Nghiên cứu ứng dụng anten thông minh tại phía thu tín hiệu GPS

vii


Tóm tắt vi
Mục lục vii
Danh mục hình ix
Danh mục bảng xii
Danh mục từ viết tắt xiii
  1
1.1 Đặt vấn đề và tình hình nghiên cứu hiện nay 1
1.2 Mục tiêu đề tài 2
1.3 Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu 2
1.4 Phương pháp nghiên cứu 3
  4
2.1 Tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu GPS 4
2.1.1 Giới thiệu hệ thống GPS 4
2.1.2 Các mảng của hệ thống GPS 5
2.1.3 Cấu trúc tín hiệu GPS 6
2.1.4 Các sai số trong hệ thống GPS 11
2.1.4.1 Sai số do vệ tinh 11
2.1.4.1.1 Sai số chủ định SA (selective availability) 11
2.1.4.1.2 Sai số quỹ đạo vệ tinh (ephemeris error) 12
2.1.4.1.3 Sai số đồng hồ của vệ tinh (satellite clock error) 12
2.1.4.2 Sai số khi truyền tín hiệu 12
2.1.4.2.1 Sai số do truyền dẫn đa đường (multipath error) 12
2.1.4.2.2 Sai số do tầng điện ly (ionospheric error) 13
2.1.4.2.3 Sai số do tầng đối lưu (tropospheric error) 14
2.1.4.3 Sai số do bộ thu của người sử dụng 15
2.1.5 Cách tính tọa độ bộ thu dựa theo hình học 17
2.1.6 Giới thiệu về bộ thu tín hiệu GPS 20

2.2 Giới thiệu về kỹ thuật DGPS 23
2.3 Giới thiệu về anten thông minh 26
2.3.1 Lý thuyết về dãy anten 27
2.3.2 Phân loại các hệ thống anten thông minh 34
2.3.2.1 Các hệ thống tạo búp chuyển đổi 34

viii
2.3.2.2 Bộ tạo búp thích nghi dùng giải thuật LMS 35
2.3.2.3 Bộ tạo búp sử dụng hướng đến dùng giải thuật LCMV 39
2.3.3 Giải pháp Sparse Array cho dãy Anten thông minh 44
2.3.4 Những lợi ích của hệ thống anten thông minh 45
      
VÀ DGPS
3.1 ng dụng anten thông minh trong hệ thống GPS và DGPS 47
3.1.1 ng dụng giải thuật LCMV băng hẹp trong bộ tạo búp sử dụng hướng
đến của anten thông minh đặt tại trạm tham khảo 49
3.1.1.1 ng dụng giải thuật Multiple LCMV beamforming băng hẹp cho dãy
anten ULA (Uniform Linear Array) trong không gian 2D 51
3.1.1.2 ng dụng giải thuật Multiple LCMV beamforming băng hẹp cho dãy
anten chữ nhật URA (Uniform Rectangular Array) trong không gian
3D 56
3.1.2 ng dụng giải thuật thích nghi Unconstrained LMS Beamforming băng
hẹp trong bộ tạo búp sử dụng tín hiệu tham khảo cho dãy anten ULA
trong không gian 2D 60
3.1.3 ng dụng giải thuật Sparse Array cho dãy Anten 70
  74
4.1 Kết quả mô phỏng giải thuật Multiple LCMV Beamforming băng hẹp 74
4.1.1 Kết quả mô phỏng giải thuật Multiple LCMV Beamforming băng hẹp
trong bộ tạo búp sử dụng hướng đến cho dãy anten ULA có N phần tử
trong không gian 2D 74

4.1.2 Kết quả mô phỏng giải thuật Multiple LCMV Beamforming băng hẹp
trong bộ tạo búp sử dụng hướng đến cho dãy anten URA trong không
gian 3D 76
4.2 Kết quả mô phỏng giải thuật Unconstrained LMS Beamforming băng hẹp
4.2.1 Kết quả mô phỏng giải thuật Unconstrained LMS Beamforming băng hẹp
trong bộ tạo búp sử dụng tín hiệu tham khảo cho dãy anten ULA trong
không gian 2D 81
4.2.2 Kết quả mô phỏng giải thuật Unconstrained LMS Beamforming băng hẹp
để chọn số phần tử N của dãy anten ULA tối ưu sao cho thời gian hội tụ nhỏ
nhất trong số 200 cặp giá trị (N,

) 86
4.2 Kết quả mô phỏng giải thuật Sparse Array 93


ix
  94
5.1 Kết luận 94
5.2 Hướng phát triển của đề tài 95
TÀI LIU THAM KHO 96
PH LC 98

ix

Hình 2.1 Chòm sao vệ tinh GPS 4
Hình 2.2 Các mảng của hệ thống GPS 5
Hình 2.3 Minh họa (a) Sóng sin ; (b) mã số 6
Hình 2.4 Minh họa cấu trúc mã C/A trên sóng mang L1 8
Hình 2.5 Minh họa cấu trúc mã P trên sóng mang L1 9
Hình 2.6 Minh họa cấu trúc bản tin định vị 10

Hình 2.7 Sai số vị trí của bộ thu GPS khi có SA 11
Hình 2.8 Sai số vị trí của bộ thu GPS sau khi bỏ SA 12
Hình 2.9 Minh họa ảnh hưởng của truyền dẫn đa đường 13
Hình 2.10 Minh họa các sai số của hệ thống GPS 16
Hình 2.11 Minh họa vị trí bộ thu của người sử dụng và vệ tinh 17
Hình 2.12 Sơ đồ tổng quát của bộ thu tín hiệu GPS 20
Hình 2.13 Sơ đồ khối của bộ thu tín hiệu GPS 22
Hình 2.14 Minh họa mô hình GPS sai phân 24
Hình 2.15 Minh họa mô hình DGPS cục bộ 25
Hình 2.16 Minh họa mô hình DGPS mở rộng 26
Hình 2.17 Vùng bức xạ của Anten thường và Anten thông minh 27
Hình 2.18 Sơ đồ tổng quát của Anten thông minh 27
Hình 2.19 Minh họa dãy anten có các phần tử bất kỳ 28
Hình 2.20 Các dãy anten (a) ULA. (b) UCA. (c) URA. (d) Dãy anten 3 chiều 29
Hình 2.21 Dãy anten ULA phân bố đều trên trục x 30
Hình 2.22 Mô hình dãy anten ULA định hướng theo trục x, thu nhận sóng mặt theo
hướng (θ, ф) 30
Hình 2.23 Mạng tạo búp chuyển đổi tạo M búp từ M phần tử dãy 35
Hình 2.24 Cấu trúc dãy anten thích nghi 36
Hình 2.25 Bộ lọc tuyến tính 40
Hình 2.26 Sóng tới phẳng trên dãy anten tuyến tính 41
Hình 3.1 Mô hình đặt anten thông minh kết hợp với kỹ thuật DGPS 47
Hình 3.2 Mô hình dãy anten ULA định hướng theo trục x, thu nhận sóng mặt theo
hướng (θ, ф) 52
Hình 3.3 Minh họa dãy anten URA gồm M*N phần tử phân bố đều 57
Hình 3.4 Mô hình tổng quát của hệ thống anten thông minh dùng tín hiệu tham
khảo 61
Hình 3.5 Minh họa các ngõ vào và ngõ ra của một hệ thống 68
Hình 3.6 Minh họa Lưu đồ thuật toán giải thuật cập nhập trọng số LMS 69
Hình 3.7 Minh họa Dãy Anten phân bố đều với 12 phần tử 67

Hình 3.8 Minh họa Dãy Anten 12 phần tử khi dùng MRLA 71
Hình 3.9 Minh họa Cấu trúc cây của chuỗi dãy phần tử Anten. 72
Hình 3.10 Minh họa Dãy Anten ULA 12 phần tử khi dùng MRLA 72


x

Hình 4.1 Đồ thị hướng tính của bộ tạo búp Multiple LCMV Beamforming sử
dụng hướng đến dùng cho dãy anten ULA có N=8 phần tử trong không
gian 2D 74
Hình 4.2 Đồ thị hướng tính của bộ tạo búp Multiple LCMV Beamforming sử
dụng hướng đến dùng cho dãy anten ULA có N=15 phần tử trong
không gian 2D 75

Hình 4.3 Đồ thị hướng tính của bộ tạo búp Multiple LCMV Beamforming sử
dụng hướng đến dùng cho dãy anten ULA có N=20 phần tử trong
không gian 2D 75
Hình 4.4 Đồ thị hướng tính của bộ tạo búp Multiple LCMV Beamforming sử
dụng hướng đến dùng cho dãy anten chữ nhật URA trong không gian
3D trong trường hợp hướng tín hiệu mong đợi là (θ, ф) = (45
0
, 125
0
) 77
Hình 4.5 Đồ thị hướng tính của bộ tạo búp Multiple LCMV Beamforming dùng
cho dãy anten chữ nhật URA trong không gian 3D 77
Hình 4.6 Độ rộng búp 4 hướng đến của tín hiệu mong đợi khi M=6, N=6 79
Hình 4.7 Độ rộng búp 4 hướng đến của tín hiệu mong đợi khi M=12, N=12 79
Hình 4.8 Độ rộng búp 4 hướng đến của tín hiệu mong đợi khi M=20, N=20 79
Hình 4.9 Độ rộng búp 4 hướng đến của tín hiệu mong đợi khi M=50, N=50 80

Hình 4.10 Đồ thị hướng tính của bộ tạo búp Multiple LCMV Beamforming dùng cho
dãy anten chữ nhật URA trong không gian 3D khi M=50, N=50 80
Hình 4.11 Sai số MSE giữa tín hiệu mẫu với ngõ ra của hệ thống trong bộ tạo búp
Unconstrained LMS Beamforming dùng cho dãy anten ULA có N=8
phần tử 81
Hình 4.12 Sai số MSE giữa tín hiệu mẫu với ngõ ra của hệ thống trong bộ tạo búp
Unconstrained LMS Beamforming dùng cho dãy anten ULA có N=15
phần tử 82
Hình 4.13 Sai số MSE giữa tín hiệu mẫu với ngõ ra của hệ thống trong bộ tạo búp
Unconstrained LMS Beamforming dùng cho dãy anten ULA có N=20
phần tử 82

Hình 4.14 Đồ thị hướng tính của bộ tạo búp Unconstrained LMS Beamforming
dùng cho dãy anten ULA có N=20 phần tử theo 4 hướng đến
SOI(1,2,3,4) = -60
0
; -20
0
; 20
0
; 60
0
83
Hình 4.15 Đồ thị hướng tính (tính bằng dB) của bộ tạo búp Unconstrained LMS
Beamforming dùng cho dãy anten ULA có N=20 phần tử theo 4 hướng
đến SOI(1,2,3,4)= -60
0
; -20
0
; 20

0
; 60
0
83
Hình 4.16 Sự hội tụ của trọng số W theo số mẫu tham khảo (1000 mẫu) trong bộ
tạo búp Unconstrained LMS Beamforming dùng cho dãy anten ULA có
N=20 phần tử theo hướng đến SOI(1) = - 60
0
84

xi
Hình 4.17 Sự hội tụ của trọng số W theo số mẫu tham khảo (1000 mẫu) trong bộ
tạo búp Unconstrained LMS Beamforming dùng cho dãy anten ULA có
N=20 phần tử theo hướng đến SOI(2) = - 20
0
84
Hình 4.18 Sự hội tụ của trọng số W theo số mẫu tham khảo (1000 mẫu) trong bộ
tạo búp Unconstrained LMS Beamforming dùng cho dãy anten ULA có
N=20 phần tử theo hướng đến SOI(3) = 20
0
85
Hình 4.19 Sự hội tụ của trọng số W theo số mẫu tham khảo (1000 mẫu) trong bộ
tạo búp Unconstrained LMS Beamforming dùng cho dãy anten ULA có
N=20 phần tử theo hướng đến SOI(4) = 60
0
85
Hình 4.20 Minh họa thời gian hội tụ (mẫu thứ n) khi mô phỏng 1000 mẫu tín hiệu
rời rạc trong bộ tạo búp Unconstrained LMS Beamforming dùng cho
dãy anten ULA tương ứng với 200 cặp giá trị (N,


) theo hướng đến
SOI(1) = -60
0
86
Hình 4.21 Minh họa thời gian hội tụ (mẫu thứ n) khi mô phỏng 1000 mẫu tín hiệu
rời rạc trong bộ tạo búp Unconstrained LMS Beamforming dùng cho
dãy anten ULA tương ứng với 200 cặp giá trị (N,

) theo hướng đến
SOI(2) = -20
0
87
Hình 4.22 Minh họa thời gian hội tụ (mẫu thứ n) khi mô phỏng 1000 mẫu tín hiệu
rời rạc trong bộ tạo búp Unconstrained LMS Beamforming dùng cho
dãy anten ULA tương ứng với 200 cặp giá trị (N,

) theo hướng đến
SOI(3) = 20
0
87
Hình 4.23 Minh họa thời gian hội tụ (mẫu thứ n) khi mô phỏng 1000 mẫu tín hiệu
rời rạc trong bộ tạo búp Unconstrained LMS Beamforming dùng cho
dãy anten ULA tương ứng với 200 cặp giá trị (N,

) theo hướng đến
SOI(4) = 60
0
88
Hình 4.24 Minh họa thời gian hội tụ (mẫu thứ n) khi mô phỏng 1000 mẫu tín hiệu
rời rạc trong bộ tạo búp Unconstrained LMS Beamforming dùng cho

dãy anten ULA tương ứng với 200 cặp giá trị (N,

) theo hướng đến
SOI(4) = -20
0
88
Hình 4.25 Minh họa độ lợi (dB) khi mô phỏng 1000 mẫu tín hiệu rời rạc trong bộ
tạo búp Unconstrained LMS Beamforming dùng cho dãy anten ULA
tương ứng với 200 cặp giá trị (N,

) theo hướng đến SOI(2) = -20
0
89
Hình 4.26 Đồ thị hướng tính của Sparse Array dãy Anten 12 phần tử. 93




xii

Bảng 4.1 Số liệu thời gian hội tụ (mẫu thứ n) khi mô phỏng 1000 mẫu tín hiệu rời
rạc trong bộ tạo búp Unconstrained LMS Beamforming dùng cho dãy
anten ULA tương ứng với 200 cặp giá trị (N,

) theo hướng đến SOI(1) =
-60
0
90
Bảng 4.2 Số liệu thời gian hội tụ (mẫu thứ n) khi mô phỏng 1000 mẫu tín hiệu rời
rạc trong bộ tạo búp Unconstrained LMS Beamforming dùng cho dãy

anten ULA tương ứng với 200 cặp giá trị (N,

) theo hướng đến SOI(2) =
-20
0
90
Bảng 4.3 Số liệu thời gian hội tụ (mẫu thứ n) khi mô phỏng 1000 mẫu tín hiệu rời
rạc trong bộ tạo búp Unconstrained LMS Beamforming dùng cho dãy
anten ULA tương ứng với 200 cặp giá trị (N,

) theo hướng đến SOI(3) =
20
0
91
Bảng 4.4 Số liệu thời gian hội tụ (mẫu thứ n) khi mô phỏng 1000 mẫu tín hiệu rời
rạc trong bộ tạo búp Unconstrained LMS Beamforming dùng cho dãy
anten ULA tương ứng với 200 cặp giá trị (N,

) theo hướng đến SOI(4) =
60
0
92

xiii


ADC Analog to Digital Converter
Amp Amplification
BPF Band Pass Filter
CA Coarse Acquisition

CDMA Code Division Multiple Access
DOA Direction-Of-Arrival
DGPS Differential GPS
EGNOS European Geostationary Navigation Overlay Service
FDMA Frequency Division Multiple Access
GAGAN GPS And GEO Augmented Navigation
GEO GEOstationary satellite
GIS Geographical Information Systems
GPS Global Position System
HOW Hand-Over Word
IF Intermediate Frequency
IODC Issue Of Date, Clock
IODE Issue Of Date, Ephemeris
LADGPS Local Area DGPS
LCMV Linearly Constrained Minimum Variance
LMS Least Mean Square
LS Least Square
MCS Master Control Station
MMSE Minimum Mean Square Error
MSAS Multifunctional Transportation Satellite-based Augmentation
System
MSE Mean Squared Error
P Precision
PPS Precise Positioning Service
PRN PseudorRaNdom
RF Radio Frequency
RTCM Radio Technical Commission for Maritime Services

xiv
SA Selective Availability

SIR Signal to Interference Ratio
SNOI Signal Not Of Interest
SNR Signal to Noise Ratio
SOI Signal Of Interest
SPS Standard Positioning Service
TDMA Time Division Multiple Access
TEC Total Electron Content
TLM TeLeMetry word
TOW Time-Of-Week
UCA Uniform Circular Array
ULA Uniform Linear Array
URA Uniform Rectangular Array
URE User Range Error
WAAS Wide Area Augmentation System
WADGPS Wide Area DGPS
WN Week Number




Chương 1: TNG QUAN GVHD: PGS TS. Phạm Hồng Liên

HVTH: Nguyễn Hữu Tài 1 MSHV: 128520203022

1: 
1.1 :
Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) là hệ thống xác định vị
trí dựa vào các vệ tinh nhân tạo gồm 24 vệ tinh chủ đạo và một vài vệ tinh dự trữ
được phân bố quanh trái đất trên 6 quỹ đạo gần tròn với đường kính 20138 km và
có góc nghiêng 55

0
so với mặt phẳng xích đạo. Để đảm bảo bao phủ khắp mọi nơi
trên trái đất, các vệ tinh GPS được sắp xếp sao cho mỗi quỹ đạo có ít nhất 4 vệ tinh
phân bố đều. Về mặt hình học, bất kỳ điểm nào trên trái đất cũng thấy được từ 4 đến
10 vệ tinh trong chòm sao vệ tinh GPS. Các vệ tinh GPS bay vòng quanh trái đất
hai lần trong một ngày (mỗi chu kỳ quỹ đạo mất khoảng 11 giờ 58 phút) theo một
quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống trái đất. Các máy thu GPS
nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được vị trí máy thu của người
dùng.
Do xung clock tại nơi phát (vệ tinh) và nơi thu (máy thu của người dùng) không
đồng bộ nên có sai số thời gian trễ, dẫn đến sai số khoảng cách từ máy thu của
người dùng đến vệ tinh, do đó vị trí máy thu của người dùng cũng sai theo. Ngoài ra
còn có nhiều nguồn sai số khác như sai số chủ định SA (Selective Availability)
nhằm ngăn ngừa việc tự định vị chính xác ở thời gian thực của các thuê bao trái
phép, sai số quỹ đạo vệ tinh, sai số do truyền dẫn đa đường, sai số trễ khi tín hiệu
truyền qua tầng điện ly và tầng đối lưu, sai số do máy thu. Bên cạnh các nguồn sai
số trên, vấn đề truyền dẫn trong môi trường mật độ người sử dụng cao rất dễ dẫn
đến hiện tượng fading và can nhiễu tại bộ thu của người dùng.
Vấn đề đặt ra là tìm những giải pháp để hạn chế nguồn can nhiễu, fading và hàng
loạt các nguồn sai số khác. Ta không thể can thiệp vào vệ tinh để giảm nguồn sai số
tại đó được. Nguồn sai số do có kích hoạt SA, sai số quỹ đạo vệ tinh, sai số đồng hồ


Chương 1: TNG QUAN GVHD: PGS TS. Phạm Hồng Liên

HVTH: Nguyễn Hữu Tài 2 MSHV: 128520203022
vệ tinh sẽ được loại bỏ hoàn toàn bằng kỹ thuật DGPS (Differential GPS). Nguồn
sai số trễ khi tín hiệu truyền qua tầng điện ly và tầng đối lưu cũng được hạn chế
bằng kỹ thuật DGPS. Nguồn sai số do hiện tượng fading và can nhiễu tại bộ thu có
thể được giảm bởi các bộ lọc. Nguồn sai số do truyền dẫn đa đường, can nhiễu và

vấn đề truyền dẫn tối ưu cũng được hạn chế bởi anten thông minh. Trong [10] đã
trình bày lý thuyết bộ lọc thích nghi dùng giải thuật LCMV(Linearly Constrained
Minimum Variance) cho dãy Anten, trong [8] và [11] cũng trình bày những nguyên
lý và ứng dụng giải thuật LMS(Least Mean Square) và MMSE cho dãy Anten thích
nghi, tại [12] trình bày ứng dụng Anten thông minh cho mạng thông tin di động với
việc tính toán, mô phỏng thành công các giải thuật thích nghi LCMV, LMS, Đồng
thời trong [14] có trình bày ứng dụng anten thông minh cho hệ thống GPS….Trong
luận văn này tác giả ứng dụng các giải thuật LCMV,LMS kết hợp kỹ thuật DGPS
cục bộ cho dãy Anten thích nghi để thu tín hiệu GPS. đồng thời các nghiên cứu về
giải thuật Sparse Array với mục tiêu giảm số lượng phần tử Anten nhưng vẫn đảm
bảo được búp sóng hẹp.
tiêu 
- Cải thiện chất lượng tín hiệu GPS, Đảm bảo việc truyền sóng, truyền dẫn tối ưu.
- Hạn chế ảnh hưởng do truyền dẫn đa đường, can nhiễu
1.3 
Nhiệm vụ phần Luận văn này phải thực hiện:
- Tìm hiểu về hệ thống định vị GPS, Tìm hiểu về kỹ thuật DGPS.
- Tìm hiểu Anten thông minh.
- Thực hiện giải thuật Multiple LCMV Beamforming băng hẹp trong bộ tạo búp sử
dụng hướng đến được đặt tại trạm tham khảo của hệ thống DGPS (hoặc có thể được
đặt tại bộ thu của người sử dụng) nhằm thu nhận tín hiệu từ các vệ tinh GPS.


Chương 1: TNG QUAN GVHD: PGS TS. Phạm Hồng Liên

HVTH: Nguyễn Hữu Tài 3 MSHV: 128520203022
- Thực hiện giải thuật Unconstrained LMS Beamforming băng hẹp trong bộ tạo búp
sử dụng tín hiệu tham khảo được đặt tại trạm tham khảo (hoặc tại bộ thu của người
sử dụng) nhằm bảo đảm truyền dẫn tối ưu giữa trạm tham khảo và các bộ thu của
người sử dụng

- Thực hiện giải thuật Sparse Array cho dãy Anten ULA có 12 phần tử.
Trong phạm vi luận văn tốt nghiệp sẽ nghiên cứu và trình bày về ứng dụng của
anten thông minh trong hệ thống GPS. Anten thông minh được dùng ở đây là dãy
anten thích nghi, dùng giải thuật thích nghi LCMV (Linearly Constrained Minimum
Variance) băng hẹp trong bộ tạo búp sử dụng hướng đến và giải thuật thích nghi
LMS (Least Mean Square) băng hẹp trong bộ tạo búp sử dụng tín hiệu tham khảo.
1.4 
Luận văn đã sử dụng các tài liệu, bài báo, công trình nghiên cứu đã được
công bố của các tác giả trong và ngoài nước để từ đó đưa ra hướng nghiên cứu cho
đề tài.
Luận văn sử dụng Matlab để mô phỏng giải thuật LCMV trong bộ tạo búp sử
dụng hướng đến nhằm minh họa trên đồ thị hướng tính khả năng triệt can nhiễu
bằng cách hướng búp sóng chính (main beam) về hướng tín hiệu mong đợi và cực
tiểu công suất từ các hướng khác (hướng của can nhiễu và nhiễu), mô phỏng giải
thuật LMS trong bộ tạo búp sử dụng tín hiệu tham khảo nhằm minh họa khả năng
triệt can nhiễu bằng cách hướng búp sóng chính về hướng tín hiệu (sau khi tối ưu
dùng chuỗi tham khảo) và lái những null của đồ thị hướng tính về hướng can nhiễu.
Đồng thời mô phỏng giải thuật Sparse Array trong việc giảm số phần tử Anten
nhưng vẫn đảm bảo được yêu cầu truyền dẫn tối ưu.


Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS. Phạm Hồng Liên

HVTH: Nguyễn Hữu Tài 4 MSHV: 128520203022

2: 
2.1 
  ([5])
Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) là hệ thống xác định vị
trí dựa vào các vệ tinh nhân tạo. Được thiết kế và quản lý từ đầu những năm 1970

bởi Bộ Quốc Phòng Hoa Kỳ, ban đầu GPS chỉ dành cho các mục đích quân sự,
nhưng từ năm 1980 chính phủ Hoa Kỳ cho phép phục vụ cho cả mục đích quân sự
lẫn dân sự. Hệ thống GPS hoạt động từ năm 1993 cung cấp thông tin định vị liên
tục 24 giờ một ngày ở mọi nơi trên thế giới dưới bất kỳ điều kiện thời tiết nào. Các
vệ tinh GPS bay vòng quanh trái đất hai lần trong một ngày (mỗi chu kỳ quỹ đạo
mất khoảng 11 giờ 58 phút) theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có
thông tin xuống trái đất. Các bộ thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính
lượng giác tính được chính xác vị trí của mình.

Hình 2.1: Chòm sao vệ tinh GPS ([5]).
Hệ thống GPS gồm một chòm sao 24 vệ tinh chủ đạo và một vài vệ tinh dự trữ được
phân bố trên 6 quỹ đạo gần tròn với đường kính 20138km và có góc nghiêng 55
o
so
với mặt phẳng xích đạo. Để đảm bảo bao phủ khắp mọi nơi trên trái đất, các vệ tinh
GPS được sắp xếp sao cho mỗi quỹ đạo có 4 vệ tinh phân bố đều. Về mặt hình học,


Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS. Phạm Hồng Liên

HVTH: Nguyễn Hữu Tài 5 MSHV: 128520203022
bất kỳ điểm nào trên trái đất cũng thấy được từ 4 đến 10 vệ tinh trong chòm sao vệ
tinh GPS.
Các vệ tinh được nuôi bằng năng lượng mặt trời và có các nguồn pin dự phòng để
duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng không có ánh sáng. Các tên lửa nhỏ gắn
ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định.
2.1.2 GPS: : ([5])
Hệ thống GPS được chia thành 3 mảng chính: mảng không gian (space segment),
mảng điều khiển (control segment) và mảng người sử dụng (user segment) như ở
hình 2.2.

Hình 2.2: Các mảng của hệ thống GPS ([5]).
 là chòm sao 24 vệ tinh, mỗi vệ tinh phát tín hiệu gồm 2 sóng sin
(được gọi là các tần số sóng mang), 2 mã số và bản tin định vị. Dùng các sóng mang
và mã để xác định khoảng cách từ bộ thu GPS của người sử dụng đến các vệ tinh
GPS. Bản tin định vị chứa tọa độ của các vệ tinh là hàm thời gian. Các tín hiệu phát
từ vệ tinh được điều khiển bởi đồng hồ điện tử có độ chính xác cao trên vệ tinh.
 gồm một trạm điều khiển chủ MCS (Master Control Station), 5
trạm monitor và 3 trạm điều khiển mặt đất. Trạm MCS có nhiệm vụ giám sát toàn


Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS. Phạm Hồng Liên

HVTH: Nguyễn Hữu Tài 6 MSHV: 128520203022
bộ hệ thống GPS. 5 trạm monitor được trang bị bằng các bộ thu GPS chất lượng cao
và bộ tạo dao động cesium nhằm mục đích theo vết (tracking) liên tục tất cả các vệ
tinh GPS, đồng thời được trang bị bằng các anten mặt đất để tải thông tin lên các vệ
tinh GPS. Tất cả các trạm monitor và trạm điều khiển mặt đất được điều khiển từ xa
bởi MCS. Nhiệm vụ chính của mảng điều khiển là xác định và dự báo các dữ liệu
định vị vệ tinh. Các trạm monitor theo vết liên tục các vệ tinh GPS và phát các giám
sát đã thu thập được đến MCS để xử lý. Kết quả xử lý gồm các vị trí vệ tinh là hàm
thời gian, tình trạng hệ thống, các thông số đồng hồ vệ tinh, dữ liệu áp suất, niên
lịch vệ tinh, Dữ liệu định vị tươi này được MCS gửi đến 1 trong các trạm điều
khiển mặt đất để trạm điều khiển mặt đất tải lên các vệ tinh GPS qua dải băng tần S.
 bao gồm tất cả các máy thu GPS quân sự và dân sự. Khi bộ
thu GPS được kết nối với anten GPS, các máy thu GPS sẽ tính toán và biết được vị
trí của mình trong không gian 3 chiều.
2.1.3  ([7])
Mỗi vệ tinh GPS phát một tín hiệu sóng vi ba gồm 2 tần số sóng mang (hoặc sóng
sin) được điều chế bằng 2 mã (C/A và P) và bản tin định vị. Hai tần số sóng mang

được phát ở tần số 1575.42 Mhz (sóng mang L1) và 1227.6 Mhz (sóng mang L2).
Các bước sóng của sóng mang tương ứng là 19cm và 24.4cm. Tính tiện ích của 2
tần số sóng mang cho phép hiệu chỉnh sai số GPS chính yếu là sự trễ do tầng điện
ly. Tất cả các vệ tinh GPS đều cùng phát các tần số sóng mang L1 và L2. Tuy
nhiên, mỗi vệ tinh có sự điều chế mã số khác nhau nhằm giảm tối đa can nhiễu của
tín hiệu.


Hình 2.3: Minh họa (a) Sóng sin ; (b) mã số ([5]).


Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS. Phạm Hồng Liên

HVTH: Nguyễn Hữu Tài 7 MSHV: 128520203022
Có 2 loại mã khác nhau được sử dụng trong hệ thống GPS là mã C/A
(Coarse/Acquisition) và mã P (Precision). Mỗi mã là một chuỗi các số nhị phân
gồm các bit 0 hoặc 1, mỗi giá trị 0 hoặc 1 được gọi là một bit hay một chip. Nói
cách khác mỗi vệ tinh có một chuỗi mã riêng biệt không trùng lắp với bất kỳ vệ tinh
nào khác. Các mã này được xem là các mã PRN (pseudorandom noise) vì chúng
giống như các tín hiệu ngẫu nhiên. Trên thực tế, các mã này được phát bằng cách sử
dụng thuật toán toán học. Mã C/A chỉ được điều chế lên sóng mang L1, còn mã P
được điều chế lên cả sóng mang L1 lẫn L2. Sự điều chế này được gọi là sự điều chế
biphase vì pha sóng mang bị dịch 180
o
khi thay đổi giá trị của mã từ 0 sang 1 hoặc 1
sang 0.
+ Mã C/A:
Mã C/A được sử dụng trong các ứng dụng dân sự và chỉ được truyền đi trên dãy
băng tần L1. Chuỗi mã C/A lặp lại theo chu kỳ 1ms của 1 đoạn gồm 1023 chip, xuất
hiện với tần số 1.023MHz. Bước sóng của mã C/A khoảng 300m. Mỗi vệ tinh được

gán 1 mã C/A riêng biệt và duy nhất nhằm cho phép các bộ thu của người dùng
nhận biết tín hiệu thu nhận được là của vệ tinh nào. Hình 2.4 minh họa cấu trúc mã
C/A trên sóng mang L1. Dữ liệu định vị 50 bit mỗi giây, mỗi bit (20 ms) gồm 20
chu kỳ mã C/A (còn gọi là 20 epoch mã C/A ), mỗi chu kỳ mã C/A (1ms) là 1 chuỗi
1023 chips, mỗi chip (0.9775µs) gồm 1540 chu kỳ sóng mang L1 có tần số
1575.42Mhz. Trong đó epoch của mã C/A chính là cạnh lên của chip đầu tiên trong
mỗi đoạn 1023 chips.
+ Mã P:
Mã P được sử dụng trong các ứng dụng quân sự và được truyền đi trên cả 2 băng
tần L1 và L2. Chuỗi mã P lặp lại theo chu kỳ 1 tuần của 1 đoạn gồm 6.19x10
12
chip,
xuất hiện với tần số 10.23MHz. Bước sóng của mã P khoảng 30m. Hình 2.5 minh
họa cấu trúc mã P trên sóng mang L1. Dữ liệu định vị 50 bit mỗi giây, mỗi bit (20


Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS. Phạm Hồng Liên

HVTH: Nguyễn Hữu Tài 8 MSHV: 128520203022
ms) là 1 đoạn gồm 204600 chips, mỗi chip gồm 154 chu kỳ sóng mang L1 có tần số
1575.42Mhz.


Hình 2.4: Minh họa cấu trúc mã C/A trên sóng mang L1 ([7]).

Hình 2.5: Minh họa cấu trúc mã P trên sóng mang L1 ([7]).

Thông tin trong bản tin định vị có cấu trúc khung (frame) như minh họa ở hình 2.6.
Bản tin hoàn hảo chứa 25 khung, mỗi khung chứa 1500 bits. Mỗi khung được chia

Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS. Phạm Hồng Liên

HVTH: Nguyễn Hữu Tài 9 MSHV: 128520203022
nhỏ thành 5 khung con. Mỗi khung con chứa 300 bits gồm 10 từ (word), mỗi từ
chứa 30 bits và bit có trọng số lớn nhất được phát đầu tiên. Vì vậy, ở tốc độ 50 bit/s
thì cần 6 giây để phát 1 khung con 300 bits và cần 30 giây để phát 1 khung 1500
bits ở hình 2.7. Để phát toàn bộ bản tin định vị 25 khung thì cần 750 giây hay 12.5
phút. Mỗi khung con khởi đầu bằng 30 bits TLM (telemetry word), trong đó 8 bits
đầu tiên là các bit preamble để bộ thu xác định khung con, 22 bit còn lại chứa các
bit parity và bản tin telemetry mà nó chỉ có giá trị đối với thuê bao có đăng ký. Từ
thứ 2 của mỗi khung là HOW (hand-over word) gồm 29 bit Z-count có nhiệm vụ
đếm các epoch được sinh ra bởi thanh ghi X
1
(cứ 1.5s xuất hiện 1 lần) của bộ phát
mã P trong vệ tinh. 19 bit có trọng số thấp nhất của Z-count được gọi là TOW
(time-of-week) cho biết số epoch X
1
xuất hiện khi bắt đầu tuần hiện tại. Sự bắt đầu
tuần hiện tại xuất hiện ở epoch X
1
vào lúc nửa đêm của tối thứ bảy hoặc sáng chủ
nhật. Con số của TOW tăng từ zero lúc đầu tuần đến 403199 và sau đó quay lại zero
ở đầu tuần tiếp theo. Sự đếm zero của TOW luôn xảy ra ở đầu khung con 1 của
khung đầu tiên. Vì bộ thu có thể dùng các bit preamble của TLM để xác định chính
xác thời điểm bắt đầu của mỗi khung con và đây chính là phương pháp để xác định
thời điểm phát của bất kỳ bộ phận nào trong tín hiệu GPS. 10 bit có trọng số lớn
nhất của Z-count được gọi là WN (week number) chứa số tuần GPS. WN không là
bộ phận của HOW nhưng xuất hiện thay vào 10 bit đầu tiên của từ thứ 3 trong
khung con 1. 3 bit của HOW được dùng để nhận dạng khung con nào trong số 5

khung con đang được phát. Con số của TOW được tính từ HOW trong khung con 5
dùng để nhận dạng khung nào trong số 25 khung đang được phát .
8 từ còn lại của các khung con từ 1 đến 5 chứa các thông tin sau:
+ Khung con 1 chứa dữ liệu hiệu chỉnh đồng hồ GPS đối với vệ tinh dạng các hệ số
đa thức định nghĩa sự thay dổi hiệu chỉnh theo thời gian. Thời gian được định nghĩa
bởi các đồng hồ trong vệ tinh được gọi là SV time (space vehicle time), còn thời
gian sau khi hiệu chỉnh đã được ứng dụng được gọi là GPS time. Thời gian tham
khảo t
0c
được dùng làm mốc thời gian để tính sai số đồng hồ vệ tinh. Thời gian trễ


Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS. Phạm Hồng Liên

HVTH: Nguyễn Hữu Tài 10 MSHV: 128520203022
trong tầng điện ly T
GD
được dùng để hiệu chỉnh các sai số trễ khi truyền qua tầng
điện ly. Thông tin IODC (issue of date, clock) cho biết số tập hợp dữ liệu đồng hồ
đã phát để cảnh báo cho người dùng thay đổi các thông số đồng hồ.

Hình 2.6: Minh họa cấu trúc bản tin định vị ([7]).
+ Khung con 2 và 3 chứa dữ liệu quỹ đạo để xác định vị trí và vận tốc chính xác
của vệ tinh. Không giống như dữ liệu niên lịch, dữ liệu này rất chính xác. Thông tin
IODE (issue of date, ephemeris) được báo đến người dùng khi các thông số quỹ đạo
thay đổi. Mỗi lần các thông số mới được mảng điều khiển của hệ thống GPS tải lên
vệ tinh GPS thì con số IODE thay đổi theo.
+ Khung con 4 của cả 25 khung đều chứa niên lịch của các vệ tinh với mã PRN
(pseudorandom) đánh số 25 và cao hơn, được biết đến như các bản tin đặc biệt, các
số hạng hiệu chỉnh trong tầng điện ly, các hệ số để chuyển đổi từ GPS time sang

UTC time.
+ Khung con 5 của cả 25 khung đều chứa niên lịch của các vệ tinh với mã PRN
đánh số từ 1 đến 24. Lưu ý mỗi vệ tinh đều phát 25 khung, dữ liệu niên lịch của tất
cả các vệ tinh đều được từng vệ tinh phát đi. Không giống như dữ liệu quỹ đạo, dữ


Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS. Phạm Hồng Liên

HVTH: Nguyễn Hữu Tài 11 MSHV: 128520203022
liệu niên lịch có giá trị cho các chu kỳ dài lâu (nhiều tháng) nhưng ít bị sai số nhiều.
Ngoài ra dữ liệu chứa trong bản tin định vị là sai số khoảng cách người dùng URE
(user range error), nó ước tính sai số khoảng cách do các sai số quỹ đạo vệ tinh, các
sai số định giờ, sai số chủ định SA (selective availability) và các cờ để cho biết
trạng thái hoạt động của các vệ tinh.
2.1.4  
Các sai số trong hệ thống GPS được chia thành 3 nguồn sai số chính là sai số do vệ
tinh, sai số khi truyền tín hiệu và sai số do bộ thu của người sử dụng.
2.1.4
2.1.4 ([5])
Sai số chủ định SA do Bộ Quốc Phòng Mỹ tạo ra và đưa vào tín hiệu GPS ở dịch vụ
SPS để làm giảm độ chính xác khi định vị trong các ứng dụng ngoài lĩnh vực quân
sự của Mỹ và được dùng chính thức từ 25/03/1990. Khi kích hoạt SA thì sai số theo
phương ngang và đứng có thể lên tới 100m và 156m. Hình 2.7 cho biết sai số vị trí
của máy thu người dùng thay đổi liên tục theo phương ngang do ảnh hưởng của SA.


Hình 2.7: Sai số vị trí của bộ thu GPS khi có SA ([5]).


Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS. Phạm Hồng Liên

HVTH: Nguyễn Hữu Tài 12 MSHV: 128520203022
Trong các nghiên cứu mở rộng tiếp theo, chính phủ Mỹ đã bỏ không dùng SA từ
01/05/2000, độ chính xác theo phương ngang và đứng còn 22m và 33m. Hình 2.8
cho biết sai số của bộ thu GPS sau khi ngưng kích hoạt SA.

Hình 2.8: Sai số vị trí của bộ thu GPS sau khi bỏ SA ([5]).
2.1.4(ephemeris error): ([5])
Sai số quĩ đạo vệ tinh là sai số giữa quỹ đạo dự đoán và quỹ đạo thực của vệ tinh
(thường khoảng 2m đến 5m, và có thể lên đến 50m nếu có kích hoạt SA).
2.1.4 ([5])
Mỗi vệ tinh GPS (Block II và Block IIA) chứa 4 đồng hồ nguyên tử gồm 2 cesium
và 2 rubidium. Các vệ tinh thế hệ mới hơn (Block IIR) chỉ chứa các đồng hồ
rubidium. Đồng hồ cesium được chọn để tổng hợp tần số và định thời cho tín hiệu
GPS. Các đồng hồ vệ tinh GPS tuy có độ chính xác cao nhưng vẫn bị sai số
8.64ns
17.28ns mỗi ngày tương ứng 2.59m 5.18m (sai số 1ns tương ứng tầm sai
số 30cm).
2.1.4
2.1.4 ([5])
Sai số do truyền dẫn đa đường xuất hiện khi tín hiệu GPS đến anten thu bằng nhiều
đường khác nhau. Các đường này có thể là các đường tín hiệu trực tiếp từ vệ tinh
thẳng đến bộ thu và các tín hiệu từ vệ tinh đến các vật xung quanh rồi phản xạ đến
anten thu. Hiện tượng truyền dẫn đa đường làm méo tín hiệu gốc do can nhiễu của


Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS. Phạm Hồng Liên

HVTH: Nguyễn Hữu Tài 13 MSHV: 128520203022
các tín hiệu phản xạ ở anten thu. Tín hiệu GPS đến anten của máy thu bằng nhiều

đường khác nhau gây sai số khi đo pha sóng mang và cả đo khoảng cách. Khi dùng
mã C/A để đo khoảng cách thì sai số do truyền dẫn đa đường có thể vài chục mét.
Với cải tiến về kỹ thuật trong bộ thu như bộ tương quan Strobe (Ashtech, Inc) và
MEDLL (NovAtel, Inc) thì sai số do truyền dẫn đa đường giảm còn vài mét. Để
giảm ảnh hưởng của hiện tượng truyền dẫn đa đường, ta phải chọn vị trí đặt anten
của bộ thu sao cho xung quanh không có vật phản xạ. Vì yêu cầu này khó thực hiện
trong thực tế nên ta thiết kế một đĩa kim loại tròn đặt bên dưới anten để ngăn cản
các tín hiệu phản xạ đến từ bên dưới anten. Để hiệu quả hơn ta dùng loại anten
chống rung được bọc bên ngoài bằng 4 hay 5 vòng tròn đồng tâm bằng kim loại để
ngăn cản các tín hiệu phản xạ.

Hình 2.9: Minh họa ảnh hưởng của truyền dẫn đa đường ([5]).
2.1.4 ([5]).
Tầng điện ly có độ cao từ 50km
1000km so với mặt đất là nơi xảy ra sự ion hóa
chất khí (do sự tác động của các tia bức xạ mặt trời như tia cực tím và tia X) và có
mật độ điện tử thay đổi theo độ cao. Tầng điện ly được chia thành nhiều lớp con tùy
theo mật độ điện tử như sau: lớp D (50km
90km); lớp E (90km 140km); lớp F1
(140km
210km); lớp F2 (210km

1000km). Trong đó lớp F2 có mật độ điện tử


Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS. Phạm Hồng Liên

HVTH: Nguyễn Hữu Tài 14 MSHV: 128520203022
cao nhất. Độ cao và độ dày các lớp thay đổi theo thời gian do ảnh hưởng thay đổi
bức xạ mặt trời và từ trường trái đất (ví dụ như lớp F1 biến mất vào ban đêm).

Tầng điện ly là một môi trường phân tán (dispersive medium) nên nó làm gấp khúc
(đổi hướng) hay thay đổi tốc độ của tín hiệu GPS. Sai số do làm gấp khúc tín hiệu
khi truyền tín hiệu qua 1 lớp con sẽ không đáng kể nếu góc ngẩng (elevation angle)
của bộ thu lớn hơn 5
0
, nhưng sai số do tốc độ tín hiệu bị thay đổi luôn là một sai số
đáng kể. Tầng điện ly làm tăng tốc độ truyền pha sóng mang nhưng làm giảm tốc độ
mã PRN và dữ liệu định vị với cùng một biên độ. Nói cách khác, tầng điện ly làm
kéo dài thời gian truyền mã và dữ liệu định vị đồng thời rút ngắn thời gian truyền
pha sóng mang. Điều này có nghĩa là khoảng cách từ vệ tinh đến bộ thu của người
sử dụng trong phép đo pha của sóng mang sẽ ngắn hơn so với khoảng cách thực tế,
còn khoảng cách từ vệ tinh đến bộ thu qua phép đo mã sẽ dài hơn so với khoảng
cách thực tế.
Tác động của tầng điện ly đến tín hiệu GPS còn phụ thuộc vào tần số tín hiệu. Ta đã
biết là tầng điện ly tạo ra 1 khoảng delay khi tín hiệu truyền qua nó. Tần số càng
thấp thì trễ càng nhiều (sóng mang L2 trễ nhiều hơn sóng mang L1 do tần số sóng
mang L2 thấp hơn tần số sóng mang L1). Trễ trong tầng điện ly từ 5m
15m và có
thể đến 150m dưới phóng xạ mặt trời dữ dội vào giữa trưa. Ngoài việc làm thay đổi
vận tốc truyền sóng, tầng điện li còn làm suy hao cường độ tín hiệu (giảm đi khoảng
0.2dB).
Nhiều phương pháp và thuật toán đã được nghiên cứu và áp dụng nhằm xác định và
loại bỏ sai số gây ra do tầng điện ly, góp phần cải thiện chất lượng của bài toán định
vị. Trong số đó, phương pháp đạt hiệu quả cao nhất là phương pháp kết hợp 2 tần số
(dual frequency) dùng trong kỹ thuật DGPS (Differential GPS).
2.1.4u (tropospheric error): ([5])
Tầng đối lưu là tầng khí quyển trung tính (không có sự tồn tại của các electron tự
do) nằm từ mặt đất lên đến độ cao 50km. Tầng đối lưu là 1 môi trường không phân

Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS. Phạm Hồng Liên

HVTH: Nguyễn Hữu Tài 15 MSHV: 128520203022
tán do có tần số sóng vô tuyến dưới 15GHz. Tầng đối lưu làm gấp khúc tín hiệu
GPS khi nó truyền qua và làm kéo dài thời gian truyền tín hiệu, do đó khoảng cách
thu được qua tín hiệu sẽ dài hơn so với khoảng cách thực giữa vệ tinh và bộ thu.
Đây là tác động chính của tầng đối lưu lên tín hiệu GPS.
Khác với tầng điện ly, khoảng thời gian trễ mà tầng đối lưu tạo ra không phụ thuộc
vào tần số tín hiệu. Do đó, không thể dùng phương pháp kết hợp 2 tần số trong kỹ
thuật DGPS để loại trừ sai số gây ra bởi tầng đối lưu.
Ngoài ra, khoảng thời gian trễ cũng phụ thuộc vào góc ngẩng bộ thu của người sử
dụng khi hướng về vệ tinh. Tín hiệu đi từ vệ tinh có góc ngẩng thấp khi đi qua tầng
đối lưu sẽ có góc ngẩng cao hơn, góc ngẩng càng lớn thì khoảng thời gian trễ càng
nhỏ. Người ta ước tính sai số khoảng cách trong tầm khoảng 2m khi vệ tinh ở vùng
thiên đỉnh (zenith) của bộ thu, khoảng 9m khi vệ tinh ở vùng góc ngẩng 15
0
và
khoảng 25m ở vùng góc ngẩng 5
0
.
Đồng thời, khoảng thời gian trễ này cũng phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và độ ẩm
của không khí dọc đường truyền tín hiệu khi truyền qua tầng đối lưu.
2.1.4
Là sai số gây ra do nhiễu xuất hiện tại bộ thu của người sử dụng từ các nguồn nhiễu
như : anten, các bộ khuếch đại tín hiệu trong bộ thu, các dây dẫn hoặc do mạch điện
tử bên trong bộ thu và cả những nguồn thu phát tín hiệu khác xung quanh vị trí đặt
bộ thu. Mức độ sai số gây ra do nhiễu bộ thu tùy thuộc cường độ của nhiễu so với
cường độ tín hiệu GPS thu được tại bộ thu của người sử dụng và thường được biểu
diễn bằng tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR (signal to noise ratio).
Sai số bộ thu trong phép đo mã vào khoảng 0.25m đến 0.5m, còn trong phép đo pha

thì bé hơn, vào khoảng vài mm.
Người sử dụng bộ thu không có cách nào loại bỏ sai số này, nhưng họ có thể kiểm
tra chất lượng của bộ thu trước khi sử dụng chúng, đặc biệt trong các ứng dụng đòi
hỏi độ chính xác cao. Người ta thường dùng 1 trong 2 phương pháp kiểm tra là


Chương 2: Cơ sở lý thuyết GVHD: PGS,TS. Phạm Hồng Liên

HVTH: Nguyễn Hữu Tài 16 MSHV: 128520203022
kiểm tra không khoảng cách (zero baseline) và kiểm tra khoảng cách ngắn (short
baseline).
Phương pháp zero baseline là phương pháp kiểm tra trong đó người ta dùng 1 anten
để thu tín hiệu GPS rồi cho tín hiệu này qua bộ chia để cùng đến 2 hay nhiều bộ thu
GPS đặt ngay cạnh nhau. Vì cùng 1 anten thu và ở cùng 1 vị trí nên các giá trị
khoảng cách từ vệ tinh đến các bộ thu phải là như nhau, còn nếu có sự khác biệt
nhau thì sự khác biệt đó chính là sai số gây ra do bộ thu của người sử dụng.
Phương pháp short baseline thì dùng 2 hệ thống (mỗi hệ thống gồm 1 anten và 1 bộ
thu) đặt cách nhau khoảng 2m để thu tín hiệu GPS và theo dõi liên tục trong 2 ngày.
Với cách bố trí này thì sự khác biệt giữa 2 kết quả đo đạt khoảng cách từ vệ tinh đến
2 bộ thu chính là sai số của hệ thống thu (sai số của bộ thu và cả anten thu) cộng với
sai số do truyền dẫn đa đường. Nhưng do sai số truyền dẫn đa đường là như nhau
trong mỗi ngày nên khi trừ kết quả theo dõi mỗi ngày cho nhau thì ta sẽ loại bỏ
được sai số truyền dẫn đa đường và do đó chỉ còn lại sai số của hệ thống thu.
Các sai số trên được minh họa ở hình 2.10 trong trường hợp định vị mã C/A và mã P.

Hình 2.10: Minh họa các sai số của hệ thống GPS ([7]).