Bài giảng Hệ thống định vị toàn cầu

31/08/2011
1
Khoa QLĐĐ&BĐSKhoa QLĐĐ&BĐS
Bộ môn Công nghệ Địa chínhBộ môn Công nghệ Địa chính
Bài giảngBài giảng
HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦUHỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU
Ks. Thái Văn HòaKs. Thái Văn Hòa
Tp, Hồ Chí Minh 2011Tp, Hồ Chí Minh 2011
11 1 1 Ý tưởng về GPSÝ tưởng về GPS
Chương Chương 11:: HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU
31/08/2011
2
1.2 Mô tả hệ thống GPS1.2 Mô tả hệ thống GPS
Hình 1.1 Các đoạn trong hệ thống GPS
11 22 11 ĐoạnĐoạn khôngkhông giangian
GồmGồm 2424 vệvệ tinhtinh baybay trêntrên 66 quỹquỹ đạođạo vòngvòng
quanhquanh TráiTrái đấtđất cứcứ bốnbốn vệvệ tinhtinh quayquay trêntrên mỗimỗi quỹquỹ
đạođạo cáchcách mặtmặt đấtđất khoảngkhoảng
2020 200200 kmkm
vàvà mỗimỗi
vòngvòng baybay hếthết 1111 giờgiờ 5858 phútphút CácCác vệvệ tinhtinh đãđã đượcđược
phânphân bốbố saosao chocho tạitại bấtbất cứcứ mộtmột nơinơi nàonào trêntrên TráiTrái
đấtđất vàvà vàovào mỗimỗi thờithời điểmđiểm cócó thểthể nhậnnhận tíntín hiệuhiệu ítít
nhấtnhất từtừ 44 vệvệ tinhtinh
MỗiMỗi vệvệ tinhtinh truyềntruyền vềvề TráiTrái đấtđất tíntín hiệuhiệu đượcđược
mãmã hoáhoá cùngcùng vớivới thôngthông tintin đạođạo hànghàng màmà máymáy thuthu
cócó thểthể đọcđọc được,được, đượcđược điềuđiều biếnbiến trêntrên haihai tầntần sốsố
sóngsóng tảitải
31/08/2011
3
TheoTheo địnhđịnh luậtluật KeplerKepler vềvề quỹquỹ đạođạo chuyểnchuyển

động,động, mỗimỗi quỹquỹ đạođạo vệvệ tinhtinh cócó hìnhhình dạngdạng xấpxấp xỉxỉ
hìnhhình elipelip vớivới tâmtâm trùngtrùng vớivới tâmtâm khốikhối lượnglượng củacủa TráiTrái
đấtđất BánBán kínhkính lớnlớn củacủa elipelip nàynày khoảngkhoảng 2626 600600 kmkm,,
gầngần gấpgấp 44 lầnlần bánbán kínhkính TráiTrái đấtđất MỗiMỗi mặtmặt phẳngphẳng
quỹquỹ đạođạo tạotạo vớivới mặtmặt xíchxích đạođạo mộtmột gócgóc 5555
oo

VệVệ tinhtinh GPSGPS phóngphóng lênlên quỹquỹ đạođạo đượcđược phânphân rara
cáccác khốikhối (Block),(Block), lầnlần lượtlượt làlà khốikhối I,I, khốikhối II,II, khốikhối IIII
A,A, IIII RR rồirồi IIII FF ĐếnĐến naynay cáccác vệvệ tinhtinh haihai khốikhối đầuđầu
đãđã bịbị loạiloại khỏikhỏi quỹquỹ đạođạo MỗiMỗi vệvệ tinhtinh cócó kíchkích thướcthước
chừngchừng 55m,m, trọngtrọng lượnglượng 11÷÷22 tấn,tấn, đượcđược trangtrang bịbị 22
đồngđồng hồhồ nguyênnguyên tửtử loạiloại rubidiumrubidium vàvà 22 đồngđồng hồhồ
nguyênnguyên tửtử loạiloại celiumcelium TuổiTuổi thọthọ vệvệ tinhtinh làlà 77,,55 nămnăm
Hình 1.2 Vệ tinh GPS
Hình 1.3 Mô phỏng quỹ đạo
vệ tinh GPS
31/08/2011
4
11 22 22 ĐoạnĐoạn điềuđiều khiểnkhiển
TrạmTrạm điềuđiều khiểnkhiển trungtrung tâmtâm đặtđặt tạitại ColoradoColorado
SpringsSprings,, 55 trạmtrạm quanquan trắctrắc tíntín hiệuhiệu từtừ vệvệ tinhtinh vàvà 33
trạmtrạm kiểmkiểm soátsoát mặtmặt đấtđất phânphân bốbố trảitrải rộngrộng trêntrên toàntoàn
cầucầu
TrạmTrạm điềuđiều khiểnkhiển tậptập hợphợp sốsố liệuliệu đođo GPSGPS từtừ
cáccác trạmtrạm quanquan trắctrắc đểđể xácxác địnhđịnh vàvà dựdự báobáo toạtoạ độđộ
củacủa vệvệ tinhtinh vàvà cáccác thamtham sốsố củacủa đồngđồng hồhồ vệvệ tinh,tinh,
tiếptiếp theotheo gửigửi cáccác thôngthông tintin nàynày đếnđến mộtmột trongtrong baba
trạmtrạm kiểmkiểm soátsoát mặtmặt đấtđất đểđể từtừ đâyđây gửigửi lênlên vệvệ tinhtinh
TrạmTrạm điềuđiều khiểnkhiển còncòn làlà kiểmkiểm soátsoát cáccác vệvệ tinhtinh vàvà

hoạthoạt độngđộng củacủa toàntoàn hệhệ thốngthống
MạngMạng lướilưới trạmtrạm quanquan trắctrắc xácxác địnhđịnh toạtoạ độđộ vệvệ
tinhtinh quảngquảng bábá vàvà cáccác thamtham sốsố đồngđồng hồhồ vệvệ tinhtinh
1.2.3 Đoạn sử dụng
Cách sử dụng máy thu tín hiệu GPS.
Hình 1.4 Mạng lưới trạm điều khiển GPS (1994)
31/08/2011
5
1.3 CƠ SỞ CỦA KỸ THUẬT ĐO GPS1.3 CƠ SỞ CỦA KỸ THUẬT ĐO GPS
11 33 11 CấuCấu trúctrúc tíntín hiệuhiệu GPSGPS
Bảng 1.1 Các đại lượng vật lý cơ bản liên quan
Đại lượng Ký hiệu Đơn vị
Tần số f Chu kỳ/s
Pha
ϕ
Chu kỳ
Độ dài bước sóng
λ
m/chu kỳ
Chu kỳ P s
Tốc độ ánh sáng c m/s
TốcTốc độđộ ánhánh sángsáng cc == 299299 792792 458458 m/sm/s làlà
hằnghằng sốsố cơcơ bảnbản
π
= =
λ
2 c
f
P
ϕ

=
d
f
dt
( )
ρ
ρ
 
ϕ = − = −
 
 
f t t f t
c
Tần số được định nghĩa:Tần số được định nghĩa:
Tần số tức thời được định nghĩa là đạo hàm Tần số tức thời được định nghĩa là đạo hàm
riêng của pha theo thời gian t:riêng của pha theo thời gian t:
Phương trình pha sóng điện từ:Phương trình pha sóng điện từ:
31/08/2011
6
ĐồngĐồng hồhồ nguyênnguyên tửtử celiumcelium trêntrên vệvệ tinhtinh tạotạo
rara tầntần sốsố chuẩnchuẩn ff
oo
==1010,,2323MhzMhz vớivới độđộ ổnổn địnhđịnh rấtrất
caocao ((1010
1212
/ngày/ngày)) HaiHai tầntần sốsố sóngsóng tảitải đượcđược tạotạo rara
bằngbằng bộibội sốsố nguyênnguyên tầntần sốsố chuẩn,chuẩn, 154154 đốiđối vớivới
sóngsóng LL11 (tần(tần sốsố 15751575,,4242 Mhz,Mhz, bướcbước sóngsóng 1919,,00 cmcm))
vàvà 120120 đốiđối vớivới sóngsóng LL22 (tần(tần sốsố 12271227,,6060 Mhz,Mhz, bướcbước
sóngsóng 2424,,44 cmcm)) TạoTạo nênnên sóngsóng LL22 đểđể xácxác địnhđịnh độđộ

trễtrễ tíntín hiệuhiệu trongtrong tầngtầng điệnđiện lyly CácCác thôngthông tintin vềvề
thờithời giangian theotheo đồngđồng hồhồ vệvệ tinhtinh vàvà cáccác thamtham sốsố quỹquỹ
đạođạo vệvệ tinhtinh đượcđược mãmã hoáhoá dướidưới dạngdạng cáccác chuỗichuỗi nhịnhị
phânphân trêntrên sóngsóng tảitải thôngthông quaqua quáquá trìnhtrình điềuđiều biếnbiến
CóCó 33 loạiloại mãmã trêntrên sóngsóng tảitải làlà mãmã C/AC/A,, mãmã PP
vàvà ThôngThông tintin đạođạo hànghàng
MãMã C/AC/A thườngthường đượcđược hiểuhiểu làlà mãmã thôngthông dụngdụng
gồmgồm dãydãy 10231023 kíkí tựtự 00 vàvà 11,, đượcđược lặplặp lạilại sausau mỗimỗi
phầnphần triệutriệu giâygiây,, tươngtương đươngđương chiềuchiều dàidài bướcbước sóngsóng
300300mm MãMã C/AC/A chỉchỉ đượcđược truyềntruyền cócó trêntrên sóngsóng tảitải LL11
MãMã PP mãmã chínhchính xácxác làlà chuỗichuỗi rấtrất dàidài kíkí tựtự 00
vàvà 11,, đượcđược lặplặp lạilại sausau 3838 tuầntuần lễlễ,, chiềuchiều dàidài bướcbước
sóngsóng làlà 2929,,3030mm NóNó đượcđược truyềntruyền trêntrên cảcả haihai loạiloại
sóngsóng tảitải TuyTuy nhiên,nhiên, vìvì mụcmục đíchđích anan ninh,ninh, CơCơ quanquan
quảnquản lýlý GPSGPS làlà BộBộ QuốcQuốc phòngphòng HoaHoa KỳKỳ đãđã sửsử dụngdụng
mãmã WW đểđể cheche phủphủ lênlên PP codecode tạotạo nênnên mãmã YY ChỉChỉ cócó
QuânQuân độiđội HoaHoa KỳKỳ vàvà đồngđồng minhminh mớimới đượcđược tiếptiếp cậncận
mãmã PP
31/08/2011
7
ThôngThông tintin đạođạo hànghàng làlà chuỗichuỗi sốsố liệuliệu đượcđược bổbổ
sungsung trêntrên haihai sóngsóng tảitải LL11 vàvà LL22 vàvà điềuđiều biếnbiến lưỡnglưỡng
phapha vớivới tốctốc độđộ chậmchậm 5050bitbit /giây/giây vàvà lặplặp lạilại sausau 3030
giâygiây ThôngThông tintin đạođạo hànghàng chứachứa toạtoạ độđộ vệvệ tinhtinh theotheo
thờithời gian,gian, tìnhtình trạngtrạng sứcsức khoẻkhoẻ củacủa vệvệ tinh,tinh, cáccác trịtrị
hiệuhiệu chỉnhchỉnh đồngđồng hồhồ vệvệ tinh,tinh, sốsố liệuliệu almanacalmanac củacủa vệvệ
tinh,tinh, sốsố liệuliệu khíkhí tượngtượng MỗiMỗi vệvệ tinhtinh truyềntruyền thôngthông tintin
đạođạo hànghàng củacủa riêngriêng mìnhmình cùngcùng vớivới cáccác thôngthông tintin
trêntrên cáccác vệvệ tinhtinh kháckhác nhưnhư làlà toạtoạ độđộ gầngần đúng,đúng, tìnhtình
trạngtrạng sứcsức khoẻkhoẻ

Hình 1.5 Sơ đồ về cấu trúc tín hiệu GPS
31/08/2011
8
Các thành phần
Tần số
(MHz)
Bước
sóng (cm)
Tần số cơ bản f
o
10,23
Sóng tải L1 (154f
o
) 1575,42 19,0 cm
Sóng tải L2 (120f
o
) 1227,60 24,4 cm
Mã chính xác (P-code) f
o
10,23
Mã thông dụng (C/A code) f
o
/10 1,023
W-code fo/20 0,5115
Thông tin đạo hàng f
o
/204600 50.10
-6
Bảng 1.2- Các thành phần tín hiệu GPS
2.2 Các loại máy thu GPS2.2 Các loại máy thu GPS

CóCó thểthể phânphân rara haihai loạiloại máymáy thuthu GPSGPS:: máymáy
thuthu mộtmột tầntần sốsố vàvà máymáy thuthu haihai tầntần sốsố
MáyMáy thuthu mộtmột tầntần chỉchỉ nhậnnhận đượcđược tíntín hiệuhiệu sóngsóng
tảitải LL11 MáyMáy thuthu 11 tầntần cũngcũng cócó cáccác cấucấu hìnhhình kháckhác
nhaunhau vàvà dodo đóđó chứcchức năngnăng cũngcũng kháckhác nhau,nhau, thôngthông
dụngdụng hơnhơn cảcả làlà loạiloại máymáy thuthu 11 tầntần thuthu đượcđược cảcả
codecode lẫnlẫn sóngsóng tảitải
MáyMáy thuthu 22 tầntần nhậnnhận đượcđược tíntín hiệuhiệu trêntrên cảcả
sóngsóng tảitải LL11 vàvà LL22 TuyTuy mãmã PP bịbị cheche phủ,phủ, nhưngnhưng
máymáy thuthu haihai tầntần hiệnhiện naynay cócó thểthể khôikhôi phụcphục đượcđược
đầyđầy đủđủ sóngsóng tảitải LL22 ởở mứcmức độđộ yếuyếu hơnhơn
31/08/2011
9
MáyMáy thuthu GPSGPS cócó thểthể cócó sốsố lượnglượng kênhkênh kháckhác
nhau,nhau, từtừ 11 đếnđến 1212 kênhkênh MáyMáy GPSGPS tốttốt làlà máymáy nhiềunhiều
kênh,kênh, trongtrong đóđó mỗimỗi kênhkênh liênliên tụctục nhậnnhận tíntín hiệuhiệu từtừ
mộtmột vệvệ tinhtinh HiệnHiện naynay cáccác máymáy thuthu chủchủ yếuyếu cócó từtừ 99
đếnđến 1212 kênhkênh
ViệcViệc lựalựa chọnchọn máymáy thuthu GPSGPS còncòn phụphụ thuộcthuộc
cáccác yếuyếu tốtố kháckhác nhưnhư giágiá cả,cả, dễdễ sửsử dụng,dụng, mứcmức tiêutiêu
haohao năngnăng lượng,lượng, kíchkích thướcthước vàvà trọngtrọng lượng,lượng, khảkhả
năngnăng chứachứa sốsố liệuliệu trongtrong vàvà ngoạingoại vi,vi, khảkhả năngnăng
tươngtương táctác vàvà mứcmức độđộ giảmgiảm thiểuthiểu ảnhảnh hưởnghưởng khúckhúc
xạxạ đađa đườngđường dẫndẫn
LoạiLoại máymáy thuthu 11 tầntần giágiá rẻ,rẻ, chủchủ yếuyếu đượcđược sửsử
dụngdụng đểđể đođo đạcđạc địađịa chínhchính hayhay thànhthành lậplập bảnbản đồđồ
NóNó chocho phépphép đođo chínhchính xácxác trongtrong khoảngkhoảng cáchcách
ngắn,ngắn, chừngchừng 2020 kmkm trởtrở lạilại
LoạiLoại máymáy thuthu 22 tầntần sốsố hạnhạn chếchế đượcđược ảnhảnh
hưởnghưởng này,này, nónó chocho phépphép đođo khoảngkhoảng cáchcách tớitới cáccác

điểmđiểm xaxa tuỳtuỳ ýý ĐốiĐối vớivới cáccác ứngứng dụngdụng đòiđòi hỏihỏi độđộ
chínhchính xácxác caocao nhưnhư nghiênnghiên cứucứu chuyểnchuyển độngđộng hiệnhiện
đại,đại, máymáy thuthu 22 tầntần sốsố nhiênnhiên đượcđược ưuưu tiêntiên lựalựa chọnchọn
ĂngĂng tenten cũngcũng làlà mộtmột bộbộ phậnphận khôngkhông thểthể
thiếuthiếu củacủa thiếtthiết bịbị đođo GPSGPS ĐểĐể giảmgiảm ảnhảnh hưởnghưởng củacủa
saisai sốsố khúckhúc xạxạ đađa đườngđường dẫndẫn (multipath),(multipath), cầncần lựalựa
chọnchọn loạiloại ăngăng tenten giảmgiảm thiểuthiểu đượcđược ảnhảnh hưởnghưởng nàynày
31/08/2011
10
MMộột st số loạố loại i mámáy thu GPS y thu GPS củcủa a hãhãng Trimbleng Trimble
Trimble R3 Trimble 4600LS
MMộột st số loạố loại i mámáy thu GPS y thu GPS củcủa a hãhãng Trimbleng Trimble
Trimble 5800
Trimble R8
31/08/2011
11
MMộột st số loạố loại i mámáy thu GPS y thu GPS củcủa a hãhãng Liecang Lieca
MMộột st số loạố loại i mámáy thu GPS y thu GPS củcủa a hãhãng Liecang Lieca
31/08/2011
12
MMộột st số loạố loại i mámáy thu GPS y thu GPS củcủa a hãhãng Ashtechng Ashtech
Promark 2
Promark 3
MMộột st số loạố loại i mámáy thu GPS y thu GPS củcủa a hãhãng Topconng Topcon
31/08/2011
13
1.3.3 1.3.3 CácCác hệhệ thờithời giangian
HệHệ giờgiờ thếthế giớigiới UTUT (Universal(Universal Time)Time) liênliên quanquan
tớitới chuyểnchuyển độngđộng quayquay củacủa TráiTrái đấtđất quanhquanh trụctrục củacủa
nónó màmà dạngdạng cơcơ bảnbản làlà giờgiờ UTUT11 ((vềvề giágiá trịtrị bằngbằng

GMT)GMT)
HệHệ giờgiờ độngđộng lựclực đượcđược lậplập đểđể mômô tảtả chuyểnchuyển
độngđộng củacủa vậtvật thểthể trongtrong mộtmột khungkhung quyquy chiếuchiếu cụcụ
thểthể vàvà phùphù hợphợp vớivới lýlý thuyếtthuyết trọngtrọng lựclực HệHệ giờgiờ
độngđộng lựclực TráiTrái đấtđất TDTTDT ((TerestrialTerestrial DynamicDynamic Time)Time)
dùngdùng đểđể tínhtính quỹquỹ đạođạo vệvệ tinhtinh baybay quanhquanh TráiTrái đấtđất
trongtrong trườngtrường trọngtrọng lựclực củacủa TráiTrái đấtđất
HệHệ giờgiờ nguyênnguyên tửtử quốcquốc tếtế TAITAI (International(International
AtomicAtomic Time)Time) đượcđược hìnhhình thànhthành trêntrên cơcơ sởsở phânphân tíchtích
thờithời giangian nguyênnguyên tửtử củacủa nhiềunhiều trungtrung tâmtâm trêntrên thếthế
giớigiới vàvà làlà hệhệ thờithời giangian cơcơ bảnbản trêntrên TráiTrái đấtđất ĐơnĐơn vịvị
cơcơ bảnbản củacủa TAITAI làlà giâygiây VìVì TAITAI làlà thangthang thờithời giangian
liênliên tụctục nênnên xảyxảy rara mộtmột vấnvấn đềđề cơcơ bảnbản chocho ngườingười
sửsử dụngdụng,, liênliên quanquan tớitới hiệnhiện tượngtượng quayquay chậmchậm dầndần
11 giâygiây// 11 nămnăm củacủa TráiTrái đấtđất xungxung quanhquanh MặtMặt trờitrời
KhóKhó khănkhăn nàynày đượcđược giảigiải quyếtquyết nhờnhờ đưađưa vàovào hệhệ thờithời
giangian phốiphối hợphợp quốcquốc tếtế UTCUTC (Universal(Universal TimeTime
Coordinated),Coordinated), cócó cùngcùng vậnvận tốctốc nhưnhư TAITAI nhưngnhưng
đượcđược hiệuhiệu chỉnhchỉnh tăngtăng thêmthêm cáicái gọigọi làlà bướcbước nhảynhảy 11
giâygiây
31/08/2011
14
HệHệ thờithời giangian GPSGPS GPSTGPST đãđã đượcđược liênliên kếtkết vớivới
UTCUTC vàovào 00hh ngàyngày 66//11//19801980 vàvà từtừ đóđó khôngkhông đượcđược
hiệuhiệu chỉnhchỉnh thêmthêm bướcbước nhảynhảy 11 giâygiây,, nênnên giữagiữa GPSTGPST
vàvà UTCUTC tồntồn tạitại độđộ lệchlệch thờithời giangian TuyTuy nhiênnhiên,, độđộ
lệchlệch nàynày đượcđược cungcung cấpcấp chocho ngườingười sửsử dụngdụng trongtrong
thôngthông điệpđiệp đạođạo hànghàng NgoàiNgoài rara tồntồn tạitại quanquan hệhệ::
GPSTGPST ++ 3131 giâygiây == TAITAI ((20112011))
11 33 4 4 Các đại lượng đo trong GPSCác đại lượng đo trong GPS

11 33 44 1 1 TrịTrị đođo giảgiả khoảngkhoảng cáchcách
GiảGiả khoảngkhoảng cáchcách làlà sốsố đođo khoảngkhoảng cáchcách từtừ vệvệ
tinhtinh GPSGPS tớitới ăngăng tenten máymáy thuthu NóNó cầncần thiếtthiết đểđể địnhđịnh
vịvị điểmđiểm KhoảngKhoảng cáchcách giảgiả cócó thểthể đượcđược đođo bằngbằng mãmã
hayhay bằngbằng phapha
QuáQuá trìnhtrình xácxác địnhđịnh giảgiả khoảngkhoảng cáchcách cócó thểthể
mômô tảtả nhưnhư sausau::
GiảGiả thiếtthiết rằngrằng đồngđồng hồhồ vệvệ tinhtinh vàvà đồngđồng hồhồ
máymáy thuthu đềuđều tuyệttuyệt đốiđối chínhchính xácxác vàvà đồngđồng bộbộ hoànhoàn
hảohảo vớivới nhaunhau TaTa biếtbiết rằngrằng mãmã tíntín hiệuhiệu PRNPRN đượcđược
truyềntruyền từtừ vệvệ tinh,tinh, máymáy thuthu nhậnnhận đượcđược vàvà tạotạo nênnên
bảnbản saosao củacủa nónó trongtrong máymáy thuthu
31/08/2011
15
NhưNhư vậy,vậy, khikhi mãmã PRNPRN đượcđược phátphát rara tớitới khikhi cócó
đượcđược bảnbản saosao trongtrong máymáy thuthu cầncần mộtmột khoảngkhoảng thờithời
gian,gian, đượcđược gọigọi làlà thờithời giangian lanlan truyềntruyền tíntín hiệuhiệu trongtrong
khôngkhông giangian BằngBằng cáchcách soso sánhsánh mãmã truyềntruyền tớitới vàvà
bảnbản saosao củacủa nó,nó, máymáy thuthu sẽsẽ xácxác địnhđịnh đượcđược thờithời
giangian lanlan truyềntruyền nàynày NhưNhư vậyvậy đểđể tínhtính giảgiả khoảngkhoảng
cáchcách tata chỉchỉ việcviệc nhânnhân vậnvận tốctốc ánhánh sángsáng vớivới thờithời
giangian lanlan truyềntruyền
TuyTuy nhiênnhiên trongtrong thựcthực tế,tế, đồngđồng hồhồ vệvệ tinhtinh
chưachưa thậtthật chínhchính xácxác vàvà đồngđồng hồhồ máymáy thuthu lạilại còncòn
kémkém hơn,hơn, sựsự đồngđồng bộbộ giữagiữa chúngchúng cũngcũng chưachưa hoànhoàn
hảo,hảo, nênnên trịtrị đođo giảgiả khoảngkhoảng cáchcách nàynày chứachứa cáccác saisai
sốsố vàvà độđộ lệchlệch nóinói trêntrên ĐấyĐấy làlà lýlý dodo màmà tata gọigọi làlà giảgiả
khoảngkhoảng cáchcách màmà khôngkhông gọigọi làlà khoảngkhoảng cáchcách
Hình 1.6 Trị đo giả khoảng cách
31/08/2011

16
KhoảngKhoảng cáchcách giảgiả theotheo mãmã tạitại thờithời điểmđiểm tt
đượcđược mômô hìnhhình hoáhoá nhưnhư sausau::
RR
jj
ii
(t)(t) == ρρ
jj
ii
(t)(t) ++ cc∆δ∆δ
jj
ii
(t)(t) ((11 11))
KhoảngKhoảng cáchcách hìnhhình họchọc vệvệ tinhtinh máymáy thuthu::
ĐộĐộ lệchlệch đồngđồng hồhồ
∆δ∆δ
jj
ii
(t)(t) == δδ
jj
(t)(t) δδ
ii
(t)(t) ((11 33))
VềVề saisai sốsố đồngđồng hồhồ vệvệ tinhtinh jj::
δδ
jj
(t)(t) == aa
00
++ aa
11

(t(t –– tt
00
)) ++ aa
22
(t(t –– tt
00
))
22
((11 44))
Ta viết lại phương trình (Ta viết lại phương trình (22 11) như sau:) như sau:
RR
jj
ii
(t) = (t) = ρρ
jj
ii
(t) + c(t) + cδδ
jj
(t) (t) ccδδ
ii
(t) ((t) (11 55))
( ) ( ) ( )
( )
( ) ( )
( )
( ) ( )
( )
ρ = − + − + −
2 2 2
j j j j

i i i i
t X t X t Y t Y t Z t Z t
(1.2)
1.3.4.2 Trị đo pha sóng tải1.3.4.2 Trị đo pha sóng tải
TrịTrị đođo phapha làlà hiệuhiệu sốsố giữagiữa phapha sóngsóng tảitải nhậnnhận
từtừ vệvệ tinhtinh quaqua ăngăng tenten máymáy thuthu vàvà phapha sóngsóng tạotạo rara
trongtrong máymáy thuthu nhờnhờ bộbộ tạotạo daodao độngđộng
CóCó thểthể đođo đượcđược khoảngkhoảng cáchcách từtừ vệvệ tinhtinh tớitới
máymáy thuthu bằngbằng phapha sóngsóng tảitải KhoảngKhoảng cáchcách nàynày sẽsẽ
bằngbằng tíchtích củacủa haihai thừathừa số,số, mộtmột làlà độđộ dàidài bướcbước sóngsóng
tảitải vàvà thừathừa sốsố thứthứ haihai làlà phapha
MáyMáy thuthu cócó thểthể đođo đượcđược phầnphần lẻlẻ củacủa bướcbước
sóngsóng mộtmột cáchcách rấtrất chínhchính xácxác (dưới(dưới 22mm)mm) NhưngNhưng
khôngkhông đođo đượcđược sốsố nguyênnguyên lầnlần bướcbước sóngsóng NênNên nónó
đượcđược coicoi làlà ẩnẩn sốsố hayhay còncòn gọigọi sốsố nguyênnguyên đađa trịtrị
31/08/2011
17
Hình 1.7 Trị đo pha sóng tải
TrịTrị đođo giảgiả khoảngkhoảng cáchcách theotheo phapha đượcđược biểubiểu
diễndiễn bằngbằng mômô hìnhhình toántoán sausau::
φφ
jj
ii
(t)(t) == ((11//λλ))ρρ
jj
ii
(t)(t) ++ NN
jj
ii
++ ff

jj
∆δ∆δ
jj
ii
(t)(t) ((11 66))
ThayThay ((11 33)) vàovào ((11 66)) tata sẽsẽ cócó::
φφ
jj
ii
(t)(t) == ((11//λλ))ρρ
jj
ii
(t)(t) ++ NN
jj
ii
++ ff
jj
δδ
jj
(t)(t) ff
jj
δδ
ii
(t)(t) ((11 77))
TaTa thấythấy trongtrong ((11 77)) còncòn 55 ẩnẩn sốsố đóđó làlà 33 ẩnẩn sốsố
tọatọa độđộ điểmđiểm đo,đo, 11 ẩnẩn sốsố nguyênnguyên đađa trịtrị NN vàvà mộtmột ẩnẩn
sốsố làlà saisai sốsố đồngđồng hồhồ máymáy thuthu DoDo đóđó đểđể địnhđịnh vịvị đượcđược
bằngbằng phapha máymáy thuthu phảiphải thuthu đượcđược tốitối thiểuthiểu 55 trịtrị đođo
phapha từtừ mỗimỗi vệvệ tinhtinh
31/08/2011

18
11 33 5 5 Sự gián đoạn tín hiệu (Cycle slips)Sự gián đoạn tín hiệu (Cycle slips)
MộtMột giángián đoạnđoạn tíntín hiệuhiệu hayhay còncòn đượcđược gọigọi làlà
trượttrượt chuchu kỳkỳ làlà mộtmột bướcbước nhảynhảy bấtbất ngờngờ củacủa sốsố
nguyênnguyên bướcbước sóngsóng trongtrong trịtrị đođo pha,pha, nguyênnguyên dodo làlà
mấtmất khảkhả năngnăng khoákhoá tạmtạm thờithời củacủa vòngvòng khépkhép phapha
trongtrong máymáy thuthu GPSGPS dodo phầnphần cứngcứng máymáy thuthu cócó vấnvấn
đềđề hayhay dodo táctác độngđộng kháckhác bìnhbình thườngthường củacủa tầngtầng
điệnđiện ly,ly, cũngcũng cócó thểthể dodo cáccác vậtvật cảncản cheche chắnchắn
khôngkhông chocho tíntín hiệuhiệu từtừ máymáy thuthu đếnđến vớivới ăngăng tenten
HìnhHình 11 88 minhminh hoạhoạ mộtmột trượttrượt chuchu kỳkỳ ThờiThời giangian
mấtmất khoákhoá nàynày cócó thểthể rấtrất ngắn,ngắn, chỉchỉ vàivài giây,giây, nhưngnhưng
cũngcũng cócó khikhi kéokéo dàidài tớitới mấymấy phút,phút, thậmthậm chíchí đếnđến
hànghàng giờgiờ
CácCác trịtrị đođo phapha bịbị giángián đoạnđoạn sẽsẽ cócó cùngcùng phầnphần
dưdư phapha nhưngnhưng lạilại nhậnnhận cáccác sốsố nguyênnguyên lầnlần bướcbước
sóngsóng kháckhác nhaunhau TrượtTrượt chuchu kỳkỳ sẽsẽ gâygây khókhó khănkhăn
chocho việcviệc tìmtìm lờilời giảigiải sốsố nguyênnguyên đađa trịtrị ChoCho nên,nên,
trongtrong quáquá trìnhtrình xửxử lýlý sốsố liệuliệu đođo GPS,GPS, cầncần phảiphải
nhậnnhận dạngdạng đượcđược cáccác đoạnđoạn đođo chứachứa trượttrượt chuchu kỳkỳ vàvà
tìmtìm cáchcách loạiloại bỏbỏ hoặchoặc giảmgiảm thiểuthiểu
Hình 1.8 Minh hoạ một trượt chu kỳ
31/08/2011
19
11 33 6 6 Tổ hợp tuyến tính các trị đo GPSTổ hợp tuyến tính các trị đo GPS
a,a, SaiSai phânphân bậcbậc 11
CácCác trịtrị đođo củacủa haihai máymáy thuthu GPSGPS quanquan trắctrắc
đồngđồng thờithời mộtmột vệvệ tinhtinh sẽsẽ chứachứa nhữngnhững saisai sốsố liênliên
quanquan tớitới vệvệ tinhtinh vàvà cáccác saisai sốsố liênliên quanquan khíkhí quyểnquyển
tươngtương tựtự nhaunhau DoDo đóđó,, khikhi tata tínhtính hiệuhiệu ((saisai phânphân))

cáccác trịtrị đođo tạitại haihai máymáy thuthu đồngđồng thờithời,, thìthì nhómnhóm saisai
sốsố liênliên quanquan vệvệ tinhtinh vàvà nhómnhóm saisai sốsố liênliên quanquan khíkhí
quyểnquyển trongtrong cáccác saisai phânphân nàynày sẽsẽ đượcđược giảmgiảm nhỏnhỏ
SaiSai phânphân nàynày đượcđược gọigọi làlà saisai phânphân bậcbậc 11 máymáy
thuthu (hay(hay trạmtrạm đođo)) SaiSai sốsố đồngđồng hồhồ vệvệ tinhtinh đượcđược
loạiloại bỏbỏ mộtmột cáchcách hiệuhiệu quảquả trongtrong saisai phânphân nàynày
Hình 1.9a Sai phân bậc 1 máy thu
31/08/2011
20
Hình 1.9b Sai phân bậc 1 vệ tinh
Nếu máy thu thu tín hiệu đồng thời của hai
hay nhiều vệ tinh thì chúng sẽ cùng chứa sai số
đồng hồ máy thu giống nhau, nên khi ta lấy hiệu
giữa hai trị đo này thì sai phân nhận được đã loại
bỏ một cách hiệu quả sai số đồng hồ máy thu. Sai
phân này được gọi là sai phân bậc 1 vệ tinh.
b, Sai phân bậc 2b, Sai phân bậc 2
KhiKhi haihai máymáy thuthu đồngđồng thờithời quanquan trắctrắc haihai vệvệ
tinh,tinh, tata sẽsẽ tínhtính đượcđược haihai saisai phânphân bậcbậc 11 máymáy thuthu
TrừTrừ điđi chocho nhaunhau haihai saisai phânphân này,này, tata sẽsẽ nhậnnhận đượcđược
cáicái gọigọi làlà saisai phânphân bậcbậc 22 loạiloại bỏbỏ saisai sốsố đồngđồng hồhồ cảcả
máymáy thuthu lẫnlẫn vệvệ tinhtinh vàvà giảmgiảm thiểuthiểu đángđáng kểkể cáccác loạiloại
saisai sốsố kháckhác
Hình 1.10 Sai phân bậc 2
31/08/2011
21
c, Sai phân bậc 3c, Sai phân bậc 3
BởiBởi vìvì việcviệc quanquan trắctrắc đượcđược thựcthực hiệnhiện trongtrong
mộtmột khoảngkhoảng thờithời giangian dàidài nhấtnhất định,định, baobao gồmgồm cáccác
thờithời khắckhắc đođo (epoch)(epoch) kháckhác nhau,nhau, nênnên tata sẽsẽ tạotạo

đượcđược saisai phânphân bậcbậc 33 từtừ haihai saisai phânphân bậcbậc 22,, trongtrong
đóđó ẩnẩn sốsố sốsố nguyênnguyên đađa trịtrị sẽsẽ đượcđược loạiloại bỏ,bỏ, tạotạo điềuđiều
kiệnkiện tìmtìm đượcđược lờilời gảigải địnhđịnh vịvị nhanhnhanh tuytuy cócó kémkém
chínhchính xácxác NóNó cũngcũng làlà côngcông cụcụ hữuhữu hiệuhiệu đểđể phátphát
hiệnhiện đoạnđoạn trịtrị đođo chứachứa trượttrượt chuchu kỳkỳ đểđể tata tìmtìm cáchcách
khắckhắc phụcphục
Hình 1.11 Sai phân bậc 3
31/08/2011
22
Lưu ý:
- Tất cả ba loại sai phân này đều có thể tạo ra
đối với trị đo pha hay trị đo giả khoảng cách, máy thu
1 tần hoặc máy thu 2 tần.
- Đối với máy 2 tần ta có thể tạo được tổ hợp
tuyến tính L
3
được tạo ra từ trị đo trên L1 và trị đo
tương ứng trên L2. Loại bỏ đáng kể ảnh hưởng của
độ trễ tầng ion nên hay gọi là tổ hợp tuyến tính phi
ion.
- Các trị đo trên sóng tải L1 và L2 còn cho phép
tạo ra trị đo cổng rộng (Wide-land) với bước sóng
86cm và trị đo cổng hẹp (Narow-land) bước sóng
11cm, để tìm lời giải số nguyên đa trị hiệu quả hơn.
1.4.1 Các hệ toạ độ trắc địa
Một hệ toạ độ được định nghĩa bởi một tập
hợp các quy tắc nhằm xác định toạ độ của các
điểm. Nó bao gồm các thông số định nghĩa gốc toạ
độ và định hướng các trục. Ta phân biệt: hệ toạ độ
một chiều (1D), hệ toạ độ hai chiều (2D) và hệ toạ

độ ba chiều (3D) và sử dụng chúng vào các mục
đích và đối tượng khác nhau. Ta cũng phân biệt các
hệ toạ độ theo mặt quy chiếu, gốc toạ độ hay góc
định hướng trục toạ độ.
Đối với hệ toạ độ 3D, ta chú ý tới hệ toạ độ
vuông góc không gian (x, y, z) và hệ toạ độ địa lý.
1.4 CÁC HỆ TỌA ĐỘ QUY CHIẾU TRONG CÔNG NGHỆ
GPS
31/08/2011
23
a, Hệ toạ độ vuông góc không gian
(x, y,
z) được giới thiệu trên Hình 1.12, ở đây cả ba trục
cắt nhau tại gốc toạ độ C.
Hình 1.12 Hệ toạ độ không gian ba chiều (x, y, z)
b, Hệ toạ độ địa lý
nhận mặt quy chiếu là
mặt ellipsoid tròn xoay, gốc toạ độ và các trục của
nó được xác định bằng hai mặt phẳng: mặt phẳng
kinh tuyến đi qua trục quay Trái đất (trục z) và mặt
phẳng xích đạo của ellipsoid đã chọn.
Hệ toạ độ địa lý có vai trò đặc biệt đối với các
ứng dụng công nghệ GPS. Trong hệ toạ độ này, vị
trí điểm được xác định bởi tập hợp 3 thành phần:
độ vĩ (ϕ), độ kinh (λ) và độ cao trên mặt ellipsoid
(H). Ta có các công cụ hữu hiệu để tính chuyển toạ
độ trắc địa (ϕ, λ, H) sang toạ độ không gian ba
chiều (x, y, z).
31/08/2011
24

c, Hệ toạ độ sao quy ước
được sử dụng
trong Trắc địa vệ tinh là hệ toạ độ 3D (X,Y,Z), có
gốc trùng tâm Trái đất, trục Z ứng với vị trí trục
quay Trái đất tại thời điểm quy ước (hiện nay là 0h
ngày 15/01/2000 theo giờ trọng tâm động lực (BDT)
kí hiệu là J-2000 và trục X hướng từ tâm Trái đất
đến điểm Xuân phân tại thời điểm quy ước này, sau
khi đã hiệu chỉnh tuế sai và chương động. Trục Y
được xác định theo trục Z và X. Đây là hệ toạ độ
quán tính, trong đó định luật vận vật hấp dẫn của
Newton được tuân thủ, nên dùng để biểu thị vị trí
và trạng thái của vệ tinh trên quỹ đạo.
1.4.2 Hệ toạ độ Trái đất quy ước (CTRS)
Hệ toạ độ Trái đất quy ước (Conventional
Terrestrial Reference System) là hệ toạ độ 3-D địa
tâm – gốc hệ trùng với tâm Trái đất. CTRS được
gắn chặt với Trái đất, nghĩa là quay cùng Trái đất.
Các trục của Hệ toạ độ Trái đất quy ước được
định nghĩa như sau:
- Trục z đi qua cực quay quy ước của Trái đất
(CTP) là vị trí trung bình của trục quay Trái đất
trong khoảng thời gian 1900÷1905.
- Trục x là giao tuyến của mặt xích đạo Trái
đất và mặt phẳng kinh tuyến chứa vị trí đài thiên
văn Greenwich.
31/08/2011
25
- Trục y được chọn để tạo nên hệ toạ độ
thuận chiều phải (tức là vuông góc với trục x và

nằm ở phía đông trên mặt xích đạo).
Hệ toạ độ Trái đất quy ước quan trọng nhất là
hệ toạ độ Trái đất quốc tế (ITRS) mà các thành
phần hợp thành của nó được Hiệp hội Trắc địa và
địa vật lý quốc tế phê chuẩn.
Khung quy chiếu Trái đất quốc tế (ITRF)
hiện thực hoá những định nghĩa của ITRS vào thực
tiễn, tạo nên hệ toạ độ Trái đất quy ước chính xác
nhất hiện nay. Nó bao gồm hàng trăm điểm phân
bố rộng khắp trên Trái đất được đo bằng các kỹ
thuật không gian rất chính xác như Giao thoa
đường đáy dài (VLBI), GPS, Nó đồng thời là hệ
toạ độ động bởi ngoài toạ độ điểm ứng với thời
điểm người ta còn xác định vận tốc chuyển động
của điểm theo thời gian. Không những thế, cứ vài
năm một, nó được hoàn thiện và cập nhật mới, vì
vậy nó thường được gắn thêm mốc thời gian cập
nhật, chẳng hạn ITRF1997, ITRF2000.