần số và thời gian Nga tại Mendeleevo gần Matxcơva [36].
Thời gian GLONASS quan hệ với thời gian UTC(SU) theo công thức [15,
16]:
t
GLONASS
= UTC(SU) + 3h00m. (I.3)
Trong Lịch vệ tinh quảng bá GLONASS (almanac) hay Thông báo đạo
hàng GLONASS dưới dạng file RINEX đều cho số cải chính t
C
để chuyển thời gian

GLONASS về UTC(SU) với sai số nhỏ hơn 1 ms, bản thân số cải chính này được
xác định với độ chính xác hơn 1
s
µ
[15, 16].