Khảo sát sự biến thiên của khoảng cách giả trong một tệp trị đo theo thời gian

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
MỞ ĐẦU
Đã từ rất lâu, bản tính tò mò và sở thích khám phá thế giới luôn mang lại
cho con người niềm đam mê mạnh mẽ và bất tận, kho tàng kiến thức vô biên mà
thế giới đang sở hữu thách thức tất cả mọi khối óc dù nhỏ bé hay vĩ đại nhất.
Trái đất chỉ là một hành tinh nhỏ bé trong hệ mặt trời và chỉ là một phân tử vô
cùng nhỏ bé trong vũ trụ nhưng cũng đã khiến con người chúng ta mất hàng vạn
năm vẫn chưa tìm hiểu hết được mọi thứ mà nó đang có và sẽ có. Khám phá thế
giới đã đòi hỏi con người sáng tạo và tìm tòi những cách thức và công cụ hữu
hiệu để phục vụ cho mục đích ấy. Trước kia, khi công nghệ khoa học chưa phát
triển, để có thế nghiên cứu trái đất, khám phá những miền đất mới, những nơi
mà chúng ta chưa từng biết đến, con người đã phải sử dụng rất nhiều những
công cụ sơ khai và rất thiếu chính xác, chúng ta không thể dự đoán trước được
điều gì đang và sắp xảy ra, điều gì có lợi và có hại cho con người và sự phát
triển của thế giới, tuy nhiên, chính những thách thức to lớn ấy, con người đã có
xu hướng hoàn thiện bản thân và biết cách tạo ra những công cụ, cỗ máy phục
vụ lợi ích, ví như la bàn dùng để định hướng, hay sử dụng vị trí các chòm sao để
xác định vị trí và hướng di chuyển một cách khá chính xác. Tuy nhiên, để có thể
xác định một cách chính xác các Tuy nhiên, để có thể xác định một cách chính
xác các yếu tố trên, chúng ta cần một hệ thống định vị có độ chính xác cao để có
thể xác định những sự thay đổi của thế giới đến cuộc sống của chính mình. Hệ
thống định vị toàn cầu GPS ra đời với mục đích này, GPS giúp chúng ta mở ra
một chân trời mới cho công tác nghiên cứu thế giới, đặc biệt là công tác định vị,
dẫn đường, công tác xác định các yếu tố tự nhiên và rất nhiều những ứng dụng
khác trong tất cả các lĩnh vực của cuộc sống.
Hệ thống định vị toàn cầu GPS ra đời dựa trên sự phát triển mạnh của kỹ
thuật điện tử. Tín hiệu từ các vệ tinh GPS được chuyển đi bằng các sóng điện từ,
xác định khoảng cách từ vệ tinh đến trạm quan sát thông qua vận tốc ánh sáng
và thời gian lan truyền tín hiệu. Từ đó, dữ liệu đo GPS được sử dụng như một
loại thông tin cơ sở. Dữ liệu GPS được truyền từ vệ tinh xuống các trạm quan
sát thường ở dưới dạng file .DAT. Tuy nhiên, dưới sự phát triển mạnh mẽ của

khoa học công nghệ, rất nhiều loại máy thu tín hiệu GPS được sản xuất và mỗi
loại đều có một điểm mạnh nhất định. Mỗi loại máy thu lại có một cấu trúc dữ
liệu khác nhau, vì vậy, để có thể sử dụng các thông tin nhận được, cần chuyển
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 1 Lớp Trắc địa 5 K51
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
chúng về một dạng chuẩn dữ liệu có thể đọc và hiệu chỉnh các giá trị cần thiết để
có thế có được kết quả chính xác hơn. Định dạng RINEX ra đời nhằm chuyển
hóa hoàn toàn các file số liệu đo về một định dạng chuẩn có thể chỉnh sửa và
thay đổi được, định dạng RINEX cũng là định dạng chuẩn mà các chương trình
xử lý số liệu GPS yêu cầu.
Đề tài “ Khảo sát sự biến thiên của khoảng cách giả trong một tệp trị
đo theo thời gian” mà em nhận được yêu cầu cần phải xác định rõ cấu trúc của
các tệp thông tin đạo hàng và tệp trị đo được xuất ra khi chuyển dữ liệu đo sang
định dạng RINEX. Cấu trúc của đồ án gồm những phần chính sau đây:
Lời mở đầu
Chương 1: Tổng quan về công nghệ GPS
Chương 2: Định dạng RINEX và các chương trình chuyển đổi.
Chương 3: Tính toán thực nghiệm
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình
của các thầy cô trong khoa Trắc địa, đặc biệt là sự hướng dẫn rất tận tình của
thầy giáo Th.S Nguyễn Gia Trọng giúp em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên,
do trình độ và kinh nghiệm có hạn nên đồ án còn rất nhiều thiếu sót. Rất mong
các thầy cô và bạn đọc góp ý để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nôi, Tháng 9 năm 2011.
Sinh viên
Ngọ Văn Hà
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 2 Lớp Trắc địa 5 K51

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GPS
I.1 Lịch sử phát triển và cấu trúc của hệ thống GPS:
I.1.1 Lịch sử phát triển:
Vào thập kỷ 70 của thế kỷ trước, bằng kỹ thuật đo giao thoa cạnh đáy dài
VLBI (Very Long Base Line Interferometry) cho phép định vị các điểm cách xa
hàng ngàn km với độ chính xác cực cao để xây dựng lưới toàn cầu phục vụ quan
sát địa động và xác định hệ quy chiếu cho trắc địa vệ tinh, vì tín hiệu thu được từ
các vật thể vũ trụ (Quasar) để đo VLBI cực yếu, kỹ thuật đo cực kỳ phức tạp nên
người ta nghĩ đến việc thiết kế hệ thống vệ tinh hoạt động theo nguyên tắc giao
thoa của song điện từ này, tín hiệu thu được sẽ mạnh hơn 100.000 lần và kỹ
thuật đo sẽ đơn giản hơn. Hệ thống đạo hàng với thu tín hiệu giờ và khoảng cách
(Navigation System With Timing and Ranging – NAVSTRAR) tức là hệ thống
định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) đã ra đời với ý tưởng này. Từ
năm 1973-1978 Bộ quốc phòng Mỹ đã tiến hành xây dựng hệ thống đạo hàng vô
tuyến hay còn gọi là NAVSTAR-GPS hệ thống này được xây dựng nhằm mục
đích xác định toạ độ không gian và tốc độ di chuyển của điểm quan sát trên tàu
vũ trụ, máy bay, tàu thuỷ và trên đất liền để phục vụ cho Bộ Quốc phòng Mỹ và
các cơ quan dân sự. Hệ thống này bao gồm 24 vệ tinh đang chuyển động trên
quỹ đạo và một vài vệ tinh dự trữ. Các vệ tinh này bay trên độ cao 20.200 km
với chu kỳ bay xấp xỉ 12 giờ. Hệ thống này cho phép quan sát ít nhất 4 vệ tinh
tại bất kỳ thời điểm nào và bất cứ vị trí nào trên bề mặt trái đất, các vệ tinh được
phóng lên quỹ đạo thành từng khối là: Khối I, II, II-A, II-R và II-F.Toàn bộ hệ
thống GPS được xây dựng hoàn chỉnh vào tháng 5 năm 1994.
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 3 Lớp Trắc địa 5 K51
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
Năm 1992 Liên Xô cũng tiến hành xây dựng một hệ thống định vị có cấu trúc
tương tự như hệ thống định vị GPS của Mỹ mang tên GLONASS. Hệ thống này
bao gồm 21 vệ tinh bay trên quỹ đạo nghiêng so

với xích đạo 1 góc là 64.8 độ và nằm ở độ cao từ
18840- 19940 km, hệ thống GLONASS và hệ
thống NAVSTAR-GPS cùng cho phép định vị
ở bất kỳ điểm nào hay ở bất kỳ thời gian nào
cho dù trong điều kiện thời tiết xấu.
Ngày 28 tháng 12 năm 2005, Liên minh
Châu Âu cũng bắt đầu đưa lên quỹ đạo các vệ
tinh đầu tiên của hệ thống định vị toàn cầu
Glileo, nguyên lý hoạt động của hệ thống này
tương tự như hệ thống GPS, hệ thống bao gồm 30 vệ tinh (27 vệ tinh hoạt động
chính và 3 vệ tinh dự phòng), độ cao của quỹ đạo là 23.222 km , được phân bố
trên 3 mặt chính và có góc nghiêng 56 độ, vệ tinh được thiết kế với tuổi thọ trên
12 năm, tuy nhiên hệ thống Galileo khác với hệ thống GPS và Glonass là hệ
thống này được điều hành và quản lý bởi các tổ chức dân dụng, phi quân sự.
Hiện nay các loại máy thu GPS đươc sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên
thế giới trong đó có Việt Nam, được quân đội Mỹ xây dựng và sử dụng chủ yếu
cho mục đích quân sự. Đầu năm 1980 quân đội Mỹ đã chính thức cho phép sử
dụng hệ thống GPS vào mục đích dân sự.
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều các loại máy khác nhau về chủng loại,
độ chính xác và giá tiền.
+ Theo cấu tạo, có thể phân làm 2 loại:
- Máy thu 1 tần số: là loại máy thu chỉ thu được tín hiệu trên 1 tần số L1.
- Máy thu 2 tần số: là loại máy thu được tín hiệu trên cả 2 loại tần số.
+ Theo độ chính xác, có thể chia làm 3 loại:
- Độ chính xác cao: đây là những loại máy thu đắt tiền nhất hiện nay,
được sử dụng trong các công tác quan trắc đòi hỏi sự chính xác cao như
trắc địa. Có thể kể đến máy Topcon GB-1000 hay R8 của Trimble…
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 4 Lớp Trắc địa 5 K51
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
- Độ chính xác trung bình: đây là loại máy thu 1 tần có cấu tạo đơn giản

và dễ sử dụng hơn, được dùng để phục vụ công tác thu thập dữ liệu bản
đồ và hệ thông thông tin địa lý GIS…
- Độ chính xác thấp: Cũng là loại máy thu 1 tần số nhưng có cấu tạo gọn
nhẹ, thường là máy thu cầm tay và rẻ tiền, phục vụ cho công việc đạo
hàng, dẫn đường hàng hải, du lịch… như Lowrance hay Garmin III
+
…
Hình 1: Một số loại máy thu GPS
I.2.1 Cấu trúc của hệ thống GPS:
Công nghệ GPS hoạt động dựa trên nguyên lý định vị bằng tín hiệu thu từ
vệ tinh NAVSTAR, toàn bộ hệ thống bao gồm 3 bộ phận chính là: Đoạn không
gian, đoạn điều khiển và đoạn sử dụng.

Hình 2: Cấu trúc hệ thống GPS
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 5 Lớp Trắc địa 5 K51
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
1.2.1.1 Đoạn không gian
Hiện nay hệ thống định vị toàn cầu GPS có 24 vệ tinh đang hoạt động và
một số vệ tinh khác ở trạng thái dự trữ. Các vệ tinh này bay ở độ cao 20.200km
phân bố đều trên 6 quỹ đạo tròn có chu kỳ là 718 phút (gần 12giờ), các quỹ đạo
này nghiêng so với mặt phẳng xích đạo một góc
0
55
. Việc bố trí như vậy nhằm
mục đích để tại mỗi vị trí và trong bất kỳ thời gian nào ta đều có thể quan sát
được ít nhất 4 vệ tinh.
Các vệ tinh phát hai tín hiệu vô tuyến công suất thấp dải L1 và L2 (Dải L là
phần song cực ngắn của phổ điện từ trải rộng từ 0,39 đến 1,55 GHz), L1 chứa
hai mã "giả ngẫu nhiên"(pseudo random), đó là mã Protected (P) và mã
Coarse/Acquisition (C/A). Mỗi một vệ tinh có một mã truyền dẫn nhất định, cho

phép máy thu GPS nhận dạng được tín hiệu. Mục đích của các mã tín hiệu này là
để tính toán khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu GPS.
Các vệ tinh phát các sóng tải tín hiệu trên 2 tần số khác nhau là:
L1= 1575,42MHz và L2=1227,60MHz các sóng tải này được điều biến bằng 2
loại Code là: C/ACode và P/Code
P/Code là code có độ chính xác cao có thể điều biến cùng lúc cả hai sóng L1 và
L2 vì vậy code này chỉ được dung trong mục đích quân sự.
C/Acode là code thu nhận thô được dùng để điều biến sóng tải L1 với độ chính
xác thấp do đó thường được dùng cho mục đích dân sự.
Mỗi vệ tinh có trọng lượng là 1830Kg khi phóng và 930kg khi bay trên quỹ
đạo. Năng lượng cung cấp cho hoạt động của vệ tinh là năng lượng mặt trời
được lấy thông qua các tấm pin mặt trời gắn trên thân vệ tinh, ngoài ra chúng
còn các tấm pin dự trữ để cung cấp năng lượng trong những lúc không có mặt
trời. Tuổi thọ của mỗi vệ tinh thường là 7.5 năm, các vệ tinh của khối sau có
trọng lượng và tuổi thọ lớn hơn các vệ tinh của khối trước. Các vệ tinh của khối
I được trang bị bốn đồng hồ nguyên tử trong đó hai cái thuộc loại censium và
hai cái thuộc loại rubium thêm vào đó mỗi vệ tinh còn được trang bị thêm bộ tạo
giao động băng thạch anh rất chính xác. Việc hiệu chỉnh tần số đồng hồ trên vệ
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 6 Lớp Trắc địa 5 K51
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
tinh được thực hiện từ mặt đất nhờ các trạm điều khiển, các vệ tinh thuộc khối II
thì đã được nâng cấp lên thành 3 đồng hồ censium. Tất cả các đồng hồ của hệ
thống GPS đều hoạt động ở tần số 10,23MHz.

Hình 3: Đoạn không gian
1.2.1.2. Đoạn điều khiển
Gồm 8 trạm trong đó có 4 trạm theo dõi đặt ở 4 vị trí khác nhau là:
Hawai(Thái Bình Dương), Ascencion(Đại Tây Dương), DiegoGarcia(Ấn Độ
Dương), Kwajalein(Tây Thái Bình Dương),một trạm điều khiển trung tâm đặt ở
ColoradoSpring và 3 trạm xử lý số liệu truyền tín hiệu tới vệ tinh.

Đoạn điều khiển có nhiệm vụ xác định khoảng cách và sự thay đổi khoảng
cách từ trạm đến vệ tinh, theo dõi sự hoạt động của đồng hồ vệ tinh, đo đạc các
số liệu khí tượng và các số liệu này được chuyển về trạm xử lý trung tâm. Sau
khi xử lý thông tin nhận được thì trạm trung tâm sẽ chuyển ngược lại các trạm
theo dõi và từ đó chuyển lên vệ tinh rồi tới máy thu.
Hình 4: Đoạn điều khiển
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 7 Lớp Trắc địa 5 K51
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
1.2.1.3 Đoạn sử dụng
Bao gồm tất cả các máy móc và thiết bị thu tín hiệu từ vệ tinh. Các loại máy
này được đặt trên đất liền, trên máy bay, hoặc trên tàu biển…. vv, tuỳ theo từng
mục đích sử dụng và yêu cầu độ chính xác đo đạc mà ta sử dụng các loại máy thu
khác nhau. Có thể là loại một máy thu độc lập(dùng trong định vị tuyệt đối) hoặc
có từ hai máy thu trở lên (dung trong định vị tương đối), hay một máy phát tín
hiệu chính phát tín hiệu cho các máy phụ(dùng trong định vị vi phân).
Vì các vệ tinh này phát sóng ở hai loại tần số nên ta cũng có thể chia máy
thu thành 2 loại đó là máy thu một tần số và máy thu hai tần số.
Các máy thu một tần số chỉ thu được các mã phát đi với tần số L1. Các loai
máy thu này có thể đo tương đối giữa các điểm có khoảng cách nhỏ hơn 60km,
sử dụng tốt cho các mục đích dân sự độ chính xác khi định vị tương đối có thể
đáp ứng cho mục đích xây dựng lưới trắc địa cao cấp. Loại máy thu 2 tần số
nhận được mã phát đi ở cả hai tần số L1 và L2. Có thể cho phép đo tương đối
giữa các điểm ở khoảng cách 60=>1000km.
Máy thu GPS hoạt động trong hệ toạ độ WGS-84 khi đo nối với các điểm ở
hệ toạ độ khác có thể xác định toạ độ của các điểm trong hệ toạ độ đo nối.
Hình 5: Máy đo đạc điện tử
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 8 Lớp Trắc địa 5 K51
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
I.3 Các loại trị đo trong công nghệ GPS:
1.3.1 Trị đo khoảng cách giả theo mã:

Trị đo khoảng cách giả là trị đo khoảng cách từ vệ tinh đến tâm của an ten
máy thu, trong đó có chứa sai số của đồng hồ máy thu (đồng hồ thạch anh),
đồng hồ vệ tinh (đồng hồ nguyên tử), sai số do ảnh hưởng của môi trường lan
truyền tín hiệu.
Mỗi vệ tinh đều phát đi cùng với sóng tải một code tựa ngẫu nhiên riêng
(PRN – code) và khoảng cách giả sẽ được xác định dựa trên khoảng thời gian từ
khi phát tín hiệu đến khi thu tín hiệu PRN – code. Để làm được điều đó, máy thu
phải tạo ra được code tựa ngẫu nhiên giống như code phát đi từ vệ tinh. Dựa trên
những thông tin nhận được, so sánh code nhận được theo thang đồng hồ vệ tinh
và code do máy thu tạo ra theo thang đồng hồ máy thu ta xác định được khoảng
thời gian truyền tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu.
Hình 6: Các code C/A do hệ thống tạo ra
Ta ký hiệu t
s
là thời điểm tính theo đồng hồ vệ tinh khi phát tín hiệu, t
R
là thời
điểm tính theo đồng hồ máy thi khi nhận tín hiệu, và tương ứng sai số do đồng
hồ trong hệ thống giờ GPS là
δ
s
và
δ
R

Thời gian lan truyền tín hiệu là:
tt =∆
R
-
t

s

=
[t
R
(GPS) +
δ
R
] - [t
s
(GPS) +
δ
s
]
=

δ
∆+∆ )(GPSt

(1.1)
Trong đó ta ký hiệu:
=∆ )(GPSt
[t
R
(GPS) - t
s
(GPS)] và
=∆
δ

δ
R
-
δ
s
(1.2)
Khoảng cách giả sẽ được tính toán theo công thức:
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 9 Lớp Trắc địa 5 K51
1
1
01
1
0
1 1
0 0 0
1
0 0
1 1
0
1 11
1 0 0 0
1
1 1
0 0 0
1 1
∆t
t
Code truyÒn tõ vÖ tinh
Code thu ® îc
Code do m¸y t¹o ra

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
δρδ
∆+=∆+∆=∆= )( ccGPStctcR
(1.3)
Trong đó:
ρ
là khoảng cách hình học từ vệ tinh đến máy thu
δ
∆
là sai số đồng hồ
c là vận tốc ánh sáng
Độ chính xác của khoảng cách giả theo mã phụ thuộc vào các trị đo code và
thông thường là khoảng 1% độ dài chip. Như vậy, độ chính xác đo khoảng cách
đạt được trong khoảng 3m và 0.3m tương ứng trường hợp đo khoảng cách giả
liên tiếp theo C/A code và P – code.
1.3.2 Trị đo khoảng cách giả theo pha sóng tải:
Quan trắc pha được thực hiện dựa trên sự khác nhau giữa các pha tín hiệu
vệ tinh đo được bởi máy thu trong các thời điểm đo t. Trị đo chứa 2 đại lượng
quan trọng: thứ 1 là số nguyên lần bước sóng chưa xác định (L1
cm19≈
) thứ hai
là tích lũy tần số Doppler, tương ứng với tổng các đại lượng Doppler cùng với
việc đo phần thập phân của pha sóng tải.
Ký hiệu
ϕ
s
(t) là pha của sóng tải đo được, tạo lại ở tần số f
s
và ký hiệu
ϕ

R
(t) là pha sóng tải sử dụng được tạo ra trong máy thu ở tần số f
R
. Ở đây tham số
t là thời điểm xác định trong hệ thông giờ GPS được tính từ thời điểm ban đầu t
0
= 0
Hiệu pha sẽ được xác định như sau:
N
c
+∆+=
δ
λ
ρ
λ
φ
1
(1.4)
Trong đó:
ρ
là khoảng cách hình học giữa vệ tinh và máy thu.
λ
là bước sóng của sóng tải.
N là số nguyên lần bước sóng.
δ
∆
là sai số đồng bộ giữa đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu.
Khoảng cách cần đo và số nguyên đa trị thường không được biết trước mà
thường được xác định trong quá trình đo. Trong trường hợp đó, pha của sóng tải
L

1
có thể xác định khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu với độ chính xác cỡ
centimet, sóng tải L
2
cho độ chính xác thấp hơn ít nhiều, nhưng tác dụng của nó
là cùng với sóng tải L
1
tạo ra khả năng làm giảm đáng kể sự ảnh hưởng của tầng
điện ly, ngoài ra nó còn giúp xác định số nguyên đa trị đơn giản hơn.
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 10 Lớp Trắc địa 5 K51
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
1.3.3 Trị đo Doppler:
Hiệu ứng Doppler là một hiệu ứng vật lý, đặt theo tên của nhà vật lý học
Christian Andreas Dopller, trong đó tần số và bước sóng của các sóng âm, sóng
điện từ hay các sóng nói chung bị thay đổi khi mà nguồn phát sóng chuyển động
tương đối với người quan sát.
Đối với sóng chuyển động trong một môi trường, nguồn sóng và người
quan sát đều có thể chuyển động tương đối với môi trường, hiệu ứng Doppler
lúc ấy là tổng hợp của 2 hiệu ứng riêng rẽ gây ra bởi 2 chuyển động này:
f = f
0










+
+
s
r
vv
vv
(1.5)
Trong đó:
- v là vận tốc lan truyền sóng trong môi trường.
- v
r
là vận tốc tương đối của người quan sát với môi trường
- v
s
là vận tốc tương đối của nguồn với môi trường
Ứng dụng hiệu ứng này, khi khảo sát vị trí tương đối của vệ tinh và máy thu
GPS, trị đo khoảng cách giả được sử dụng để xác định hiệu khoảng cách, hiệu
tần số Doppler được biểu diễn bởi công thức:
eper
fv
c
fff .
1
−=−=∆
(1.6)
Trong đó: f
e
là tần số khi phát, f
r
là tần số máy thu được, v

p
là vận tốc
khoảng cách tức thời.
Từ phương trình 1.2.2, ta được phương trình biểu thị tốc độ khoảng cách
sẽ là:
δρφλ



∆+== cD
(1.7)
Theo tính toán, hiệu tần số Doppler có thể xác định với sai số cỡ 0.001Hz,
tương ứng với sai số tốc độ là 0,3m/s.
I.4 Các nguyên lý định vị bằng GPS
Công nghệ GPS được áp dụng vào rất nhiều lĩnh vực khác nhau do vậy tuỳ
thuộc vào từng mục đích sử dụng mà chúng ta chia ra thành các phương pháp
định vị khác nhau:
- Định vi tuyệt đối.
+ Định vị tuyệt đối bằng khoảng cách giả
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 11 Lớp Trắc địa 5 K51
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
+ Định vị tuyệt đối bằng pha sóng tải
+ Định vị tuyệt đối bằng tần số Doppler
- Định vị tương đối.
+ Định vị tương đối trạng thái tĩnh
+ Định vị tương đối trạng thái động
- Định vị vi phân
I.4.1 Định vị tuyệt đối:
Định vị tuyệt đối trong GPS là sử dụng máy thu GPS để xác định tọa độ
X, Y, Z của một điểm bất kỳ trong hệ tọa độ WGS-84 thông qua việc giải giao

hội không gian trên cơ sở khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu GPS và các tọa độ
đã biết. Nếu biết chính xác khoảng thời gian lan truyền tín hiệu từ vệ tinh đến
máy thu, theo nguyên lý giao hội không gian, ba khoảng cách từ 3 vệ tinh đến
máy thu cho phép ta xác định chính xác vị trí của điểm quan sát thông qua tọa
độ X, Y, Z. Song trên thực tế, cả đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu đều có sai
số dẫn đến các khoảng cách đo được là không chính xác, kết quả là chúng không
cắt nhau tai một đểm nên vị trí của máy thu không xác định được. Vì vậy, để
nâng cao độ chính xác của trị đo ta thu thêm tín hiệu của nhiều vệ tinh khác nữa
để có thể đánh giá kết quả định vị.
*Định vị tuyệt đối bằng khoảng cách giả:

v1
v2
v3
v4
Hình 7 : Định vị tuyệt đối đo khoảng cách giả
Khoảng cách giả code tại thời điểm t giữa vị trí quan sát i và vệ tinh j
được biểu diễn theo công thức:
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 12 Lớp Trắc địa 5 K51
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
)(.)()(
`
tcttR
j
iji
j
i
δρ
∆+=
(1.8)

Trong đó các đại lượng
j
i
j
i
j
i
R
δδ
∆,,
lần lượt là khoảng cách giả, khoảng
cách hình học và sai số đồng hồ. Với sai số đồng hồ bao gồm sai số của đồng
hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu trong hệ thống giờ GPS:

)()()( ttt
j
i
j
i
δδδ
−=∆
(1.9)
Từ biểu thức của khoảng cách giả, ta có thể biểu diễn khoảng cách hình
học thông qua các vecto vị trí địa tâm của vệ tinh:
222
])([])([])([)(
i
j
i
j

i
jj
i
ZtZYtYXtXt −+−+−=
δ
(1.10)
Trong đó X
j
(t), Y
j
(t), Z
j
(t) là các vectơ vị trí địa tâm của vệ tinh j tại thời
điểm quan sát t, X
i
, Y
i
, Z
i
là tọa độ của điểm quan sát cần xác định trong hệ tọa
độ trái đất. Trong phương trình khoảng cách giả của khoảng cách giả, ta thấy có
4 ẩn số là tọa độ của điểm quan sát là X
i
, Y
i
, Z
i
và sai số của đồng hồ (bao gồm
sai số của đồng hồ máy thu và đồng hồ vệ tinh). Đối với sai số của đồng hồ vệ
tinh được xác định theo mô hình toán theo quá trình trôi theo thời gian. Thông

tin về các đồng hồ vệ tinh luôn được biết thông qua các thông tin đạo hàng dưới
dạng các hệ số của đa thức a
o
, a
1
, a
2
tại thời điểm t
0
. Sai số của đồng hồ vệ tinh
được tính toán theo công thức:
2
02010
)()()( ttattaat
j
−+−+=
δ
(1.11)
Như vậy, sai số đồng hồ gồm sai số đồng hồ vệ tinh và sai số đồng hồ
máy thu, với công thức trên, sai số đồng hồ vệ tinh đã được xác định (vẫn còn
sót lại một phần sai số nhỏ), phần còn lại là sai số đồng hồ máy thu
)(t
i
δ
là ẩn số.
Như vậy:
)(.)()(.)( tcttctR
i
j
i

jj
i
+=+
ρδ
(1.12)
Nếu xét tại thời điểm t nhất định, thì trong các phương trình trị đo chỉ có 4
ẩn số là tọa độ X
i
, Y
i,
Z
i
của điểm quan sát và sai lệch đồng hồ máy thu
)(t
i
δ
.
Bốn ẩn số này hoàn toàn có thể xác định được nếu tại thời điểm t máy thu đồng
thời quan sát 4 vệ tinh (hình 7).
* Định vị tuyệt đối bằng pha sóng tải:
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 13 Lớp Trắc địa 5 K51
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
Khoảng cách giả có thể nhận được từ các trị đo pha sóng tải:
)(.)(
1
)( tfNtt
j
i
jj
i

j
i
j
i
δρ
λ
φ
∆++=
(1.13)
Trong đó
)(t
j
i
φ
là pha sóng tải đo được,
λ
là bước sóng,
)(t
j
i
ρ
là khoảng
cách hình học từ vệ tinh đến máy thu, số nguyên đa trị độc lập tức thời
j
i
N
,
j
f
là

tần số của tín hiệu vệ tinh và
)(t
j
i
δ
∆
là tổng hợp sai số của đồng hồ máy thu và
đồng hồ vệ tinh. Tương tự, ở đây, sai số đồng hồ vệ tinh cũng được xác định như
trên, thay vào công thức ta được:
)(.)(.)(
1
)( tftfNtt
i
jjjj
i
j
i
j
i
δδρ
λ
φ
−++=
Hay:
)(.)(
1
)(.)( tfNttft
i
jj
i

j
i
jjj
i
δρ
λ
δφ
−+=−
(1.14)
Tại một thời điểm
1=
t
n
và bỏ qua số nguyên đa trị, lúc này mô hình
khoảng cách pha tương đương với mô hình khoảng cách code khi quan sát đồng
thời ít nhất 4 vệ tinh.
* Định vị tuyệt đối bằng tần số DOPPLER:
Cơ sở của định vị phương trình:
)(.)()( tcttD
j
i
j
i
j
i
δρ


∆+=
(1.15)

Phương trình trên chứa
)(tD
j
i
là tốc độ khoảng cách,
)(t
j
i
ρ

là tốc độ tức
thời vectơ giữa vệ tinh và máy thu, với
)(t
j
i
δ

∆
là đạo hàm theo thời gian của độ
sai đồng hồ tổng hợp. Trong đó, tốc độ biến đổi của đồng hồ vệ tinh được xác
định theo công thức:
)(.2)(
021
ttaat
j
−+=
δ

(1.16)
Phương trình có 4 ẩn số, gồm 3 ẩn số tọa độ máy thu

j
ρ
và tốc độ biến
đổi đồng hồ máy thu
)(t
j
i
δ

∆
. Các tham số trên được cung cấp trong tệp thông tin
đạo hàng.
I.4.2 Định vị tương đối:
Định vị GPS tương đối thực chất là xác định vị trí của một điểm dựa vào
vị trí tương đối của điểm đó và một điểm đã biết tọa độ khác (thường là điểm cố
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 14 Lớp Trắc địa 5 K51
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
định), thông qua việc xác định hiệu tọa độ không gian
ZYX ∆∆∆ ,,
hoặc gia số tọa
độ
LHB ∆∆∆ ,,
giữa các điểm đặt máy thu tín hiệu đồng thời trong hệ tọa độ
WGS-84. Nguyên tắc định vị GPS tương đối là sử dụng các đại lượng đo pha
sóng tải giữa 2 điểm đo. Người ta tạo ra và sử dụng các sai phân khác nhau cho
pha sóng tải nhằm làm giảm thiểu tối đa các nguồn sai số hệ thống như sai số
của đồng hồ vệ tinh, đồng hồ máy thu, sai số vệ tinh, số nguyên đa trị… Từ đó
nâng cao độ chính xác của định vị tương đối.
*Sai phân bậc nhất
Giả thiết pha sóng tải từ vệ tinh j đo được ở trạm quan sát tại thời điểm t

là
( )
i
j
tΦ
Hình 8: sai phân bậc 1
Khi đó ta có công thức hiệu pha đơn giữa hai máy thu 1 và 2 là:
( ) ( ) ( )
i
j
i
j
i
j
ttt
122,1
Φ−Φ=∆Φ
(1.17)
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
tfNttft
tfNttft
jjj
i
jj
i
j
jjj
i
jj

i
j
2222
1111
1
1
δρ
λ
δ
δρ
λ
δ
−+=−Φ
−+=−Φ
(1.18)
Trong đó:
j
f
là tần số tín hiệuphát từ vệ tinh j

( )
t
j
δ
là sai số đồng hồ vệ tinh j

( )
t
1
δ

,
( )
t
2
δ
là độ sai của đồng hồ máy thu 1 và 2

λ
bước sóng tải.

( )
t
j
1
ρ
,
( )
t
j
2
ρ
là khoảng cách hình học từ điểm quan sát tới vệ tinh

jj
NN
21
,
là các số nguyên đa trị.
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 15 Lớp Trắc địa 5 K51
φ

J
1
(t
i
)
1
φ
J
2
(t
i
)
J
φ
J
1
(t
i
)
2
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
Thay thế (1.17) vào (1.18) ta được:
( ) ( )
2,12,12,12,1
1
δρ
λ
jjj
i
j

fNtt −+=∆Φ
(1.19)
jjj
NNN
122,1
−=
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
ttt
ttt
j
j
122,1
122,1
ρρρ
δδδ
−=
−=
(1.20)
Từ công thức (1.32) ta có thể thấy sai số đồng hồ vệ tinh
( )
tj
j
đã được loại bỏ.
* Sai phân bậc hai
Trong cùng thời điểm hai máy thu đồng thời thu tín hiệu từ hai vệ tinh j
và k ta sẽ có được sai phân bậc 1 tương tự như trên.

Hình 9: Sai phân bậc 2
Nếu ta lấy hiệu hai sai phân bậc 1 này ta sẽ có được sai phân bậc 2 viết

dưới dạng :
( ) ( ) ( )
i
j
i
k
i
kj
ttt
2,12,1
,
2,1
2
∆Φ−∆Φ=Φ∆
(1.21)
Với các kí hiệu tương tư như ở trên ta có;
( ) ( )
kjkj
i
kj
Ntt
,
2,1
,
2,1
,
2,1
2
1
+=Φ∆

ρ
λ
(1.22)
Từ công thức (1.36) ta có thể thấy nếu ta quan sát đồng thời các vệ tinh có
tần số tín hiệu như nhau ta có thể loại trừ được sai số đồng hồ máy thu.
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 16 Lớp Trắc địa 5 K51
1
2
k
j
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
* Sai phân bậc ba:
Hình 10: Sai phân bậc 3
Giống như sai phân bậc 2 là lấy hiệu 2 sai phân bậc 1 thì sai phân bậc 3
lại lấy hiệu của 2 sai phân bậc 2 khi 2 máy thu tín hiệu đồng thời từ 2 vệ tinh
trong thời điểm
i
t
và
1+i
t
khi đó sai phân bậc 3 có dạng.
( ) ( ) ( )
i
kj
i
kj
ii
kj
tttt

,
2,1
2
1
,
2,1
2
1
,
2,1
3
, Φ∆−Φ∆=Φ∆
++
(1.23)
Cũng với các kí hiệu giống như ở trên ta có:
( ) ( )
1
,
2,11
,
2,1
3
1
,
++
=Φ∆
ii
kj
ii
kj

tttt
ρ
λ
(1.24)
Theo công thức (1.39) ảnh hưởng của các số nguyên đa trị đã được loại bỏ.
I.4.3 Định vị vi phân:
Định vị GPS vi phân (DGPS – Differential GPS) chỉ áp dụng được khi có
2 (hoặc nhiều hơn) máy thu, trong đó 1 máy thu đặt tại điểm đã biết tọa độ gọi là
trạm tham chiếu, còn các máy thu khác sẽ di chuyển, tọa độ được xác định với
điều kiện cả 2 máy thu cùng quan sát ít nhất 4 vệ tinh. Khi đó, tọa độ của máy
thu cố định được sử dụng để tính các số hiệu chỉnh GPS dưới dạng hiệu chỉnh vị
trí điểm hoặc hiệu chỉnh vào khoảng cách code quan trắc, các số hiệu chỉnh này
được chuyển đi dưới dạng sóng vô tuyến điện đến máy thu di dộng và lập tức
được sử dụng tính vị trí điểm để đạt độ chính xác cao hơn so với trường hợp
định vị tuyệt đối.
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 17 Lớp Trắc địa 5 K51
1
j(t
i
)
2
j(t
i+1
)
k(t
i
)
k(t
i+1
)

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp

Hình 11: Định vị vi phân
* Đối với phương pháp hiệu chỉnh vị trí điểm, độ sai tọa độ tại vị trí trạm
tham chiếu A vào thời điểm t được tính theo công thức đơn giản:
)()(
)()(
)()(
tZZtz
tYYty
tXXtx
AA
AA
AA
−=
−=
−=
δ
δ
δ
(1.25)
Khi đó, tọa độ định vị tuyệt đối GPS là X
B
(t), Y
B
(t), Z
B
(t) của điểm B
được cải chính vi phân như sau:
)()(

)()(
)()(
ttZZ
ttYY
ttXX
ZVB
yBB
xBB
δ
δ
δ
+=
+=
+=
(1.26)
Trong đó X
A
, Y
A
, Z
A
là tọa độ đã biết trong hệ tọa độ thực dụng của điểm A
X
A
(t), Y
A
(t), Z
A
(t) là tọa độ định vị tuyệt đối bằng máy thu tại A ở
thời điêm t.

Ta có thể nhận thấy rằng, trong phương pháp này, khi khoảng cách giữa
trạm tham chiếu A và trạm định vị B càng xa nhau thì giả thiết là sai lệch tọa độ
tại mọi điểm là như nhau không còn đúng nữa. Tuy nhiên, phương pháp này cơ
bản đã loại bỏ kết quả định vị tuyệt đối được nhiễu cố ý SA và một số nguồn sai
số khác mang tính hệ thống khác trong kết quả định vị tuyệt đối.
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 18 Lớp Trắc địa 5 K51
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
Định vị DGPS về cơ bản được chia làm 2 loại là GPS vi phân cục bộ
(diện hẹp) và GPS vi phân diện rộng.
1.4.3.1. Định vị GPS vi phân diện hẹp:
Định vị GPS vi phân cục bộ (diện hẹp) được viết tắt LADGPS (Local
Area Differential GPS) là kỹ thuật định vị tức thời gồm các trạm cơ sở, các trạm
trong mắt xích thông tin liên lạc, xử lý số liệu và máy thu của người sử dụng
hợp thành.
LADGPS bao gồm các bộ phận:
1. Trạm cơ sở: Phải có tọa độ địa tâm 3 chiều với độ chính xác cao hơn
1m, được bố trí nơi quang đãng, có các thiết bị tự động ghi các yếu tố khí tượng,
và thu được các pha sóng tải, mã tương quan Y và pha toàn chu kỳ của L
2
.
2. Trạm sử dụng: máy thu tại trạm này có thể 1 tần hoặc 2 tần nhưng phải
có khả năng thu tín hiệu sai phân và giải mã của sóng điều biến.
3. Khâu thông tin và phát số liệu: Có nhiệm vụ truyền số liệu sai phân từ
trạm cơ sở đến trạm phát và từ đó, trạm phát chuyển tín hiệu cho trạm sử dụng.
- Đặc điểm của phương pháp này là cung cấp cho người sử dụng thông
tin cải chính GPS vi phân tổng hợp số cải chính cho trị đô chứ không cung cấp
số cải chính cho từng nguồn sai số, phạm vi ứng dụng của nó khá hẹp, khoảng
150km. Kỹ thuật LADGPS dựa trên 2 mô hình tính toán là vi phân khoảng cách
giả và vi phân pha.
1.4.3.2. Định vị GPS vi phân diện rộng:

Định vị GPS vi phân diện rộng WADGPS có nguyên lý hoạt động là phân
loại sai số trong đo GPS, mô hình hóa từng loại và tính riêng cho từng số hiệu
chỉnh của mỗi loại sai số, được gọi là các số hiệu chỉnh sai phân. Hệ thống
WADGPS quan tâm đến 3 nguồn sai số chủ yếu là sai số lịch vệ tinh, sai số
đồng hồ vệ tinh và độ trễ khi tín hiệu xuyên qua tầng điện ly. Đây cũng là các
nguồn sai số chủ yếu ảnh hưởng lớn đến kết quả định vị GPS.
Hệ thống bao gồm 1 trạm chủ, một trạm phát tín hiệu sai phân, một trạm
giám sát, hệ thống thông tin liên lạc dẫn truyền số liệu và các trạm sử dụng.
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 19 Lớp Trắc địa 5 K51
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
Sự khác nhau giữa mạng lưới tin liên lạc trong hệ thông WADGPS và
LADGPS là đảm bảo mối liên lạc giữa các trạm theo dõi và trạm chủ. Trạm chủ
và trạm phát tín hiệu đều có máy tạo mã thông tin còn ở trạm sử dụng có máy
giải mã, điều này giống như hệ thông LADGPS, nhưng do phạm vi phủ sóng của
hệ thông WADGPS rất lớn, dung lượng thông tin cũng lớn nên tín hiệu được
truyền đi thường được sử dụng sóng dài và hệ thống này rất phức tạp và đầu tư
cho nó đòi hỏi chi phí rất cao.
Ngoài các kỹ thuật đo trên, người ta còn phát triển kỹ thuật đo GPS vi phân
tăng cường diện rộng WAAS. Phương pháp hoạt động của nó là đem tín hiệu hiệu
chỉnh sai phân khu vực rộng do trạm chủ tính được từ mặt đất phát lên các vệ tinh
địa tĩnh, sử dụng tần số L
1
của GPS thông qua các thông tin đạo hàng.
I.5 Các nguồn sai số đối với trị đo GPS:
1.5.1 Sai số do đồng hồ.
Đây là sai số của đồng hồ trên vệ tinh, đồng hồ trên máy thu và sự không
đồng bộ của chúng.
Đồng hồ trên vệ tinh được trạm điều khiển trên mặt đất theo dõi và do đó
nếu phát hiện có sai lệch trạm này sẽ phát tín hiệu chỉ thị thông báo số cải chính
cho máy thu GPS biết để xử lý. Để làm giảm ảnh hưởng sai số đồng hồ cả của

vệ tinh và máy thu, người ta sử dụng hiệu các trị đo giữa các vệ tinh cũng như
giữa các trạm quan sát.
1.5.2 Sai số do quỹ đạo vệ tinh
Chuyển động của vệ tinh trên quĩ đạo không tuân thủ nghiêm ngặt định
luật Kepler do có nhiều tác động nhiễu như: Tính không đồng nhất của trọng
trường trái đất, ảnh hưởng của sức hút của mặt trăng, mặt trời và của các thiên
thể khác, sức cản của khí quyển, áp lực của bức xạ mặt trời, Vị trí tức thời của
vệ tinh chỉ có thể xác định theo mô hình chuyển động được xây dựng trên cơ sở
các số liệu quan sát từ các trạm có độ chính xác cao trên mặt đất thuộc phần điều
khiển của hệ thống GPS và đương nhiên có chứa sai số. Có hai loại ephemerit
được xác định từ kết quả hậu sử lý số liệu quan sát cho chính các thời điểm nằm
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 20 Lớp Trắc địa 5 K51
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
trong khoảng thời gian quan sát và ephemerit được ngoại suy từ các ephemerit
nêu trên cho máy ngày tiếp theo, loại ephemerit thứ nhất có độ chính xác ở mức
10 - 50 m, và chỉ được cung cấp khi được Chính phủ Mỹ cho phép, còn loại thứ
2 ở mức 20 -100 m và cho phép khách hàng sử dụng. Sai số vị trí của vệ tinh
ảnh hưởng gần như trọn vẹn tới sai số xác định toạ độ của điểm quan trắc đơn
riêng biệt, nhưng lại được loại trừ đáng kể trong kết quả định vị tương đối giữa
hai điểm.
1.5.3 Sai số do tầng điện ly và tầng đối lưu:
Được phát đi từ vệ tinh ở độ cao 20 200 km xuống tới máy thu trên mặt
đất, các tín hiệu vô tuyến phải xuyên qua tầng điện ly và tầng đối lưu. Tốc độ
lan truyền tín hiệu tăng tỉ lệ thuận với mật độ điện tử tự do trong tầng điện ly và
tỉ lệ nghịch với bình phương tần số của tín hiệu. Ảnh hưởng của tầng điện ly sẽ
được loại trừ đáng kể bằng cách sử dụng hai tần số tải khác nhau. Chính vì thế,
để đảm bảo định vị với độ chính xác cao người ta sử dụng các máy thu GPS 2
tần số. Xong khi 2 điểm quan sát ở gần nhau thì ảnh hưởng nhiễu xạ do 2 tần số
kết hợp sẽ lớn hơn so với 1 tần số và do vậy nên sử dụng máy thu 1 tần số cho
trường hợp định vị ở khoảng cách ngắn. Ảnh hưởng của tầng điện ly vào ban

đêm sẽ nhỏ hơn tới 5-6 lần so với ban ngày.
Ảnh hưởng của tầng đối lưu có thể được mô hình hóa theo các yếu tố khí
tượng là nhiệt độ, áp suất và độ ẩm. Nó có thể được xem là gần như nhau đối
với hai điểm quan sát ở cách nhau không quá vài chục km và vì thế sẽ được loại
trừ đáng kể trong hiệu trị đo giữa hai điểm quan sát.
Để làm giảm ảnh hưởng của tầng điện ly và tầng đối lưu người ta quy
định chỉ quan sát vệ tinh ở độ cao từ 15
o
trở lên so với mặt phẳng chân trời.
1.5.4 Sai số do nhiễu tín hiệu:
Ăng ten của máy thu không chỉ thu tín hiệu đi thẳng từ vệ tinh tới mà còn
nhận cả các tín hiệu phản xạ từ mặt đất và môi trường xung quanh. Sai số do
hiện tượng này gây ra được gọi là sai số do nhiễu xạ của tín hiệu vệ tinh. Để làm
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 21 Lớp Trắc địa 5 K51
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
giảm sai số này, các nhà chế tạo máy thu không ngừng hoàn thiện cấu tạo của cả
máy thu và ăng ten.
Tổng hợp ảnh hưởng của các nguồn sai số chủ yếu nêu trên cùng với
nguồn sai số phụ khác, khoảng cách từ vệ tinh đến các điểm quan sát phụ khác
sẽ có sai số 13 m với xác suất 95%. Nếu xét đến ảnh hưởng của chế độ C\A thì
sai số này sẽ là 50 m. Song các giá trị này mới chỉ là sai số của khoảng cách từ
mỗi vệ tinh đến điểm quan sát, chứ không phải là sai số của bản thân vị trí điểm
quan sát. Do vị trí điểm quan sát được xác định bởi phép giao hội khoảng cách
từ các vệ tinh nên độ chính xác của nó phụ thuộc vào các góc giao hội, tức là
phụ thuộc vào đồ hình phân bố vệ tinh so với điểm quan sát. để có được sai số vị
trí điểm quan sát ta phải đem sai số khoảng cách giao hội nhân với một hệ số lớn
hơn 1. Hệ số này đặc trưng cho đồ hình giao hội và được gọi là hệ số phân tán
độ chính xác (Dilution of Precision - DOP). Rõ ràng DOP càng nhỏ thì vị trí
điểm quan sát được xác định càng chính xác.
Hệ số DOP tổng hợp nhất là hệ số phân tán độ chính xác hình học -

GDOP, vì nó đặc trưng cho cả ba thành phần tọa độ không gian X, Y, Z và yếu
tố thời gian t. Hệ số GDOP từ 2 - 4 được coi là tốt.
I.6 Ứng dụng của GPS:
1.6.1 Các ứng dụng trong trắc địa và bản đồ mặt đất:
Độ chính xác cao của các trị số đo Phase sóng mang GPS cùng với những
thuật toán bình sai xấp xỉ dần cung cấp một công cụ thích hợp cho nhiều nhiệm
vụ khác nhau trong công tác trắc địa và bản đồ. Chúng ta có thể chia các ứng
dụng này làm 4 loại:
- Đo đạc địa chính
- Lập lưới khống chế trắc địa.
- Theo dõi độ biến dạng cục bộ.
- Theo dõi độ biến dạng toàn bộ.
Đo đạc địa chính đòi hỏi độ chính xác vị trí tương đối khoảng 10
-4
. Người
ta có thể đạt được độ chính xác này một cách dễ dàng bằng cách quan trắc GPS.
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 22 Lớp Trắc địa 5 K51
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
Hình 12: GPS trong trắc địa bản đồ
Lưới khống chế trắc địa là những lưới trắc địa có độ chính xác cao. Độ
chính xác yêu cầu về vị trí tương đối khoảng 5.10
-6
đến 1.10
-6
ứng với các cự ly
20 - 100 km. Độ chính xác này có thể đạt được bằng cách xử lý sau các trị đo
phase sóng mang GPS bằng những phần mềm tiêu chuẩn. Các cấp hạng khống
chế thấp hơn (ví dụ lưới đo vẽ bản đồ) có thể cũng được thành lập bằng phương
pháp GPS.
Việc theo dõi độ biến dạng cục bộ (lún do khai thác mỏ, biến dạng công

trình) đòi hỏi độ chính xác 1 mm đến 1 cm trên cự ly tới một vài km. Đối với
những ứng dụng này, độ chính xác có thể đạt được nói trên bị hạn chế bởi sự
thiếu chắc chắn trong sự biến đổi của các tấm vi mạch trong ăng ten GPS và sự
sai lệch về tín hiệu do môi trường phản xạ nơi đặt ăng ten. Hơn thế nữa, khó
khăn bị tăng lên do khả năng nhìn thấy vệ tinh bị giới hạn vì hiện tượng bóng tối
của tín hiệu trong môi trường công nghiệp tiêu biểu.
Việc theo dõi độ biến dạng toàn bộ (hoạt động kiến tạo của địa tầng) đòi
hỏi độ chính xác khoảng 10
-7
- 10
-8
trên cự ly liên lục địa. Sự khác nhau cơ bản
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 23 Lớp Trắc địa 5 K51
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
giữa việc theo dõi biến dạng toàn bộ so với những ứng dụng đã nói trên là ở chỗ
trong trường hợp này cần phải có một mô hình phức tạp về các quỹ đạo vệ tinh
GPS, các trị thời trễ khi truyền tín hiệu qua tầng khí quyển và các độ lệch khác.
I.6.2 Các ứng dụng trong giao thông và thông tin trên mặt đất:
Việc phổ biến rộng rãi phép định vị hàng hải bằng GPS trong giao thông
dân dụng hầu như tăng dần dần thay thế các phương pháp truyền thống. Trong
việc xác định các hành trình trên mặt đất, một màn hình tự động thể hiện vị trí
của phương tiện (được xác định bằng GPS) trên một sơ đồ điện tử có thể sẽ thay
thế sự so sánh có tính thủ công các vật thể xung quanh phương tiện với bản đồ
truyền thống. Ứng dụng này thuộc loại cực kỳ quan trọng đối với các phương
tiện thi hành luật pháp, công tác tìm kiếm hoặc cứu hộ

Hình 13: GPS trong giao thông
Việc theo dõi vị trí và sự chuyển động của các phương tiện có thể đạt được
nếu các phương tiện này được trang bị những máy phát chuyển tiếp tự động để hỗ
trợ máy thu GPS. Vị trí được xác định bằng các thiết bị thu và xử lý GPS có thể

được truyền đến một địa điểm trung tâm được thể hiện trên màn hình.
I.6.3 Các ứng dụng trong trắc địa và bản đồ trên biển:
Nhờ độ chính xác cao và thời gian cần thiết để đo một vị trí chỉ định (Fix)
ngắn, hệ GPS đặc biệt phù hợp với công việc định vị ven bờ và ngoài khơi. Đối
với công tác trắc địa biển, yêu cầu độ chính xác về vị trí mặt phẳng thường thay
đổi trong khoảng từ một vài đềcimét đến một vài chục mét. Để đáp ứng các yêu
cầu này cần phải sử dụng những kỹ thuật quan sát và xử lý số liệu khác nhau
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 24 Lớp Trắc địa 5 K51
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa cao cấp
bằng cách sử dụng các phép đo giả cự ly hoặc phép đo phase sóng mang. Các
ứng dụng trên biển bao gồm đo vẽ bản đồ, các chướng ngại dẫn đường tàu
thuyền (đo vẽ bãi cạn, đo vẽ phao nổi) và đo vẽ các cầu tàu và bến cảng. Các
yêu cầu định vị trong thám hiểm địa lý đáy biển (ví dụ đo địa chấn) cũng như
các yêu cầu về định vị hố khoan đều có thể được đáp ứng bằng GPS.
Trong trắc địa biển (địa hình đáy biển, trường trọng lực của trái đất ) đều
có thể dùng GPS làm công cụ định vị.
I.6.4 Các ứng dụng trong giao thông và hải dương học trên biển:
Hệ thống địnhvị GPS đã trở thành một công cụ dẫn đường hàng hải trên
biển lý tưởng. Yêu cầu độ chính xác dẫn hướng đi trên biển thay đổi trong
khoảng từ một vài mét (trên bãi biển, bến tàu và dẫn hướng trên sông) đến một
vài trăm mét (dẫn hướng trên đường đi). Thủ tục định vị GPS chính xác sử dụng
cả phép đo giả ngẫu nhiên và phép đo phase sóng mang có thể đưa đến việc dẫn
hướng đi của tàu thuyền trên sông và ven biển không cần đến phao nổi, công tác
tìm kiếm và cứu hộ ngoài khơi xa cũng sẽ có hiệu quả hơn nhờ được nâng cao
độ chính xác việc dẫn hướng đường đi.
Các nhu cầu định vị đối với công tác dã ngoại trong vật lý đại dương cũng
có thể được đáp ứng nhờ hệ GPS. Phép đo phase của sóng mang bổ túc cho ta
tốc độ tàu thuyền chính xác, là số liệu cần thiết trong nghiên cứu các dòng chảy
của đại dương.
I.6.5 Các ứng dụng trong trắc địa và bản đồ hàng không:

Trong ứng dụng đo đạc và đo vẽ bản đồ từ ảnh máy bay, hệ định vị GPS
cung cấp kỹ thuật dẫn đường bay, xác định tâm chính ảnh.
Trong đo vẽ ảnh hàng không, yêu cầu độ chính xác dẫn đường bay
khoảng một vài chục mét - có thể thực hiện được một cách dễ dàng nhờ hệ GPS.
Phép xử lý sau với độ chính xác cao bằng GPS có thể thay thế kỹ thuật tam giác
ảnh không gian và do đó có thể đóng vai trò của các điểm khống chế mặt đất
một cách tuyệt hảo. Yêu cầu về độ chính xác của phép định vị trong lĩnh vực
ứng dụng này thay đổi trong khoảng từ 0.5 m đến 26 m tuỳ theo từng loại tỉ lệ
bản đồ khác nhau.
Sinh viên: Ngọ Văn Hà - 25 Lớp Trắc địa 5 K51