Hệ thống định vị toàn cầu ( GPS)

Nội dung

Vệ tinh và hệ thống định vị

HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ GPS

Hệ thống GPS
Ứng dụng

2/32

Vệ tinh và hệ thống định vị

Vệ tinh và hệ thống định vị

 Các hệ thống định vị dẫn đường trước GPS:

GLONASS

GPS

 Để tăng tầm hoạt động của hệ thống, người ta
thường liên kết từng cụm gồm 3 trạm radio beacom
thành từng chuỗi hệ thống. Khi đó độ phủ sóng của
hệ thống rộng hơn một trạm đơn lẻ, thường vào
khoảng 1000 dặm.
 Những hệ thống hàng hải vô tuyến điện đó bao
gồm: như đèn hiệu vô tuyến radar, máy tìm phương,
OMEGA, DECCA và LORAN-C. Những hệ thống dẫn
đường này chủ yếu được sử dụng để dẫn tàu và máy
bay

Có 28 vệ tinh
chuyển động trong
6 mặt phẳng quỹ
đạo (nghiêng 550
so với mặt phẳng
xích đạo) xung
quanh trái đất với
R= 26.560 km

Bao gồm 30 vệ tinh
chuyển động trong 3
mặt phẳng quỹ đạo
(nghiêng 64.80 so với
mặt phẳng
xích đạo) xung quanh
trái đất với bán kính
R = 25.510 km

GALILEO

Gồm 30 vệ tinh
chuyển động
trong 3 mặt
phẳng quỹ đạo
(nghiêng 560 so
với
mặt phẳng xích
đạo) xung quanh
trái đất với bán

kính
R= 29.980 km

3/32

4/32

Cấu trúc cơ bản của HT GPS

Hệ thống GPS
 Cấu trúc cơ bản của hệ thống GPS
 Đặc điểm kỹ thuật của hệ thống GPS
• Cấu trúc tín hiệu
 Xác định khoảng cách giả để định vị
• Phương pháp đo cự ly giả
a. Phương pháp tính độ trễ thời gian
b. Phương pháp tính độ lệch pha
• Xác định vị trí từ khoảng cách giả
 Khái quát về độ chính xác và nêu một số nguồn sai
số sai số chính ảnh hưởng tới độ chính xác của HT

5/32

6/32

1


Cấu trúc cơ bản của HT GPS

Cấu trúc cơ bản của HT GPS

Khâu không gian

Khâu không gian
 Độ chính xác của đồng hồ

7/32

Cấu trúc cơ bản của HT GPS

8/32

Cấu trúc cơ bản của HT GPS

Khâu điều khiển

Khâu điều khiển

9/32

Cấu trúc cơ bản của HT GPS

10/32

Cấu trúc cơ bản của HT GPS

Khâu điều khiển

Khâu người dùng

- Máy thu GPS là một thiết bị thụ động. Chỉ thực
hiện thu tín hiệu vệ tinh mà không phát tín hiệu.
- Sai số đo đạc của máy thu GPS phụ thuộc vào
dịch vụ định vị được sử dụng và mã cấp phép.

• Liên tục theo dõi các vệ tinh để xử lý dữ liệu
nhận được nhằm tính toán các thông số lịch vệ
tinh (vị trí và thời gian)
• Kiểm tra trạng thái của toàn hệ thống, các đồng
hồ của từng vệ tinh cụ thể.
• Gửi thông tin hiệu chỉnh quỹ đạo vệ tinh và sai
số đồng hồ lên các SV qua các upload station.

11/32

12/32

2


Tín hiệu vệ tinh GPS

Tín hiệu vệ tinh GPS

Mỗi trạm vệ tinh truyền trên hai tần số sóng mang:
• L1 có tần số 1575.42 MHz dùng cho bản tin dẫn đường và tín hiệu mã SPS.
• L2 có tần số 1227.60 MHz dùng cho các thiết bị có PPS đo tầng điện ly.

13/32

14/32

Tín hiệu vệ tinh GPS

Tín hiệu vệ tinh GPS
Tạo mã C/A
Mỗi vệ tinh có 1 mã C/A riêng

15/32

16/32

a. Phương pháp tính độ trễ thời gian

Xác định khoảng cách giả để định vị

Satellitte code

Reciver code

 Việc tính toán
khoảng cách tức thời
từ máy thu GPS tới 3
vệ tinh được tính
theo 2 phương pháp:

∆t Time Delay

Nguyên lý: Vệ tinh GPS sẽ phát đi các mã code giả ngẫu nhiên.

Máy thu GPS tạo ra các bản sao mã code giả ngẫu nhiên tương
ứng đối với từng vệ tinh. So sánh tương quan giữa 2 bản mã
code trên sẽ tìm ra được độ trễ thời gian của sóng điện từ

- Tính độ trễ thời gian của tín hiệu phát đi từ vệ tinh GPS
tới máy thu GPS của người sử dụng.
- Tính độ lệch pha của tín hiệu phát đi từ vệ tinh GPS
xuống máy thu GPS của người sử dụng.
17/32

18/32

3


Xác định vị trí từ khoảng cách
giả

p
N


p

b. Phương pháp tính độ lệch pha
Vệ
tinh

Người
sử dụng

Những sai số của đồng hồ và các tầng khí quyển là một ẩn số ảnh hưởng tới
giá trị đo được tại máy thu. Giá trị này không còn thực nữa, nó còn gọi k/c giả.
Để xác định vị trí ta cần phải biết 4 ẩn số sau: Kinh độ, vĩ độ, độ cao, giá trị
hiệu chỉnh sai số (dT). => giải 4 phương trình liên quan tới 4 giá trị khoảng
cách giả mà máy thu xác định được

NL đo: Khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu GPS được tính bằng độ lệch
pha giữa sóng mang phát từ vệ tinh với sóng mang tạo ra ngay tại máy thu.
Độ lệch pha này nhân với chiều dài bước sm kết quả chính là k/c cần phải
tính. Các máy đo độ lệch pha chỉ đo được độ lệch pha tương ứng với phần
lẻ của một số chu kỳ dao động sóng. Vì vậy, độ lệch pha bằng số nguyên
lần bước sóng cộng với độ lệch pha đo được.

19/32

20/32

Các nguồn gây sai số định vị GPS

Các nguồn gây sai số định vị GPS
Sai số đồng hồ vệ tinh.
Sai số lịch vệ tinh

Sai số do S/A (Selective Availability).
Sai số đa đường truyền

Sai số t ầng điện ly

Các nguồn sai

số chính ảnh
hưởng tới độ
chính xác của
HT

Sai số t ầng đối
lưu

Sai số đo đạc của máy
thu GPS

21/32

Nguyên lý định vị GPS

p1
22/32

Nguyên lý định vị GPS

23/32

24/32

4


Nguyên lý cơ bản để xác định vị trí máy thu

Hiện đại hoá hệ thống GPS

 Nguyên lý cơ bản xác định vị trí là đo cự ly đồng thời tới 3 vệ
tinh sẽ cho đầy đủ t.tin để xác định vị trí máy thu theo 3 chiều.
 Máy thu phải nằm trên hình cầu có tâm là vệ tinh, bán kính
bằng với cự ly đo được
 Đồng thời thực hiện phép đo cự ly tới vệ tinh thứ 2 thì MT phải
nằm trên đường tròn là giao 2 mặt cầu
 Phép đo đồng thời thứ 3 tạo nên mặt cầu thứ 3 giao với 2 mặt
cầu kia chỉ tại 2 điểm.
 Một điểm có thể loại bỏ khi xác định vị trí máy thu vì nó nằm
rất xa trong không gian.

 Những nhược điểm của hệ thống GPS hiện tại
Khả năng phân biệt pha kém
Khả năng hiệu chỉnh lỗi truyền sóng thấp
Khả năng chống lỗi nhiều tia kém
Khả năng truy cập tín hiệu kém với mức suy hao lớn

 Những phương thức nâng cấp GPS
Phát thêm tín hiệu mã C/A trong băng L2
Nâng mức năng lượng tín hiệu

p1

Xây dựng tín hiệu băng L5

p

25/32

26/32

P

Hệ thống định vị vi sai DGPS

Hệ thống định vị vi sai DGPS

27/32

Hệ thống định vị vi sai DGPS

28/32

Hệ thống định vị vi sai DGPS

29/32

30/32

5


Các dịch vụ GPS

KẾT LUẬN

31/32

32/32

6