MỞ ĐẦU
Công nghệ ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS đã được đưa vào sản
xuất ở Việt Nam từ năm 1991. Trên cơ sở sử dụng 3 máy thu GPS của hãng
TRIMBLE loại 1 tần số 4000-ST, Liên hiệp KHSX Trắc địa bản đồ thuộc Cục Đo
đạc và bản đồ Nhà nước lúc đó đã gấp rút thử nghiệm để đưa vào sản xuất, nhằm
đáp ứng yêu cầu xây dựng các mạng lưới toạ độ nhà nước ở những khu vực khó
khăn nhất của đất nước, mà bằng công nghệ truyền thống (phương pháp tam giác,
đường chuyền) không có khả năng thực hiện, hoặc phải chi phí rất lớn và trong
thời gian dài mới thực hiện được. Trong những năm 1991 đến 1994, theo kế hoạch
nhiệm vụ do Cục Đo đạc và bản đồ Nhà nước giao, Liên hiệp KHSX Trắc địa bản
đồ đã xây dựng thành công các mạng lưới toạ độ nhà nước hạng II ở khu vực Minh
Hải, Sông Bé và Tây Nguyên, đồng thời đã xây dựng thành công mạng lưới trắc
địa biển nối các đảo và quần đảo xa ( kể cả Trường Sa ) với mạng lưới toạ độ nhà
nước trên đất liền.
Từ đó đến nay, việc ứng dụng công nghệ GPS đã có những bước phát triển
rất lớn. Từ chỗ chỉ có 3 máy thu GPS 1 tần số của hãng TRIMBLE, đến nay ở Việt
Nam đã có trên 82 máy thu GPS các loại của các hãng khác nhau, từ máy thu đặt
trên máy bay, máy thu 2 tần số, máy đo động đến máy có độ chính xác trung bình (
GEO EXPLORER ) để đo khống chế ảnh. Các lĩnh vực ứng dụng công nghệ GPS
hiện nay cũng rất đa dạng, từ ứng dụng để xây dựng các mạng lưới toạ độ nhà
nước, độ chính xác cao, khoảng cách lớn; ứng dụng trong dẫn đường và xác định
toạ độ tâm chính ảnh khi bay chụp ảnh bằng máy bay; xây dựng các mạng lưới toạ
độ, độ cao địa chính cấp 1; dẫn đường và xác định toạ độ đo vẽ bản đồ địa hình
đáy biển; đo toạ độ, độ cao các điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp; đo toạ độ độ cao
các mốc quốc giới; xây dựng các mạng lưới công trình v.v Các phần mềm để xử
lý tính toán bình sai các trị đo GPS cũng đa dạng, chủ yếu là các phần mềm kèm
theo máy thu, như TRIMVEC, TRIMVEC PLUS, TRIMNET, TRIMNET PLUS,
GPSURVEY, PHASE PROCESSOR, GEOMATIC OFFICE (hãng TRIMBLE);
GPPS (ASHTECH), v.v và 1 phần mềm bình sai lưới GPS do Liên hiệp KHSX
Trắc địa bản đồ xây dựng.
GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS

Phần cứng này gồm 3 phần: phần điều khiển (Control Segment), phần không
gian (Space Segment) và phần sử dụng (User Segment).
I.1.1 Phần điều khiển (Control Segment):
Phần điều khiển gồm 8 trạm mặt đất trong đó có 4 trạm theo dõi (Monitor
Station): Diego Garcia, Ascension, Kwajalein và Hawaii; một trạm điều khiển
trung tâm (Master Control Station) và 3 trạm hiệu chỉnh số liệu (Upload Station).
Lưới trắc địa đặt trên 4 trạm này được xác định bằng phương pháp giao thoa đường
đáy dài (VLBI). Trạm trung tâm làm nhiệm vụ tính toán lại tọa độ của các vệ tinh
theo số liệu của 4 trạm theo dõi thu được từ vệ tinh. Sau tính toán các số liệu được
gửi từ trạm trung tâm tới 3 trạm hiệu chỉnh số liệu và từ đó gửi tiếp tới các vệ tinh.
Như vậy trong vòng 1 giờ các vệ tinh đều có một số liệu đã được hiệu chỉnh để
phát cho các máy thu.
I.1.2. Phần không gian (Space Segment):
I.1.2.1 Chòm vệ tinh GPS:
Bao gồm 24 vệ tinh bay trên quỹ đạo có độ cao đồng nhất 20 200 km, chu
kỳ 12 giờ, phân phối đều trên 6 mặt phẳng quỹ đạo nghiêng với xích đạo một góc
55
o
. Việc bố trí này nhằm mục đích để tại mỗi thời điểm và mỗi vị trí trên trái đất
đều có thể quan sát được 4 vệ tinh.
Mỗi vệ tinh phát 2 tần số sóng mang với tần số cao L1=1575.42 MHz và
L2=1227.60 MHz. Loại sóng này phát trên cơ sở dãy số tựa ngẫu nhiên bao gồm
các số 0 và 1. Mã này được gọi tên là mã P (Precise). Bên cạnh mã P sóng còn
mang đi mã C/A (Clear/Acquisition) trong sóng L1. Mã C/A được phát với 2 tần
số 10.23 MHz và 1.023 MHz. Ngoài 2 mã trên vệ tinh còn phát mã phụ có tần số
50 Hz chứa các thông tin về lịch vệ tinh. Các vệ tinh đều được trang bị đồng hồ
nguyên tử với độ chính xác cao.
Các vệ tinh NAVSTAR có 2 trạng thái: "hoạt động khỏe" ( Healthy) và
"hoạt động không khoẻ ( Unhealthy). Hai trạng thái của vệ tinh này được quyết
định do 4 trạm điều khiển mặt đất. Chúng ta có thể sử dụng tín hiệu của các vệ tinh

giải mã và dùng vào việc xác định vị trí của máy theo thời gian thực.
I.1.3. Phần sử dụng (User Segment):
Phần sử dụng bao gồm các máy thu tín hiệu từ vệ tinh trên đất liền, máy bay
và tàu thủy. Các máy thu này phân làm 2 loại: máy thu 1 tần số và máy thu 2 tần
số. Máy thu 1 tần số chỉ nhận được các mã phát đi với sóng mang L1. Các máy thu
2 tần số nhận được cả 2 sóng mang L1 và L2. Các máy thu 1 tần số phát huy tác
dụng trong đo tọa độ tuyệt đối với độ chính xác 10 m và tọa độ tương đối với độ
chính xác từ 1 đến 5 cm trong khoảng cách nhỏ hơn 50 km. Với khoảng cách lớn
hơn 50 km độ chính xác sẽ giảm đi đáng kể (độ chính xác cỡ dm). Để đo được
trên những khoảng cách dài đến vài nghìn km chúng ta phải sử dụng máy 2 tần số
để khử đi ảnh hưởng của tầng ion trong khí quyển trái đất. Toàn bộ phần cứng GPS
hoạt động trong hệ thống tọa độ WGS-84 với kích thước elipsoid a=6378137.0 m
và α=1:29825722.
I.1.3.1 Các bộ phận của một thiết bị GPS trong phần sử dụng.
Phần sử dụng GPS có thể được coi gồm 3 bộ phận chính:
* Phần cứng
* Phần mềm
* Phần triển khai công nghệ
Phần cứng bao gồm máy thu mạch điện tử , các bộ dao động tần số vô tuyến
RF (Radio Friquency), các ăngten và các thiết bị ngoại vi cần thiết để hoạt động
máy thu. Đặc điểm chính yếu của bộ phận này là tính chắc chắn, có thể xách tay,
tin cậy khi làm việc ngoài trời và dễ thao tác.
Phần mền bao gồm những chương trình tính dùng để xử lý dữ liệu cụ thể,
chuyển đổi những thông báo GPS thành những thông tin định vị hoặc dẫn đường đi
hữu ích. Những chương trình này cho phép người sử dụng tác động khi cần để có
thể lợi dụng được những ưu điểm của nhiều đặc tính định vị GPS. Những chương
trình này có thể sử dụng được trong điều kiện ngoại nghiệp và được thiết kế sao
cho có thể cung cấp những thông báo hữu ích về trạng thái và sự tiến bộ của hệ
thống tới người điều hành. Ngoài ra trong phần mềm còn bao gồm những chương
trình phát triển tính độc lập của máy thu GPS , có thể đánh giá được các nhân tố

thước và kiểu dáng của bộ điều khiển ở các loại máy thu khác nhau cũng khác
nhau.
Thiết bị ghi : Người ta dùng máy ghi băng từ hoặc các đĩa mềm để ghi các
trị số quan trắc và những thông tin hữu ích khác được tách ra từ những tin hiệu thu
được
Nguồn năng lượng : Phần lớn các máy thu đều dùng nguồn điện một chiều
điện áp thấp, chỉ có một vài máy đòi hỏi phải có nguồn điện xoay chiều.
II. K
Ỹ
THUẬT
X
Ử
LÝ
D
Ữ
LIỆU
GIỚI THIỆU CHUNG
Trong chương này trình bày rõ ràng quá trình từ khi tín hiệu đến máy thu
đến những quá trình thu thập, xử lý dữ liệu thu thập được tại máy thu một
kênh GPS Trong đó sẽ tập trung vào đi sâu nghiên cứu kỹ thuật xử lý dữ liệu
trong máy thu GPS. Đây là phần cốt lõi của đề tài. Qua nghiên cứu kỹ thuật này,
sẽ đề xuất phư
ơ
ng pháp nâng cao độ chính xác định v
ị
.
III. KỸ THUẬT THU THẬP
Mục đích
Mục đích của thu thập là xác định những vệ tinh nhìn thấy và các giá trị thô
của tần số sóng mang và pha mã của tín hiệu vệ tinh.

Việc liên kết tọa Độ ECEF (X,Y,Z) Đến một vị trí vệ tinh đư
ợ
c mô tả bởi
các thành phần quỹ đạo Keplerian trong không gian.
Tọa độ địa tâm của vệ tinh k tại thời điểm tj là:
6. Tính toán gi
ả
cự ly
Tính toán giả cự ly có thể được chia thành hai phần tính toán. Phương pháp tính toán thứ
nhất là tìm tập giả cự ly ban đầu, và phương pháp tính toán thứ hai là luôn theo dõi các cự ly
sau khi tập thứ nhất được tính toán
7. Tính toán v
ị
trí của máy thu
Dùng phương pháp bình phương tối thiểu
8. Phương trình cự tính ly tuyến
Phương trình cự ly cơ bản cho giả cự ly P
k
từ vệ tinh k đến máy thu i là:
Phân tích và đưa đến phương trình cự ly tuyến tính hoàn ch
ỉ
nh:
9. Dùng phương pháp bình phương tối thiểu
Phương trình quang sát tuyến tính(3.29) được viếc trong công thức vecto là:
Biến đổi phương trình trên theo bài toán bình phương tối thiểu
Ax = b
Một lời giải duy nhất không thể tìm được phương trình trên b
ở
i vì chỉ có một
phương trình mà có đến 4 ẩn số. Phương trình được giải như sau:

Hình 4.1 – Thuật toán xác định vị trí của máy thu GPS kênh đơn sử dụng: a)
phép đo pha mã,b) Phép đo pha mã và pha sóng mang
1. Hàm xử lý dữ li
ệ
u và
đ
ị
nh v
ị
Thuật toán như hình 4.4.
a) b)
Hình 4.4 – Thuật toán quá trình xử lý dữ liệu và tính toán định vị
2. Tính toán giả cự ly
Hình 4.5 – Thuật toán Hình 4.6 – Thuật toán lọc giả cự ly tính
toán giả cự ly bằng bộ lọc Hatch
3. Tính toán vị trí
Hình 4.7 – Thuật toán tính toán vị trí máy thu
CHƯƠNG
TRÌNH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QU
Ả
Chương trình
Hình 4.8 – Tín hiệu dữ liệu thu được trong miền thời gian và tần
s
ố
Hình 4.9 các vệ tinh nhìn thấy theo metric
Sai số trong trong trường hợp này (chưa xử lý lọc giả cự ly)
như bảng 4.1.
Bảng 4.1 – Sai số trong ñịnh vị chưa sử dụng bộ lọc giả cự l
y
Hướng

Hình 4.12 – So sánh vị trí máy thu có và không lọc giả cự l
y
Hình 4.13 So sánh sai số vị trí
VII. Kết Luận