So sánh kết quả xử lý số liệu GNSS của phần mềm TTC và HGO

MỤC LỤC
MỤC LỤC..................................................................................................................... 1
MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1:.................................................................................................................3
GIỚI THIỆU VỀ ĐỊNH VỊ VỆ TINH........................................................................3
1.4 Các nguyên lý định vị vệ tinh...............................................................................9
1.4.1 Định vị tuyệt đối (định vị điểm đơn).................................................................9
1.5 Các nguồn sai số................................................................................................10
2.1.2. Thao tác sử dụng phần mềm TTC 2.73..........................................................20

MỞ ĐẦU
Công nghệ định vị vệ tinh đã được đưa vào ứng dụng trong công tác trắc địa ở
nước ta từ những năm 1990, chủ yếu phục vụ xây dựng các mạng lưới quốc gia, các
lưới cạnh dài phục vụ đo vẽ bản đồ, hoặc đo vẽ đo nối tọa độ…… trong quá trình khai
thác và sử dụng ta thấy nó là một công cụ hết sức tiện lợi trong công tác xây dựng lưới
và đo vẽ bản đồ. Công nghệ định vị vệ tinh loại bỏ được hết những nhược điểm mà các


công nghệ truyền thống còn tồn tại như: đồ hình, chiều dài cạnh, thông hướng giữa các
điểm đo….
Để khai thác những ưu điểm cũng như muốn hiểu rõ hơn về công nghệ định vị
em đã chọn đề tài: “So sánh kết quả xử lý số liệu GNSS của phần mềm TTC và
HGO”
Nội dung đồ án gồm:
Chương 1: Giới thiệu định vị vệ tinh.
Chương 2: Sử dụng phần mềm TTC và HGO để xử lý số liệu GNSS
Chương 3. Thực nghiệm so sánh kết quả xử lý số liệu GNSS của phần mềm
TTC và HGO
Kết luận.
Tài liệu tham khảo.
Phụ lục.

Trong quá trình thực đồ án em đã nhận được sự hướng dẫn rất nhiệt tình từ
Thầy giáo TS. Nguyễn Văn Sáng, Cô giáo Th.S. Nguyễn Thị Thu Trang cũng như các
thầy cô trong bộ môn Trắc Địa Cao Cấp. Tuy nhiên do thời gian có hạn và khả năng
còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót. Vậy em mong được sự đóng góp ý
kiếm của Thầy Cô cũng như các bạn đồng nghiệp để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!


CHƯƠNG 1:
GIỚI THIỆU VỀ ĐỊNH VỊ VỆ TINH
Định vị vệ tinh là việc xác định vị trí một điểm trên mặt đất hoặc trong không
gian bằng việc quan sát vệ tinh. Từ rất lâu con người biết quan sát các vật thể vũ trụ để
xác định vị trí của mình trên trái đất như quan sát mặt trời, mặt trăng, sao bắc cực….
Tháng 10 năm 1957, Liên Xô phóng thành công vệ tinh nhân tạo đầu tiên lên
bầu trời từ đó định vị vệ tinh phát triển mạnh mẽ. Dựa vào việc quan sát vệ tinh chúng
ta có thể chia lịch sử của công nghệ định vị vệ tinh liên quan tới trắc địa chia làm 2
giai đoạn:
Giai đoạn 1: Là giai đoạn mà việc quan sát vệ tinh được thực hiện bằng phương
pháp quang học. Trong giai đoạn này thì các vệ tinh đều là các vật thể vũ trụ. Người ta
quan sát đo được góc cao và phương vị của các sao theo thời gian, sau đó dựa vào lịch
sao để xác định ra vị trí đứng của điểm quan sát.
Giai đoạn 2: Là giai đoạn mà quan sát được thực hiện bằng phương pháp điện
tử. Trong giai đoạn này các vệ tinh là vệ tinh nhân tạo tùy theo tính năng của các vệ
tinh mà chia làm 2 thời kì: Thời kỳ đầu là thời kỳ các vệ tinh là các vệ tinh thụ động,
việc định vị được thực hiện theo nguyên tắc máy thu phát đi tín hiệu điện từ truyền đến
vệ tinh, vệ tinh thu tín hiệu này, phản xạ trở lại máy thu , máy thu thu tín hiệu phản xạ
từ vệ tinh kết hợp với tín hiệu phát đi và tiến hành định vị. Thời kỳ này tồn tại không
lâu vì máy thu phát ra tín hiệu đồng nghĩa với việc lộ địa điểm của mình, điều này
trong quân sự là không hề có lợi. Thời kỳ thứ 2 là thời kỳ các vệ tinh chủ động, việc vệ
tinh được thực hiện theo nguyên tắc, vệ tinh phát đi tín hiệu điện tử truyền tới máy thu,

máy thu thu tín hiệu này để định vị mà không cần truyền bất cứ tín hiệu nào đi.
Trên thực tế người ta không tiến hành định vị riêng lẻ từng vệ tinh mà xây dựng
thành các hệ thống định vị. Có hai loại hệ thống định vị là hệ thống định vị vệ tinh khu
vực và hệ thống định vị toàn cầu.
• Hệ thống định vị khu vực là hệ thống cho phép định vị trên toàn khu vực hay
quốc gia nào đó.
• Hệ thống định vị toàn cầu là hệ thống cho phép định vị trên toàn cầu.
1.1 Tổng quan về định vị vệ tinh.


Hệ thống GPS (Global Positioning System) hay còn được gọi là NAVSTAR
(Navigation Satellite Timing and Ranging) là hệ thống dẫn đường vệ tinh dùng để cung
cấp thông tin về vị trí, tốc độ và thời gian cho các máy thu GPS ở khắp mọi nơi trên
trái đất, trong mọi thời tiết ở mọi thời điểm và mọi điều kiện thời tiết.
Hệ thống thiết bị định vị có thể các định vị trí với sai số từ vài trăm mét tới vài cm. tất
nhiên với độ chính xác càng cao thì độ chính xác của máy thu tín hiệu GPS càng phức
tạp và giá thành càng cao.
Hệ thống được phát triển bởi chính phủ Mỹ, quản lý bởi Không Lực Mỹ (U.S
Force) và giám sát bởi ủy ban Định vị- Dẫn đường Bộ Quốc Phòng Mỹ.
1.2 Cấu trúc hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu.
Hệ thống định vị toàn cầu gồm có 3 bộ phận
• Đoạn không gian
• Đoạn điều khiển
• Đoạn sử dụng

Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của hệ thống định vị
(Nguồn Internet)


1.2.1 Đoạn không gian.

Gồm các vệ tinh chuyển động trên 6 mặt phẳng quỹ đạo gần tròn với chu kỳ
718 phút, ở độ cao cách mặt đất khoảng 20200km. Các mặt phẳng quỹ đạo nghiêng với
mặt phẳng xích đạo của trái đất ở một góc 55 0. Quỹ đạo vệ tinh gần với hình tròn, giá
trị biểu kiến tâm sai của quỹ đạo vệ tinh có giá trị bằng “0”.
Theo thiết kế hệ thống gồm có 24 vệ tinh. Mỗi quỹ đạo có 4 vệ tinh, với sự phân bố vệ
tinh trên quỹ đạo như vậy, trong bất kỳ thời gian nào và ở bất kỳ vị trí quan trắc nào
trên trái đất cũng có thể quan sát ít nhất 4 vệ tinh.
Các quỹ đạo được kí hiệu là A, B, C, D, E, F. Vị trí vệ tinh quỹ đạo được kí hiệu
A-1, A-2, ...
Các vệ tinh có trọng lượng khoảng 1,6 tấn khi phóng và khoảng 800kg trên quỹ
đạo. Các vệ tinh của các khối sau có trọng lượng lớn hơn và cũng có tuổi thọ dài hơn
các vệ tinh trước đó.
Năng lượng cung cấp cho các hoạt động của các thiết bị trên vệ tinh là năng
lượng mặt trời.
1.2.2 Đoạn điều khiển.
Đoạn điều khiển được thiết lập để duy trì hoạt động của toàn bộ hệ thống định
vị. Đoạn điều khiển là một hệ thống điều khiển hoạt đông (OSC) bao gồm trạm điều
khiển trung tâm (MSC)
Trạm điều khiển trung tâm MSC có nhiệm vụ chủ yếu trong đoạn điều khiển.
Trạm điều khiển trung tâm nhận tất cả các số liệu giám sát vệ tinh từ các trạm theo dõi
MS để tính toán quỹ đạo vệ tinh và các tham số đồng hồ vệ tinh dựa trên thuật toán lọc
Kalman. Kết quả xử lý tại trung tâm được gửi tới các trạm điều khiển mặt đất GSC để
chuyển lên vệ tinh.
Các trạm theo dõi MS được phân bố quanh trái đất. Mỗi trạm được trang bị
đồng hồ nguyên tử tiêu chuẩn và máy thu GPS để liên tục đo khoảng cách giả đến các
vệ tinh có thể quan sát được. Các số liệu quan sát ở trạm theo dõi được chuyển ngay về
trạm điều khiển trung tâm MCS.


Hình 1.2: Các trạm điều khiển GPS trên thế giới

(Nguồn: Internet)
Các trạm điều khiển mặt đất GSC có nhiệm vị kết nối thông tin với các vệ tinh
bằng angten mặt đất. Các trạm điều khiển mặt đất có nhiệm vụ chuyển lịch vệ tinh và
thông tin đồng hồ vệ tinh đã được xử lý tại trạm điều khiển trung tâm lên các vệ tinh,
từ đó phát tới các máy thu của đoạn sử dụng.
Như vậy vai trò của đoạn điều khiển rất quan trọng vì nó không chỉ theo dõi,
quan sát các vệ tinh mà còn liên tục cập nhật chính xác hóa các thông tin đạo hàng.
Trong đó lịch quảng bá, đảm bảo độ chính xác cần thiết cho công tác định vị. Các công
việc quan sát và xử lý đoạn điều khiển có thể coi là quy trình thực hiện “ Bài toàn
thuận” nhằm có được vị trí vệ tinh trên quỹ đạo từ đó cung cấp cho đoạn sử dụng qua
lịch vệ tinh quảng bá.
1.2.3 Đoạn sử dụng.
Bao gồm các máy thu GPS, máy hoạt động để thu tín hiệu vệ tinh GPS phục vụ
cho các mục đích khác nhau như: dẫn đường trên biển, trên không, đất liền, phục vụ
công tác đo đạc nhiều nơi trên thế giới. Máy thu GPS là phần cứng của mảng sử dụng.
Nhờ các tiến bộ khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực điện tử, viễn thông và kỹ thuật tín
hiệu số, các máy thu GPS ngày càng hoàn thiện.
Ngành chế tạo máy thu GPS là ngành kỹ thuật cao.


Hình 1.3 Thiết bị thu tín hiệu vệ tinh
(Nguồn:Internet)
1.3 Các trị đo.
Trị đo GPS là những số liệu máy thu GPS nhận được từ tín hiệu vệ tinh truyền
tới. Mỗi vệ tinh phát 4 thông số cơ bản cho việc đo đạc và chia làm 3nhóm:
• Nhóm trị đo code: C/A-code, P-code.
• Nhóm trị đo pha: L1, L2 và tổ hợp L1/ L2.
• Nhóm các trị đo Doppler.
Các trị đo này có thể sử dụng riêng biệt hoặc kết hợp để xác định khoảng cách từ vệ
tinh đến máy thu.

1.3.1 Trị đo code.
Trong trường hợp này máy thu nhận được mã phát đi từ vệ tinh, so sánh với mã
tương tự do máy thu tạo ra nhằm xác định thời gian truyền tín hiệu từ vệ tinh tới máy
thu và từ đó khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh được xác định theo công thức:
(1.1)
trong đó:
c: Là vận tốc truyền sóng (ánh sáng) = 299792458 m/s.
t: Thời gian truyền tín hiệu (sóng).
: Số hiệu chỉnh do sự không đồng bộ đồng hồ máy thu và vệ tinh.
: Là số hiệu chỉnh so môi trường.
Hiện nay độ chính xác vị trí trị đo mã có thể đạt tới 30m với độ chính xác đó, trị
đo mã được sử dụng trong định vị đạo hang và trong đo đạc có độ chính xác thấp.
1.3.2 Trị đo pha sóng tải
Sóng tải được phát đi từ vệ tinh có chiều dài bước sóng không đổi. Nếu gọi λ là
chiều dài bước sóng thì khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu là:
D
trong đó:

(1.2)


N là số nguyên lần bước
là bước lẻ lần bước sóng.
Trị đo pha chính là phần lẻ lần bước sóng bằng cách đo độ lệch pha giữa sóng tải
thu được và sóng tải do máy thu tạo ra. Phần lẻ này có thể được đo với độ chính xác
khoảng cơ 1% vòng pha tương đương vài mm.
Biểu thức xác định độ dị pha.
(1.3)
trong đó:
R

(1.4)

trong đó :
R: là khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu.
Xs, Ys, Zs: là tọa độ không gian 3 chiều của vệ tinh
Xt, Yt, Zt: là tọa độ không gian 3 chiều của vị trí angten máy thu
C là tốc độ truyền sóng ánh sang.
: Là sai số đồng hồ máy thu.
: Sai số đồng hồ vệ tinh.
: Là bước sóng của sóng tải.
N: Là số nguyên lần bước sóng từ vệ tinh tới angten máy thu.
: Là sai số do khí quyển.
: Là tổng hợp các sai số khác.
Định vị với trị đo pha sóng tải có độ chính xác cao hơn so với đo mã. Vấn đề chính
trong trường hợp này là xác định số nguyên lần bước sóng (số nguyên đa trị N) giữa
angten và máy thu vệ tinh.
1.3.3 Trị đo Doppler.


Sự thay đổi vị trí tương đối giữa nguồn phát sóng và nguồn thu tín hiệu sẽ làm thay
đổi tần độ tín hiệu nhận được so với tín hiệu có tần số chuẩn phát đi. Đó chính là hiệu
ứng Doppler đối với sóng điện từ.
Khi quan sát vệ tinh chuyển động trên quỹ đạo, khoảng cách từ vệ tinh đến trạm
quan sát liên tục thay đổi.
Sự thay đổi khoảng cách có mối quan hệ trực tiếp với sự thay đổi của tần số của tín
hiệu nhận được phát đi từ vệ tinh theo công thức:
(1.5)
trong đó :
:là giá trị trôi tần Doppler ( Doppler Shift).

Phương pháp quan sát vệ tinh bằng hiệu ứng Doppler đã được sử dụng khá rộng rãi
do thiết bị quan sát khá đơn giản.
1.4 Các nguyên lý định vị vệ tinh.
Trong trường hợp định vị bằng vệ tinh chủ động thì gồm có 2 nguyên lý:
1.4.1 Định vị tuyệt đối (định vị điểm đơn).
Là xác định vị trí tuyệt đối của điểm quan sát trong hệ tọa độ trái đất. Nguyên lý
định vị này sử dụng ít nhất 1 máy thu.
a. Bài toán định vị tuyệt đối khoảng cách giả
Khi thu tín hiệu vệ tinh, máy thu đã đo được các khoảng cách giả R i từ các vệ tinh
đến máy thu được biểu diễn theo công thức:
Ri = ρi ˗ C.dT

(1.6)

Cần phải xác định tọa độ của điểm đặt máy (chính xác là tâm angten)
Gọi:

Xp,Yp,Zp là tọa độ điểm P cần xác định
Xi,Yi,Zi là tọa độ của vệ tinh thứ I, nhận được từ lịch vệ tinh

Ta có khoảng cách hình học từ vệ tinh tới máy thu bằng công thức:
ρi =
thay vào

ta được

1.4.2 Định vị tương đối.

(1.7)

Là định vị xác định hiệu tọa độ (vị trí tương đối) của các cặp điểm quan sát
trong hệ tọa độ trái đất. Ở nguyên lý này sử dụng ít nhất 2 máy thu, vừa thu tín hiệu vệ
tinh và xác định hiệu tọa độ

.

Nguyên lý định vị tương đối thực hiện trên cơ sở sử dụng trị đo pha sóng tải và
cũng có thể sử dụng khoảng cách giả. Trên thực tế, để giải bài toán định vị tương đối,
người ta sử dụng trị đo pha sóng tải kết hợp khoảng cách giả hay cũng có thể là trị đo
Doppler để hỗ trợ giải nhanh số nguyên đa trị.
Kỹ thuật đo pha hiện nay có thể đạt tới độ chính xác cỡ 1% λ và có thể cao hơn,
chính vì thế định vị tương đối đạt độ chính xác cao. Kết quả định vị tương đối được sử
dụng trong trắc địa vào những nhiệm vụ cần độ chính xác cao và rất cao như xây dựng
mạng lưới quốc gia, mạng lưới chuyên dụng cần độ chính xác cao.
Trong định vị vệ tinh, ngoài 2 nguyên lý định vị trên người ta còn đưa ra 1
nguyên lý định vị nữa là định vị vi phân nhằm nâng cao độ chính xác của định vị tuyệt
đối.
1.4.3 Định vị vi phân.
Bản chất của phương pháp này là hiệu chỉnh vào kết quả định vị GPS tuyệt đối
các số cải chính. Các số cải chính này được xác định dựa trên một hay nhiều trạm tham
chiếu. Trạm tham chiếu là các trạm đã biết tọa độ (reference station), còn gọi là trạm
cơ sở, đóng vai trò giám sát sai số hệ thông, xác định số cải chính và chuyền số cải
chính đến máy thu của người sử dụng thông qua đường chuyền vô tuyến.
1.5 Các nguồn sai số.
Hiện tại có rất nhiều nguồn sai số ảnh hưởng tới kết quả đo bằng nguyên lý định
vị vệ tinh, ở đây ta chia làm 3 nhóm như trong bảng dưới


Hình 1.4 Các nguồn sai số.

(Nguồn: Internet)

Bảng 1.1 Bảng phân loại sai số trong đo bằng công nghệ GPS

1

Nhóm sai số

Các nguồn sai số

Phụ thuộc vào vệ tinh

Sai số đồng hồ vệ tinh
Sai số quỹ đạo vệ tinh
Nhiễu cố ý SA
Do đồ hình vệ tinh

2

Sai số phụ thuộc vào lan truyền tín Sai số do tầng điện ly
hiệu

Sai số do tầng đối lưu
Sai số do đa đường dẫn

3

Sai số liên quan tới máy thu

Sai số do đồng hồ máy thu

Sai số do lệch tâm pha angten
Sao số do sự không ổn định phần cứng
máy thu
(Nguồn: Giáo trình Định Vị Vệ Tinh)


Ngoài 3 nhóm sai số trên còn có sai số do con người làm ảnh hưởng tới kết quả
đo bằng công nghệ vệ tinh như: dọi tâm, cân máy, đo cao angten, đặt nhầm điểm,…
Dưới đây ta chỉ xem xét kỹ về các nhóm sai số đã nêu trên mà thôi.
1.5.1 Sai số liên quan tới vệ tinh.
a. Sai số đồng hồ vệ tinh
Đây là tác nhân trực tiếp gây ra sai số trong việc xác định thời gian.
-

Nguyên nhân: Các vệ tinh được trang bị đồng hồ vệ tinh nguyên tử có độ chính

xác cao, tuy vậy do sự không ổn định của bộ tạo dao động nguyên tử nên các đồng
hồ này vẫn có sai số xét trong hệ thống giờ GPS.
- Khắc phục:
+ Trong định vị tuyệt đối khoảng cách giả, sai số này được hiệu chỉnh vào các
khoảng cách giả trước khi sử dụng để giải bào toán định vị.
+ Trong định vị tương đối, để loại bỏ ảnh hưởng sai số đồng hồ vệ tinh người ta
sử dụng phương trình sai phân bậc nhất của các trị đo pha từ hai trạm quan sát đến
cùng một vệ tinh
b. Sai số quỹ đạo vệ tinh
Sai số quỹ đạo vệ tinh ảnh hưởng gần như trọn vẹn đến kết quả định vị tuyệt đối..
- Nguyên nhân: do chuyển động quay quanh trục của trái đất.
- Khắc phục:
+ Chọn và sử dụng lịch vệ tinh chính xác tại thời điểm đo: lịch vệ tinh chính xác
có thể có được nếu yêu cầu NASA hoặc IGS cung cấp, nhưng cách này không tiện

dụng vì phải chờ đợi 1 khoảng thời gian không ngắn
+ Quan trắc liên tục trong vòng 24 giờ: tức là 2 vòng quỹ đạo của vệ tinh có thể
hiệu chỉnh được lịch vệ tinh thông qua các phần mềm xử lý mới, độ chính xác đạt tới
1m. Độ chính xác này đã được thử nghiệm tại Việt Nam và đã so sánh kết quả tọa độ
tuyệt đối với kết quả an truyền tọa độ theo các Basline từ một điểm gốc tọa độ tuyệt
đối cũng như với tọa độ nối với lưới IGS quốc tế.
+ Sử dụng hệ thống DPGS toàn cầu do OMNISTAR cung cấp theo công nghệ
RTCM với các số hiệu chỉnh tọa độ được cung cấp theo công nghệ RTCM với các số
hiệu chỉnh tọa độ được cung cấp từ hệ thống các trạm cố định toàn cầu. Công nghệ này
cũng đã được thử nghiệm tại Việt Nam và cho độ chính xác tới 1m như lý thuyết dự báo.
c. Sai số do nhiều cố ý SA.
- Nguyên nhân: Vì lý do an ninh, người ta chủ động làm nhiễu tín hiệu để hạ thấp
độ chính xác định vị tuyệt đối
- Khắc phục: Gỡ bỏ


Trước đây Mỹ cố ý gây nhiễu với hệ thống định vị toàn cầu NAVARSA GPS nhưng
hiện nay dã gỡ bỏ.
d. Sai số so đồ hình vệ tinh
Ta biết rằng việc định vị là việc giải bài toán giao hội nghịch không gian dựa
vào điểm gốc là các vệ tinh và khoảng cách đến các máy thu. Trong trường hợp tối ưu
khi tín hiệu vệ tinh là vệ tinh phải có sự phân bố hình học cân đối trên bầu trời xung
quanh điểm đo. Chỉ số mô tả đồ hình vệ tinh gọi là hệ số phân tán độ chính xác- hệ số
DOP (Delution of Precesion). Chỉ số DOP là nghịch đảo thể tích của khối tỷ diện tạo
thành giữa các vệ tinh và máy thu.
δ=DOP×δ0

(1.8)

chỉ số DOP chia ra các loại:

VDOP: là độ suy giảm độ chính xác trong cao độ.
HDOP: là độ suy giảm độ chính xác trong mặt phẳng 2D.
PDOP: là độ suy giảm độ chính xác vị trí không gian 3D.
TDOP: là độ suy giảm chính xác trong thời gian.
GDOP: là độ suy giảm độ chính xác không gian 3D và thời gian.
1.5.2 Sai số phụ thuộc vào môi trường lan truyền tín hiệu.
Tín hiệu khi lan truyền từ vệ tinh tới máy thu trên mặt đất phải xuyên qua tầng
khí quyển gồm nhiều tầng, trong đó có tầng điện ly và đối lưu là hai tầng ảnh hưởng
nhiều nhất tới sự lan truyền tín hiệu từ vệ tinh. Ta gọi là hiệu ứng khí quyển đến tín
hiệu vệ tinh. Ngoài ra do hiện tưởng phản xạ, tín hiệu vệ tinh đến máy thu có thể bị
ảnh hưởng bởi hiện tượng đa đường dẫn.
a. Ảnh hưởng của tầng điện ly
- Nguyên nhân: Tầng điện ly chứa các điện tử tự do phân bố trong khí quyển từ
độ cao 50-100 m. Tầng điện ly làm chậm trễ tín hiệu code tức là làm tín hiệu code tới
máy thu muộn hơn.
- Khắc phục:
+ Lấy kết quả đo GPS ban đêm sẽ giảm được ảnh hưởng của tầng điện ly
do lượng điện tử tự do trong ban đêm ở mức min so với ban ngày, tuy nhiên đây
không phải là phương án tối ưu nhất.
+ Sử dụng tần số thứ hai để chỉnh vào trị đo trên khoảng cách dài
b. Ảnh hưởng của tầng đối lưu


-

Nguyên nhân: Trong tầng đối lưu chứa nhiều hơi nước, bụi khí quyển dẫn tới tín

hiệu code và pha tới máy thu sẽ bị chậm trễ. Sai số này tác động chủ yếu vào các trị đo
trên khoảng cách ngắn mà không phụ thuộc vào khoảng cách dài.
- Khắc phục: Người ta nghiên cứu xây dựng các mô hình khí quyển để dựa vào

đó tính toán hiệu chỉnh trị đo nhằm loại bỏ hoặc giảm thiểu chúng. Ngoài ra trong quá
trình đo đạc người ta có thể giảm bớt ảnh hưởng sai số bằng cách loại bỏ tín hiệu của
các vệ tinh có góc cao E

150, gọi là góc cao hay giới hạn góc ngưỡng.

c. Ảnh hưởng của đa đường dẫn
- Nguyên nhân: Các tín hiệu vệ tinh tới máy thu có thể qua nhiều đường khác
nhau do phản xạ tín hiệu. Nếu như tín hiệu phản xạ đủ mạnh thì máy thu nhận cả tín
hiệu truyền thẳng lẫn tín hiệu phản xạ. Các tín hiệu đa đường dẫn và tín hiệu truyền
thẳng có cùng thời gian phát đi nhưng thời điểm đến máy thu sẽ khác nhau do đó làm
nhiễu kết quả quan trắc.
- Khắc phục: Cách tốt nhất để loại bỏ hay giảm nhiễu ảnh hưởng của đa đường dẫn
là nghiên cứu chế tạo angten thu có khả năng làm giảm thiểu tín hiệu đa đường dẫn như:
loại angten có vòng xoáy tròn. Hoặc có thể đặt thêm các bộ lọc trong phần phềm. Ngoài
ra cũng có thể làm giảm hiện tượng bằng cách bố trí trạm đo cách xa các vật dễ phản xạ
tín hiệu như: kim loại, bê tông, mái nhà, hàng rào, cột điện… bên cạnh đó người ta quy
định chỉ quan sát vệ tinh ở độ cao từ 150 trở lên so với mặt phẳng chân trời.
1.5.3 Sai số liên quan tới máy thu.
a. Sai số đồng hồ máy thu
Sai số đồng hồ máy thu sẽ dẫn tới sai số trong trị đo GPS.
- Nguyên nhân: tinh thể thạch anh được sử dụng chế tạo đồng hồ máy thu, do đó
độ ổn định của đồng hồ máy thu thấp hơn của đồng hồ vệ tinh
- Khắc phục: trong phương pháp định vị tuyệt đối bằng khoảng cách giải người ta
coi sai số đồng hồ máy thu là ẩn số thứ 4. Trong phương pháp định vị tương đối theo
pha sóng tải, người ta sử dụng phương trình sai phân bậc 2 để loại bỏ sai số này.
b. Sai số lệch tâm pha angten.
Trong những trường hợp đo đạc mà cần độ chính xác cao, người đo hết sức
quan tâm tới sai số này.
- Nguyên nhân: do khi chế tạo máy thu người ta chế tạo tâm điện tử của angten

chưa thật trùng khớp với tâm hình học của nó.
- Khắc phục: có thể kiểm tra sai số lệch tâm pha angten trước khi đo theo phương
pháp “đường đáy 0” hoặc theo phương pháp xoay angten ở nhiều vị trí. Trong thao tác
đo GPS, có thể giảm sai số lệch tâm pha angten bằng cách khi đặt máy thu tại điểm đo


luôn quay máy thu về hướng bắc với sai số trong khoảng 5 0. Ngoài ra ta có thể khắc
phục từ lúc chọn máy khi đo với độ chính xác cao ta nên chọn máy có độ lệch tâm pha
angten là ít nhất.
c. Sai số do nhiễu tín hiệu.
- Nguyên nhân: máy thu GPS là một thiết bị điện tử gồm phần cứng và phần
mềm, do đó trong quá trình làm việc có thể gặp tình trạng máy thu không làm việc ổn
định. Như chúng ta đã biết trong môi trường lan truyền tín hiệu luôn có các sóng diện
từ như: trạm phát sóng (truyền hình, viễn thông, radar,…), do sấm chớp,…
- Khắc phục: sự tinh xảo của máy thu sẽ quyết định khả năng lọc nhiễu để loại
bỏ những tín hiệu không cần thiết, giữ lại những tín hiệu cần thiết cho định vị. Bởi
vậy muốn giảm thiểu nguồn sai số này người sử dụng phải nắm tình trạng làm việc
của máy thu thông qua số liệu đo đã được đánh giá. Tránh xa các nguồn tín hiệu có
thể gây nhiễu.
1.6 Ứng dụng định vị vệ tinh trong trắc địa.
Công nghệ định vị có ứng dụng rộng rãi trong đời sống đặc biệt là trong trắc
địa. GPS đã dần thay thế phương pháp truyền thống cho độ chính xác cao, kết quả
nhanh, hiệu quả kinh tế. GPS còn giải quyết một số công việc mà các phương pháp
truyền thống không làm được. Ứng dụng của GPS có thể kể đến như:
1.6.1 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 vị khác nhau
trong công tác trắc địa 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 khoảng 10 -4. Người ta có thể đạt được độ
chính xác này một cách dễ dạng bằng cách quan trắc GPS.
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 1.106 ứng với các cự ly 20-100km.
Độ chính xác này có thể đạt được bằng cách xử lý sai các trị đo Phase sóng mang GPS
bằng những phần mềm tiêu chuẩn. Các cấp hạng không thể thấp hơn (Ví dụ lưới đo vẽ
bản đồ) có thể cũng được thành lập bằng phương pháp GPS.
Việc theo dõi tiến độ biến dạng cục bộ (lún do khai thác mỏ, biến dạng công
trình) đòi hỏi độ chính xác 1mm đến 1cm 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 antenna GPS và sự sai lệch về tín hiệu do môi
trường phản xạ nơi đặt antenna. Hơn 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 cao 10-7-10-8 trên cự ly liên lục địa. Sự khác nhau cơ bản giữa việc theo dõi
biến dạng toàn bộ so với những ứng dụng đã nói trên là ở chỗ trong trường hơp 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.
1.6.2 Các ứng dụng trong giao thông và thông tin trên mặt đất.
Việc phổ biến rộng rãi phép định vị hằng 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 từ 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 với các phương tiện thi hành pháp luật, công tác tìm kiếm

hoặc cứu hộ…
Việc theo dõi vị trí và sự chuyển động của các phương tiện có thể đạt được nếu
các phương tiện này 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.
1.6.3 Các ứng dụng trong trắc địa và bản đồ 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 dm tới vài chục m. Để đáp ứng các yêu cầu này cần phải sử dụng những kỹ
thuật quan sát và xử lý số liệu khác nhau 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 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 trái đất…) đều có thể
dùng GPS làm công cụ định vị.


1.6.4 Các ứng dụng trong giao thông và hải dương học trên biển.
Hệ thống định vị 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 1- vài
mét (trên bãi biển, bến tàu và dẫn đường trên sông) đến vài trăm mét (dẫn 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 phao nổi, công tác tìm kiếm cứu hộ ngoài khơi cũng có hiệu quả hơn.
Các nhu cầu định vị đối với công tác dã ngoại trong địa vật lý đại dương cũng
có thể được đáp ứng nhờ hệ GPS. Phép đo phase sóng mang cho ta tốc độ tàu thuyền
chính xác, là số liệu cần thiết trong nghiên cứu các dòng chảy đại dương.
1.6.5 Các ứng dụng trong trắc địa bản đồ hàng không.

Trong ứng dụng đo đạc và đo vẽ bản đồ từ 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 một cách dễ dàng nhờ 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 các điểm khống chế mặt đất một cách tuyệt hảo. Yêu cầu độ chính xác của
phép định vị trong ứng dụng này thay đổi trong khoảng 0.5- 26 m tùy theo từng loại
bản đồ khác nhau.


CHƯƠNG 2 :
SỬ DỤNG PHẦN MỀM TTC VÀ HGO ĐỂ XỬ LÝ SỐ LIỆU GNSS
2.1. Sử dụng phần mềm TTC để xử lý số liệu GNSS
Trimble Total Control là phần mềm xử lý số liệu GPS của hãng Trimble được xây
dựng từ những năm 2001-2002. Nó có các chức năng bình sai như: Bình sai độ cao
(1D), bình sai mặt bằng (2D), bình sai không gian (3D).
2.1.1. Giới thiệu về phần mềm.
Sơ đồ dưới đây thể hiện quy trình xử dữ liệu GPS bằng TTC2.73


Hình 2.1 Quy trình xử lý số liệu GPS bằng phần mềm TTC 2.73


(Nguồn: Bài giảng công nghệ GPS)
2.1.2. Thao tác sử dụng phần mềm TTC 2.73.
a. Tạo project.
Trước khi bắt đầu xử lý số liệu một mạng lưới mới ta phải tạo một Project mới
để chứa lưới đó. Cách làm như sau:
- Khởi động modul xử lý số liệu, menu chính của chương trình sẽ hiện ra như

Hình 2.2
Vào menu File chọn New Project cửa sổ New Project xuất hiện như Hình 3.3

Hình 2.3
Rồi ấn ok


b. Nhập dữ liệu đo
Để nhập dữ liệu đo chúng ta có rất nhiều cách, dưới đây em trình bày 1 trong
những cách đó. Ta ấn Import rồi chọn Receiver Raw Data màn hình sẽ hiện ra như
dưới đây.

Hình 2.4
Ta chọn đường link dẫn vào file số liệu. Sau khi chọn được file số liệu ta được
như bảng sau:

Hình 2.5
c.Xử lý số liệu


Ta nhập tên điểm vào cột Point Name, kiểu đo cao angten vào cột Measured
To, chiều cao angten vào cột H(m) cũng như các thông tin về thiết bị sử dụng nhà sản
xuất (cột Manufacturer), loại máy (cột Type).
Cũng có thể kiểm tra và chỉnh sửa loại angten và loại máy thu bất kì vào lức nào
bằng cách chọn tệp dữ liệu sau đó chọn chuột phải vào Properties. Sau đó chọn
Antenna hoặc Receiver rồi kiểm tra chỉnh sửa thông tin. Tất cả các nội dung chỉnh sửa
sẽ được lưu lại trong tệp dữ liệu OBS.
Sau khi quá trình hoàn tất, thoát khỏi cửa sổ Insert Files into Project bằng cách
chọn Close.
d.Xử lý cạnh.

Sau khi load dữ liệu, từ cửa sổ chính của chương trình chọn Process/Setting.
Tại đây, cửa sổ Process Option sẽ hiện ra để ta có thể cài đặt các tham số cho quá trình
xử lý cạnh.

Hình 2.6 Cài đặt các tham số trong xử lý cạnh
Hoàn tất cài đặt tham số ta ấn Prosess GPS Baseline rồi ấn Ok ta được như sau:


Hình 2.7
Sau khi kiểm tra thông tin tất cả các cạnh, ta thấy các chỉ tiêu như: Ratio, Pdop,
… đều đã đạt nên ta không phải xử lý can thiệp.
Tiếp đó ta kiểm tra sai số khép hình bằng cách ấn vào Tool/Loop Closure
(Manual) chọn từng điểm và ấn Add, để khép hình ta phải chọn ít nhất 3 điểm. Sau đó
ấn vào biểu tượng vòng khép màu xanh ta sẽ xem được sai số khép vòng các điểm. Ta
làm lần lượt với các vòng đo rồi report kết quả được như hình sau:

Hình 2.8


e.Bình sai
Trước khi bình sai ta phải cài đặt các tham số tính chuyển về hệ tọa độ địa
phương. Ở đây ta tính trong hệ tọa độ VN-2000, kinh tuyến trung ương 105 000’, múi
chiếu 30. Hoàn tất các bước cài đặt ta fix tọa độ điểm gốc. Số liệu ở đây có 2 điểm gốc
tọa độ nhà nước
Ta tiến hành bình sai trong hệ tọa độ địa phương và xuất ra kết quả bình sai. (lưu
ý khi report phải có dòng All measurement passed là được)
Lưu bảng kết quả bình sai, Fix nốt các điểm tọa độ nhà nước còn lại và được
kết quả bình sai của mạng lưới.

2.2.

Sử dụng phần mềm Hi-Target HGO để xử lý số liệu GNSS

a. Tạo Project mới
Trước khi bắt đầu xử lý số liệu một mạng lưới mới ta phải tạo một project mới
chứa lưới đó. Cách làm như sau:
-

Khởi động phần mềm HGO (có tên HGO.exe) trên màn hình Desktop. Menu
chính của chương trình sẽ hiện ra như hình sau:

Hình 2.9
-

Từ cửa số chính của chương trình vào New project xuất hiện


Hình 2.10
-

Thiết lập các tham số hệ tọa độ mới. Click vào bảng project properties xuất hiện
như hình sau:

Hình 2.10