Ứng dụng công nghệ GPS trong công tác thành lập lưới khống chế cơ sở mặt bằng trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên (Khóa luận tốt nghiệp)

I H C THÁI NGUYÊN
NG
I H C NÔNG LÂM

TR

LÊ QUANG TU N
Tên

tài:
NG D NG CÔNG NGH GPS TRONG CÔNG TÁC THÀNH L P
L

I KH NG CH C

S

M T B NG TR

NG

IH C

NƠNG LÂM THÁI NGUN

KHĨA LU N T T NGHI P

H

ào t o

IH C

: Chính quy

Chun ngành

:

a chính mơi tr

Khoa

: Qu n lý Tài nguyên

Khóa h c

: 2011 - 2015

Thái Nguyên, n m 2015

ng


TR

I H C THÁI NGUYÊN
NG
I H C NÔNG LÂM

LÊ QUANG TU N

Tên

tài:
NG D NG CÔNG NGH GPS TRONG CÔNG TÁC THÀNH L P
L

I KH NG CH C

S

M T B NG TR

NG

IH C

NƠNG LÂM THÁI NGUN

KHĨA LU N T T NGHI P

H ào t o
Chuyên ngành
L p
Khoa
Khóa h c
Giáo viên h ng d n

IH C

: Chính quy

: a chính mơi tr ng
: K43 - CMT (N01)
: Qu n lý Tài nguyên
: 2011 - 2015
: ThS. Nguy n Ng c Anh

Thái Nguyên, n m 2015


i

L IC M

N

Th c t p t t nghi p là m t giai o n c n thi t và h t s c quan tr ng c a
m i sinh viên, ó là th i gian sinh viên ti p c n v i th c t , nh m c ng c và
v n d ng nh ng ki n th c mà mình ã h c
c trong nhà tr ng.
qua ó sinh
viên khi ra tr ng s hoàn thi n v ki n th c, ph ng pháp làm vi c c ng nh
n ng l c công tác, nh m áp ng
c yêu c u c a th c ti n công vi c.
cs
ng ý c a Ban ch nhi m khoa Qu n lý Tài nguyên em ã
ti n hành nghiên c u
tài: “ ng d ng công ngh GPS trong công tác thành
l pl

i kh ng ch c s m t b ng tr ng i h c Nơng Lâm Thái Ngun”.

Hồn thành
c
tài này, tr c h t em xin chân thành cám n Ban
giám hi u tr ng
i h c Nông Lâm Thái Nguyên, Ban ch nhi m khoa
Qu n lý Tài nguyên, cùng các th y cô giáo trong tr ng ã luôn quan tâm,
d y b o, truy n t nh ng ki n th c, kinh nghi m, quý báu cho em trong su t
b n n m h c v a qua. c bi t em xin bày t lòng bi t n sâu s c n th y
giáo Th.S. Nguy n Ng c Anh ã nhi t tình ch b o, h ng d n cho em. S
t o i u ki n c a B môn GIS Và Vi n thám Khoa Qu n lý Tài Nguyên cùng
v i s n l c c a b n thân em ã hoàn thành
tài t t nghi p theo úng n i
dung h ng d n và th i gian quy nh c a nhà tr ng.
M c dù b n thân có nhi u c g ng, song do i u ki n th i gian và n ng
l c còn nhi u h n ch nên khóa lu n t t nghi p c a em khơng tránh kh i
nh ng thi u sót, em r t mong nh n
c s óng góp ý ki n c a các th y cô
giáo và các b n bài khóa lu n c a em
c hồn ch nh h n.
Em xin chân thành cám n!
Thái Nguyên, ngày 10 tháng 05 n m 2015
Sinh viên

LÊ QUANG TU N


ii
DANH M C CÁC B NG, S
B ng 2.1. So sánh k t qu s d ng sóng t i và các mã code

xác

nh

kho ng cách ..................................................................................... 15
B ng 2.2. Sau ây ki n ngh kho ng th i gian o h p lý cho tr
quan tr c t 4 v tinh tr lên v i i u ki n khí t
th
B ng 2.3.

ng h p

ng bình

ng. ............................................................................................. 21
nh h

ng c a t ng i n ly

n kho ng cách o t v tinh

t i máy thu ....................................................................................... 28
B ng 2.4. nh h

ng t ng

i l u t i kho ng cách ....................................... 30

B ng 2.5. Các ngu n l i và bi n pháp kh c ph c
b ng d

c t ng h p trong

i ây .................................................................................. 33

B ng 2.6. Yêu c u k thu t ch y u c a l

i GPS

c thành l p ................ 36

B ng 4.1. H th ng các i m tr c a h ng cao ã có trong khu v c tr ng ....... 45


iii
DANH M C CÁC S

S

2.1. Quy trình xây d ng l

i o v tinh .............................................. 35

S

4.1. Quy trình thành l p l

i kh ng ch b ng công ngh GPS ........... 44

iv
DANH M C CÁC HÌNH
Hình 2.1. Hình nh v tinh nhân t o ................................................................. 4
Hình 2.2. S

c u trúc h th ng

nh v GPS ................................................ 7

Hình 2.3. Các lo i v tinh .................................................................................. 7
Hình 2.4. Các tr m theo dõi c a h th ng GPS ................................................ 9
Hình 2.5. Máy thu c a hãng Trimble .............................................................. 11
Hình 2.6. o kho ng cách gi theo code ........................................................ 13
Hình 2.7.

nh v tuy t

Hình 2.8.

nh v t

i............................................................................... 16

ng

i ............................................................................ 18

Hình 2.9. Mơ hình sai phân b c 1 ................................................................... 19
Hình 2.10. Mơ hình sai phân b c 2 .................................................................. 19
Hình 2.11. Mơ hình sai phân b c 3 ................................................................. 20

Hình 4.1. L p l ch o GPS khu v c tr

ng

i h c Nơng lâm ...................... 47

Hình 4.2. K t qu trút d li u b ng ph n m m Trimble Data Transfer .......... 48
Hình 4.3. T o Ellipsoid quy chi u cho h VN2000 và xây d ng múi chi u .. 49
Hình 4.4. K t qu t o Project cho khu o tr

ng H Nơng lâm ................... 49

Hình 4.5. K t qu Import d li u thô vào ph n m m TBC V2.7 ................... 50
Hình 4.6. S

m ng l

i các i m o .......................................................... 50

Hình 4.7. K t qu x lý c nh .......................................................................... 51
Hình 4.8. K t qu x lý c nh .......................................................................... 51
Hình 4.9. K t qu thi t l p h t a
Hình 4.10. K t qu nh p t a
Hình 4.11. Quá trình bình sai l
Hình 4.12.

hình l

VN-2000 .............................................. 52

cho các i m g c ......................................... 53
i kh ng ch ................................................. 53

i kh ng ch

o v ....................................................... 54


v
M CL C

PH N 1: M
1.1.

U......................................................................................... 1

TV N

........................................................................................ 1

1.2. M C ÍCH C A

TÀI .................................................................... 3

1.3. YÊU C U C A

TÀI ....................................................................... 3

1.4. Ý NGH A C A

TÀI ........................................................................ 3

1.4.1. Ý ngh a trong h c t p và nghiên c u khoa h c ................................ 3
1.4.2. Ý ngh a th c ti n .............................................................................. 3
PH N 2: T NG QUAN TÀI LI U .............................................................. 4
2.1. T NG QUAN V GPS - Navigation Satellite Timing And Ranging
Globol positioning Sytem (Navstar GPS ) .................................................... 4
2.1.1. o n không gian (space Segment) ................................................... 7
2.1.2. o n i u khi n (Control Segment) ................................................. 9
2.1.3. o n s d ng (User segment) ........................................................ 10
2.1.4. Các h t a
2.2. CÁC

IL

c s d ng trong công ngh GPS ........................ 11
NG O GPS ............................................................... 13

2.2.1. o kho ng cách gi theo C/A – code và P – code ......................... 13
2.2.2. o kho ng cách gi theo pha sóng t i ............................................ 15
2.3. CÁC PH

NG PHÁP O GPS ......................................................... 16

2.3.1. o GPS tuy t
2.3.2. o GPS t

ng

i (Absolute Positioning) ...................................... 16

i (Relative Positioning) ..................................... 18

2.3.3. o GPS vi phân DGPS (Differential – GPS) ................................. 24
2.4. CÁC LO I SAI S TRONG O GPS ................................................ 26
2.4.1. Sai s

ng h (Clock Error) ............................................................ 26

2.4.2. Sai s do qu
2.4.3. nh h

o v tinh................................................................ 27

ng c a t ng i n ly và t ng

i l u ................................. 27


vi
2.4.4. T m nhìn v tinh và s tr
2.4.5. Sai s do ph n x
2.4.6. S suy gi m

a

t chu k (Cycle slips) ......................... 30

ng d n (Multipath) ................................. 31

chính xác (DOPS) do

hình v tinh .................. 31

2.4.7. Sai s tâm pha c a anten ................................................................ 32
2.4.8. Các sai s do ng
2.5. THI T K L
2.5.1.

i o ................................................................... 32

I KH NG CH THEO CÔNG NGH GPS 34

c i m chung .............................................................................. 34

2.5.2. Trình t các b

c xây d ng l

i o v tinh ................................... 34

2.5.3. Yêu c u k thu t l

i GPS .............................................................. 36

2.5.4. Thi t k

i và ph

hình l

ng th c liên k t l

i ....................... 37

2.6.NH NG N I DUNG C N CHÚ Ý TRONG TH C T THI T K L
PH N 3:
3.1.

IT

NG, N I DUNG VÀ PH

I .. 37

NG PHÁP NGHIÊN C U . 39

IT

NG VÀ PH M VI NGHIÊN C U .................................. 39

it

ng nghiên c u ..................................................................... 39

3.1.1.

3.1.2. Ph m vi nghiên c u ........................................................................ 39
3.2.

A I M VÀ TH I GIAN TI N HÀNH ........................................ 39

3.2.1.

a i m nghiên c u ...................................................................... 39

3.2.2. Th i gian ti n hành ......................................................................... 39
3.3. N I DUNG NGHIÊN C U ................................................................ 39
3.3.1. i u tra c b n ............................................................................... 39
3.3.2. Thành l p l
3.4. PH

i kh ng ch b ng công ngh GPS ............................ 39

NG PHÁP NGHIÊN C U ........................................................ 40

3.4.1. Ph

ng pháp thu th p và nghiên c u tài li u. ................................ 40

3.4.2. Ph

ng pháp kh o sát th c

3.4.3. Ph

ng pháp b n

3.4.4. Ph

ng pháp o GPS t nh .............................................................. 40

3.4.5. Ph

ng pháp s d ng ph n m m ................................................... 40

a ...................................................... 40

....................................................................... 40


vii
PH N 4: K T QU NGHIÊN C U ......................................................... 41
4.1. I U TRA C B N ........................................................................... 41
4.1.1. Gi i thi u chung ............................................................................. 41
4.1.2. i u ki n t nhiên .......................................................................... 41
4.1.3. i u ki n kinh t , xã h i ................................................................ 42
4.1.4. Tình hình qu n lý s d ng
4.2. THÀNH L P L

t ai .................................................. 44

I KH NG CH M T B NG .............................. 44

4.2.1. Thu th p tài li u .............................................................................. 45
4.2.2. Kh o sát khu o, thi t k s b l

i ............................................... 46

4.2.3. Ch n i m và chơn m c ngồi th c
4.2.4. L p l ch và o

c ngoài th c

a ......................................... 46

a ................................................. 47

4.2.5. Trút s li u t máy thu sang máy tính ............................................ 48
4.2.6. X lý và bình sai s li u o GPS b ng TBC V2.7 ......................... 48
4.2.7. Biên t p h th ng b ng, bi u theo quy

nh ................................... 54

PH N 5 : K T LU N VÀ KI N NGH ................................................... 55
5.1. K T LU N .......................................................................................... 55
5.2. KI N NGH ......................................................................................... 56
TÀI LI U THAM KH O ........................................................................... 57


1
PH N 1
M

1.1.

U

TV N

t ai là tài nguyên vô cùng quý giá, là

a bàn phân b c a con ng

là n i phát tri n xây d ng các c s kinh t - v n hóa – xã h i.
tài li u khơng gì thay th
h t các n

c bi t

i,
t là

c trong s n xu t nông – lâm – ng nghi p. H u

c trên th gi i

u xây d ng m t n n kinh t trên c s phát tri n

nông lâm nghi p d a vào khai thác ti m n ng

t ai, l y ó làm c s cho s

phát tri n các ngành khác. Do ó, vi c t ch c s d ng ngu n tài nguyên
ai h p lý

y

và em l i hi u qu cao theo quan i m sinh thái và phát

tri n b n v ng tr thành v n

V n

t

c p thi t.

t ra khi s d ng tài nguyên thiên nhiên c a lãnh th chúng ta

c n có cái nhìn t ng quan t các h p ph n trong t nhiên.

t

ó có gi i

pháp khai thác và s d ng h p lý.
Trong nh ng n m tr
thiên thiên, s phân b
s d ng h th ng b n

c ây

ghi nh n, mô t và qu n lý tài nguyên

ô th , phân b dân c , phân b s n xu t. . . ng
a lý, b n

chuyên

v trên gi y cùng các b ng bi u th ng kê
b n

này m c

,b n

i ta

gi i th a. . .

c

c o v th cơng b ng tay. Các

s d ng cịn h n ch do

chính xác khơng cao, n i dung

khơng phong phú, khó kh n cho vi c l u tr , nhân b n, b o qu n, c p nh t và
ch nh s a.
Trong giai o n hi n nay, cùng v i s phát tri n c a n n kinh t , khoa h c
k thu t, tin h c i n t vi n thông, ngành

a chính ang ph i

imtv is

phát tri n khơng ng ng c a khoa h c công ngh . Nh ng khái ni m m i, h
th ng m i, k thu t m i xu t hi n, ã
qu vào công tác qu n lý

c ngành

t ai, và thành l p b n

a chính ng d ng có hi u
a chính d ng s .


2
Song song v i m i giai o n phát tri n c a xã h i loài ng
ngành khoa h c nói chung và ngành tr c

i, và các

a nói riêng c ng có nh ng b

c

phát tri n rõ r t. Ngày nay, nh ng thành t u to l n c a nhi u ngành nh toán
h c,

a lý h c, k thu t i n, tin h c. . . ã

b n

. H th ng

c ng d ng vào ngành tr c

nh v toàn c u GPS là h th ng d n

chính xác d a trên các v tinh NAVSTAR

ng và

c b qu c phòng M

a

nh v
thi t k ,

tri n khai t n m 1973 và s d ng r ng rãi t i ngày nay.
Ngày nay, Cơng ngh GPS chi m vai trị ch
s và ã thay th
,

o trong các l nh v c dân

c công ngh truy n th ng trong vi c xây d ng l

ng th i m ra nhi u các l nh v c khác nhau vì nó

u vi t h n h n các ph

ng pháp c nh

nhanh, ít t n kém và h u h t th c hi n

nh v các

it

ng chuy n

h quy chi u và h t a
bi n
càng

ng v trái

c trong m i i u ki n th i ti t.
nh v

c lên t i hàng nghìn km, có th

qu c gia, quan tr c d ch chuy n l c

t, d báo

ng

xây d ng l

i kh ng ch t a

chính xác cao, ph

i kh ng ch t a

thì có nhi u ph

ng pháp a giác, ph

T th c t

,m ty ut
. M t khác

ng pháp nh : ph

ng

ng pháp tam giác o c nh

ng pháp tam giác o góc – c nh. Nh ng v i tính u

vi t c a mình thì cơng ngh GPS ngày càng
tr thành ph

a, quan tr c

t v.v... G n ây, công ngh GPS ngày

c c k quan tr ng không th thi u trong công tác thành l p b n
pháp tam giác o góc, ph

cv i

ng t o c s khoa h c m i cho xây d ng các

c s d ng nhi u h n

xây d ng l

c nhi u tính

chính xác cao, th i gian o

Công ngh GPS ã mang l i nhi u hi u qu khoa h c nh
chính xác t i milimet, kho ng cách o

t

it a

c bi t

n s d ng r ng rãi và

ng pháp chính.
ng d ng cơng ngh GPS trong cơng tác thành l p l

i kh ng

ch c s m t b ng và nh ng u i m c a k thu t này so v i các ph
pháp truy n th ng.

c s nh t trí c a ban giám hi u tr

ng

ng

i h c Nông

Lâm Thái Nguyên, Ban ch nhi n khoa Qu n lí Tài nguyên em ti n hành th c
hi n

tài: “ ng d ng công ngh GPS trong công tác thành l p l

ch c s m t b ng tr

ng

i h c Nông Lâm Thái nguyên”

i kh ng


3
1.2. M C ÍCH C A

-

ng d ng cơng ngh GPS trong công tác thành l p l

s m t b ng tr
-

TÀI

ng

i kh ng ch c

i h c Nông Lâm Thái Nguyên.

ng d ng ph n m m TBC 2.0 (Trimble Business Center) trong x lý

tính tốn s li u o GPS.
- Xây d ng h th ng t a
thành l p b n

o v ph c v cho vi c

a chính.

1.3. YÊU C U C A

- L

các i m kh ng ch

TÀI

i kh ng ch

c thành l p ph i tuân theo quy trình, quy ph m

hi n hành c a B Tài nguyên & Môi tr
- Quy trình th c hi n
1.4. Ý NGH A C A

ng.

m b o tính khoa h c và chính xác.

TÀI

1.4.1. Ý ngh a trong h c t p và nghiên c u khoa h c
- ây là c h i cho sinh viên v n d ng nh ng ki n th c ã h c và nh ng
hi u bi t c a mình vào th c ti n,
bi t v phát tri n c a ngành
trong công tác thành l p l

ng th i c ng có c h i nâng cao s hi u

a chính nói chung và ng d ng công ngh GPS
i kh ng ch c s m t b ng nói riêng.

- Nâng cao k n ng s d ng và k th a các thành t u c a khoa h c và k
thu t vào th c ti n.
1.4.2. Ý ngh a th c ti n
- Qua nghiên c u, tìm hi u và ng d ng công ngh GPS trong công tác
thành l p l
v

i kh ng ch c s m t b ng giúp cho công tác qu n lý Nhà n

t ai

c nhanh h n

y

h n và chính xác h n.

- Ph c v t t cho vi c o v chi ti t thành l p b n
ngh s , hi n

i hóa h th ng h s

Nguyên và Mơi Tr

ng.

c

a chính theo quy

a chính theo cơng
nh c a B Tài


4
PH N 2
T NG QUAN TÀI LI U

GPS - Navigation Satellite Timing And Ranging

2.1. T NG QUAN V

Globol positioning Sytem (Navstar GPS)
H th ng

nh v tồn c u có tên

y

là Navigation Satellite Timing

And Ranging Globol positioning Sytem (Navstar GPS)
khai t nh ng n m 1970 do quân
th ng là xác

nh t a

c b t

u tri n

i M ch trì. Nhi m v ch y u c a h

không gian và t c

tàu v tr , máy bay, tàu h a và trên

chuy n

ng c a i m xét trên

t li n, ph c v cho b qu c phòng M

và các c quan quân s .

Hình 2.1. Hình nh v tinh nhân t o
N m 1973 h th ng

nh v tồn c u GPS ã

c thi t k và có tên

y

là NAVSTAR GPS (Navigation Satellite Timing And Ranging Globol
positioning Sytem).
th ng

n ngày 22 tháng 02 n m 1978 v tinh

nh v toàn c u GPS ã

c

a lên qu

o,

u tiên c a h

n n m 1985 ng

i ta


5
a lên qu

o 11 v tinh h I (block I) mang tính ch t th c nghi m. Hi n

nay h u h t s v tinh thu c h block I ã h t th i gian s d ng. T n m 1989
n n m 1990 ng

i ta ã

a lên qu

o 9 v tinh thu c các th h II (

block II) và các v tinh công tác. V tinh th h block II khác v i v tinh th
h block I

ch

nó phát tín hi u ch a nhi u ch

Availability) và A.S (Anti Spoofing). T nh ng n m 1990
a lên qu

ng SA (Selective
n 1994 ng

i ta

o 15 v tinh th h II A (ch A có ngh a là tiên ti n – Advance)

có kh n ng liên h các v tinh. T ngày 08 tháng 12 n m 1993, trên 6 qu
o c a h th ng GPS ã

24 v tinh tri n khai trên 6 m t ph ng qu

cao kho ng 20.200km và nghiêng v i m t ph ng xích
55

o trái

o

t m t góc

, chu kì x p x 12 gi . V i cách b trí này thì trong su t 24 gi t i b t kì

i m nào trên m t
GPS này, v n

t c ng quan sát

c ít nh t là 4 v tinh. V i h th ng

th i gian, v trí, t c

c gi i quy t nhanh chóng, chính

xác trên ph m vi tồn c u trong b t kì th i i m nào. T nh ng n m 1996
ng

i ta

a lên qu

o các v tinh b sung th h II R (ch R có ngh a là

i m i – Replacement)

c thi t k

thay th các v tinh th h block II.

Các v tinh th h II R có kh n ng o kho ng cách gi a 3 v tinh lân c n.
Cho
Ng

n nay ã có 28 v tinh c a h th ng GPS ang ho t
i ta còn d

nh t nay

n n m 2010 s

a lên qu

ng trên qu

o.

o các v tinh th

h II F (block II F, có ngh a là Ti p t c – Follow On).
Trong nh ng n m c a th p k 80 quân

iM

ã chính th c cho phép s

d ng trong dân s . T

ó các nhà khoa h c c a nhi u n

vào cu c ch y ua

t

c phát tri n ã lao

c thành qu cao nh t trong l nh v c s d ng v

tinh chuyên d ng GPS. Nh ng thành t u này cho k t qu trong hai h
o là ch t o máy thu tín hi u và thi t l p các ph n m m
hi u cho các m c ích khác nhau.

ng ch

ch bi n thu tín


6
Trong th i gian này Liên Xô xây d ng h th ng

nh v toàn c u

GLONASS (Global Navigation Satellite System) nguyên lý ho t
th ng này t

ng t ho t

riêng và nó khơng

ng c a h

ng nh h th ng GPS, nh ng có nh ng

c th

c thù

ng m i hóa r ng rãi.

Cho t i n m 1988, các máy thu GPS do 10 hãng trên th gi i s n xu t ã
t

c trình

c nh tranh trên th tr

ng. Vì lý do trên, giá máy ã gi m

xu ng t i m c h p lý mang tính ph c p. M t s hãng trên th gi i s n xu t
máy thu GPS hàng

u nh : TRIMBLE NAVIGATION (M ), ASHTECH

(M ), WILD (Th y S ), SEGSEL (Pháp), MINI MAX (Tây

c)...

Vi t Nam các ng d ng c a công ngh GPS trong tr c

a m i ch b t

u t nh ng n m 1990, Song chúng ta ã khai thác có hi u qu trong cơng
tác xây d ng và hồn thi n m ng l
d ng l

i Tr c

a bi n, liên k t

i thiên v n – Tr c

t li n v i các h i

a qu c gia. Xây

o xa

t li n. Ch v i 5

máy thu v tinh lo i 4000ST, 4000SST ban

u sau m t th i gian ng n ã l p

xong l

ng ngu n sông Bé, Cà Mau...

i kh ng ch nh Tây Nguyên, Th

Công ngh GPS ã góp ph n xây d ng c s d li u

hình thành h quy

chi u VN-2000. Bên c nh ó chúng ta ã ng d ng GPS
m ng l

i nghiên c u

a

ng trên các khu v c

Biên - Lai Châu và tham gia cùng các n
nghiên c u s di chuy n v trái

o

cm ts

t gãy Sông H ng,

c trong khu v c th c hi n o

i n
c và

t thu c vùng ơng Nam Á.

Tồn b ph n c ng c a h th ng GPS có tên
SYSTEM. NAVSTAR vi t t t c a ch

y

là NAVSTAR GPS

NAVIGATION SYSTEM WITH

TIME AND RANGING.
Ph n c ng này g m 3 ph n: Ph n i u khi n (Control Segment), ph n
không gian (Space Segment) và ph n s d ng (User Segment).

7

Hình 2.2. S

c u trúc h th ng

nh v GPS

2.1.1. o n khơng gian (space Segment)
1. Chịm v tinh GPS
Bao g m 24 v tinh bay trên qu
gi 58 phút, phân b
góc

o có

u trên 6 m t ph ng qu

. Vi c b trí này nh m m c ích

trên trái

t

cao

20200 km, chu kì 11

o nghiêng v i xích

om t

t i m i th i i m và m i v trí

u có th quan sát ít nh t 4 v tinh.

Hình 2.3. Các lo i v tinh
Các v tinh NAVSTAR có 2 tr ng thái: “ho t
“Ho t
quy t

ng kh e“ (Healthy) và

ng không kh e“ (Unhealthy). Hai tr ng thái c a v tinh này
nh do 4 tr m i u khi n m t

các v tinh

c hai tr ng thái “Ho t

c

t. Chúng ta có th s d ng tín hi u c a
ng kh e“ và “Ho t

ng không kh e“.


8

2. C u trúc tín hi u GPS
M i v tinh

u có thi t b t o dao

MHZ . T n s này còn là t n s chu n c a
.T t ns c s

ng v i t n s chu n c s là
ng h nguyên t , v i

=10.23

chính xác c

thi t b s t o ra hai t n s sóng t i L1 và L2.

Sóng t i L1 có t n s

= 154

Sóng t i L2 có t n s

= 1575.42 MHZ, có b c sóng là 19,032 cm.

= 120

= 1227,60MHZ, có b

c sóng là

24,42cm.
ph c v cho các m c ích và

i t ng khác nhau, các tín hi u phát i

c i u bi n mang theo các code riêng bi t, ó là C/A code, P-code và Y-code.
C/A-code (coarse/Acquisition code) là code thơ cho phép dùng r ng rãi.
C/A code mang tính ch t t a ng u nhiên. Tín hi u mang code này có t n s
th p (1.023 MHZ) t

ng ng v i b

c sóng 293 mét. C/A code ch

i u bi n

sóng t i L1, song n u có s can thi p c a các tr m i u khi n trên m t

t có

th chuy n sang c L2.Chu kì c a C/A code là 1 mili giây, trong ó ch a
1023 bite (1023 chíp) m i m t v tinh phát i C/A code khác nhau. Nó ch
y u

c s d ng cho m c ích dân s

v i

chính xác khơng cao, vì v y

ch dùng trong m c ích dân s .
P-code là code chính xác (Precision code). Ban

u nó

c s d ng

cho các m c ích quân s , áp ng yêu c u chính xác cao và i u bi n c 2
sóng t i L1 và L2. Code này

c t o b i nhi u chu i các ch s 0 và 1,

s p x p theo quy lu t t a ng u nhiên v i t n s 10,23 MHZ;

c

dài toàn ph n

c a code là 267 ngày, ngh a là ch sau 267 ngày P-code m i l p l i. Tuy v y,
ng

i ta chia code này thành các o n có

dài 7 ngày và gán cho m i v

tinh 1 trong các o n code này và c sau m i tu n l i thay
P-code r t khó b gi i mã

s d ng n u khơng

Y- code là code bí m t,

i. B ng cách này

c phép.

c ph lên P-code g i là k thu t AS (Anti-

Spoofing). Ch có các v tinh thu c kh i II (sau n m 1989) m i có kh n ng


9
này. Ngoài các t n s trên, các v tinh cịn có th trao
ki n trên m t

t qua các t n s 1783,74 MHZ. Và 2227,5 MHZ

các thông tin
Ng

truy n

o hàng và các l nh i u khi n t i v tinh.

i ta

cl

ng

chính xác

nh v

t c 1% b

hi u.Nh v y, ngày nay khi s d ng code thơ C/A
chính xác c 3m. Chính vì th phía M ch
chính xác

nh v tuy t

c sóng c a tín

nh v thì có th

ng làm nhi u tín hi u

t
h th p

i. K thu t làm nhi u này g i là SA (Selective-

Availability). Do nhi u SA, khách hàng ch có th
xác 50

i v i các tr m i u

n 100m. T ngày 20-05-2000 M

nh v tuy t

ã b ch

iv i

chính

nhi u SA.

2.1.2. o n i u khi n (Control Segment)
Ph n i u khi n g m 9 tr m m t
tr m theo

dõi

(Monitor

t, trong ó có 4 tr m m t

Station):Colorado

Ascension,Kwajalein và Hawaii; m t tr m

Springs, Diego

t và có 5
Garcia,

i u khi n trung tâm (Master

Control Station-MCS) và 3 hi u ch nh s li u (Upload Station).

Hình 2.4. Các tr m theo dõi c a h th ng GPS
Các tr m này theo dõi liên t c t t c các v tinh có th quan sát
Các s li u quan sát

c

các tr m này

c chuy n v tr m i u ki n trung

tâm MCS, t i ây vi c tính tốn s li u chung
các thông tin
v tinh chuy n

o hàng c p nh t

c th c hi n và cu i cùng

c chuy n lên các v tinh,

n các máy thu c a ng

c.

i s d ng.

sau ó t các


10
Nh v y, vai trò c a o n i u ki n r t quan tr ng vì nó khơng ch theo
dõi các v tinh mà cịn liên t c c p nh t
hàng trong ó có l ch v tinh qu ng bá,

chính xác hóa các thơng tin
mb o

o

chính xác cho cơng tác

nh v b ng h th ng GPS.
2.1.3. o n s d ng (User segment)
o n s d ng bao g m các máy thu GPS, máy ho t
v tinh GPS ph c v cho m c ích khác nhau nh d n
khơng, trên

t li n và ph c v cho công tác o

Trong vi c khai thác s d ng cơng ngh GPS, ng

c

ng

thu tín hi u

ng trên bi n, trên

nhi u n i trên th gi i.

i ta có th k t n i các thi t

b thu tín hi u GPS v i m t s thi t b khác

th c hi n các k thu t o

ng

th i gian th c (Real time Kinematic-RTK).

o vi phân DGPS, o vi phân

di n r ng WADGPS (Wide-area-Differential GPS). Trong ó WADGPS cịn
s d ng v tinh vi n thông th

ng m i nh là ph

ng ti n trung gian

truy n s c i chính o vi phân cho các tr m o.
Máy thu GPS là ph n c ng quan tr ng trong o n s d ng. nh các ti n
b k thu t trong l nh v c i n t vi n thơng và k thu t thơng tin, tín hi u
s , các máy thu GPS ngày càng hoàn thi n. Ngành ch t o máy thu GPS là
ngành “ k thu t cao”. Các máy thu hi n nay có th làm vi c
b ng các b

nh v tuy t

c sóng t i L1 và L2 ho c ch thu

cv i

y

c tín hi u t n L1. Có th

i kho ng cách gi C/A code và c kho ng cách P(Y) code

ho c theo pha sóng t i, m t s hãng cịn cho ra các máy thu có th

ng th i

thu tín hi u v tinh GPS và c v tinh GLONASS.
V nguyên t c theo dõi v tinh và tín hi u, ng

i ta ch t o ra các máy

thu tín hi u song song. Do ó c u hình nhi u kênh nên máy thu có th

ng

th i thu tín hi u c a nhi u v tinh. Lo i th hai là lo i máy thu tu n t thay
i nhanh. V i lo i máy thu này tu n t ghi tín hi u thay

i liên t c sau

nh ng kho ng th i gian r t ng n. Trên c s hai nguyên t c trên, ng

i ta s n


11
xu t các máy thu k t h p c hai ph

ng th c song song và tu n t thay

i

nhanh. D ng máy thu ph bi n hi n nay là d ng máy thu nhi u kênh. Các lo i
máy thu này th

ng có t 8

n 12 kênh, m i kênh s

c l p theo dõi và thu

tín hi u t m t v tinh.
Ng

i ta s n xu t ra nhi u máy thu GPS v i nh ng m c ích s d ng

khác nhau. Có lo i ph c v m c ích
tr c

o hàng, có lo i ph c v cho m c ích

a, c ng có lo i nh ph c v cho m c ích du l ch… Trên th gi i ã có

nhi u hang ch t o máy thu nh hãng Trimble Navigation, Sokkia, Leica…

Hình 2.5. Máy thu c a hãng Trimble
Kèm theo các lo i máy thu ph c v công tác tr c a là các ph n m m x lý
s li u o. Nh ng ph n m m này hoàn thi n v ch c n ng c ng nh : công ngh
x lý thông tin nh m gi i quy t bài toán

nh v m t cách nhanh chóng và chính

xác. M t s ph n m m x lý s li u ã và ang

c s d ng ph bi n

n c ta

hi n nay nh : Trimble, Trimnet Plus, Gpsurvey, TBC...
2.1.4. Các h t a
Ng
t a

c s d ng trong công ngh GPS

i s d ng có th nh n

ct a

c a i mm t

WGS – 84 khi s d ng công ngh GPS. H t a
a tâm m t

t.

i u ó có ngh a là các y u t

t b t kì trong h

WGS – 84 là h t a
nh v h t a

này


12
(Kinh tuy n i qua ài thiên v n Greenwich, c c qu
t)

u thu c v qu
Do ó h t a

t.
WGS – 84 tham gia vào chuy n

t. Tuy nhiên t a

c a m i i m trên m t

này không thay

l

a và thành l p b n

xác

nh trong h t a

a-B n

a tâm qu

xây d ng các m ng

sao. H t a

o chuy n

ng c a v tinh ng

i ta ph i

sao có m t y u t khơng liên quan

n trái

t i m xuân phân ( i m xuân phân là giao i m c a m t ph ng xích
ng hồng

o). Nh v y các tham s qu

trong h t a

sao và

t

.

nh các tham s qu

s d ng h t a

c xác

WGS – 84 c ng nh m i h t a

c s d ng r ng rãi trong Tr c

i Tr c

t

ng ngày êm c a qu

i và không ph thu c vào s quay quanh tr c c a qu

t. Vì lý do ó h t a

khác

t, tâm v t ch t qu

c s d ng

o c a v tinh

tính tốn ra t a

o và

c xác

nh

c a v tinh trong

h WGS – 84 vào th i i m quan sát.
Trong cu c s ng hàng ngày và c trong các l nh v c khoa h c – k thu t
ng

i ta th

ng s d ng h th ng th i gian liên quan

n chuy n

ng c a

m t tr i: ó là gi m t tr i trung bình. H th ng th i gian này có quan h m t
thi t v i h th ng th i gian sao.

th

Do b nh h

ng c a nhi u y u t , các h th ng th i gian m t tr i và sao

ng không n

nh, nên ng

xác

nh s dao

i ta xây d ng chu n th i gian d a trên vi c

ng c a m t nguyên t

ng v phóng x gi a hai m c cân

b ng. Chu n th i gian là gi nguyên t v i
quan

n s quay c a trái

n

nh r t cao và không liên

t. Trong công ngh GPS

cách gi a v tinh và máy thu v i

xác

chính xác c cm và thâm trí mm ịi h i

ph i áp ng hai i u ki n:
S

ng b r t cao gi a
chính xác xác

nh 1 kho ng

ng h và máy thu

nh th i gian ph i r t cao (c 10^-11s)


13
IL

2.2. CÁC

Vi c
c b n là:

NG O GPS

nh v b ng GPS

c s d ng trên c s s d ng 2

il

ng o

o kho ng cách gi theo các code t a ng u nhiên (C/A-code và P-

code) và o pha sóng t i (L1 và L2).
2.2.1. o kho ng cách gi theo C/A – code và P – code
o kho ng cách gi t c là xác

nh kho ng cách t máy thu

n v tinh,

nh ng kho ng cách o

c không ph i là kho ng cách th c (kho ng cách

hình h c). Do s khơng

ng b

tinh, và do s

nh h

ng c a môi tr

ng h trên máy thu và

ng h trên v

ng lan truy n tín hi u.

1100011110100011
11 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1

t

t
Hình 2.6. o kho ng cách gi theo code

Nguyên t c o kho ng cách gi theo tín hi u code là ph

ng pháp o

kho ng cách m t chi u (one-way-ranging), khác v i các nguyên t c

o

kho ng cách 2 chi u c a các máy o dài i n t , hay o kho ng cách b ng
radar. D a vào code t a ng u nhiên C/A code ho c P-code b ng ph
phân tích t

ng quan code s xác

hi u t v tinh
code nh n

nh

ng pháp

c kho ng th i gian lan truy n tín

n máy thu. Trên th c t khơng th th c hi n vi c so sánh
c v i code t o ra trên v tinh mà ch có th th c hi n

trong máy thu tín gi a tín hi u code nh n

c

c và tín hi u do máy thu t o ra.


14
ng h p này code do máy thu t o ra không ông b v i code trên v

Trong tr
tinh do s

ng b qu

ng h v tinh và

Ký hi u ts là th i i m tính theo
là th i i m tính theo
hi u

sai c a các

ng h máy thu.

ng h v tinh khi phát tín hi u và tR

ng h máy thu nh n tín hi u code. T

ng h tính theo h th ng gi GPS là

ng h v tinh và

và

R

l nl

tv i

ng h máy thu. Khi ó th i gian lan truy n tín hi u là:

t= tR - ts = [ tR(GPS)+

R]

– [ts(GPS)+ s]= t(GPS)+

Trong ó ta ký hi u: t(GPS)=tR(GPS)-ts(GPS) và
sai l ch

s

ng t ta ký

ng h v tinh

= R-

s

(1.2)

s

có th mơ hình hóa theo hàm a th c nh

các h s a0,a1,a2 chuy n t v tinh l u trong o n
hàng. S hi u ch nh c a

(1.1)

ng h v tinh

c xác

u tiên c a thơng tin

o

nh:

s

=a0+a1(t-t0)+a2(t-t0)2(1.3)
Trong ó t là th i i m xét, t0 là th i i m l ch v tinh. kho ng cách

gi R

c tính theo cơng th c:

R=c(t+

)= +c.

=

+c.

(1.4)
Trong ó:
- kho ng cách gi a v tinh và máy thu
c : v n t c ánh sáng (c=3.
xs,ys,zs: là t a

không gian v tinh S.

x,y,z: là t a
chính xác

)

khơng gian i m quan sát.
t

c trong tr

ng h p s d ng C/A-code theo d

tính c a các nhà thi t k h th ng GPS, k thu t o lan truy n tín hi u ch có
th

mb o

nh h

chính xác o kho ng cách t

ng ng c 30m. N u tính

ng c a i u ki n lan truy n tín hi u sai s

Song k thu t x lý tín hi u code này ã phát tri n

n

o kho ng cách c 100m.
n m c có th

chính xác o kho ng cách t i c 3m, t c là không thua kém tr

mb o
ng h p s


15
d ng P-code v n không dùng cho khách hàng
ph i

a ra gi i pháp SA

i trà. Chính lý do này M

ã

h n ch kh n ng th c t c a C/A-code.

2.2.2. o kho ng cách gi theo pha sóng t i
Ng

i ta ti n hành o hi u s pha c a sóng t i do máy thu nh n

ct

v tinh v i pha c a tín hi u do chính máy thu t o ra. Ký hi u hi u s pha do
máy thu o

c là

khi ó có th vi t:
1

c

N

(1.5)

Trong ó: - kho ng cách gi a v tinh và máy thu
-b

c sóng c a sóng t i

N- s nguyên l n b
- sai s không
N
xác

c sóng ch a trong R
ng b gi a

ng h c a v tinh và máy thu.

c g i là s nguyên a tr , th

ng không

c bi t tr

c mà c n

nh trong quá trình o.
Trong tr

ng h p o pha theo sóng t i L1 có th

gi a v tinh và máy thu v i
t i L2 có
thi u nh h
xác

nh kho ng cách

chính xác c centimet th m chí milimet. Sóng

chính xác th p h n L1, nh ng có tác d ng cùng sóng t i L1 gi m
ng sai s c a t ng i n ly và

nguyên a tr N. D
code

xác

n gi n hóa vi c xác

nh s

i ây là b ng so sánh k t qu s d ng sóng t i và các mã

nh kho ng cách.

B ng 2.1. So sánh k t qu s d ng sóng t i và các mã code

xác

kho ng cách
Tín hi u

B

c sóng

Mp

L1

0.2 m

2 mm

L2

0.25 m

2,5 mm

C/A-code

300 m

3,0 mm

P-code

30 m

0.3 mm

nh


16
2.3. CÁC PH

NG PHÁP O GPS

Công tác o GPS
GPS tuy t

i (Absolute

c th c hi n theo các nguyên t c c b n, ó là o
positioning),

o GPS t

ng

i (Relative

positioning), o GPS vi phân DGPS (Differential – GPS) .
2.3.1. o GPS tuy t
o GPS tuy t

i (Absolute Positioning)
i là tr

ng h p s d ng m t máy thu

c a i m quan sát trong h th ng t a

WGS-84 là h th ng t a

c a v tinh c ng nh c a i m quan sát
WGS-84

m t c u (B,L,H).

c s c a h th ng GPS, t a
u

c l y trong h t a

c thi t l p g n v i Ellipsoid có kích th

c nh sau:

Bán tr c l n: a=6378137 m, bán tr c bé: b=6356752,3 m
t: =

Hình 2.7.

nh t a

WGS-84, là các thành ph n t a

vng góc khơng gian (X,Y,Z) ho c các thành ph n t a
H th ng t a

xác

nh v tuy t

i

này.