Thiết kế bộ khuếch đại nhiễu công suất thấp LNA cho máy thu định vị GPS GNSS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN ĐỨC MINH

THIẾT KẾ BỘ KHUẾCH ĐẠI NHIỄU CÔNG SUẤT
THẤP LNA CHO MÁY THU ĐỊNH VỊ GPS/GNSS

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG

Hà Nội – Năm 2014


MỤC LỤC
 

LỜI CAM ĐOAN
CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC HÌNH VẼ
LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH GNSS .... 1
1.1. Giới thiệu ................................................................................................ 1
1.1.1. Hệ thống định vị dẫn đường GNSS ................................................... 1
1.1.2. Một số ứng dụng GNSS và định hướng phát triển. ........................... 6
1.2. Một số khái niệm.................................................................................... 14
1.2.1. Hệ quy chiếu tọa độ ......................................................................... 14
1.2.2. Hệ chuẩn thời gian ........................................................................... 15
1.2.2.1 Thời gian thiên văn ..................................................................... 15
1.2.2.2. Thời gian nguyên tử ................................................................... 15

1.2.3. Các phép đo tín hiệu vệ tinh ............................................................ 16
1.2.3.1. Phép đo mã (code measurements) ............................................. 16
1.2.3.2. Phép đo pha của sóng mang (carrier phase measurements). ..... 17
1.2.3.3. Phép đo Doppler (Dopler measurement). .................................. 17
1.2.3.4. Sai phân các phép đo trong kỹ thuật DGPS .............................. 18
1.3. Các hệ thống vệ tinh dẫn đường sử dụng vệ tinh GNSS ....................... 18
1.3.1. Hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR - GPS ............................. 18
1.3.2. Hệ thống định vị GLONASS ........................................................... 23
1.3.3. Hệ thống Galileo .............................................................................. 26
1.4. Cấu trúc máy thu GNSS. ........................................................................ 36
1.4.1. Máy thu đổi tần (Super heterodynes Receivers).............................. 36
1.4.2. Máy thu trung tần không ( Zero-IF Receivers)............................... 37
1.4.3. Máy thu trung tần thấp (Low-IF Receivers). ................................... 38
 
 
 
 
 


1.4.4. Máy thu đa chuẩn trung tần không/ trung tần thấp (Zero-IF/Low-IF
Multi-Standard Receivers). ........................................................................ 39
1.4.5. Máy thu biến đổi kép trung tần băng rộng (Wideband IF
Conversion double Receivers). .................................................................. 40
1.4.6. Máy thu số-trung tần (Digital-IF Receivers). .................................. 41
1.4.7. Máy thu biến đổi số trực tiếp (Direct Digitization Receivers). ....... 41
CHƯƠNG II: CƠ SỞ THIẾT KẾ VÀ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ LNA.... 43
2.1. Giới thiệu bộ khếch đại tạp âm thấp – Low noise Amplifier (LNA). ... 43
2.2. Cơ sở thiết kế ......................................................................................... 44
2.2.1. Nhiễu, tạp âm ................................................................................... 44

2.2.2. Hệ số khuếch đại - Transducer Gain................................................ 44
2.2.3. Hệ số ổn định K, tham số tán xạ, phối hợp trở kháng và điều chỉnh.45
2.3. Yêu cầu thiết kế và lựa chọn linh kiện ................................................... 47
2.3.1. Yêu cầu thiết kế ............................................................................... 47
2.3.2. Transitor ATF-54143 ....................................................................... 49
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG LNA................. 50
3.1. Giới thiệu công cụ thiết kế ADS – Agilent ............................................ 50
3.1.1. Giao diện thiết và mô phỏng của phần mềm ADS. ......................... 50
3.1.2. Các cơng cụ tính toán sử dụng. ........................................................ 54
3.2. Các bước thiết kế và mô phỏng. ............................................................ 56
3.3. Kết quả mô phỏng. ................................................................................. 81
3.4. Kết luận .................................................................................................. 83
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 86

 
 
 
 
 


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn này là cơng trình nghiên cứu thực sự của cá
nhân, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ Hà Duyên Trung.
Các số liệu, những kết luận nghiên cứu mơ phỏng LNA được trình bày trong
luận văn này là trung trung thực và chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức
nào.
Tơi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Học viên thực hiện

Nguyễn Đức Minh

 
 
 
 
 


CÁC TỪ VIẾT TẮT
 

ADC

Analog-to-digital converter

ADS

Advanced Design System

AGC

Automatic gain control

BPSK

Bi-phase shift key

C/A

Coarse acquisition code

CDMA

Code-division multiple access

DGPS

Differential GPS

Galileo

European GNSS

GIS

Geographic information system

GLONASS

Russian global navigation satellite system

GNSS

Global navigation satellite system

GPS

Global positioning system (U.S. GNSS)

IF

Intermediate frequency

IP3

Third-order intermodulation product

IRNSS

Radio Navigation Satellite Service

L1

The GPS and Galileo frequency fL1 = 1575.42 MHz

LNA

Low noise Amplifier

LORAN

Long-range radio aid to navigation

Navstar GPS

GPS

NF

Noise figure

OIP3

Output third-order intermodulation product

P-code

Precision code

PRN

Pseudorandom noise code

QPSK

Quadrature phase-shift keying

RF

Radio frequency

TACAN

TACtical Air Navigation

UTC

Universal Time Coordinated

VSWR

Voltage standing wave ratio
 

 
 
 
 


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu trúc tổng qt hệ thống GPS ............................................................... 3
Hình 1.2. Nguyên lý định vị tọa độ GPS .................................................................. 4
Hình 1.3. Quy trình định vị hệ thống định vị vệ tinh tồn cầu ................................. 6
Hình 1.4. Ứng dụng quản lý và giám sát bằng GNSS .............................................. 9
Hình 1.5. Quỹ đạo vệ tinh trong hệ thống GPS ....................................................... 20
Hình 1.6. Vị trí đặt trạm điều kiển và giám sát hệ thống GPS ................................ 21
Hình 1.7. Các thế hệ vệ tinh của GLONASS ........................................................... 24
Hình 1.8 Hệ thống Galileo ....................................................................................... 26
Hình 1.9. Đặc điểm của các thành phần tín hiệu băng E5 ....................................... 28
Hình 1.10. Đặc điểm của các thành phần tín hiệu băng E5 ..................................... 28
Hình 1.11. Tín hiệu gửi bởi các vệ tinh GPS ........................................................... 30
Hình 1.12 Trải phổ năng lượng BPSK 2.046MHz, 1W ........................................... 31
Hình 1.13 Trải phổ BPSK 2046MHz và BPSK 10.23MHz ..................................... 31
Hình 1.14. Tín hiệu băng L2 được truyền bởi vệ tinh GPS ..................................... 32
Hình 1.15. Phổ cơng suất tín hiệu mới trên băng L2 điều chế QPSK cơng suất 1W 33
Hình 1.16. Tín hiệu L5 được gửi từ vệ tinh ............................................................. 34
Hình 1.17. Phổ cơng suất tín hiệu L5 điều chế BPSK, cơng suất 1W ..................... 35

Hình 1.18. Tín hiệu gửi từ vệ tinh GPS ................................................................... 35
Hình 1.19. Băng tần tín hiệu của GPS và Galileo .................................................... 36
Hình 1.20. Cấu trúc của bộ thu đổi tần. ................................................................... 37
Hình 1.21. Máy thu trung tần khơng ........................................................................ 38
Hình 1.22. Cấu trúc máy thu trung tần thấp. ............................................................ 39
Hình 1.23. Cấu trúc máy thu đa chuẩn trung tần khơng/trung tần thấp. .................. 39
Hình 1.24. Cấu trúc máy thu chuyển đổi kép trung tần băng rộng .......................... 40
Hình 1.25. Cấu trúc máy thu số-trung tần. .............................................................. 41
Hình 1.26. Cấu trúc máy thu biến đổi số trực tiếp. .................................................. 42
Hình 2.1. Cấu trúc máy thu GNSS điển hình ........................................................... 43
 
 
 
 
 


Hình 2.2 Sơ đồ trở kháng vào/ra mạng 4 cực ......................................................... 45
Hình 3.1. Giao diện chính của phần mềm ADS. ...................................................... 51
Hình 3.2. Giao diện thiết kế chính ........................................................................... 52
Hình 3.3. Giao diện vẽ đồ thị của phần mềm ADS .................................................. 53
Hình 3.4. Giao diện của cơng cụ tính tốn Linecalc. ............................................... 54
Hình 3.5. Bảng tham số tán xạ ATF-54143 ............................................................. 56
Hình 3.6. Cấu trúc ATF-54513 ................................................................................ 57
Hình 3.7 DC Tracer .................................................................................................. 58
Hình 3.8. Mơ phỏng phân cực dịng điện ................................................................. 58
Hình 3.9. Điện áp làm việc ATF-54143 ................................................................... 59
Hình 3.10. Nfmin và Gain tại điện áp phân cực Vds = 4V, Ids = 40mA .................. 59
Hình 3.11. Sơ đồ phân cực transistor ATF-54143 ................................................... 60
Hình 3.12. Cơng cụ Transistor Bias Utility ............................................................. 60

Hình 3.13. Cài đặt tham số phân cực bằng cơng cụ Bias Utility ............................. 61
Hình 3.14. Sơ đồ mạch phân cực ............................................................................. 62
Hình 3.15. Kết quả kiểm tra điện áp, dịng phân cực ............................................... 63
Hình 3.16. Kết quả mạch phân cực ATF-54143 ...................................................... 63
Hình 3.17. Sơ đồ mô phỏng hệ số tán xạ, hệ số khuếch đại, NF tại tần số 1GHz ~
2GHz ........................................................................................................................ 64
Hình 3.18. Hệ số khuếch đại cực đại tại tần số f=1.575GHz là 21.186dB .............. 65
Hình 4.19. Hệ số ổn định tại tần số f=1.575GHz là 0.518 ....................................... 65
Hình 3.20. Mạch phối hợp thêm cuộn cảm hồi tiếp ................................................. 66
Hình 3.21a. Hệ số ổn định khi có hồi tiếp đạt StabFact1 = 0.625 <1 ...................... 67
Hình 3.21b. Hệ số ổn định khi chưa có hồi tiếp StabFact1 = 0.518 < 1 .................. 67
Hình 4.22. Hệ số ổn định StabFact1 = 1.002 sau khi sử dụng turning .................... 67
Hình 4.23. Hệ số khuếch đại giảm Maxgain= 17.08dB sau khi sử dụng turning .... 68
Hình 4.24. Sơ đồ mạch sau khi sử dụng thay thế linh kiện ...................................... 69
Hình 4.25a. Hệ số ổn định tăng sau khi thay thế linh kiện ...................................... 70
Hình 4.25b. Hệ số khuếch đại giảm sau khi thay thế linh kiện ................................ 70
 
 
 
 
 


Hình 3.26. Mạch sau khi thay thế linh kiện lý tưởng ............................................... 71
Hình 3.27. StabFact và MaxGain sau khi thay thế linh kiện lý tưởng ..................... 72
Hình 3.28. Hệ số NFmin = 0.399 tần số f=1.575GHz ............................................... 72
Hình 3.29. Trở kháng tối ưu đầu vào trên đồ thị Smith .......................................... 73
Hình 3.30. Cơng cụ Matching Utility ..................................................................... 74
Hình 3.31. Mạch sau phối hợp trở kháng ................................................................ 75
Hình 3.32. Hệ số phản xạ cửa vào và ra < - 10dB .................................................. 76

Hình 3.33. Hệ số khếch đại S21 ~ 16.3dB ............................................................... 76
Hình 3.34. Hệ số nhiễu Nfmin và nf(2)..................................................................... 77
Hình 3.35. Hệ số StabFact = 1.037 ......................................................................... 77
Hình 3.36. Menu truy cập cơng cụ LineCalc .......................................................... 78
Hình 3.37. Menu truy cập cơng cụ LineCalc .......................................................... 79
Hình 3.38. Mạch khuếch đại tạp âm thấp sử dụng ATF-54143 .............................. 80
Hình 3.39. Kết quả mô phỏng S11, S22 và hệ số phản xạ S12 .................................... 81
Hình 3.40. Kết quả mơ phỏng hệ số tạp âm và hệ số ổn định StabFact ................... 81
Hình 3.41. Kết quả mô phỏng hệ số khuếch đại S21 ................................................ 82
Hình 3.42. Kết quả mơ phỏng hệ số khuếch đại cực đại của mạch ......................... 82
 

 
 
 
 
 


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, nếu chúng ta sử dụng smartphone có trang bị chức năng dẫn
đường GPS (GPS navigator) chúng ta có thể nhìn thấy vị trí hay tọa độ của mình
hiện trên màn hình có bản đồ điện tử trong hệ thống đường xá phức tạp. Vậy thiết bị
dẫn đường GPS trên ta đang sử dụng có nguyên lý hoạt động như thế nào?
Thiết bị dẫn đường GPS dựa trên nguyên lý hoạt động của Hệ thống định vị
toàn cầu (Global Positioning System, viết tắt là GPS) hoặc tên gọi mới tổng quát
hơn là Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GNSS. Hệ thống vệ tinh dẫn đường
toàn cầu bao gồm ba hệ thống vệ tinh dẫn đường như sau: GPS do Mĩ chế tạo và
hoạt động từ năm 1994, GLONASS (GLobal Orbiting Navigation Satellite System)
do Nga chế tạo và hoạt động từ năm 1995, và hệ thống GALILEO do Liên minh

Châu Âu (EU) chế tạo được đưa vào sử dụng năm 2008. Nguyên lý hoạt động
chung của ba hệ thống GPS, GLONASS và GALILEO cơ bản giống nhau tuy nhiên
do mục đich phát triển, công nghệ chế tạo và ứng dụng mà mỗi hệ thống có những
đặc điểm riêng công nghệ và kỹ thuật.
Trong khuôn khổ luận văn này, bài nghiên cứu được trình bày gồm 3 chương
trong đó tìm hiểu cơng nghệ và kỹ thuật định vị dẫn đường trong hệ thống GNSS,
cấu trúc tín hiệu, cấu trúc máy thu định vị GNSS và nghiên cứu thiết kế bộ khếch
đại nhiễu công suất thấp cho máy thu định vị GPS/GNSS. Nội dung chi tiết luận
văn bao gồm:
Chương I: Tóm tắt lịch sử hình thành và phát triển của các hệ thống định vị
dẫn đường GNSS. Cấu trúc máy thu định vị GNSS và cấu trúc tín hiệu
GPS/Galileo. Các ứng dụng trong các lĩnh vực quân sự, an ninh quốc phịng, ứng
dụng trong giám sát giao thơng, hàng hải, cứu hộ… của hệ thống GNSS tại Việt
Nam và trên thế giới.
Chương II: Cơ sở lý thuyết và yêu cầu kỹ thuật cho việc thiết kế và mô
phỏng LNA cho máy thu GNSS. Phân tích thiết kế các yêu cầu kỹ thuật và lựa chọn
linh kiện thiết kế bộ LNA cho máy thu GPS/GNSS.
 
 
 
 
 


Chương III: Ứng dụng phần mềm ADS thiết kế mạch mạch khuếch đại
nhiễu thấp LNA cho máy thu định vị GPS/GNSS và chi tiết các bước phân tích,
thiết kế mơ phỏng mạch điện tử bằng phần mềm. Các báo cáo đánh giá kết quả thu
được dựa trên các tham số mơ phỏng và xây dựng mơ hình mạch thực tế phụ vụ sản
xuất, chế tạo.
Phần cuối cùng dành để tổng kết những vấn đề đã làm được trong luận văn

cũng như hạn chế và hướng phát triển của luận văn này.

 
 
 
 
 


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH GNSS
 

1.1. Giới thiệu
1.1.1. Hệ thống định vị dẫn đường GNSS
Khái niệm định vị (Positioning) dùng để chỉ khả năng xác định được vị trí của
một đối tượng gắn với một hệ tọa độ không gian nhất định.
Khái niệm dẫn đường (Navigation) nhằm chỉ khả năng có thể dẫn dắt tới một
đối tượng dịch chuyển trong không gian từ điểm A đến điểm B. Để dẫn đường một
đối tượng trước hết phải định vị được đối tượng đó.
Thời thượng cổ con người định vị bằng cách đánh dấu lên thân cây, vách hang,
sau đó dựa vào vị trí các vì sao bằng các cơng cụ khá tinh xảo và các tính toán phức
tạp, nhất là trong các chuyến đi biển.
Hiện nay, trên thế giới có 3 hệ thống định vị tồn cầu là: Hệ thống NAVSTAR
(Navigation Signal Timing and Ranging) của Mỹ thường được biết đến với tên ngắn
gọn hơn “Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System)”; Hệ thống
GLONASS (Globalanaya Navigatsionnaya Sputnilovaya Sistema – Global
navigation Satellite System) của Nga; Và hệ thống Galileo của Ủy ban Châu Âu.
Năm 1960, không quân và hải quân Mỹ bắt đầu các dự án nghiên cứu việc dẫn
đường và định vị bằng vệ tinh. Sau đó các dự án này được hợp nhất vào năm 1973.
Đến năm 1978, Block 1 với 11 vệ tinh trong hệ thống định vị toàn cầu GPS (Globe

Positioning System) được Mỹ đưa lên quỹ đạo. Hai năm sau đó đồng hồ nguyên tử
trên các vệ tinh mới bắt đầu hoạt động. Người Nga lập tức đặt vào quĩ đạo các vệ
tinh đầu tiên của hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GLONASS vào năm 1982.
GNSS được cấu thành như một chịm sao (một nhóm hay một hệ thống) của
quỹ đạo vệ tinh kết hợp với thiết bị ở mặt đất. Trong cùng một thời điểm, ở một vị
trí trên mặt đất nếu xác định được khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính
được tọa độ của vị trí đó. GNSS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi
trên trái đất và 24 giờ một ngày. Mỹ là nước đầu tiên phóng lên và đưa vào sử dụng
hệ vệ tinh dẫn đường này. Mỹ đặt tên cho hệ thống này là hệ thống vệ tinh định vị
 
 
 
 
 

1


toàn cầu GPS (Global Positioning System). Ban đầu là để dùng riêng cho quân sự,
về sau mở rộng ra sử dụng cho dân sự trên phạm vi toàn cầu, bất kể quốc tịch và
miễn phí.
Hiện nay, GNSS là tên gọi chung cho 3 hệ thống định vị dẫn dường sử dụng vệ
tinh là GPS (Global Positioning System) do Mỹ chế tạo và hoạt động từ năm 1994,
GLONASS (GLobal Orbiting Navigation Satellite System) do Nga chế tạo và hoạt
động từ năm 1995, và hệ thống GALILEO mang tên nhà thiên văn học GALILEO
do Liên minh châu Âu (EU) chế tạo được đưa vào sử dụng trong năm 2010. Nguyên
lý hoạt động chung của ba hệ thống GPS, GLONASS và GALILEO cơ bản là giống
nhau. Ngoài ra, Trung Quốc cho biết cũng đang thực hiện để có hệ GNSS của
Trung Quốc. Ấn Độ cũng cơng bố xây dựng hệ GNSS của mình có tên là IRNSS và
đi vào hoạt động năm 2012.

Hệ thống GNSS được cấu tạo thành ba phần: phần không gian, phần điều khiển
và phần người sử dụng. Cụ thể, mô tả hệ thống GPS của Mỹ như sau:
-

Phần không gian: gồm các vệ tinh hoạt động bằng năng lượng mặt trời, bay

trên quỹ đạo. Quãng thời gian tồn tại của chúng vào khoảng 10 năm và chi phí cho
mỗi lần thay thế lên đến hàng tỷ USD.
-

Phần điều khiển: để duy trì hoạt động của tồn bộ hệ thống GPS cũng như

hiệu chỉnh tín hiệu thơng tin của vệ tinh. Phần điều khiển gồm các trạm quan sát
trên mặt đất được chia thành trạm trung tâm và trạm con. Các trạm con vận hành tự
động, nhận thông tin từ vệ tinh và gửi tới cho trạm chủ, sau đó các trạm con gửi
thông tin đã được hiệu chỉnh trở lại để các vệ tinh biết được vị trí của chúng trên
quỹ đạo và thời gian truyền tín hiệu. Nhờ vậy, các vệ tinh mới có thể đảm bảo cung
cấp thơng tin chính xác tuyệt đối vào bất kỳ thời điểm nào.
-

Phần người sử dụng và thiết bị thu vệ tinh: là khu vực có phủ sóng mà

người sử dụng cần có ăng ten cùng máy thu thu tín hiệu từ vệ tinh và có được thơng
tin vị trí, thời gian và vận tốc di chuyển. Để có thể thu được vị trí, ở phần người sử
dụng cần có ăng ten và máy thu GNSS.

 
 
 
 

 

2


Hình 1.1. Cấu trúc tổng quát hệ thống GPS
Hệ thống GNSS hoạt động như thế nào? Các vệ tinh GPS bay vòng quanh
Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có
thơng tin xuống Trái Đất. Các máy thu GPS nhận thơng tin này và bằng phép tính
lượng giác sẽ tính được chính xác vị trí của người dùng. Về bản chất máy thu GPS
so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng. Sai
lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao xa. Máy thu sẽ kết hợp
nhiều khoảng cách đo được tới các vệ tinh khác để có thể tính được vị trí của người
dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy.
Để tính được khoảng cách, máy thu phải nhận được tín hiệu của ít nhất ba vệ
tinh để tính ra vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động.
Khi nhận được tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh thì máy thu có thể tính được vị trí ba
chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao). Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu
GPS có thể tính các thơng tin khác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di
chuyển, khoảng hành trình, quãng cách tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và
thông tin khác nữa.
Giả sử nếu biết được khoảng cách và toạ độ của ít nhất 4 điểm đến 1 điểm bất
kỳ thì vị trí của điểm đó có thể xác định một cách chính xác. Giả sử rằng (hình 1.2),

 
 

3

khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh thứ nhất là L1, khoảng cách máy thu đến vệ tinh
thứ hai, ba và bốn là L2, L3 và L4. Để xác đinh vị trí cần thoải mãn 4 phương trình:

T3

T2

T4
L3

L2

T1

L4

L1

T

Hình 1.2. Nguyên lý định vị tọa độ GPS

L1=c(t-t1) =

(1-1)

L2=c(t-t2) =

(1-2)

L3=c(t-t3) =

(1-3)

L4=c(t-t4) =

(1-4)

Trong đó:
t1, t2, t3, t4 là thời gian vệ tinh gửi tín hiệu
t: thời gian tại máy thu khi nhận được tín hiệu từ vệ tinh
c: vận tốc sóng điện từ (tương đương vận tốc ánh sáng)
Giả thiết rằng các đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu được đồng bộ hóa,
máy thu sẽ có thể tính tốn được chính xác thời gian truyền tín hiệu dựa trên thơng
tin về thời điểm bắt đầu phát tín hiệu trong dữ liệu định vị (navigation data) được
phát xuống cho máy thu và thời điểm thu nhận được tín hiệu tại máy thu. Từ đó,
 
 

4


khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu được tính tốn chính xác bằng cách nhân thời
gian truyền với tốc độ truyền ánh sáng đã biết (3.108 m/s).
Để xác định được vị trí của mình, tức là giải được ba ẩn số (Xr , Yr , Zr )
hoặc kinh độ, vĩ độ và cao độ, máy thu phải cần thu được tín hiệu của ít nhất ba vệ
tinh. Vị trí máy thu sẽ là giao điểm duy nhất của 3 hình cầu có tâm là 3 vệ tinh phát
tín hiệu này và bán kính là các khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu tương ứng đã đo
được.
Tuy nhiên, giả thiết ban đầu là các đồng hồ của vệ tinh và của máy thu đều

được đồng bộ hóa với nhau. Đây là một giả thiết rất khó đạt được trong thực tế. Do
đó, tiêu chuẩn thời gian nguyên tử cho phép lưu trữ thời gian chính xác đến khoảng
nano – giây đã được sử dụng. Công nghệ này đang được sử dụng cho các đồng hồ
lắp đặt tại các vệ tinh. Tuy nhiên, công nghệ này không được sử dụng rộng rãi cho
đồng hồ ở máy thu vì giá thành rất cao. Các đồng hồ ở máy thu thường dựa trên
cơng nghệ Quarzt và việc đồng bộ hóa thời gian giữa vệ tinh và máy thu trở nên khó
thực hiện được. Sai số thời gian nếu không được ước lượng tốt sẽ ảnh hưởng rất
nhiều đến độ chính xác của kết quả ước lượng vị trí máy thu. Ví dụ, sai số về thời
gian 1 nano - giây sẽ gây sai số là 30cm trong giá trị ước lượng của khoảng cách từ
vệ tinh đến máy thu. Do vậy, sự khác biệt thời gian giữa các vệ tinh và máy thu sẽ
được coi như là một ẩn số và được giải cùng với các đại lượng vị trí hoặc vận tốc
của máy thu. Trong trường hợp cơ bản, máy thu cần thu nhận các tín hiệu của ít
nhất 4 vệ tinh để có thể xác định được vị trí của nó. Sau khi xác định được các phép
đo khoảng cách, máy thu sẽ dùng phần mềm tương ứng để xác định vị trí, vận tốc
và thời gian.

 
 
 
 
 

5


Máy thu thu nhận các tín hiệu từ tối
thiểu 4 vệ tinh tại thời điểm t.

Máy thu giải mã tín hiệu (tại thời điểm t) để có
được:

- Các giá trị đo khoảng cách từ vệ tinh đến máy
thu.

Phần mềm (được gắn liền hoặc độc lập với máy
thu) xác định:
- Vị trí
- Tốc độ

của máy thu tại thời điểm t

- Thời gian
Hình 1.3. Quy trình định vị hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu

1.1.2. Một số ứng dụng GNSS và định hướng phát triển.
Ý tưởng xây dựng hệ thống vệ tinh định vị tồn cầu được hình thành vào
thập kỷ 70 của thế kỷ XX, chủ yếu nhằm phục vụ cho các mục đích quân sự của hai
cường quốc về công nghệ vũ trụ là Mỹ và Nga. Tuy nhiên, các hệ thống này đã trở
nên phổ biến và nhanh chóng chiếm được thị trường cho các ứng dụng dân sự và
đem lại nguồn lợi nhuận khổng lồ. Theo thống kê, nếu như lợi nhuận tồn cầu mà
ngành cơng nghiệp định vị nhờ vệ tinh đem lại là khoảng 1 tỷ USD vào năm 1995
thì con số này đã lên tới 7 tỷ USD vào năm 2001. Trong số các châu lục thì Châu
Mỹ và Châu Âu chiếm tỷ lệ lợi nhuận cao hơn cả.
Năm 1999, thị trường lớn nhất của công nghiệp định vị nhờ vệ tinh là thị
trường định vị xe hơi (car navigation) chiếm 73%. Các loại hình dịch vụ khác chiếm
 
 

6

tỷ lệ tương đối nhỏ (khoảng 5% mỗi loại), bao gồm ngành hàng không, quản lý giao
thông tàu bè, đo đạc trắc địa và giải trí.
Theo thống kê của năm 2005, ứng dụng chủ đạo của công nghiệp định vị nhờ
vệ tinh là trong điện thoại di động (73%). Thị trường định vị cho xe hơi đứng thứ 2
với tỷ lệ 22%. Các ứng dụng khác vẫn chiếm tỷ lệ nhỏ (1% mỗi loại). Sự phát triển
nhanh chóng của nhu cầu định vị cho điện thoại di động bắt nguồn từ yêu cầu của
US FCC (US Federal Communications Commission) đối với các nhà cung cấp dịch
vụ điện thoại di động phải xác định được vị trí của người gọi dịch vụ cấp cứu E –
911 tại Mỹ và E – 112 tại Châu Âu qua điện thoại di động vào cuối thế kỷ XX. Yêu
cầu cho độ chính xác tối thiểu là trong vịng bán kính 50m nếu sử dụng công nghệ
định vị gắn vào thiết bị di động (handset – based solutions) và 150m nếu sử dụng
công nghệ định vị dựa vào mạng liên lạc (network – based solutions). Định vị cho
các thiết bị di động dùng hệ thống vệ tinh GPS trở thành một đáp án chiếm ưu thế,
vì khả năng bao phủ tồn cầu của tín hiệu vệ tinh và giá thành thấp. Kéo theo việc
thỏa mãn yêu cầu này, một loạt các dịch vụ dựa trên thơng tin về vị trí của khách
hàng của các dịch vụ di động (location – based services) đã được ra đời. Năm 2003
thống kê lợi nhuận đạt được từ các dịch vụ này lên tới 0.3 tỷ USD.
Quân sự
Ứng dụng của GPS đã được phát triển mạnh mẽ, với độ chính xác cao trong
định vị máy bay chiến đấu, máy bay dân dụng, nhảy dù, tàu chiến cũng như định vị
và điều khiển tên lửa và ngắm bắn mục tiêu. Ngồi ra, các thiết bị thăm dị, theo dõi
và thiết bị tấn cơng có khả năng di chuyển khơng người lái cũng đều dựa trên khả
năng định vị được đối phương.
Trắc địa, bản đồ, đo đạc địa chấn
Một trong các ứng dụng dân sự đầu tiên của hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu
là ứng dụng trong ngành đo đạc trắc địa và bản đồ, với các máy định vị chất lượng
cao. Ứng dụng trong lĩnh vực này thường bao gồm việc xây dựng tọa độ cho các
điểm mốc trong trắc địa với độ chính xác tới mm. Ngồi ra, kỹ thuật định vị còn
được dùng rất phổ biến trong xây dựng hệ thống thông tin địa lý (GIS), ví dụ như
 

 
 
 
 

7


tạo dữ liệu về hệ thống đường giao thông và vị trí của các nơi cơng cộng quan trọng
như bệnh viện, trường học, các danh lam thắng cảnh, dịch vụ vui chơi, giải trí…
Định vị nhờ vệ tinh cũng đóng vai trò quan trọng trong giám sát chấn động,
độ dịch chuyển của mặt đất và các cấu trúc hạ tầng như đập thủy điện, cầu, nhà hay
tháp cao. Khả năng này được đánh giá rất cao trong dự đoán động đất hay giám sát
chất lượng của các cơng trình xây dựng.
Giao thông, vân tải
Ngay sau khi ra đời, hệ thống vệ tinh định vị tồn cầu đã chiếm vai trị quan
trọng trong ngành giao thông vận tải, đặc biệt là trong hàng không và hàng hải.
Trong ngành hàng không, việc điều khiển máy bay hạ cánh, cất cánh cũng như dẫn
đường trong không gian ba chiều yêu cầu khả năng định vị chính xác tới vài met.
Trong ngành hàng khơng dân dụng có liên quan đến tính mạng của hàng trăm hành
khách, khả năng định vị yêu cầu không những phải thỏa mãn được độ chính xác đã
đặt ra mà còn phải thỏa mãn độ tin cậy và khả năng cảnh báo khi hệ thống định vị
cho kết quả không chính xác. Hệ thống định vị thường được sử dụng song song với
các bộ cảm biến định hướng (MEMS) để cung cấp độ chính xác và tin cậy cao hơn.

 
 
 
 
 

8


Hình 1.4. Ứng dụng quản lý và giám sát bằng GNSS
Nhu cầu định vị cho ngành hàng hải cũng rất cao, ngày nay hầu hết các tàu
thuyền thương mại đều có gắn máy thu và anten thu tín hiệu định vị, cho độ chính
xác tới vài met. Đối với các tàu thuyền cập cảng hoặc đi qua các kênh rạch nhỏ, khả
năng định vị với độ chính xác dưới 1 m là cần thiết. Trong các trường hợp này, việc
sử dụng kỹ thuật DGPS là rất quan trọng.
Đối với hệ thống tàu điện, cũng như hệ thống xe buýt trong thành phố, hệ
thống định vị tồn cầu có thể trợ giúp đắc lực trong việc quản lý và giúp nâng cao
một cách đáng kể chất lượng phục vụ và tính hiệu quả của hệ thống. Hệ thống các
máy thu GPS lắp đặt trên các xe và tàu được kết nối với một hệ thống máy tính
dùng liên lạc vơ tuyến hai chiều. Dữ liệu được thu thập và phân tích tại các trạm
điều khiển trung tâm nhằm đưa ra vị trí chính xác hiện tại của các tàu, xe. Thơng tin
này khơng những giúp trạm điều khiển trung tâm có thể quản lý hệ thống một cách
 
 
 
 
 

9


hiệu quả mà cịn có thể giúp tăng chất lượng phục vụ, ví dụ như cập nhật bảng
thơng báo điện tử tại các ga tàu nếu có bất kỳ sự chậm trễ nào. Hơn nữa, trạm điều
khiển trung tâm cũng có thể thơng báo vị trí của tàu hoặc xe buýt cho hành khách
đang chờ để họ có thể lên kế hoạch về thời gian một cách chính xác thơng qua dịch

vụ trả lời điện thoại tự động. Tất nhiên, khách hàng sẽ phải trả một khoảng cước phí
nhất định khi sử dụng dịch vụ này.
Tương tự, hệ thống taxi cũng cần phải được quản lý nghiêm ngặt để đảm bảo
tính hiệu quả cũng như chất lượng phục vụ khách hàng. Một công ty taxi lớn ở các
thành phố lớn có thể có tới vài trăm hoặc thậm chí vài nghìn xe taxi. Nhu cầu xác
định vị trí của chúng khi đang hoạt động cũng như trong gara trở nên cấp thiết. Hệ
thống vệ tinh định vị toàn cầu sẽ cung cấp một giải pháp hợp lý, thông qua thông tin
về vị trí của các taxi, trạm điều khiển trung tâm có thể điều phối chúng hiệu quả khi
có yêu cầu dịch vụ của khách hàng. Hơn thế nữa, thông tin về vị trí hiện tại của xe
cùng với dữ liệu bản đồ số của thành phố được cài đặt trên xe hoặc tại trạm điều
khiển có thể trợ giúp đắc lực trong việc dẫn đường và chỉ đường đi ngắn nhất cho
lái xe. Ngoài ra, trên phương diện đảm bảo an toàn cho lái xe, các hệ thống định vị
với thơng tin chính xác về vị trí cũng có thể giúp trạm điều khiển trợ giúp khi lái xe
gặp rủi ro. Mỗi khi xe được đưa về gara cất giữ, thơng tin định vị có thể trợ giúp đắc
lực trong việc đếm đầu xe cũng như giúp cho lái xe xác định được xe của mình ở
đâu và tìm được xe nhanh chóng.
Ứng dụng hệ thống định vị tồn cầu cho xe hơi đã được nhắc đến từ lâu và
đã gặt hái được những thành quả nhất định. Ngày nay, thiết bị định vị nhờ vệ tinh
được lắp đặt trong hầu hết các xe hơi hạng sang của các hãng xe hơi nổi tiếng. Dựa
trên thông tin về vị trí của mình, người điều khiển xe có thể kết nối trực tiếp với
trạm điều khiển và yêu cầu một số thơng tin có ích, ví dụ như tình trạng tắc nghẽn
giao thơng ở đoạn đường phía trước, cũng như tình trạng đường xá và ảnh hưởng
của thời tiết trong thời gian thực. Dựa trên các thư viện thông tin về hệ thống giao
thông và các quy định đi kèm theo với mỗi đường (ví dụ tốc độ giới hạn) và thơng
tin về vị trí hiện tại, các phần mềm có thể được xây dựng để dẫn đường cho lái xe,
 
 
 
 
 

10


tìm cách đi ngắn nhất từ điểm A đến điểm B và cung cấp chỉ dẫn bằng chữ hiển thị
trên màn hình hoặc bằng giọng nói. Dịch vụ này cũng có thể cung cấp các cảnh báo
trong trường hợp xe vượt quá tốc độ giới hạn, hoặc thậm chí trong các trường hợp
xe có xu hướng đi lệch làn xe và đè lên vạch phân cách giữa hai chiều trong một
thời gian dài.
Dịch vụ cung cấp thông tin dựa trên vị trí khách hàng
Dịch vụ cung cấp thơng tin dựa trên vị trí khách hàng (Location – based
Services - LBS), nó cung cấp các thơng tin cần thiết theo u cầu của khách hàng
dựa trên một thư viện dữ liệu về cơ sở hạ tầng của một thành phố và khả năng tự
định vị của người sử dụng thông qua điện thoại di động hoặc PDAs (Personal
Digital Assistances). Các dịch vụ LBS này nhằm cung cấp thơng tin chính xác và cụ
thể cho khách hàng dựa trên vị trí của họ tại bất kỳ thời điểm nào.
Tìm kiếm và cứu hộ
Các dịch vụ tìm kiếm và cứu hộ thường xuyên phải đối mặt với các cuộc gọi
kêu cứu, trong khi từng giây trơi qua có thể liên quan đến tính mạng của con người.
Nhiều trường hợp đã xảy ra, trong đó người kêu cứu bị lạc đường trong vùng rừng
núi bao la, hoặc trên các sườn núi phủ tuyết. Khả năng tự định vị được của các điện
thoại di động khi dùng dịch vụ cấp cứu có thể hỗ trợ tìm kiếm nạn nhân một cách
nhanh chóng.
Thể thao và giải trí
Một số hoạt động giải trí và tập luyện thể thao sẽ trở nên thú vị hơn nếu
người chơi có thể xác định được vị trí của mình, và có thể theo dõi sự chuyển động.
Ví dụ, trong việc chơi kinh khí cầu, khi vận hành, các thơng tin về độ cao và tốc độ
của kinh khí cầu cũng có thể giúp cho người điều khiển có thể điều chỉnh một cách
hợp lý.
Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu cũng được nhắc đến trong môn thể thao

thuyền buồm. Tại hầu hết các cuộc đua thuyền buồm trên thế giới ngày nay, máy
thu tín hiệu vệ tinh định vị đã được lắp đặt trên thuyền. Việc này cho phép những
người điều khiển thuyền có thể theo dõi vị trí, đường đi và tốc độ của mình. Ngồi
 
 
 
 
 

11


ra, các thơng tin này cịn được truyền về máy theo dõi của ban giám khảo, và thậm
chí các khán giả có thể theo dõi cũng như đánh giá và chấm điểm cho các thí sinh.
Tương tự như vậy, trong môn thể thao leo núi và đi bộ đường dài, khả năng
tự xác định được vị trí và độ cao của mình, các vận động viên khơng những có thể
giúp cung cấp các thơng tin có ích về hành trình đã trải qua mà còn giúp cho họ yên
tâm hơn trong những lúc bị lạc hoặc gặp nạn.
Nông nghiệp
Hệ thống định vị toàn cầu mới chỉ được nhắc đến và được áp dụng tại các
nước tiên tiến với các trang trại nông nghiệp rộng lớn. Khả năng ứng dụng của nó
vẫn cịn nhiều hạn chế ở các nước đang phát triển, do điều kiện công nghệ chưa cao
và quy mô cơng nghiệp hóa nơng nghiệp vẫn cịn thấp. Trong ngành này, hệ thống
vệ tinh định vị toàn cầu được áp dụng khi dùng các máy bay phun rải phân bón và
thuốc trừ sâu, hoặc trong quá trình reo rắc hạt trồng, yêu cầu tính hiệu quả cao trên
một vùng diện tích rộng lớn. Hơn nữa, dữ liệu thơng tin về vùng diện tích cho năng
suất cao hay thấp cũng có thể được hình thành và phân tích bằng các phần mềm
tương ứng với sự trợ giúp của công nghệ định vị. Sau đó người sản xuất có thể dựa
trên kết quả phân tích tìm ra phương pháp tăng năng suất thích hợp.
Tích hợp GPS

Trường đại học Stanford (Mỹ) vừa xây dựng mơ hình mẫu của thiết bị hỗ trợ
người cao tuổi mắt kém di chuyển. Thiết bị thông minh này được nhúng thiết bị
cảm biến, hệ thống nhận dạng giọng nói và hệ thống định vị tồn cầu GPS.
Thiết bị này thực sự có ích cho những người cao tuổi, sức yếu khi khơng có
người trợ giúp. Ví dụ như, khi người sử dụng chỉ cần nói “phịng ngủ”, hệ thống
GPS sẽ kết hợp các cảm biến bên trong ngôi nhà, sẽ thông báo cho người sử dụng
đang ở đâu và đưa ra đường đi tối ưu tới phòng ngủ. Tiếp đó, sẽ thơng báo những
chỉ dẫn tránh nguy cơ bị vấp ngã như cầu thang, đồ đạc thấp…hoặc đồ đạc vương
vãi trên sàn nhà.
 
 
 
 
 

12


Ứng dụng hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu tại Việt Nam
Tại Việt Nam, hệ thống định vị toàn cầu đã được nhắc đến nhiều trong vòng
vài năm trở lại đây. Vai trị quan trọng của cơng nghệ này tại Việt Nam đã và đang
được hình thành theo xu hướng phát triển tồn cầu. Các chương trình cũng đã được
giảng dạy tại một số các trường đại học như Đại học Mỏ địa chất Hà Nội, Đại học
Bách Khoa Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh, Đại học Quốc Gia Hà Nội…
Một loạt các ứng dụng của công nghệ định vị đã được thực hiện tại Việt Nam
trong vòng vài năm trở lại đây. Ứng dụng đầu tiên phải kể đến là trong ngành đo
đạc trắc địa bản đồ. Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GPS có chất lượng cao đã
được dùng để xây dựng mạng lưới các điểm chuẩn mốc trong trắc địa và xây dựng
bản đồ. Công nghệ GPS với các máy thu chất lượng cao cũng được được dùng để
đánh giá các chấn động của mặt đất và của các cơ sở hạ tầng quan trọng như đập

thủy điện Hịa Bình. Một số các trạm thu tín hiệu vệ tinh GPS mốc đã được lắp đặt
ở một số nơi, nhằm cung cấp dịch vụ DGPS trên một vùng địa phương nhất định và
tiến tới là trên phạm vi cả nước. Biên giới của Việt Nam với các nước láng giềng,
đặc biệt là Trung Quốc cũng thường xuyên được giám sát bằng công nghệ định vị
nhờ vệ tinh có độ chính xác cao.
Mặc dù hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu đang được phát triển một cách rộng
rãi trên thế giới trong nhiều lĩnh vực, nhưng nó lại đang gặp phải một số khó khăn
tại thị trường Việt Nam. Chúng ta đều biết, thơng tin về vị trí của một đối tượng đơn
thuần riêng lẻ không đem lại nhiều giá trị. Thông tin ấy sẽ chỉ có giá trị khi được đặt
trong mối liên hệ với nhiều đối tượng khác, giới chuyên môn vẫn gọi là Hệ thống
thông tin địa lý (GIS), bao gồm nhiều tầng thông tin khác nhau về giao thông, sơng
ngịi, nhà ở, khu đơ thị, giải trí…Ở Việt Nam, mặc dù đã có nhiều cố gắng, việc xây
dựng cơ sở thơng tin địa lý vẫn cịn gặp nhiều khó khăn và chưa hình thành được
một hệ thống hiệu quả. Công việc này chủ yếu được thực hiện thông qua số hóa các
bản đồ mà độ chính xác cịn bị hạn chế hoặc do bản đồ đã cũ, hoặc có độ chính xác
thấp. Các dịch vụ LBS trong đơ thị sẽ cần sự hỗ trợ của hệ thống GIS hoàn chỉnh,
đầy ắp dữ liệu chính xác và có hệ thống để có thể đảm bảo cung cấp thơng tin đáng
tin cậy cho người sử dụng. Ngoài ra, một số các yếu tố khác như nguồn vốn, nhân
 
 
 
 
 

13


lực chun mơn cũng cịn đang thiếu thốn khi muốn phát triển dịch vụ này tại Việt
Nam. Tuy nhiên, với tốc độ tăng trưởng kinh tế và phát triển của khoa học kỹ thuật
như ngày nay, trong tương lai không xa, các hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu sẽ tìm

được một thị trường hấp dẫn tại Việt Nam.
1.2. Một số khái niệm
1.2.1. Hệ quy chiếu tọa độ
Khái niệm tọa độ và định nghĩa của các hệ tọa độ là rất quan trọng trong công
nghệ định vị và ngành khoa học đạo hàng. Vị trí của các điểm trong không gian
được biểu diễn bằng tọa độ của chúng. Trong vũ trụ bao la, vị trí của một đối tượng
chỉ có ý nghĩa về mặt tốn học và khơng gian khi được gắn trên một hệ tọa độ nhất
định. Vị trí của cùng một vật, nhưng được chiếu lên các hệ tọa độ khác nhau thì sẽ
có giá trị khác nhau. Trong ngành khoa học đạo hàng, cơ sở dữ liệu thơng tin chủ
yếu là vị trí của các điểm và mối quan hệ không gian giữa chúng. Do vậy, việc biểu
diễn vị trí của của các điểm lên cùng một hệ tọa độ là điều kiện cơ sở toán học đầu
tiên khơng thể thiếu.
Ví dụ, trong hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu, khoảng cách từ vệ tinh đến máy
thu phải được xác định và việc này đòi hỏi vị trí của các vệ tinh và máy thu phải
được quy chiếu trên cùng một hệ tọa độ.
Tương tự như vậy, mối quan hệ không gian giữa 2 điểm trên mặt đất chỉ có thể
biểu diễn được bằng tốn học khi vị trí của chúng được quy chiếu trên cùng một hệ
tọa độ.
Các loại hệ tọa độ:
- Hệ tọa độ gắn với Trái đất (Conventional Terrestrial Reference System - CTRS)
hay còn gọi là Earth – centered Earth – fixed)
- Hệ tọa độ gắn với vũ trụ (Conventional Inertial Reference System – CIRS hay
còn gọi là Earth – centred Space - fixed)
- Hệ tọa độ địa phương (Local Coordinate System hay còn gọi là hệ tọa độ nằm
ngang)
- Ellipsoid, hệ tọa độ địa lý và Geoid.

 
 
 

 
 

14


1.2.2. Hệ chuẩn thời gian
Hệ thống định vị toàn cầu cần có một hệ chuẩn thời gian chính xác và ổn
định làm cơ sở cho các phép đo. Khả năng có thể đồng bộ hóa về thời gian một cách
chính xác cho các tín hiệu phát ra từ các vệ tinh chính là cơ sở hoạt động quan trọng
nhất của các hệ thống định vị nhờ vệ tinh.
Phép đo khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu được xác định bàng cách nhân
thời gian truyền tín hiệu với tốc độ truyền ánh sáng. Do vậy, sai số 1 nano – giây
trong đồng bộ hóa thời gian sẽ gây ra sai số là 30cm trong phép đo khoảng cách từ
vệ tinh tới máy thu và kéo theo đó là sai số tương ứng trong phép ước lượng vị trí.
Độ chính xác trong đồng bộ hóa thời gian trở nên đặc biệt quan trọng đối với kỹ
thuật định vị có độ chính xác cao
1.2.2.1 Thời gian thiên văn
Hệ thống thời gian thiên văn bao gồm hai đơn vị thời gian, ngày thiên văn và
ngày mặt trời. Dựa vào chu kỳ hoạt động của các sao, ngày thiên văn là khoảng thời
gian giữa hai lần liên tiếp một sao cụ thể nào đó đi qua kinh tuyến tại nơi quan sát.
Ngày Mặt trời dựa vào chu kỳ nhật động của mặt trời, là khoảng thời gian giữa hai
lần liên tiếp Mặt trời đi qua kinh tuyến tại nơi quan sát. Cần lưu ý rằng, các ngày
mặt trời thực trong một năm dài không bằng nhau do Trái đất chuyển động quanh
mặt trời với vận tốc không đều. Do vậy, khái niệm ngày mặt trời trung bình (mean
solar day) đã được đưa ra. Ngày mặt trời trung bình có độ dài bằng bình qn của
tất cả các ngày mặt trời thực trong một năm. Một cách tương đối, một ngày thiên
văn ngắn hơn một ngày mặt trời trung bình khoảng 4 phút; do vậy, mỗi giờ mặt trời
trung bình dài hơn giờ thiên văn 10s. Thời gian mặt trời trung bình quan sát được tại
kinh độ đi qua Greenwich được gọi là GMT (Greenwich Mean Time).

1.2.2.2. Thời gian nguyên tử
Nhu cầu có được phương pháp tính tốn và lưu trữ thời gian chính xác hơn
đã thúc đẩy mạnh mẽ quá trình nghiên cứu; khái niệm thời gian nguyên tử đã được
xây dựng thành công và vẫn được dùng cho tới ngày nay.
 
 
 
 
 

15