HỆ thống đỊnh vị toàn cầU (Global Positioning System-gps)



tải về 1.74 Mb.
trang12/15
Chuyển đổi dữ liệu28.05.2018
Kích1.74 Mb.
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   15
Hình III.11: Quy trình thu tín hiệu vệ tinh bằng thiết bị GPS

Việc xác định thời gian truyền của một tín hiệu vệ tinh là khá đơn giản về mặt định nghĩa: Thời gian dịch chuyển cần thiết để trùng khít mã tự tạo và mã thu được từ vệ tinh chính là thời gian truyền tín hiệu. Thời điểm chính xác khi tín hiệu được truyền đi từ vệ tinh được đánh dấu bằng đồng hồ nguyên tử có độ chính xác cao (tới đơn vị nano-giây) lắp đặt tại vệ tinh và được truyền đi trong dữ liệu định vị. Thời điểm nhận tín hiệu vệ tinh được xác định phần lớn là nhờ đồng hồ quartz lắp đặt tại máy thu. Ở đây, cần lưu ý rằng, đồng hồ quartz của máy thu có độ chính xác thấp hơn nhiều so với đồng hồ nguyên tử của vệ tinh và điều này tạo ra một sai số quan trọng trong việc đồng bộ hóa thời gian giữa vệ tinh và máy thu. Vì tốc độ truyền tín hiệu là rất lớn (3.108 m/s), sai số 1 nano-giây thời gian là tương đương với sai số 30 cm của khoảng cách. Sau khi xác định được thời gian truyền tín hiệu, nhân với tốc độ ánh sáng, ta thu được giá trị khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu.

Tuy nhiên, giá trị khoảng cách này chứa đựng rất nhiều sai số, cụ thể là sai số đồng hồ của vệ tinh và máy thu, sai số do ảnh hưởng của tầng khí quyển đến đường truyền tín hiệu và các nhiễu khác. Vì vậy, trong thuật ngữ định vị GPS thì giá trị khoảng cách này được gọi là “giá trị khoảng cách giả” (pseudo-range) hay theo nghĩa bóng, tức là có sai số chứ không phải là khoảng cách thực (range).

Khoảng cách đo được từ 4 vệ tinh hoặc nhiều hơn được dùng để xác định vị trí của máy thu. Sự dịch chuyển Doppler (Doppler Shift) gây ra do chuyển động tương đối của vệ tinh và máy thu chính là giá trị của tốc độ tương đối trên đường truyền ánh sáng và có thể chuyển thành tốc độ biến đổi của khoảng cách (range rate). Tương tự như tính vị trí, tốc độ của máy thu cũng có thể xác định được bằng những phép đo về tốc độ biến đổi khoảng cách này. Một máy thu GPS sẽ thực hiện những công việc kể trên một cách tự động và liên tục.

Máy thu GPS có thể tính toán vị trí, tốc độ và thời gian của mình và hiển thị lên màn hình. Các giá trị này còn được gọi là giá trị tính toán của máy thu (in-receiver solutions hoặc internal solutions). Bên cạnh giá trị vị trí, vận tốc và thời gian đã được tính toán, các máy thu chất lượng cao còn cho phép người dùng có thể tiếp cận được với các giá trị đo khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu đã ước lượng được. Người sử dụng sau đó có thể dùng các giá trị đo này để tính toán vị trí, tốc độ và thời gian bằng phần mềm độc lập với máy thu. Cách này cho phép các thuật toán tích cực được thử nghiệm và áp dụng nhằm nâng cao kết quả định vị.


  1. Các nguồn sai số của phép đo tín hiệu vệ tinh định vị toàn cầu


Các nguồn sai số của tín hiệu vệ tinh định vị toàn cầu, và cũng là kết quả định vị vị trí, vận tốc và thời gian của máy thu được chia thành 4 nguồn chính:

  • Sai số do vệ tinh, tức là sai số đồng hồ vệ tinh và các nhiễu trong công nghệ vệ tinh

  • Sai số gây ra tại các trạm điều khiển, cụ thể nhất là sai số trong việc dự đoán và tính toán quỹ đạo của vệ tinh. Thông tin này sẽ được truyền lên vệ tinh để mã hóa vào tín hiệu và truyền xuống cho máy thu

  • Sai số trong quá trình truyền tín hiệu, cụ thể là sai số do tầng điện ly, do tầng đối lưu, sai số do việc tín hiệu bị phản xạ làm cho máy thu thu nhận được những tín hiệu phản xạ (hiện tượng đa đường truyền) và nhiễu gây ra do việc truyền phát các tín hiệu khác.

  • Sai số do máy thu, ví dụ như do nhiễu tại máy thu hay sai số đồng hồ của máy thu

Mỗi sai số có trong quá trình sử dụng hệ thống vệ tinh định vị là rất đặc thù và mức độ tác động của chúng lên kết quả định vị lại thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố và các hoàn cảnh khác nhau. Điều quan trọng dành cho người sử dụng là cần phải phân tích để xác định được khả năng ảnh hưởng của các sai số cho trường hợp riêng biệt.

Đối với mỗi sai số, hai đặc tính quan trọng nhất cần phải chú ý là cường độ và sự biến đổi của cường độ sai số theo không gian và thời gian. Cường độ của sai số có thể khác biệt khi quan tâm giữa giá trị tuyệt đối của nó (khi định vị dùng một máy thu) và giữa giá trị tương đối của nó giữa các địa điểm khác nhau (khi định vị dùng nhiều máy thu). Những đặc tính của sự biến đổi cường độ của sai số theo thời gian và theo không gian trở nên quan trọng trong quá trình mô phỏng và loại trừ sai số. Có rất nhiều nghiên cứu đã dùng GPS với vị trí của máy thu đã biết để tính toán ước lượng cường độ cũng như sự biến đổi cường độ cũng như sự biến đổi cường độ của sai số, ví dụ như sai số do tầng điện ly hoặc độ ẩm quyết định sai số do tầng đối lưu.



Bảng 3.1 Nguyên nhân gây lỗi và độ chính xác của kết quả thu tín hiệu từ GPS

Nguyên nhân

Ảnh hưởng




Tầng điện ly

± 5 mét




Tính hiệu đường đi

± 2.5 mét




Đồng hồ của vệ tinh

± 2 mét




Lỗi quỹ đạo

± 1 mét




Tầng đối lưu

± 0.5 mét




Lỗi số học

± 1 mét hoặc ít hơn













Các nguồn sai số

SPS (m)

PPS (m)

Các sai số do vệ tinh

Đồng hồ vệ tinh

3,0

3,0

Tính sẵn sàng để dùng có lựa chọn (SA)

32,3

-

Sai số khác biệt (nhiệt, phóng xạ…)

0,5

0,5

Các sai số do trạm điều khiển

Dự đoán quỹ đạo

4,2

4,2

Các sai số khác

0,9

0,9

Các sai số khi truyền tín hiệu

Sai số do tầng điện ly

5,0

2,3

Sai số do tầng đối lưu

1,5

2,0

Đa đường truyền

2,5

1,2

Các sai số do máy thu

Nhiễu máy thu

1,5

1,5

Các sai số khác (nhiễu giữa các kênh truyền…)

0,5

0,5

UERE (User Equipment Range Error)

33,2

8,0

Bảng III.2: Các nguồn sai số cơ bản của phép đo tín hiệu vệ tinh định vị toàn cầu GPS

Hình III.12: Sai số tín hiệu do các vật cản trở trên mặt đất


1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   15


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2016
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương