Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS

Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, các ứng dụng của hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GPS (Global
Positioning System) được thể hiện ở rất nhiều lĩnh vực như giao thông vận tải, môi
trường, nông nghiệp, vũ trụ, cứu hộ… Các nước phát triển đã áp dụng hiệu quả
công nghệ này từ lâu. Tuy nhiên thì ở Việt Nam, GPS vẫn còn là một điều mới mẻ.
GPS mới chỉ được dùng ở các lĩnh vực đặc thù như kiểm lâm, cứu nạn… nhưng
cũng chỉ dừng ở mức độ thu nhận thông tin tọa độ mà chưa được tích hợp với các
công cụ bản đồ số. Gần đây thì một số công ty và nhóm phát triển đã cho ra mắt các
sản phẩm bản đồ số cho các thành phố, khu vực ở Việt Nam, do đó mà việc tích hợp
công nghệ GPS để cho ra mắt các ứng dụng thương mại đầu tiên trở nên dễ dàng và
rộng rãi hơn. VietmapGPS Pro, sản phẩm của công ty Vietmap, tích hợp phần mềm
điều khiển và định vị GPS vào màn hình DVD trên xe ôtô là một ví dụ. Các hãng xe
bus cũng đang bắt đầu triển khai hệ thống định vị này. Sự phát triển của các thiết bị
di động số như SmartPhone, PDA… cũng tích hợp sẵn công nghệ GPS nên nhiều
ứng dụng bản đồ trên di động đã tận dụng khả năng của hệ thống định vị toàn cầu
này. Tuy nhiên các ứng dụng này cũng mới chỉ dừng ở mức độ thử nghiệm và
nghiên cứu, còn ở mức độ thương mại thì chưa hoàn toàn thành công. Vì vậy, việc
nghiên cứu và ứng dụng GPS tại Việt Nam vẫn còn là điều cần thiết.
Đề tài của đồ án tốt nghiệp này được thực hiện trong môi trường triển khai dự án
SEAGAL của ĐHBK HN hợp tác với Châu Âu về Hệ thống vệ tinh dẫn đường định
vị toàn cầu (Global Navigation Satellite System – GNSS)- Galileo đang được xây
dựng. Trong khuôn khổ của dự án, Đại học Bách khoa Torino và Viện nghiên cứu
cao cấp Mario Boella (Istituto Superiore ISMB) Italy đã cung cấp cho ĐHBK HN
bộ công cụ thực hành NavSAS (SAT-SURF và SAT-SURFER) cho phép thu nhận
và xử lý tín hiệu GPS. Nhiệm vụ của đồ án nhằm tìm hiểu tổng quan về hoạt động
của hệ thống GPS, sử dụng bộ NavSAS tiến hành xây dựng thí nghiệm và đánh giá
kết quả thu được với NavSAS, trên cơ sở đó đồ án sẽ xây dựng một ứng dụng kịch
bản thử nghiệm hệ thống quản lý taxi sử dụng công nghệ GPS.
Mặc dù vậy, bộ công cụ thực hành NavSAS hiện tại đang có hạn chế về tính di
động khi mà nó đòi hỏi thiết bị nguồn khá cồng kềnh, chỉ phù hợp với môi trường

phòng thí nghiệm. Do đó, đồ án sẽ kết hợp sử dụng ứng dụng GoogleMaps để tiến
hành xây dựng dữ liệu mẫu phục vụ cho hệ thống mô phỏng. Hi vọng trong các giai
đoạn tiếp theo của dự án SEAGAL, thiết bị thí nghiệm sẽ nhỏ gọn hơn để có thể sử
dụng như một thiết bị thu di động, thông qua đó có thể tiến hành nhiều ứng dụng
thử nghiệm hơn.
Nội dung báo cáo đồ án tốt nghiệp được trình bày thành 3 chương, bao gồm cụ
thể như sau:
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 1
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
- Chương I – Tổng quan hệ thống GPS: trình bày nguyên lý hoạt động của hệ
thống định vị toàn cầu GPS cũng như các đặc điểm, tính chất của nó.
- Chương II – Thí nghiệm và thí nghiệm với hệ thống NavSAS: giới thiệu và
tiến hành thí nghiệm, đánh giá kết quả thu được
- Chương III – Xây dựng chương trình mô phỏng kịch bản hệ thống quản
lý taxi: phân tích thiết kế, xây dựng chương trình dùng công cụ NavSAS mô
phỏng hệ thống quản lý taxi dựa trên công nghệ GPS và đánh giá kết quả.
Em xin cảm ơn PGS. TS. Nguyễn Thị Hoàng Lan là người trực tiếp hướng dẫn
em thực hiện đồ án này, em cũng xin cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của TS. Ngô Hồng
Sơn và anh Phương Xuân Quang, nghiên cứu sinh tại Viện ISMB- Italy, trong quá
trình thực hiện đồ án.
Hà Nội, tháng 5/2009
Sinh viên thực hiện: Đoàn Ngọc Hà
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 2
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 1
MỤC LỤC 3
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GPS 4
CHƯƠNG II

TÌM HIỂU VÀ THÍ NGHIỆM VỚI HỆ THỐNG CÔNG CỤ NAVSAS 31
CHƯƠNG III
XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG KỊCH BẢN
HỆ THỐNG QUẢN LÝ TAXI 40
KẾT LUẬN 71
PHỤ LỤC A
DANH MỤC THUẬT NGỮ 73
PHỤ LỤC B
DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG 74
Danh mục hình 74
Danh mục bảng 76
PHỤ LỤC C
HAVERSINE FORMULA 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO
80
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 3
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GPS
1.1. Giới thiệu chung
GNSS – Global Navigation Satellite System hay Hệ thống vệ tinh dẫn đường
toàn cầu là tên gọi chung của các hệ thống định vị toàn cầu sử dụng công nghệ vệ
tinh. GNSS cho phép các thiết bị điện tử xác định vị trí của chúng thông qua các
thông số vĩ độ, kinh độ, cao độ sử dụng tín hiệu thời gian được truyền bởi tín hiệu
radio từ các vệ tinh trên không. Các thiết bị trên mặt đất mà có tọa độ biết trước có
thể được dùng như là các điểm tham chiếu để nâng cao độ chính xác của kết quả thu
nhận.
GPS – Global Positioning System là một hệ thống GNSS phát triển bởi bộ Quốc
Phòng Hợp Chủng Quốc Hoa Kỳ và là hệ thống định vị duy nhất hiện này đang hoạt
động đầy đủ chức năng. GPS có thể hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết cũng

như các khu vực khác nhau trên toàn thế giới. Ngoài GPS còn có các hệ thống định
vị toàn cầu khác như GALILEO của châu Âu, GLONASS của Nga… Các hệ thống
này đang được phát triển và hoạt động trong thời gian gần [11].
Ban đầu GPS được phát triển cho mục đích quân sự, nhưng từ năm 1980 đã
được mở rộng phạm vi sử dụng sang các lĩnh vực dân sự. GPS hiện đang được ứng
dụng rộng rãi trên toàn thế giới ở mọi lĩnh vực như giao thông vận tải, môi trường,
nông nghiệp, vũ trụ, cứu hộ… Tuy nhiên thì độ chính xác của nó không đảm bảo
được những yêu cầu an toàn cho dẫn đường dân sự hàng không và hàng hải, đặc
biệt là tại những vùng và những thời điểm có hoạt động quân sự của những quốc gia
sở hữu hệ thống đó. Chỉ có hệ thống dẫn đường vệ tinh châu Âu Galileo đang được
xây dựng ngay từ đầu đã đặt mục tiêu đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của dẫn
đường và định vị dân sự, nhưng cũng phải tới năm 2013 thì hệ thống này mới hoạt
động hoàn toàn [11].
1.2. Các thành phần của hệ thống GPS
Hệ thống GPS bao gồm ba thành phần (segment) chính: thành phần không gian
(Space Segment), thành phần điều khiển (Control Segment) và thành phần người
dùng (User Segment). Các thành phần của hệ thống GPS được minh họa trong hình
dưới đây [9].
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 4
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
Hình 1. Các thành phần của hệ thống GPS
1.2.1. Thành phần không gian
Thành phần không gian của GPS là một hệ thống bao gồm 24 vệ tinh bay trên
quỹ đạo trái đất. Các vệ tinh này có khả năng phủ sóng toàn bộ bề mặt trái đất với
cấu hình như sau [7]:
- 21 vệ tinh hoạt động, 3 vệ tinh dự trữ
- 6 mặt phẳng quỹ đạo ở độ cao 20.200km. Thời gian bay hết quỹ đạo là
11h58’ và độ nghiêng 53
0
- 4 vệ tinh bay trên một mặt phẳng

Hình 2. Quỹ đạo vệ tinh GPS [9]
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 5
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
Quỹ đạo của vệ tinh được xác định là quỹ đạo trái đất trung bình (Medium Earth
Orbit – MEO) khác với quỹ đạo địa lý (Geostationary Earch Orbit – GEO) ở độ cao
36.000km. Các vệ tinh được cài đặt sao cho độ che phủ bề mặt trái đất là tối đa,
nghĩa là tối thiểu tại một điểm bất kì phải thu nhận được tín hiệu từ 4 vệ tinh. Đây là
số vệ tinh tối thiểu mà thiết bị thu nhận phải phát hiện được để tính toán vị trí chính
xác. Vấn đề này sẽ được đề cập ở phần sau.
Hình 3. Mật độ che phủ của vệ tinh [7]
Mỗi vệ tinh có chứa 4 đồng hồ nguyên tử để có thể cung cấp dịch vụ thời gian
chính xác. Chỉ một trong bốn đồng hồ được hoạt động tại một thời gian. Số còn lại
được để dành.
Mỗi vệ tinh lại có các thành phần sau [8]:
Hình 4. Các thành phần chức năng của vệ tinh GPS
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 6
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
- Atomic Frequency Standard (AFS) tạo tín hiệu đổng hồ chuẩn 10.23MHz.
- Frequency Synthesizer and Distribution Unit (FSDU) nhận tín hiệu đồng hồ
chuẩn để tổng hợp loại tần số khác cho các hệ con.
- Navigation Data Unit (NDU) nhận các dữ liệu định vị Navigation (NAV
data) từ thành phần điều khiển Control Segment (CS) thông qua các hệ
thống con Telemery, Track, Command (TT&C).
- Navigation Baseband sinh ra nhiễu giả ngẫu nhiên (Pseudo Random Noise)
PRN (C/A-code, P(Y)-code) và điều chế với thông tin dữ liệu định vị.
- L-Band Subsystem điều chế các chuỗi dữ liệu nhị phân vào các sóng mang
tần số L1 (1575.42MHz) và L2 (1227.6MHz). Tín hiệu được phát xuống
thông qua các ăng-ten.
1.2.1.1. Cấu trúc tín hiệu GPS
Tín hiệu vệ tinh được phát qua 2 tần số L1 và L2 (L-band), đều nằm trong dải

sóng cực ngắn (trên 1000MHz). Các tần số này được tạo ra bởi một đồng hồ nguyên
tử. Đồng hồ có tần số cơ bản f
0
là 10,23 MHz, được dùng để điều chế các sóng có
tần số siêu cao.
Hình 5. Cấu trúc tín hiệu GPS [1].
Tần số L1 là 1575,72 MHz. Đây là tần số được dùng cho cả các thiết bị quân sự
lẫn thiết bị dân sự:
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 7
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
L1 = 154 . f
0
= 1575,42 MHz
Tần số L2 là 1227,6 MHz, chỉ được dùng bởi các thiết bị quân sự:
L2 = 120 . f
0
= 1227,6 MHz
Các tần số này có nhiệm vụ là sóng mang thông tin. Tín hiệu dữ liệu được tạo ra
gọi là Bản Tin Định Vị (Navigation Message). Dữ liệu này chứa mọi thông tin mà
thiết bị thu nhận cần biết. Ngoài ra, để vệ tinh có thể định danh nó thông qua tần số,
nó tạo ra các Mã Nhiễu Giả Ngẫu Nhiên (Pseudo Random Noice code – PRN code).
Mã này là một chuỗi n bit lặp lại sau mỗi bit thứ n. Mỗi một vệ tinh được đánh số 1
trong 32 mã PRN duy nhất.
Có 2 loại mã PRN là C/A code (coarse acquisition) được dành cho các thiết bị
dân sự, và P code (Precise code) dành cho các thiết bị của quân đội.
Mã C/A có chiều dài 10
n
– 1 bit, với n là số các thành dịch bit số mà thiết bị có.
Trong các vệ tinh GPS thì n = 10, do đó mã C/A có chiều dài 1023 bit. Như vậy tốc
độ truyền dữ liệu là 1,023 Mbps, bằng 1/10 tần số cơ bản:

f
0
/ 10 = 1,023 MHz
Với tần số này thì mất 1ms để truyền 1023 bit mã C/A.
P-code được truyền với tần số cơ bàn f
0
. Tần số của nó cao hơn 10 lần so với tần
số của mã C/A nên dữ liệu sẽ chính xác gấp 10 lần. Mã P-code không được công
khai nên nó không thể dùng cho thiết bị dân sự. P-code có chiều dài hơn rất nhiều
so với C/A-code, phải mất 7 ngày thì nó mới lặp lại, do đó không thể bắt được tín
hiệu. Ngoài ra, P-code còn được mã hóa bởi các thuật toán đặc biệt trước khi
truyền, nên có còn được gọi là Y-code hay P(Y)-code. Chỉ có các thiết bị của quân
đội Mỹ và đồng minh mới có thể giải mã tín hiệu này.
Quá trình điều chế tín hiệu trước khi truyền như sau:
Hình 6. Điều chế tín hiệu GPS[7]
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 8
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
Ta có thể thấy PRN-code được kết hợp với Navigation Message nhờ bộ cộng 2,
sau đó chúng được trộn với sóng mang để truyền tín hiệu đi. Kĩ thuật điều chế này
có một số lợi ích sau:
- Tín hiệu cuối cùng nhận đựoc bị đảo pha liên tục nên việc điều chế lại tín
hiệu PRN từ sóng mang dễ dàng hơn.
- Tín hiệu PRN giúp phân biệt tín hiệu từ các vệ tinh khác nhau khi chúng phát
ra đồng thời. Kĩ thuật này chính là nền tảng của kĩ thuật CDMA (truyền phát
nhiều loại tín hiệu trên cùng một giải tần số).
- Hạn chế hiện tượng giao thoa nhiễu dải hẹp.
1.2.1.2. Cấu trúc dữ liệu
Dữ liệu định vị được truyền từ vệ tinh thông qua Navigation Message [1]. Bản
tin này là một chuỗi các khung bản tin (frame) liên tục và lặp lại, có độ dài 1500 bit
và được chia thành 5 khung con (sub-frame). Mỗi một sub-frame có chiều dài 300

bit và được gửi với tần số 50Hz (cần 6s để truyền), trong đó có 60 bit tiêu đề
(header) và 240 bit dữ liệu.
Tiêu đề của bản tin chia thành 2 từ.
Từ thứ nhất là Telemetry Word (TLM), gồm 8 bit bắt đầu 10001011 dùng để
nhận diện frame. Tiếp sau là 16 bit dữ trữ và 6 bit checksum. TLM chủ yếu dùng
cho thiết bị thu nhận phát hiện bắt đầu sub-frame.
Từ thứ hai là Handover Word (HOW) với 17 bit đầu là dữ liệu Time Of Week
(TOW). Mặc dù đồng hồ của thiết bị thu nhận đã được đồng bộ một cách chính xác,
nhưng không thể biết được cách thời gian được lưu trữ trên các vệ tinh và ở dưới
mặt đất. Hệ thống GPS không quan tâm các giây nhảy quãng, trong khi đây là điều
không tránh khỏi. Do đó, Navigation Message có nhiệm vụ thông báo cho thiết bị
thu các sai lệch thời gian để nó điều chỉnh về đúng giờ UTC (Coordinated Universal
Time). 7 bit tiếp theo chứa dữ liệu chung của sub-frame, bao gồm sub-frame ID (số
thứ tự từ 1 – 5), một cờ báo hiệu (để dành) và cờ Anti-Spoofing. Cờ báo hiệu thông
báo cho thiết bị thu rằng nó có thể nhận dữ liệu đo đạc không chính xác.
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 9
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
Hình 7. Cấu trúc bản tin GPS [1].
Trước khi thiết bị thu sử dụng dữ liệu thì nó phải chắc chắn là đã đọc đúng tiêu
đề mà không phải là chuỗi bit giống tiêu đề. Để làm điều này thì nó tính toán mã
chẵn lẻ parity, so sánh với 6 bit cuối của HOW. Nếu không trùng, nó quay lại tìm
header khác.
Mỗi sub-frame có một header riêng vì một thiết bị có thể bắt đầu quá trình thu ở
bất kì thời điểm nào, và không cần phải chờ 30s cho một vòng lặp với. Như vậy,
một frame dữ liệu đầy đủ có thể được thu sau tối đa 36s.
Ngoài cấu trúc header giống nhau, mỗi sub-frame lại mang một gói dữ liệu khác
nhau:
- Sub-frame 1 chứa thời gian chính xác thu thập được từ 4 đồng hồ nguyên tử
trên vệ tinh
- Sub-frame 2 và 3 cùng chứa các dữ liệu thiên văn của vệ tinh.

- Sub-frame 4 và 5 cũng được nhóm lại, và chia thành 25 trang riêng biệt (cần
12,5’ để thu thập đủ). Dữ liệu này hầu như chỉ dành cho các trạm điều khiển.
Như vậy thiết bị thu nhận chỉ dùng dữ liệu của 3 sub-frame đầu để tính toán vị
trí tương đối với một vệ tinh xác định vì nó biết được thời gian cần thiết để truyền
dữ liệu và vị trí vệ tinh ở thời điểm tín hiệu được truyền.
1.2.2. Thành phần điều khiển
Thành phần điều khiển của GPS là một mạng lưới các trạm thu phát tín hiệu
được lắp đặt rải rác trên thế giới. Nó bao gồm một Master Control Station (MCS),
tại Falcon Air Force Base (AFB) ở Colorado Springs, USA, và các trạm điều khiển
(Monitor Station – MS) cùng các ăng-ten mặt đất (Ground Antena – GA).
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 10
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
Các trạm này có nhiệm vụ giám sát và quản lý mạng lưới vệ tinh. Chúng cập
nhật các thông tin mới, dữ liệu chữa lỗi (nếu có) lên mỗi vệ tinh sau mỗi 4h. Dữ liệu
chữa lỗi bao gồm dữ liệu về vị trí và thời gian của vệ tinh đó cũng như các vệ tinh
khác trên quỹ đạo [8].
Hình 8. Chức năng của thành phần điều khiển trong hệ thống GPS
- TT&C Link: tín hiệu điều khiển Telemery, Track, Command để cập nhật
thông tin, sửa sai dữ liệu, điều khiển vệ tinh.
- GPS SIS - GPS Signal-In-Space: tín hiệu cập nhật thông tin định vị cho vệ
tinh.
1.2.3. Thành phần người dùng
Thành phần người dùng trong hệ thống chính là các loại thiết bị thu nhận tín
hiệu vệ tinh. Chúng sẽ phân tích tín hiệu và tính toán dữ liệu để tìm ra vị trí hiện tại
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 11
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
và thời gian chính xác tại thời điểm đó. Tuy nhiên GPS cung cấp hai cấp độ dịch vụ
là dịch vụ định vị chính xác (Precise Positioning Service – PPS) và dịch vụ định vị
tiêu chuẩn (Standard Positioning Service – SPS) [8].
PPS là dịch vụ chỉ dành cho quân đội Mỹ và các đồng minh. PPS cung cấp độ

chính xác 16m Spherical Error Probable (SEP) (3-D, 50%) và 100 nano giây
Universal Coordinated Time (UTC). Thiết bị thu nhận có thể bắt được vận tốc với
độ chính xác 0.2m/s 3-D. Tuy nhiên, đây là các thiết bị đặc biệt, có chức khả năng
giải mã các tín hiệu của PPS, nên chỉ có quân đội có quyền dùng.
SPS là dịch vụ dành cho dân sự với độ chính xác 156m 3D (95%) và 337 nano
giây UTC. Độ chính xác này có thể bị giảm xuống nữa nếu Bộ Quốc Phòng Mỹ, cơ
quan chủ quản của GPS quyết định thay đổi cấp độ Selective Availability (SA) và
Anti-Spoofing (A-S) (ví dụ như trong thời chiến).
Một thiết bị thu nhận tín hiệu GPS có các phần chính sau đây [5]:
Hình 9. Sơ đồ khối chức năng thiết bị thu nhận tín hiệu GPS
Các thành phần này có nhiệm vụ sau đây:
- Radio Frequency Chain: thành phần khuyếch đại biên độ và điều chế tần số
(cho ra tần số mong muốn). Thành phần phần cứng này có thể thay thế bằng
software radio (điều chỉnh được chức năng bộ khuyếch đại bằng phần mềm –
điều biên, điều tần).
- ADC: bộ chuyển đổi tương tự - số.
- Acquisition (dò tín hiệu): tìm tín hiệu vệ tinh nhất định.
- Bắt tín hiệu (Tracking): tìm kiếm sự chuyển đổi pha của dữ liệu định vị.
(Trước đây thành phần Acquisition và Tracking thuộc về phần cứng).
- Dữ liệu nhận được được phân tích (tách frame dữ liệu).
- Ephemeris & pseudorange: Tính toán dữ liệu thiên văn và khoảng cách thô.
- Tính toán vị trí vệ tinh.
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 12
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
- Tính toán vị trí thiết bị thu nhận.
Các bước cơ bản để thiết bị thu nhận tính hiệu tính toán được vị trí của nó là:
- Thiết bị thu nhận bắt tín hiệu từ một vệ tinh GPS.
- Nó xác định sự khác nhau về thời gian giữa thời điểm hiện tại và thời gian
được truyền qua tín hiệu (thời gian vệ tinh bắt đầu phát tín hiệu).
- Nó tính toán khoảng cách từ vệ tinh tới thiết bị, với giả thiết vận tốc truyền

bằng vận tốc ánh sáng.
- Thiết bị thu nhận bắt tín hiệu từ hai hoặc nhiều hơn các vệ tinh khác, và tiếp
tục tính toán khoảng cách tới chúng.
- Biết được khoảng cách tới 3 điểm biết trước, thiết bị thu nhận ước lượng
được khoảng cách của nó.
1.3. Phương pháp định vị
1.3.1. Tính toán lý tưởng
Hệ thống GPS sử dụng phương pháp tính toán khoảng cách TOA (Time Of
Arrival). Thời gian tín hiệu bắt đầu được truyền đi sẽ được nhúng vào trong dữ liệu
truyền. Thiết bị nhận sẽ xác nhận thời gian bắt được tín hiệu, và tính toán khoảng
thời gian chênh lệch để tìm được thời gian truyền. Giá trị này nhân với vận tốc
truyền (vận tốc ánh sáng c) sẽ cho ra khoảng cách từ vệ tinh tới thiết bị thu nhận.
Giả sử như một vệ tinh truyền tín hiệu đi tại thời điểm t
si
. Thiết bị thu sẽ nhận
được tín hiệu tại thời điểm t
u
sau đó. Như vậy khoảng cách giữa thiết bị thu và vệ
tinh i sẽ được tính bởi quan hệ [5]:
ρ
iT
= c(t
u
– t
si
)
Với mỗi khoảng cách, có thể xác định được một mặt cầu có tâm là vị trí của vệ
tinh. Nếu thiết bị thu nhận được tín hiệu từ 3 vệ tinh trở lên, sẽ tính toán được vị trí
chính xác của thiết bị như hình minh họa dưới. Có thể thấy trong Hình 10(d), có 2
vị trí được xác định là tọa độ thiết bị. Tuy nhiên có thể loại bỏ 1 điểm, vì có thể biết

chắc nếu thiết bị ở trên bề mặt trái đất thì điểm thấp hơn sẽ được chấp nhận. Trong
trường hợp một vật thể bay (máy bay) thì cần có thêm các thông tin khác để xác
định chính xác tọa độ (như dựa vào dữ liệu từ vệ tinh thứ 4).
Chú ý rằng vị trí thiết bị thu nhận đang đề cập tới được xác định trong một hệ
tọa độ đề-các.
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 13
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
Hình 10. Phương pháp định vị trong không gian [1]
(a) Vị trí người dùng ở trên bề mặt cầu. (b) Vị trí người dùng nằm trên vành tròn
màu xám.
Hình 10. (tiếp) (c) Mặt phẳng giao nhau cắt ngang. (d) Vị trí người dùng thuộc một
trong hai điểm đánh dấu. (e) Mặt cắt ngang
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 14
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
Tiến hành xem xét vấn đề dưới góc nhìn các phương trình toán học cụ thể. Giả
sử trong trường hợp này các khoảng cách tính toán được là chính xác và vị trí các
vệ tinh là biết được. Gọi 3 điểm này là r1 (x1, y1, z1), r2 (x2, y2, z2) và r3 (x3, y3,
z3). Gọi điểm xác định vị trí thiết bị thu là r
u
(x
u
, y
u
, z
u
). Khoảng cách giữa r1, r2 và
r3 tới điểm chưa biết r
u
là đo được với các giá trị p1, p2 và p3 thì phương trình biểu
diễn sẽ là [5]:

Như vậy với 3 phương trình và 3 ẩn, hệ phương trình này hoàn toàn có thể giải
được. Nhưng do các phương trình này không phải dạng phương trình tuyến tính nên
khó có thể giải trực tiếp mà phải sử dụng các kỹ thuật tuyến tính hóa và lặp để giải.
Ở các phương trình này thì tọa độ của vệ tinh là biết trước. Trong thực tế thì vị
trí của vệ tinh được xác định nhờ các thông tin định vị mà thiết bị thu nhận bắt
được.
Hình 11. Hệ tọa độ Oxyz
1.3.2. Tính toán có sai số
Về mặt lý thuyết, khoảng cách được tính bằng cách lấy thời gian nhân với vận
tốc. Tuy nhiên, thực tế thời gian truyền tín hiệu trong không gian không phải là thời
gian chênh lệch giữa hai đồng hồ đo (thời gian nhận của thiết bị thu nhận và thời
gian phát của vệ tinh). Nguyên nhân là do tín hiệu không phải bao giờ cùng truyền
theo đường thẳng, và vận tốc không phải là hằng số, ví dụ như độ trễ truyền do ảnh
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 15
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
hưởng của tầng khí quyển, sự sai lệch của đồng hồ đo, hiệu ứng giao thoa, hiện
tượng ‘đa đường’… Do vậy, thời gian thực tế để tín hiệu truyền từ vệ tinh tới thiết
bị thu nhận bao giờ cũng lớn hơn tính toán lý thuyết [5].
Có thể thấy trên Hình 12, khoảng cách tính toán được từ vệ tinh tới thiết bị bị
ảnh hưởng bởi một hằng số ε đặc trưng cho các sai số có thể có. Đường đứt nét thể
hiện khoảng cách tính toán được, còn đường liền nét thể hiện khoảng cách thật sự.
Sai số dẫn tới không thể tìm ra một tọa độ chính xác cho thiết bị mà chỉ xác định
được vùng không gian có thể chứa tọa độ đó.
Hình 12. Xác định khoảng cách do sai số[1]
Hình 13. Ước lượng vị trí người dùng[1]
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 16
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
Để biểu diễn toán học cho vấn đề này, gọi thời điểm vệ tinh bắt đầu gửi tín hiệu
là t
si

. Thiết bị thu sẽ nhận được tín hiệu tại thời điểm t
u
. Như vậy khoảng cách giữa
thiết bị thu và vệ tinh thứ i được tính bởi quan hệ sau [5]:
Với c là vận tốc ánh sáng, ρ
iT
là giá trị chính xác khoảng cách giữa vệ tinh i và
thiết bị thu.
Do ảnh hưởng của môi trường truyền mà các giá trị này không đúng so với lý
thuyết. Thời điểm thực sự truyền là t’
si
và thời điểm thực sự nhận là t’
u
với quan hệ:
Với ∆b
i
là lỗi đồng hồ vệ tinh, b
ut
là lỗi đồng hồ của thiết bị thu. Ngoài sai lệch
do đồng hồ, còn nhiều yếu tố khác ảnh hưởng tới phương trình này, bao gồm trễ do
tầng khí quyển, nhiễu, … Như vậy, hệ phương trình xác định tọa độ phải được viết
lại như sau:
Với b
u
là tổng hợp các sai lệch trong tính toán khoảng cách do nhiều yếu tố gây
nên. Hệ phương trình có 4 ẩn, do đó cần 4 phương trình để giải ra các giá trị cần
thiết. Muốn vậy thiết bị thu cần bắt được tín hiệu từ ít nhất 4 vệ tinh để có thể tính
toán vị trí chính xác.
1.3.3. Các hệ tọa độ tham chiếu
Như đã nói ở trên, hệ tọa độ dùng để tính toán vị trí là hệ tọa độ Đề-cac, lấy tâm

là tâm của trái đất và các trục có hướng xác định dựa vào các vì sao. Hệ tọa độ này
gọi là hệ trục ECI (Earth Centered Inertial). Một vệ tinh GPS tuân theo các định luật
về chuyển động và trọng lực của Newton trong hệ tọa độ ECI. Thông thường mặt
phẳng xy là đồng nhất với mặt phẳng xích đạo. Trục +x- được gắn cố định theo một
hướng xác định tương đối so với đường chân trời, còn trục +z- trực giao với mặt
phẳng xy về hướng cực bắc, trục +y- được chọn để tạo hệ trục quay phải tay
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 17
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
(dương 90
0
). Trong trường hợp này hệ tọa độ đã coi trái đất có hình cầu hoàn hảo,
và các tính toán đều dựa trên đặc tính đó. Tuy nhiên, thực tế trái đất có hình gần
giống elip và bản thân trái đất tự quay quanh mình nên không thể sử dụng hệ trục
tọa độ đó để biểu diễn vị trí của người dùng.
Do đó, người ta đưa ra hệ trục tọa độ ECEF (Earth Centered Earth Fixed). Hệ
tọa độ này xác định vị trí người dùng với các tham số cao độ, kinh độ, vĩ độ của
người dùng. Tọa độ này cũng tương ứng với cách biểu diễn bản đồ phổ biến trên thế
giới, do đó dễ dàng xác định vị trí người dùng trên bản đồ [1].
Hình 14. Chuyển đổi hệ tọa độ ECI sang ECEF
Sau khi tính toán tọa độ trong hệ ECI, giá trị đó sẽ được chuyển đổi sang hệ
ECEF. Để thực hiện được sự chuyển đổi này, người ta đưa ra các mô hình toán học
biểu diễn trái đất WGS (World Geodetic System). Mô hình này có nhiều phiên bản
(được chỉnh lý qua nhiều năm), trong đó WGS-84 được coi là mô hình chuẩn và
được sử dụng rộng rãi. Các mô hình này đều coi trái đất có dạng elipse, nhưng có sự
khác nhau ở giá trị các hằng số tham gia vào quá trình tính toán. Ví dụ như, hằng số
e dùng để đo độ kì dị của một elipse, được xác định là e
2
= 0.00669437999014 trong
WGS 84, nhưng trong chuẩn GRS 80 thì nó lại có giá trị e
2

= 0.0669438002290.
Bước chuyển đổi tọa độ từ ECI sang ECEF được thực hiện thông qua một loạt các
phương trình toán học với các hằng số thiên văn đã được định nghĩa sẵn.
Hình 15. Mô hình toán học của trái đất
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 18
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
Tuy nhiên các mô hình này không phải là chính xác tuyệt đối bởi địa hình bề
mặt trái đất không hề bằng phẳng. Do đó, cần có thêm các bước tính toán để đưa ra
vị trí chính xác của người dùng trên bề mặt trái đất. Bởi vì mỗi nước lại có những
bản đồ thực địa riêng của mình nên phải đưa ra cách tham chiếu giữa tọa độ trong
hệ ECEF với bản đồ thật sự [6].
Hình 16. Mối quan hệ giữa mô hình toán học và bề mặt thật sự cúa trái đất [6]
Khó khăn nhất trong tính toán là xác định được độ cao chính xác vì địa chất thực
tế phức tạp hơn các mô hình tính toán rất nhiều.
1.4. Các loại sai số trong hệ thống
Dưới đây đồ án đề cập tới các loại sai số ảnh hưởng tới độ chính xác của thiết bị
thu nhận.
1.4.1. Trễ do tầng khí quyển
Đây là trễ tín hiệu gây ra do tầng khí quyển trái đất (bao gồm tầng điện ly và
tầng đối lưu). Hiện tượng này làm cho tín hiệu vệ tinh bị giảm cường độ, đôi lúc
gây ra mất tín hiệu khiến cho các thiết bị thu nhận khó khăn trong việc lần theo tín
hiệu vệ tinh. Hiện tượng này có thể được giảm thiểu do người ta đã đưa ra các mô
hình toán học biểu diễn sự ảnh hưởng này. Dựa vào mô hình toán học có thể tính
toán và loại bỏ ảnh hưởng do hiện tượng này gây ra.
Một mô hình toán học đơn giản biểu thị một tín hiệu GPS cụ thể mà thiết bị thu
nhận được là [1]:
Với P là năng lượng tín hiệu nhận được, ω là tần số sóng mang (rad/s), s(t) là tín
hiệu truyền được chuẩn hóa, và n(t) là nhiễu.
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 19
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS

Ảnh hưởng do các hiện tượng ở tầng điện ly gây ra sự đảo lộn ở cả biên độ và
tần số của tín hiệu nhận được, dẫn tới mô hình phức tạp hơn là:
Với là tham số không đơn vị, dương biểu thị sự thay đổi biên độ do ảnh hưởng
điện ly, và là tham số (rad) biểu diễn sự thay đổi pha. Các hằng này được tính
toán nhiều lần bằng thực nghiệm và được đưa ra các giá trị sao cho độ chính xác là
cao nhất.
Hình 17. Ảnh hưởng của tầng điện ly tới năng lượng tín hiệu [1]
1.4.2. Sai số đồng hồ
Mặc dù đồng hồ nguyên tử trên vệ tinh là rất chính xác (sai số 3nano giây),
nhưng đôi lúc chúng cũng gây ra những sai số nhỏ, ảnh hưởng tới độ chính xác của
vị trí. Các trường dữ liệu sửa lỗi trong Navigation Message được đặt kích thước lớn
cho sai số lên tới 1ms (sai lệch 1ms có thể gây ra sai số 300-km về khoảng cách).
Các sai số này thường xuyên được kiểm soát bởi Thành phần điều khiển (xem III.2)
và sẽ nhận được các tín hiệu sửa lỗi ngay [1,6,8]. Các tham số sửa lỗi được ghi nhận
bởi thiết bị thu sử dụng một phương trình bậc 2 [1]:
Với các tham số:
a
f0
= độ lệch đồng hồ
a
f1
= tốc độ trôi đồng hồ (s/s)
a
f2
= tần số trôi (s/s
2
)
t
∞
= thời gian tham chiếu dữ liệu đồng hồ (s)

t = thời gian bắt đầu hiện tại (s)
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 20
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
∆t
r
= sự sửa lỗi theo hiệu ứng tương đối
Các tham số này được tính toán nhờ phương pháp ước lượng đường cong gần
nhất nên độ chính xác không phải là tuyệt đối. Sai số không thể loại bỏ được về
khoảng cách có thể là 0.3 – 4m.
Đồng hồ ở phía thiết bị thu nhận kém chính xác hơn rất nhiều. Sai số do nó gây
ra thường lớn. Tuy nhiên, thiết bị thu nhận luôn có một quá trình đồng bộ thời gian
với vệ tinh thông qua các dữ liệu về thời gian thu nhận được trong tín hiệu GPS.
1.4.3. Hiện tượng giao thoa
Thiết bị thu nhận GPS thường nhận được các tín hiệu sóng radio từ nhiều nguồn
khác nhau gây ra hiện tượng giao thoa tại thiết bị. Hiện tượng này thường không
đoán nhận được, nhưng có trường hợp là biết trước (hiện tượng jamming).
Hiện tượng giao thoa thông thường được phân loại theo tần số: giao thoa dải
hẹp và dải rộng, tùy thuộc vào độ lớn nhỏ của băng thông của tín hiệu giao thoa so
với tín hiệu vệ tinh. Sự giao thoa có thể xảy ra giữa tín hiệu của các vệ tinh với nhau
(self-interfernce hay intrasystem interference) hoặc giữa các hệ thống định vị vệ
tinh khác nhau (intersystem interference) như GPS và GALILEO [1].
Hiện tượng giao thoa có chủ ý (jamming, spoofing) xảy ra khi tổ chức chủ quản
của GPS phát ra các sóng gây nhiễu để làm giảm độ chính xác của các tín hiệu vệ
tinh. Điều này xảy ra trong các điều kiện đặc biệt như chiến tranh, nếu nước Mỹ
buộc phải bảo vệ chính họ khỏi các thiết bị định vị GPS. Các thiết bị thu nhận của
quân đội đã được thiết kế để giảm tối thiểu ảnh hưởng của hiện tượng này.
1.4.4. Hiện tượng đa đường, bóng tín hiệu
Hình 18. Sai số do Multipath và Shadowing [1]
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 21
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS

Đây là hiện tượng tín hiệu vệ tinh không đến trực tiếp thiết bị thu nhận theo một
đường thẳng mà theo các đường gấp khúc do sự phản xạ tín hiệu trên các đối tượng
khác, ví dụ như các công trình tòa nhà cao tầng, hoặc tín hiệu đi xuyên qua các lớp
vật chất khác nhau như lá cây, làm cho tín hiệu bị trễ so với thời gian thực sự. Hiện
tượng này không chỉ gây ra độ trễ mà còn làm giảm cường độ tín hiệu, thay đổi các
đặc tính của tín hiệu. Ví dụ như nếu tín hiệu bình thường (không xảy ra hiện tượng
‘đa đường’) có phương trình dạng [1]:
Với x(t) là tín hiệu được truyền đi, Τ
0
là thời gian tín hiệu truyền từ vệ tinh tới
thiết bị, f
c
là tần số sóng mang thì phương trình đơn giản nhất biểu diễn tín hiệu khi
xảy ra hiện tượng ‘đa đường’ là:
Trong đó N là số bước phản xạ, α
0
là biên độ nhận được của sóng trực tiếp và α
n
là biên độ nhận được của các sóng phản xạ thứ n, T
0
là thời gian trễ của sóng trực
tiếp, T
n
là thời gian trễ của sóng phản xạ thứ n, Ф
o
là pha nhận được của sóng mang
theo được trực tiếp, Ф
0
là pha nhận được của sóng mang của lần phản xạ thứ n và f
n

là tần số nhận được của sóng phản xạ thứ n tương đối so với tần số sóng mang. Các
tham số này còn biến đổi phụ thuộc vào chuyển động của vệ tinh và thiết bị thu
nhận, cũng như chuyển động của đối tượng gây ra phản xạ.
1.4.5. Tham số Dilution Of Precision (DOP)
Dilution Of Precision (DOP) hay Độ Giảm Chính Xác là các giá trị đo độ chính
xác mà các thiết vị định vị có thể tính toán được phụ thuộc vào các vị trí địa lý
không gian khác nhau của các vệ tinh. Ví dụ như trong hình dưới đây
(a) Vị trí tốt của vệ tinh (b) Vị trí không thuận lợi
Hình 19. Dilution Of Precision (DOP) [6]
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 22
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
Ta thấy trong hình (a) thì khoảng không gian giao nhau mà các tín hiệu vệ tinh bao
phủ là nhỏ hơn so với hình (b), nghĩa là vị trí tính toán được đối với trường hợp đầu
sẽ có sai số nhỏ hơn so với trường hợp sau. Dựa vào nhận xét này mà người ta đã
tính toán và đưa ra các thông số đặc trưng gọi là các thông số DOP.
Giá trị GDOP (Geometrical DOP – DOP hình học) được định nghĩa như sau [5]:
với σ là sai số của khoảng cách thô đo đạc được, có trung bình bằng 0; các giá trị σ
x

σ
y
σ
z
là sai số theo các phương x,y,z của vị trí người dùng; σ
b
là sai số do đồng hồ.
Giá trị PDOP (Positional DOP – DOP vị trí) được định nghĩa là:
Giá trị HDOP (Horizontal DOP – DOP theo chiều ngang) được định nghĩa là:
Giá trị VDOP (Vertical DOP – DOP theo chiều dọc) được định nghĩa là:
Giá trị TDOP (Time DOP – DOP thời gian) được định nghĩa là:

Giá trị DOP tính toán được càng nhỏ thì độ chính xác càng cao. Theo hình minh
họa có thể thấy muốn giảm DOP thì phần không gian mà 4 vệ tinh chiếm phải càng
lớn càng tốt. Giả sử 4 vệ tinh hình thành nên điều kiện tốt nhất. Ở điều kiện này thì
góc nghiêng là 0
0
và 3 trong 4 vệ tinh hình thành nên tam giác đều. Người quan sát
ở vị trí chính giữa của tứ diện. Các giá trị DOP tính toán được trong điều kiện này là
GDOP = = 1,73, VDOP = = 1,63, HDOP = VDOP = 2/ = 1,15 và
TDOP = 1/ = 0,58. Đây là các giá trị nhỏ nhất mà khi lựa chọn vệ tinh để thu tín
hiệu, cần đạt tới các giá trị DOP này.
1.4.6. Tham số Selective Availability, Anti Spoofing
Selective Availability (SA) là quá trình được thực hiện bởi Bộ Quốc Phòng Mỹ.
Quá trình này sẽ loại bỏ khả năng sử dụng GPS của các thiết bị dân dụng và các đối
tượng thù địch nước ngoài bằng cách thay đổi các thông số phát tín hiệu (thông qua
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 23
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
các trạm điều khiển) cũng như các giá trị thiên văn. Những thiết bị của quân đội Mỹ
sẽ không bị ảnh hưởng bởi thay đổi này.
Anti Spoofing (A/S) cũng tương tự như SA trong đó mục đích là loại bỏ các truy
cập của thiết bị dân dụng và thế lực thù địch tới thành phần P-code, bắt buộc phải
sử dụng thành C/A-code (mà thành phần này đã bị thay đổi bởi quá trình SA). Quá
trình A/S sẽ mã hóa P-code thành Y-code, loại mã chỉ có thể giải được khi dùng các
thiết bị của quân đội.
1.5. GPS vi sai – DGPS
DGPS là phương pháp nâng cao độ chính xác của hệ thống bằng cách sử dụng
các trạm phát tín hiệu mà các trạm này có tọa độ đã biết trước. Các trạm này được
trang bị thiết bị định vị, và sau đó phát các tín hiệu được dùng để sửa lỗi cho các
thiết bị định vị khác. Nhờ vào các dữ liệu này có thể tính toán ra vị trí người dùng
một chính chính xác hơn rất nhiều.
Hình 20. Mô hình khải niệm DGPS

Có thể phân loại DGPS theo nhiều cách: DGPS tương đối hay tuyệt đối; DGPS
khu vực nội bộ, theo vùng, hoặc diện rộng; DGPS dựa trên tín hiệu mã hay tín hiệu
mang.
Hệ thống DGPS có thể chữa các sai số sau:
1.5.1. Chữa lỗi đồng hồ vệ tinh
Sai số do độ trễ tín hiệu gây ra có thể dễ dàng được chỉnh sửa nhờ vào DGPS.
Đó là bởi vì lỗi đồng hồ vệ tinh gây ra những ảnh hưởng giống nhau lên các phép
tính toán khoảng cách thô và pha sóng mang, không kể đến vị trí của người dùng.
Ví dụ như, nếu đồng hồ vệ tinh bị sai lệch 10ns, nó sẽ gây ra sai số 3m trong tính
khoảng cách và sai số trong phép đo đạc pha sóng mang của một thiết bị thu ở bất kì
SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 24
Tìm hiểu công nghệ GPS, xây dựng thử nghiệm kịch bản hệ quản lý taxi với bộ thí nghiệm NavSAS
điểm nào. Các trạm RS cũng bị ảnh hưởng tương tự nên nó chỉ cần tính ra sai lệch
này và gửi thông tin sửa lỗi cho thiết bị thu nhận của người dùng theo một tần số
nhất định (tương ứng với độ lệch).
1.5.2. Chữa lỗi sai lệch thông số vệ tinh
Lỗi trong việc truyền đi vị trí của vệ tinh trong không gian cũng dẫn tới sai lệch
trong tính toán khoảng cách và pha sóng mang. Để định lượng sai số này, có thể sử
dụng mô hình bài toán như sau để tính toán [1]. Gọi U là vị trí người dùng, M là vị
trí trạm thu phát tín hiệu, khoảng cách giữa chúng là p. Vị trí thật sự của vệ tinh là
tại S, nhưng do sai số dẫn tới ước lượng vị trí sai tại S’, và độ lệch sẽ là ε
s
. Gọi d
m
và
d’
m
là các khoảng cách thật và khoảng cách ước lượng giữa trạm thu phát và vệ tinh,
còn d
u

và d’
u
là khoảng cách thật và ước lượng giữa người dùng và vệ tinh. Gọi Φ
m
là
góc hợp bởi SMU và α là góc SMS’. Dựa trên các định lý hình học sin và cosin có
thể thu được các phương trình sau:
Với α’ là sự sai lệch Φ
m
- Φ’
m
về góc nghiêng của vệ tinh giữa vị trí thật và vị trí
ước lượng so với trạm thu.
Hình 21. Tính toán sai số dữ liệu định vị nhờ DGPS [1]
Giải các phương trình này và đánh giá sai số, kết quả thu được là:
Với ε
m
= d’
m
– d
m
và ε
u
= d’
u
– d
u
. Độ sai lệch này chính là sai số cần sửa tại vị trí
người dùng. Phương trình này chỉ ra sai số tăng lên tỉ lệ với khoảng cách giữa trạm
thu và người dùng. Ví dụ, nếu sai số của vị trí vệ tinh ước lượng được là 5m và

SVTH: Đoàn Ngọc Hà – Lớp Mạng Truyền Thông – K49 – ĐHBKHN 25