SlideShare a Scribd company logo
1 of 75
Download to read offline
Cơ s c a ñ nh v v tinh

1.   Khái ni m xác ñ nh kho ng cách s d ng các phép
     ño TOA (Time Of Arrival)
2.   Các h t a ñ tham chi u
3.   Qu ñ o v tinh
4.   Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN
5.   Tính v n t c
6.   Th i gian và GPS
1. Khái ni m xác ñ nh kho ng cách
    s d ng các phép ño TOA
 GPS ng d ng khái ni m ño TOA (Time Of
 Arrival) ñ xác ñ nh v trí ngư i s d ng.
 TOA là ño th i gian c a m t tín hi u lan truy n
 t máy phát m t v trí xác ñ nh t i máy thu.
 Kho ng cách t máy phát t i máy thu ñư c tính
 b ng cách nhân kho ng th i gian v i v n t c lan
 truy n c a tín hi u.
 ðo th i gian lan truy n c a tín hi u ñư c phát
 qu ng bá t nhi u máy phát cho phép xác ñ nh
 v trí máy thu.
1. Khái ni m xác ñ nh kho ng cách
s d ng các phép ño TOA
Ví d 1: Ngư i th y th xác ñ nh
   v trí tàu th y c a mình t ti ng
   còi phát t trên b .
   Tàu th y ñư c trang b m t
   ñ ng h chính xác.
   Ti ng còi ñư c phát theo nh p
   ñ u m i phút. Ngư i th y th
   nghe ti ng còi và xem ñ ng
   h .
   Th i gian ti ng còi t i tai th y
   th là 5s, t c ñ âm thanh
   335m/s, v y kho ng cách t
   tàu ñ n tr m phát là 1675m.
1. Khái ni m xác ñ nh kho ng cách
 s d ng các phép ño TOA




Xác ñ nh v trí b ng   Xác ñ nh v trí b ng phép ño kho ng
phép ño kho ng cách   cách t 2 ngu n phát
t 1 ngu n phát duy
nh t
1. Khái ni m xác ñ nh kho ng cách
 s d ng các phép ño TOA


Xác ñ nh v trí b ng phép ño
kho ng cách t 3 ngu n phát
1. Khái ni m xác ñ nh kho ng cách
 s d ng các phép ño TOA
V trí không ñư c xác ñ nh rõ ràng trong phép ño TOA do các ñ ng
h không ñ ng b




Bù l i ñ ng b ñ ng h chung       Các l i ñ ng b ñ ng h ñ c l p
1. Khái ni m xác ñ nh kho ng cách
s d ng các phép ño TOA
 Nguyên t c xác ñ nh v trí v i các tín hi u
 ño kho ng cách phát t v tinh
   GPS s d ng TOA ñ xác ñ nh v trí ngư i s
   d ng.
   ð tính toán ñư c v trí c n ño TOA t nhi u
   v tinh v i gi thi t v trí c a m i v tinh là ñã
   bi t.
   Tín hi u ño kho ng cách lan truy n v i v n
   t c ánh sáng (3 x 108m/s)
1. Khái ni m xác ñ nh kho ng
cách s d ng các phép ño TOA
             Gi s tín hi u ño kho ng
             cách ñư c truy n t 1 v tinh
             và th i gian ñ ng b lý tư ng
             gi a ñ ng h v tinh và máy
             thu
             Kho ng cách R t máy thu t i
             v tinh ñư c xác ñ nh b ng
             cách nhân th i gian lan truy n
             tín hi u v i v n t c ánh sáng
             V i phép ño này, v trí máy
             thu ñâu ñó trên m t c u tâm
             là v tinh
1. Khái ni m xác ñ nh kho ng
cách s d ng các phép ño TOA
             N u phép ño ñư c th c
             hi n ñ ng th i t i v tinh
             th 2
             Máy thu n m ñâu ñó trên
             ñư ng tròn là ph n giao
             c a2m tc u
1. Khái ni m xác ñ nh kho ng
cách s d ng các phép ño TOA
             N u phép ño ñư c th c
             hi n ñ ng th i t i v tinh
             th 3
             V trí máy thu ñư c xác
             ñ nh là 1 trong 2 v trí ñ i
             x ng nhau qua m t ph ng
             các v tinh.
             V i ñi u ki n máy thu n m
             trên b m t trái ñ t thì có
             th lo i b 1 v trí
2. Các h t a ñ tham chi u
 ð bi u di n toán h c bài toán ñ nh v v
 tinh, c n ch n 1 h t a ñ tham chi u
 trong ñó bi u di n c v tinh và máy thu.
 Thông thư ng v tinh và máy thu ñư c
 bi u di n b i các véc-tơ v trí và v n t c
 trong h t a ñ ð -các.
 2 h t a ñ ð các chính ñư c s d ng là
 h quán tính và h quay
2. Các h t a ñ tham chi u
A.   H t a ñ quán tính tâm trái ñ t (Earth-Centered
     Inertial Coordinate System - ECI)
       ECI ñư c s d ng ñ bi u di n các véc-tơ l c, gia t c, v n t c
       và v trí nh m di n gi i s chuy n ñ ng c a trái ñ t theo các lu t
       Newton
     ð nh nghĩa ECI:
       G ct añ      tâm trái ñ t
       Tr c Z d c theo tr c quay c a trái ñ t
       Tr c X n m trên m t ph ng qu ñ o hư ng theo ñi m xuân
       phân (the vernal equinox ) – là hư ng giao c a m t ph ng xích
       ñ o v i m t ph ng qu ñ o trái ñ t quanh m t tr i.
       Tr c Y ñư c ñ nh nghĩa theo nguyên t c h t a ñ bàn tay ph i
2. Các h t a ñ tham chi u
 H t a ñ quán tính tâm trái ñ t – ECI còn
 ñư c g i là h t a ñ thiên văn (celestial)
 hay h t a ñ c ñ nh theo không gian
 (space-fixed)
 H t a ñ ECI chuy n ñ ng quanh m t tr i
 v i t c ñ bi n thiên nên ch có th coi nó là
 quán tính trong kho ng th i gian ng n
 Tr c quay c a trái ñ t cũng không c ñ nh
 trong không gian (hai tham s : precession
 và nutation) nên t a ñ c a các v t th trong
 vũ tr có thay ñ i chút ít.
 Giá tr precession và nutation bi n thiên theo
 chu kỳ và ñư c xác ñ nh chính xác t ng
 th i ñi m.
2. Các h t a ñ tham chi u
B.    H t a ñ c ñ nh theo trái ñ t tâm trái ñ t (Earth-
      centered Earth-fixed Coordinate System - ECEF)
     H t a ñ ECEF là này phù h p nh t ñ bi u di n v trí
     ngư i s d ng.
     ð nh nghĩa:
        G ct añ       tâm trái ñ t
        Tr c Z c c c a trái ñ t
        Tr c X ñi qua ñi m giao c a kinh tuy n g c và m t
        ph ng xích ñ o
        Tr c Y ñư c ñ nh nghĩa theo nguyên t c h t a ñ
        bàn tay ph i
Prime Meridian passes through the Royal Observatory,
Greenwich in southeast London, United Kingdom
2. Các h t a ñ tham chi u
 Trong ñ nh nghĩa c a ECEF, s
 d ch chuy n c a c c trái ñ t (polar
 motion) c n ñư c xem xét.
 Thông thư ng c c trái ñ t d ch
 chuy n vài mét m t năm. Trong 100
 năm qua, c c trái ñ t d ch chuy n
 theo 1 ñư ng g n tròn bán kính
 kho ng 15m.
 S d ch chuy n c a c c trái ñ t làm
 thay ñ i kinh ñ và vĩ ñ c a t t c     C c trái ñ t d ch chuy n theo
 các ñi m trên trái ñ t.               th i gian. Tr c Z theo ñơn v
                                       ngày, tr c X, Y theo ñơn v
 ð chính xác c a h t a ñ ECEF          arcsec (0.1 arcsec ≈ 3 meters)
 có th ñ t ñ n vài cm ho c vài mm
2. Các h t a ñ tham chi u
C.   H t a ñ tr c ñ a WGS 84 (World Geodetic
     System)
      Mô hình v t lý chu n c a trái ñ t s d ng trong các
        ng d ng GPS là h t a ñ tr c ñ a WGS 84 c a B
      Qu c phòng M
      M t ph n c a WGS84 là mô hình chi ti t c a s b t
      thư ng c a l c h p d n c a trái ñ t.
      Các thông tin này là cơ s ñ ñ t ñư c ñ chính xác
      trong c a l ch trình v tinh, t ñó ñ t ñư c ñ chính
      xác trong tính toán v trí c a máy thu GPS.
2. Các h t a ñ tham chi u
 H t a ñ tr c ñ a WGS 84 k t
 h p h t a ñ ECEF v i h t a
 ñ ê-líp v i g c t a ñ        tâm
 trái ñ t, và hình ê-lip tri n khai
 theo tr c Z.
 Hình d ng trái ñ t không ph i là     ð l ch c a e-líp
 1 hình c u mà có d ng e-líp,         (eccentricity) là
 d t 2 c c và phình to xích
 ñ o
 Hình e-líp ñ c trưng b i bán
 tr c l n a = 6378,137km và bán
 tr c nh b = 6356,7523142km.
2. Các h t a ñ tham chi u
 ð nh nghĩa h t a ñ tr c ñ a:
   Vĩ ñ [Φ]: là góc ño trên m t
   ph ng kinh tuy n ñi qua P, t o b i
   ñư ng th ng tr c giao v i m t e-
   líp và m t ph ng xích ñ o , giá tr
   dương bán c u b c, âm bán
                                            φ'   φ
   c u nam
   Kinh ñ [λ]: là góc ño trên m t       λ

   ph ng xích ñ o gi a kinh tuy n
   g c và m t ph ng kinh tuy n qua
   ñi m P, giá tr dương theo hư ng
   ñông
   ð cao [h]: ño d c theo hư ng
   vuông góc v i m t e-líp.
2. Các h t a ñ tham chi u
 Chuy n ñ i gi a t a ñ ð -các
 ECEF và t a ñ tr c ñ a:

u ( x u , y u , z u ) ⇒ (ϕ , λ , h )
2. Các h t a ñ tham chi u
 Chuy n ñ i gi a t a ñ ð -các
 ECEF và t a ñ tr c ñ a:

(ϕ , λ , h ) ⇒ u ( x u , y u , z u )




                                       Các hàm Matlab:
                                       wgslla2xyz.m
                                       wgsxyz2lla.m
2. Các h t a ñ tham chi u
 ð cao e-líp (h = EP): là ñ
 cao c a ñi m P phía trên
 m t e-líp. ð cao dương
 n u ñi m P xa tâm trái ñ t
 hơn ñi m E. ði m P có th
    trên ho c dư i b m t trái
 ñ t.
                                Quan h gi a ñ cao ñ a hình, geoid và e-líp
 ð cao orthometric (H):
 ñư c xác ñ nh tương ñ i            ð cao geoid (N): là ñ cao c a
 theo m t b m t g i là              ñi m trên b m t geoid (ñi m G)
 geoid. Geoid là b m t trên         so v i ñi m tương ng trên b m t
 ñó trư ng h p d n c a trái         e-líp (ñi m E)
 ñ t là h ng s . B m t này
 còn ñư c g i là m c bi n                       h=H+N
 trung bình (mean sea level).
Biên ñ thay ñ i c a ñ cao geoid thay ñ i, th p nh t   c c nam n ñ -107m,
   cao nh t New Guinea + 85 m
2. Các h t a ñ tham chi u
 Các phép ño GPS cho k t qu là ñ cao e-líp vì
 ñ cao e-líp ñư c tính toán t t a ñ ECEF.
 ð ño chính xác ñ cao geoid c n có s li u
 chính xác v trư ng h p d n c a trái ñ t t i khu
 v c ño.
 Datum là b các ñi m tham chi u trên b m t
 trái ñ t, t i ñó các phép ño v trí ñư c th c hi n
 k t h p v i hình d ng trái ñ t ñã ñư c mô hình
 hóa ñ ñ nh nghĩa h t a ñ tr c ñ a.
3. Qu ñ o v tinh
 Các lu t Kepler mô t chuy n ñ ng c a
 các hành tinh quanh m t tr i
   Lu t th nh t: Qu ñ o c a m i hành tinh là
   hình e-líp v i m t tr i t i 1 trong 2 tiêu ñi m




                                             Johannes Kepler
                                        (27/12/1571 – 15/11/1630)
3. Qu ñ o v tinh
  Lu t th hai: Trong cùng
  1 kho ng th i gian,
  ñư ng n i hành tinh và
  m t tr i t o thành hình
  d qu t có di n tích như
  nhau.


                            •   Hành tinh chuy n ñ ng nhanh
                                hơn khi ñ n g n m t tr i
3. Qu ñ o v tinh
  Lu t th ba: Bình phương chu ky qu ñ o t
  l v i l p phương c a bán tr c l n c a qu
  ñ o c a nó [Kepler - 1619].



  H ng s t l là như nhau v i m i hành tinh quanh m t tr i
3. Qu ñ o v tinh
 Năm 1687, 50 năm sau ngày Kepler m t,
 Newton ch ng minh s d ch chuy n c a
 hành tinh quanh m t tr i theo ñư ng e-líp
 th a mãn các lu t Kepler.
 Chuy n ñ ng c a v tinh GPS tuân theo
 lu t các lu t chuy n ñ ng c a Newton:
“Gia t c c a tr ng tâm c a v t th t l v i l c tác
                    d ng lên nó”
3. Qu ñ o v tinh
3. Qu ñ o v tinh
3. Qu ñ o v tinh
3. Qu ñ o v tinh
ðăc trưng c a qu ñ o lý tư ng và v trí v tinh xác ñ nh b i các
thành ph n Keplerian
3. Qu ñ o v tinh
3. Qu ñ o v tinh
 Qu ñ o c a v tinh b xáo tr n do nh
 hư ng c a các l c bên ngoài (Ví d : l c
 h p d n c a m t trăng, m t tr i, …)




    L c tác ñ ng lên v tinh GPS và nh hư ng t i gia t c
3. Qu ñ o v tinh
Tính toán t a ñ v tinh v i s li u trong b n tin ñ nh v
4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN
 V tinh GPS truy n tín hi u ñi u ch tr i ph dãy tr c
 ti p DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum).
 Tín hi u ño kho ng cách là các mã gi ng u nhiên PRN
 (pseudorandom) ñi u ch BPSK v i sóng mang.
 Mã gi ng u nhiên là dãy nh phân “trông” gi ng và có
 ñ c tính ph tương t dãy ng u nhiên, nhưng th c ra l i
 là xác ñ nh.
 Hai lo i mã ñư c phát qu ng bá b i v tinh GPS là:
   Mã ng n: mã C/A (Coarse/Acquisition), chu kỳ ~1ms
   Mã dài: mã P (Precision), chu kỳ ~7 ngày, m t mã hóa v i Y-
   code (dành riêng cho ngư i s d ng PPS)
4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN




          ði u ch DSSS
4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN
 Trong h t a ñ ECEF:                    ( xs , y s , z s )
            r = s-u
 s   Véc-tơ bi u di n v trí c a v tinh
                                                             ( xu , yu , zu )
 u   Véc-tơ v trí ngư i s d ng


 r   Véc-tơ bi u di n v trí tương ñ i
     gi a v tinh và ngư i s d ng

 ð l n c a véc-tơ bi u di n
 kho ng cách gi a v tinh và ngư i
 s d ng
          r = r = s-u
4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN
 Kho ng cách r ñư c xác ñ nh b ng cách ño kho ng th i
 gian tín hi u lan truy n t v tinh t i ăng-ten máy thu.
 Ví d :
   V tinh phát tín hi u v i pha mã xác ñ nh t i th i ñi m t1
   Tín hi u ñ n máy thu t i th i ñi m t2
   Th i gian tín hi u lan truy n ∆t = t2 – t1
   Bên trong máy thu, m t phiên b n l p l i c a mã tr i ph ñư c
   phát t i th i ñi m t (so v i ñ ng h máy thu).
   Phiên b n mã bên trong máy thu ñư c d ch th i gian cho t i khi
   ñ t ñư c tương quan v i tín hi u thu ñư c.
   N u ñ ng h v tinh và ñ ng h máy thu hoàn toàn ñ ng b v i
   nhau, quá trình tương quan cho phép xác ñ nh ñư c th i gian
   lan truy n c a tín hi u.
4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN
 Nói chung, luôn có sai l ch (bias error) gi a ñ ng h
 máy thu và ñ ng h h th ng.
 ð ng h trên v tinh r t chính xác và ho t ñ ng ñ c l p,
 tuy nhiên v n c n ph i bù ñ i v i th i gian h th ng.
 B i v y, kho ng cách xác ñ nh t quá trình tương quan,
 trong ñó kho ng th i gian ñư c xác ñ nh t khác bi t
 gi a 2 ñ ng h không ñ ng b , ñư c g i là gi kho ng
 cách ρ (pseudorange)
Ts      : Th i gian h th ng t i th i ñi m tín hi u r i v tinh
Tu      : Th i gian h th ng t i th i ñi m tín hi u t i máy thu
δt      : Ph n bù c a ñ ng h v tinh t th i gian h th ng
tu      : Ph n bù c a ñ ng h máy thu t th i gian h th ng
Ts+δt   : ð ng h v tinh ñ c t i th i ñi m tín hi u r i v tinh
Tu+tu   : ð ng h v tinh ñ c t i th i ñi m tín hi u t i máy thu
c       : v n t c ánh sáng
4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN




Có th vi t l i phương trình
                      r = s-u
như sau :
4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN

 Ph n bù c a ñ ng h v tinh t th i gian h
 th ng (δt) bao g m sai l ch và trư t.
 H th ng tr m giám sát m t ñ t s tính toán
 s a l i cho δt và truy n tr l i t i ngư i s d ng
 trong các b n tin ñ nh v .
 B i v y có th b qua δt và phương trình ñư c
 vi t l i như sau:
4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN
  ð xác ñ nh ñư c v trí           Có th vi t thành h 4
  ngư i s d ng (xu, yu, zu)       phương trình v i 4 n s xu,
  và ph n bù tu, c n ph i ño      yu, zu và tu như sau:
  các gi kho ng cách t i 4
  v tinh:



trong ñó j = 1, …, 4 tương
    ng v i các v tinh.
                               trong ñó xj, yj, zj là v trí c a v
                                  tinh th j
4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN
 Gi i h phương trình phi tuy n b ng phương pháp l p
 và tuy n tính hóa.
 Gi kho ng cách gi a m t v tinh và máy thu ñư c bi u
 di n như sau:




 G i v trí x p x là       và l i th i gian
 Gi kho ng cách ñư c tính x p x như sau:
4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN

  4 n s xu, yu, zu và tu ñư c tính t v trí x p x và
  gia s :




Và có th coi
4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN

 Khai tri n Taylor v i
4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN
 Chu i s k t thúc sau vi phân t ng ph n b c
 nh t ñ lo i b các thành ph n phi tuy n. Các vi
 phân t ng ph n như sau:




                                trong ñó:
4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN
 Thay vào phương trình tính gi kho ng cách ta ñư c:




 Như v y ta ñã làm xong tuy n tính hóa phương trình
 trên v i 4 n s               và
 ð thu n ti n cho vi c tính toán, ta s p x p l i phương
 trình trên v i các ñ i lư ng ñã bi t v trái, n s    v
 ph i:
4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN
 ð ñơn gi n, ta ñ t:   V y phương trình có th
                       vi t l i như sau:

                       H phương trình tuy n tính




 V i v tinh th j       Gi i h phương trình ñ xác
                       ñ nh4 n s
                       và
4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN
 Vi t h phương trình dư i d ng ma tr n như sau:
 ð t




 Ta có phương trình



 Gi i phương trình ñư c k t qu :
4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN
 M i khi các n s ñư c tính, t a ñ máy thu l i ñư c
 c p nh t




 Phép tuy n tính hóa ti p di n t i khi       ti n g n
 t i ñi m tuy n tính và ñ t giá tr ñ nh .
4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN
 Th c t , vi c ño kho ng cách th c gi a máy thu và v
 tinh có th b sai l ch do các l i ñ c l p nhau như nhi u,
 s thay ñ i ñư ng ñi c a v tinh so v i thông tin
 ephemeris, nhi u ña ñư ng, …
 Các l i này ñư c qui ñ i thành l i trong các thành ph n
 c a véc-tơ ∆x và ñư c bi u di n như sau:


 Trong ñó:
                 : véc-tơ ch a l i ño gi kho ng cách
                 : véc-tơ bi u di n l i v trí và bù ñ ng h
4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN
 Có th t i thi u hóa l i trong    b ng cách n u th c
 hi n ño t i nhi u hơn 4 v tinh (overdetermined
 solution). M i phép ño dư s cho 1 k t qu v i l i v trí
 ñ c l p.

 S d ng k thu t tính bình phương t i thi u (least mean
 squares) ñ x lý các phép ño dư s cho k t qu tính
 toán t t hơn.
5. Tính v n t c
 Cách 1: Ư c lư ng v n t c b ng ñ o hàm x p x v trí
 ngư i s d ng




 Trong ñó
                  u:
                  ɺ      Véc-tơ v n t c 3 chi u

      u(t1 ), u(t2 ) :   V trí nsd t i 2 th i ñi m, sai s nh

     u(t2 ) − u(t1 ) :   Vi sai v trí
5. Tính v n t c
 Cách 2: ño v n t c b ng cách x lý các phép ño pha
 sóng mang v i vi c xác ñ nh chính xác t n s Doppler
 khi nh n tín hi u t v tinh.
 T n s Doppler ñư c t o
 ra t chuy n ñ ng tương
 ñ i gi a v tinh và nsd.
 T n s thu tăng khi v tinh
 ti n g n ñ n máy thu,
 gi m khi nó bay xa d n.
 Doppler b ng 0 là th i
 ñi m v tinh g n máy
 thu nh t.
5. Tính v n t c
 Phương trình Doppler như sau:




 fT :   T n s tín hi u v tinh truy n

 fR :   T n s tín hi u nh n

 vr :   V trí tương ñ i gi a v tinh và nsd
        Véc-tơ ñơn v hư ng theo t m nhìn th ng t nsd
  a:      t i v tinh
  c:    T c ñ ánh sáng
5. Tính v n t c


vr = v - u :
         ɺ      Vi sai v n t c
                Véc-tơ v n t c v tinh ñư c tính t d li u
         v:        ephemeris trong h t a ñ ECEF
         u:
         ɺ      Véc-tơ v n t c 3 chi u trong h t a ñ ECEF

     vr ⋅ a :   Véc-tơ bi u di n v n t c tương ñ i hư ng
                  theo t m nhìn th ng t i v tinh
   T i t n s GPS L1, v i máy thu tĩnh ñ t trên m t ñ t, t c
   ñ t i ña theo hư ng t m nhìn th ng vào kho ng
   800m/s, t n s Doppler cao nh t x p x 4KHz.
5. Tính v n t c
 Tính v n t c t t n s Doppler:
    Gi thi t:
             u : Véc-tơ v trí nsd
(∆xu , ∆yu , ∆zu ) : L i sai l ch v trí nsd
u = ( xu , yu , zu ) : C n tính v n t c nsd theo 3 chi u
 ɺ     ɺ ɺ ɺ
                 ɺ
                 tu : Trư t ñ ng h nsd
    V i v tinh th j, t công th c tính Doppler, ta có:
5. Tính v n t c
          Trong ñó:




 fTj :   T n s ñư c truy n t v tinh    fj :    Giá tr t n s ño ñư c t tín
                                                  hi u v tinh th j
  f0 :   T n s danh ñ nh

∆fTj :   Bù t n s , giá tr ñư c c p   f Rj :   Giá tr t n s ño ñư c b sai
         nh t b i MCS và truy n                   l ch do trư t ñ ng h
         trong b n tin ñ nh v

                                       ɺ
                                       tu :    T l trư t ñ ng h , ñơn v
                                               tính seconds/second, th
                                               hi n ñ ng h nsd nhanh
                                               hay ch m so v i GPS time
5. Tính v n t c
 Thay                    vào phương trình tính t n s
 Doppler và làm m t vài thao tác ta ñư c:




 Khai tri n phép nhân ma tr n, ta có:



              v j = (vxj , v yj , vzj )
 Trong ñó:
              a j = (axj , a yj , azj )
               u = ( xu , yu , zu )
               ɺ     ɺ ɺ ɺ
5. Tính v n t c
 Xét phương trình :




 Các bi n v trái ñ u ñư c tính toán và suy ra t các
 giá tr ño ñư c.
  a j k t qu t gi i pt ñ nh v , xác ñ nh v trí nsd
  v j xác ñ nh t d li u ephemeris
  fTj xác ñ nh t c p nh t hi u ch nh t n s (có th thay
 th b ng f )
             0
  f j có th coi là delta range c a các ño ñ c c a máy thu
5. Tính v n t c
 ð cho ñơn gi n, ñ t




 T s   f i / f Tj x p x 1, v y ta có:


                   ɺ ɺ ɺ ɺ ɺ
   ñây ta có 4 n u = xu , yu , zu , tu có th ñư c xác ñ nh
 b ng cách s d ng các phép ño t i 4 v tinh.
 Gi i h pt tuy n tính theo phương pháp ma tr n.
5. Tính v n t c
 Vi t dư i d ng ma tr n




  Gi i ra cho k t qu là v n t c và trư t th i gian
5. Tính v n t c
 L i trong ño v n t c:
     Nhi u và multipath có th gây sai khi ư c lư ng t n
     s trong các phép ño pha.
     Tính toán v n t c ph thu c vào vi c xác ñ nh chính
     xác v trí nsd và thông tin v ephemeris và v n t c
     c a v tinh.
     N u có th nh n tín hi u t nhi u hơn 4 v tinh và s
     d ng k thu t tính toán bình phương t i thi u thì có
     th c i thi n ñ chính xác khi tính toán 4 n s .
6. Thời gian và GPS
   UTC (Universal Time Coordinate): là thang đo thời
    gian phức hợp, bao gồm các đồng hồ nguyên tử
    đầu vào và thông tin về tốc độ quay của Trái đất.
   TAI (International Atomic Time): là thang đo thời
    gian đồng nhất dựa trên chuẩn thời gian nguyên tử
    (được định nghĩa là đơn vị cơ sở của thời gian trong
    Hệ thống Quốc tế về Đơn vị đo) gọi là giây nguyên
    tử.
   Giây nguyên tử là khoảng thời gian của
    9.192.631.770 chu kỳ của bức xạ tương ứng với sự
    dịch chuyển giữa 2 mức năng lượng (hyperfine) của
    trạng thái ground của nguyên tử cesium 133.
6. Thời gian và GPS
   MIPM (Bureau International des Poids at Measures)
    chịu trách nhiệm tính toán TAI. Chuẩn thời gian
    nguyên tử TAI được tổng hợp từ hơn 50 phòng thí
    nghiệm ở các quốc gia khác nhau. TAI còn được gọi
    là chuẩn thời gian “giấy” bởi nó không được giữ bởi
    một đồng hồ vật lý.
   Một chuẩn thời gian khác sử dụng cho UTC là UT1.
    UT1 là chuẩn thời gian dựa trên đo đạc góc quay
    của trái đất so với mặt trời. Tuy nhiên UT1 cũng
    không là chuẩn thời gian đồng nhất do chính sự
    quay của trái đất là không ổn định.
6. Thời gian và GPS
   UT1 cũng có trượt so với thời gian nguyên tử
    (khoảng vài mili-giây/ngày tương đương 1
    giây/năm).
   UTC là chuẩn thời gian vừa tuân theo sự quay của
    trái đất vừa là đồng nhất.
   Khác biệt giữa UT1 và UTC không quá 0.9 giây.
   UTC được đồng bộ với hệ thời gian mặt trời ở mức
    xấp xỉ 1 giây.
   Thời gian GPS (thời gian hệ thống) tuân theo chuẩn
    UTC.
6. Thời gian và GPS
   Thời gian GPS cũng là chuẩn thời gian “giấy”
   Thời gian GPS được tính toán dựa trên quá trình
    thống kê đọc các đồng hồ nguyên tử trên vệ tinh
    cũng như các thành phần khác dưới mặt đất.
   Thời gian GPS là chuẩn thời gian liên tục, không
    được điều chỉnh ngắt quãng (leap seconds).
   Thời gian GPS và UTC hợp với nhau vào thời điểm
    0h mùng 6 tháng Giêng năm 1980.
   Hiện tại thời gian GPS đi trước UTC khoảng 15
    giây. < http://leapsecond.com/java/gpsclock.htm >

More Related Content

Viewers also liked

Viewers also liked (7)

3 msleadershipcompetencyframework
3 msleadershipcompetencyframework3 msleadershipcompetencyframework
3 msleadershipcompetencyframework
 
Menanam pohon-untuk-sumberdaya-air
Menanam pohon-untuk-sumberdaya-airMenanam pohon-untuk-sumberdaya-air
Menanam pohon-untuk-sumberdaya-air
 
NEURON
NEURONNEURON
NEURON
 
Anthrax
AnthraxAnthrax
Anthrax
 
Alkohol eter fenol
Alkohol eter fenolAlkohol eter fenol
Alkohol eter fenol
 
Resilienza: il Freelance è un topo. Barcamp 2012
Resilienza: il Freelance è un topo. Barcamp 2012Resilienza: il Freelance è un topo. Barcamp 2012
Resilienza: il Freelance è un topo. Barcamp 2012
 
The legal bases of philippine education
The legal bases of philippine educationThe legal bases of philippine education
The legal bases of philippine education
 

Similar to Co so dinh_vi_ve_tinh

Trắc địa đại cương Bách Khoa
Trắc địa đại cương Bách KhoaTrắc địa đại cương Bách Khoa
Trắc địa đại cương Bách KhoaCông Đỗ
 
Bai Giang T T A P G 2
Bai Giang T T A  P G 2Bai Giang T T A  P G 2
Bai Giang T T A P G 2Ngo Hung Long
 
Bai giang mri
Bai giang mriBai giang mri
Bai giang mriNhung Võ
 
"Thu Vien Sach Co Khi" – Cac phan tu khong che tu dong truyen dien
"Thu Vien Sach Co Khi" –  Cac phan tu khong che tu dong truyen dien"Thu Vien Sach Co Khi" –  Cac phan tu khong che tu dong truyen dien
"Thu Vien Sach Co Khi" – Cac phan tu khong che tu dong truyen dienThu Vien Co Khi
 
Bai giang ktdt_2009_2010_1206_1181
Bai giang ktdt_2009_2010_1206_1181Bai giang ktdt_2009_2010_1206_1181
Bai giang ktdt_2009_2010_1206_1181hongchi2014
 
Dai cuong ve sac ky sac ky long khoi pho lc ms lai thi thu trang truong dai h...
Dai cuong ve sac ky sac ky long khoi pho lc ms lai thi thu trang truong dai h...Dai cuong ve sac ky sac ky long khoi pho lc ms lai thi thu trang truong dai h...
Dai cuong ve sac ky sac ky long khoi pho lc ms lai thi thu trang truong dai h...Nguyen Thanh Tu Collection
 
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_canthoXu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantholedangd1k3
 
Tron bo-ly-thuyet-va-bai-tap-vat-ly-11
Tron bo-ly-thuyet-va-bai-tap-vat-ly-11Tron bo-ly-thuyet-va-bai-tap-vat-ly-11
Tron bo-ly-thuyet-va-bai-tap-vat-ly-11Phuoc Truong Xuan
 
Hoá đại cương bô y tế
Hoá đại cương   bô y tếHoá đại cương   bô y tế
Hoá đại cương bô y tếChia se Y hoc
 
ĐỀ TÀI XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
ĐỀ TÀI XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG ĐỀ TÀI XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
ĐỀ TÀI XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG nataliej4
 
"Thu Vien Sach Co Khi" – Dac tinh co va cac trang thai lam viec cua dong co dien
"Thu Vien Sach Co Khi" – Dac tinh co va cac trang thai lam viec cua dong co dien"Thu Vien Sach Co Khi" – Dac tinh co va cac trang thai lam viec cua dong co dien
"Thu Vien Sach Co Khi" – Dac tinh co va cac trang thai lam viec cua dong co dienThu Vien Co Khi
 
Chuong v -_khi_dien_tu_tu_do_trong_kim_loai
Chuong v -_khi_dien_tu_tu_do_trong_kim_loaiChuong v -_khi_dien_tu_tu_do_trong_kim_loai
Chuong v -_khi_dien_tu_tu_do_trong_kim_loaiwww. mientayvn.com
 
Chuong iv -__tinh_chat_nhiet_cua_chat_ran_ma
Chuong iv -__tinh_chat_nhiet_cua_chat_ran_maChuong iv -__tinh_chat_nhiet_cua_chat_ran_ma
Chuong iv -__tinh_chat_nhiet_cua_chat_ran_mawww. mientayvn.com
 
Dientutruong songdientu-tt
Dientutruong songdientu-ttDientutruong songdientu-tt
Dientutruong songdientu-tthoahoc1
 
Kỹ thuật phân tích vật liệu rắn EPR
Kỹ thuật phân tích vật liệu rắn EPR Kỹ thuật phân tích vật liệu rắn EPR
Kỹ thuật phân tích vật liệu rắn EPR nataliej4
 
[Sách chuyên ngành hóa học online] bài tập hóa học đại cương &amp; hóa lý cơ ...
[Sách chuyên ngành hóa học online] bài tập hóa học đại cương &amp; hóa lý cơ ...[Sách chuyên ngành hóa học online] bài tập hóa học đại cương &amp; hóa lý cơ ...
[Sách chuyên ngành hóa học online] bài tập hóa học đại cương &amp; hóa lý cơ ...ManhHa Nguyen
 
"Thu Vien Sach Co Khi" – Dieu chinh toc do truyen dong dien
"Thu Vien Sach Co Khi" – Dieu chinh toc do truyen dong dien"Thu Vien Sach Co Khi" – Dieu chinh toc do truyen dong dien
"Thu Vien Sach Co Khi" – Dieu chinh toc do truyen dong dienThu Vien Co Khi
 

Similar to Co so dinh_vi_ve_tinh (20)

Chuong iii -dao dong2_ma
Chuong iii -dao dong2_maChuong iii -dao dong2_ma
Chuong iii -dao dong2_ma
 
Trắc địa đại cương Bách Khoa
Trắc địa đại cương Bách KhoaTrắc địa đại cương Bách Khoa
Trắc địa đại cương Bách Khoa
 
Bai Giang T T A P G 2
Bai Giang T T A  P G 2Bai Giang T T A  P G 2
Bai Giang T T A P G 2
 
Bai giang mri
Bai giang mriBai giang mri
Bai giang mri
 
"Thu Vien Sach Co Khi" – Cac phan tu khong che tu dong truyen dien
"Thu Vien Sach Co Khi" –  Cac phan tu khong che tu dong truyen dien"Thu Vien Sach Co Khi" –  Cac phan tu khong che tu dong truyen dien
"Thu Vien Sach Co Khi" – Cac phan tu khong che tu dong truyen dien
 
Cơ học lí thuyết
Cơ học lí thuyếtCơ học lí thuyết
Cơ học lí thuyết
 
Bai giang ktdt_2009_2010_1206_1181
Bai giang ktdt_2009_2010_1206_1181Bai giang ktdt_2009_2010_1206_1181
Bai giang ktdt_2009_2010_1206_1181
 
Dai cuong ve sac ky sac ky long khoi pho lc ms lai thi thu trang truong dai h...
Dai cuong ve sac ky sac ky long khoi pho lc ms lai thi thu trang truong dai h...Dai cuong ve sac ky sac ky long khoi pho lc ms lai thi thu trang truong dai h...
Dai cuong ve sac ky sac ky long khoi pho lc ms lai thi thu trang truong dai h...
 
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_canthoXu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
 
Dao động
Dao độngDao động
Dao động
 
Tron bo-ly-thuyet-va-bai-tap-vat-ly-11
Tron bo-ly-thuyet-va-bai-tap-vat-ly-11Tron bo-ly-thuyet-va-bai-tap-vat-ly-11
Tron bo-ly-thuyet-va-bai-tap-vat-ly-11
 
Hoá đại cương bô y tế
Hoá đại cương   bô y tếHoá đại cương   bô y tế
Hoá đại cương bô y tế
 
ĐỀ TÀI XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
ĐỀ TÀI XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG ĐỀ TÀI XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
ĐỀ TÀI XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
 
"Thu Vien Sach Co Khi" – Dac tinh co va cac trang thai lam viec cua dong co dien
"Thu Vien Sach Co Khi" – Dac tinh co va cac trang thai lam viec cua dong co dien"Thu Vien Sach Co Khi" – Dac tinh co va cac trang thai lam viec cua dong co dien
"Thu Vien Sach Co Khi" – Dac tinh co va cac trang thai lam viec cua dong co dien
 
Chuong v -_khi_dien_tu_tu_do_trong_kim_loai
Chuong v -_khi_dien_tu_tu_do_trong_kim_loaiChuong v -_khi_dien_tu_tu_do_trong_kim_loai
Chuong v -_khi_dien_tu_tu_do_trong_kim_loai
 
Chuong iv -__tinh_chat_nhiet_cua_chat_ran_ma
Chuong iv -__tinh_chat_nhiet_cua_chat_ran_maChuong iv -__tinh_chat_nhiet_cua_chat_ran_ma
Chuong iv -__tinh_chat_nhiet_cua_chat_ran_ma
 
Dientutruong songdientu-tt
Dientutruong songdientu-ttDientutruong songdientu-tt
Dientutruong songdientu-tt
 
Kỹ thuật phân tích vật liệu rắn EPR
Kỹ thuật phân tích vật liệu rắn EPR Kỹ thuật phân tích vật liệu rắn EPR
Kỹ thuật phân tích vật liệu rắn EPR
 
[Sách chuyên ngành hóa học online] bài tập hóa học đại cương &amp; hóa lý cơ ...
[Sách chuyên ngành hóa học online] bài tập hóa học đại cương &amp; hóa lý cơ ...[Sách chuyên ngành hóa học online] bài tập hóa học đại cương &amp; hóa lý cơ ...
[Sách chuyên ngành hóa học online] bài tập hóa học đại cương &amp; hóa lý cơ ...
 
"Thu Vien Sach Co Khi" – Dieu chinh toc do truyen dong dien
"Thu Vien Sach Co Khi" – Dieu chinh toc do truyen dong dien"Thu Vien Sach Co Khi" – Dieu chinh toc do truyen dong dien
"Thu Vien Sach Co Khi" – Dieu chinh toc do truyen dong dien
 

Co so dinh_vi_ve_tinh

  • 1. Cơ s c a ñ nh v v tinh 1. Khái ni m xác ñ nh kho ng cách s d ng các phép ño TOA (Time Of Arrival) 2. Các h t a ñ tham chi u 3. Qu ñ o v tinh 4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN 5. Tính v n t c 6. Th i gian và GPS
  • 2. 1. Khái ni m xác ñ nh kho ng cách s d ng các phép ño TOA GPS ng d ng khái ni m ño TOA (Time Of Arrival) ñ xác ñ nh v trí ngư i s d ng. TOA là ño th i gian c a m t tín hi u lan truy n t máy phát m t v trí xác ñ nh t i máy thu. Kho ng cách t máy phát t i máy thu ñư c tính b ng cách nhân kho ng th i gian v i v n t c lan truy n c a tín hi u. ðo th i gian lan truy n c a tín hi u ñư c phát qu ng bá t nhi u máy phát cho phép xác ñ nh v trí máy thu.
  • 3. 1. Khái ni m xác ñ nh kho ng cách s d ng các phép ño TOA Ví d 1: Ngư i th y th xác ñ nh v trí tàu th y c a mình t ti ng còi phát t trên b . Tàu th y ñư c trang b m t ñ ng h chính xác. Ti ng còi ñư c phát theo nh p ñ u m i phút. Ngư i th y th nghe ti ng còi và xem ñ ng h . Th i gian ti ng còi t i tai th y th là 5s, t c ñ âm thanh 335m/s, v y kho ng cách t tàu ñ n tr m phát là 1675m.
  • 4. 1. Khái ni m xác ñ nh kho ng cách s d ng các phép ño TOA Xác ñ nh v trí b ng Xác ñ nh v trí b ng phép ño kho ng phép ño kho ng cách cách t 2 ngu n phát t 1 ngu n phát duy nh t
  • 5. 1. Khái ni m xác ñ nh kho ng cách s d ng các phép ño TOA Xác ñ nh v trí b ng phép ño kho ng cách t 3 ngu n phát
  • 6. 1. Khái ni m xác ñ nh kho ng cách s d ng các phép ño TOA V trí không ñư c xác ñ nh rõ ràng trong phép ño TOA do các ñ ng h không ñ ng b Bù l i ñ ng b ñ ng h chung Các l i ñ ng b ñ ng h ñ c l p
  • 7. 1. Khái ni m xác ñ nh kho ng cách s d ng các phép ño TOA Nguyên t c xác ñ nh v trí v i các tín hi u ño kho ng cách phát t v tinh GPS s d ng TOA ñ xác ñ nh v trí ngư i s d ng. ð tính toán ñư c v trí c n ño TOA t nhi u v tinh v i gi thi t v trí c a m i v tinh là ñã bi t. Tín hi u ño kho ng cách lan truy n v i v n t c ánh sáng (3 x 108m/s)
  • 8. 1. Khái ni m xác ñ nh kho ng cách s d ng các phép ño TOA Gi s tín hi u ño kho ng cách ñư c truy n t 1 v tinh và th i gian ñ ng b lý tư ng gi a ñ ng h v tinh và máy thu Kho ng cách R t máy thu t i v tinh ñư c xác ñ nh b ng cách nhân th i gian lan truy n tín hi u v i v n t c ánh sáng V i phép ño này, v trí máy thu ñâu ñó trên m t c u tâm là v tinh
  • 9. 1. Khái ni m xác ñ nh kho ng cách s d ng các phép ño TOA N u phép ño ñư c th c hi n ñ ng th i t i v tinh th 2 Máy thu n m ñâu ñó trên ñư ng tròn là ph n giao c a2m tc u
  • 10. 1. Khái ni m xác ñ nh kho ng cách s d ng các phép ño TOA N u phép ño ñư c th c hi n ñ ng th i t i v tinh th 3 V trí máy thu ñư c xác ñ nh là 1 trong 2 v trí ñ i x ng nhau qua m t ph ng các v tinh. V i ñi u ki n máy thu n m trên b m t trái ñ t thì có th lo i b 1 v trí
  • 11. 2. Các h t a ñ tham chi u ð bi u di n toán h c bài toán ñ nh v v tinh, c n ch n 1 h t a ñ tham chi u trong ñó bi u di n c v tinh và máy thu. Thông thư ng v tinh và máy thu ñư c bi u di n b i các véc-tơ v trí và v n t c trong h t a ñ ð -các. 2 h t a ñ ð các chính ñư c s d ng là h quán tính và h quay
  • 12. 2. Các h t a ñ tham chi u A. H t a ñ quán tính tâm trái ñ t (Earth-Centered Inertial Coordinate System - ECI) ECI ñư c s d ng ñ bi u di n các véc-tơ l c, gia t c, v n t c và v trí nh m di n gi i s chuy n ñ ng c a trái ñ t theo các lu t Newton ð nh nghĩa ECI: G ct añ tâm trái ñ t Tr c Z d c theo tr c quay c a trái ñ t Tr c X n m trên m t ph ng qu ñ o hư ng theo ñi m xuân phân (the vernal equinox ) – là hư ng giao c a m t ph ng xích ñ o v i m t ph ng qu ñ o trái ñ t quanh m t tr i. Tr c Y ñư c ñ nh nghĩa theo nguyên t c h t a ñ bàn tay ph i
  • 13. 2. Các h t a ñ tham chi u H t a ñ quán tính tâm trái ñ t – ECI còn ñư c g i là h t a ñ thiên văn (celestial) hay h t a ñ c ñ nh theo không gian (space-fixed) H t a ñ ECI chuy n ñ ng quanh m t tr i v i t c ñ bi n thiên nên ch có th coi nó là quán tính trong kho ng th i gian ng n Tr c quay c a trái ñ t cũng không c ñ nh trong không gian (hai tham s : precession và nutation) nên t a ñ c a các v t th trong vũ tr có thay ñ i chút ít. Giá tr precession và nutation bi n thiên theo chu kỳ và ñư c xác ñ nh chính xác t ng th i ñi m.
  • 14. 2. Các h t a ñ tham chi u B. H t a ñ c ñ nh theo trái ñ t tâm trái ñ t (Earth- centered Earth-fixed Coordinate System - ECEF) H t a ñ ECEF là này phù h p nh t ñ bi u di n v trí ngư i s d ng. ð nh nghĩa: G ct añ tâm trái ñ t Tr c Z c c c a trái ñ t Tr c X ñi qua ñi m giao c a kinh tuy n g c và m t ph ng xích ñ o Tr c Y ñư c ñ nh nghĩa theo nguyên t c h t a ñ bàn tay ph i
  • 15. Prime Meridian passes through the Royal Observatory, Greenwich in southeast London, United Kingdom
  • 16. 2. Các h t a ñ tham chi u Trong ñ nh nghĩa c a ECEF, s d ch chuy n c a c c trái ñ t (polar motion) c n ñư c xem xét. Thông thư ng c c trái ñ t d ch chuy n vài mét m t năm. Trong 100 năm qua, c c trái ñ t d ch chuy n theo 1 ñư ng g n tròn bán kính kho ng 15m. S d ch chuy n c a c c trái ñ t làm thay ñ i kinh ñ và vĩ ñ c a t t c C c trái ñ t d ch chuy n theo các ñi m trên trái ñ t. th i gian. Tr c Z theo ñơn v ngày, tr c X, Y theo ñơn v ð chính xác c a h t a ñ ECEF arcsec (0.1 arcsec ≈ 3 meters) có th ñ t ñ n vài cm ho c vài mm
  • 17. 2. Các h t a ñ tham chi u C. H t a ñ tr c ñ a WGS 84 (World Geodetic System) Mô hình v t lý chu n c a trái ñ t s d ng trong các ng d ng GPS là h t a ñ tr c ñ a WGS 84 c a B Qu c phòng M M t ph n c a WGS84 là mô hình chi ti t c a s b t thư ng c a l c h p d n c a trái ñ t. Các thông tin này là cơ s ñ ñ t ñư c ñ chính xác trong c a l ch trình v tinh, t ñó ñ t ñư c ñ chính xác trong tính toán v trí c a máy thu GPS.
  • 18. 2. Các h t a ñ tham chi u H t a ñ tr c ñ a WGS 84 k t h p h t a ñ ECEF v i h t a ñ ê-líp v i g c t a ñ tâm trái ñ t, và hình ê-lip tri n khai theo tr c Z. Hình d ng trái ñ t không ph i là ð l ch c a e-líp 1 hình c u mà có d ng e-líp, (eccentricity) là d t 2 c c và phình to xích ñ o Hình e-líp ñ c trưng b i bán tr c l n a = 6378,137km và bán tr c nh b = 6356,7523142km.
  • 19. 2. Các h t a ñ tham chi u ð nh nghĩa h t a ñ tr c ñ a: Vĩ ñ [Φ]: là góc ño trên m t ph ng kinh tuy n ñi qua P, t o b i ñư ng th ng tr c giao v i m t e- líp và m t ph ng xích ñ o , giá tr dương bán c u b c, âm bán φ' φ c u nam Kinh ñ [λ]: là góc ño trên m t λ ph ng xích ñ o gi a kinh tuy n g c và m t ph ng kinh tuy n qua ñi m P, giá tr dương theo hư ng ñông ð cao [h]: ño d c theo hư ng vuông góc v i m t e-líp.
  • 20. 2. Các h t a ñ tham chi u Chuy n ñ i gi a t a ñ ð -các ECEF và t a ñ tr c ñ a: u ( x u , y u , z u ) ⇒ (ϕ , λ , h )
  • 21. 2. Các h t a ñ tham chi u Chuy n ñ i gi a t a ñ ð -các ECEF và t a ñ tr c ñ a: (ϕ , λ , h ) ⇒ u ( x u , y u , z u ) Các hàm Matlab: wgslla2xyz.m wgsxyz2lla.m
  • 22. 2. Các h t a ñ tham chi u ð cao e-líp (h = EP): là ñ cao c a ñi m P phía trên m t e-líp. ð cao dương n u ñi m P xa tâm trái ñ t hơn ñi m E. ði m P có th trên ho c dư i b m t trái ñ t. Quan h gi a ñ cao ñ a hình, geoid và e-líp ð cao orthometric (H): ñư c xác ñ nh tương ñ i ð cao geoid (N): là ñ cao c a theo m t b m t g i là ñi m trên b m t geoid (ñi m G) geoid. Geoid là b m t trên so v i ñi m tương ng trên b m t ñó trư ng h p d n c a trái e-líp (ñi m E) ñ t là h ng s . B m t này còn ñư c g i là m c bi n h=H+N trung bình (mean sea level).
  • 23. Biên ñ thay ñ i c a ñ cao geoid thay ñ i, th p nh t c c nam n ñ -107m, cao nh t New Guinea + 85 m
  • 24. 2. Các h t a ñ tham chi u Các phép ño GPS cho k t qu là ñ cao e-líp vì ñ cao e-líp ñư c tính toán t t a ñ ECEF. ð ño chính xác ñ cao geoid c n có s li u chính xác v trư ng h p d n c a trái ñ t t i khu v c ño. Datum là b các ñi m tham chi u trên b m t trái ñ t, t i ñó các phép ño v trí ñư c th c hi n k t h p v i hình d ng trái ñ t ñã ñư c mô hình hóa ñ ñ nh nghĩa h t a ñ tr c ñ a.
  • 25. 3. Qu ñ o v tinh Các lu t Kepler mô t chuy n ñ ng c a các hành tinh quanh m t tr i Lu t th nh t: Qu ñ o c a m i hành tinh là hình e-líp v i m t tr i t i 1 trong 2 tiêu ñi m Johannes Kepler (27/12/1571 – 15/11/1630)
  • 26. 3. Qu ñ o v tinh Lu t th hai: Trong cùng 1 kho ng th i gian, ñư ng n i hành tinh và m t tr i t o thành hình d qu t có di n tích như nhau. • Hành tinh chuy n ñ ng nhanh hơn khi ñ n g n m t tr i
  • 27. 3. Qu ñ o v tinh Lu t th ba: Bình phương chu ky qu ñ o t l v i l p phương c a bán tr c l n c a qu ñ o c a nó [Kepler - 1619]. H ng s t l là như nhau v i m i hành tinh quanh m t tr i
  • 28. 3. Qu ñ o v tinh Năm 1687, 50 năm sau ngày Kepler m t, Newton ch ng minh s d ch chuy n c a hành tinh quanh m t tr i theo ñư ng e-líp th a mãn các lu t Kepler. Chuy n ñ ng c a v tinh GPS tuân theo lu t các lu t chuy n ñ ng c a Newton: “Gia t c c a tr ng tâm c a v t th t l v i l c tác d ng lên nó”
  • 29. 3. Qu ñ o v tinh
  • 30. 3. Qu ñ o v tinh
  • 31. 3. Qu ñ o v tinh
  • 32. 3. Qu ñ o v tinh ðăc trưng c a qu ñ o lý tư ng và v trí v tinh xác ñ nh b i các thành ph n Keplerian
  • 33. 3. Qu ñ o v tinh
  • 34.
  • 35. 3. Qu ñ o v tinh Qu ñ o c a v tinh b xáo tr n do nh hư ng c a các l c bên ngoài (Ví d : l c h p d n c a m t trăng, m t tr i, …) L c tác ñ ng lên v tinh GPS và nh hư ng t i gia t c
  • 36. 3. Qu ñ o v tinh
  • 37. Tính toán t a ñ v tinh v i s li u trong b n tin ñ nh v
  • 38.
  • 39.
  • 40.
  • 41. 4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN V tinh GPS truy n tín hi u ñi u ch tr i ph dãy tr c ti p DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). Tín hi u ño kho ng cách là các mã gi ng u nhiên PRN (pseudorandom) ñi u ch BPSK v i sóng mang. Mã gi ng u nhiên là dãy nh phân “trông” gi ng và có ñ c tính ph tương t dãy ng u nhiên, nhưng th c ra l i là xác ñ nh. Hai lo i mã ñư c phát qu ng bá b i v tinh GPS là: Mã ng n: mã C/A (Coarse/Acquisition), chu kỳ ~1ms Mã dài: mã P (Precision), chu kỳ ~7 ngày, m t mã hóa v i Y- code (dành riêng cho ngư i s d ng PPS)
  • 42. 4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN ði u ch DSSS
  • 43. 4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN Trong h t a ñ ECEF: ( xs , y s , z s ) r = s-u s Véc-tơ bi u di n v trí c a v tinh ( xu , yu , zu ) u Véc-tơ v trí ngư i s d ng r Véc-tơ bi u di n v trí tương ñ i gi a v tinh và ngư i s d ng ð l n c a véc-tơ bi u di n kho ng cách gi a v tinh và ngư i s d ng r = r = s-u
  • 44. 4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN Kho ng cách r ñư c xác ñ nh b ng cách ño kho ng th i gian tín hi u lan truy n t v tinh t i ăng-ten máy thu. Ví d : V tinh phát tín hi u v i pha mã xác ñ nh t i th i ñi m t1 Tín hi u ñ n máy thu t i th i ñi m t2 Th i gian tín hi u lan truy n ∆t = t2 – t1 Bên trong máy thu, m t phiên b n l p l i c a mã tr i ph ñư c phát t i th i ñi m t (so v i ñ ng h máy thu). Phiên b n mã bên trong máy thu ñư c d ch th i gian cho t i khi ñ t ñư c tương quan v i tín hi u thu ñư c. N u ñ ng h v tinh và ñ ng h máy thu hoàn toàn ñ ng b v i nhau, quá trình tương quan cho phép xác ñ nh ñư c th i gian lan truy n c a tín hi u.
  • 45.
  • 46. 4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN Nói chung, luôn có sai l ch (bias error) gi a ñ ng h máy thu và ñ ng h h th ng. ð ng h trên v tinh r t chính xác và ho t ñ ng ñ c l p, tuy nhiên v n c n ph i bù ñ i v i th i gian h th ng. B i v y, kho ng cách xác ñ nh t quá trình tương quan, trong ñó kho ng th i gian ñư c xác ñ nh t khác bi t gi a 2 ñ ng h không ñ ng b , ñư c g i là gi kho ng cách ρ (pseudorange)
  • 47. Ts : Th i gian h th ng t i th i ñi m tín hi u r i v tinh Tu : Th i gian h th ng t i th i ñi m tín hi u t i máy thu δt : Ph n bù c a ñ ng h v tinh t th i gian h th ng tu : Ph n bù c a ñ ng h máy thu t th i gian h th ng Ts+δt : ð ng h v tinh ñ c t i th i ñi m tín hi u r i v tinh Tu+tu : ð ng h v tinh ñ c t i th i ñi m tín hi u t i máy thu c : v n t c ánh sáng
  • 48. 4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN Có th vi t l i phương trình r = s-u như sau :
  • 49. 4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN Ph n bù c a ñ ng h v tinh t th i gian h th ng (δt) bao g m sai l ch và trư t. H th ng tr m giám sát m t ñ t s tính toán s a l i cho δt và truy n tr l i t i ngư i s d ng trong các b n tin ñ nh v . B i v y có th b qua δt và phương trình ñư c vi t l i như sau:
  • 50. 4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN ð xác ñ nh ñư c v trí Có th vi t thành h 4 ngư i s d ng (xu, yu, zu) phương trình v i 4 n s xu, và ph n bù tu, c n ph i ño yu, zu và tu như sau: các gi kho ng cách t i 4 v tinh: trong ñó j = 1, …, 4 tương ng v i các v tinh. trong ñó xj, yj, zj là v trí c a v tinh th j
  • 51. 4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN Gi i h phương trình phi tuy n b ng phương pháp l p và tuy n tính hóa. Gi kho ng cách gi a m t v tinh và máy thu ñư c bi u di n như sau: G i v trí x p x là và l i th i gian Gi kho ng cách ñư c tính x p x như sau:
  • 52. 4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN 4 n s xu, yu, zu và tu ñư c tính t v trí x p x và gia s : Và có th coi
  • 53. 4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN Khai tri n Taylor v i
  • 54. 4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN Chu i s k t thúc sau vi phân t ng ph n b c nh t ñ lo i b các thành ph n phi tuy n. Các vi phân t ng ph n như sau: trong ñó:
  • 55. 4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN Thay vào phương trình tính gi kho ng cách ta ñư c: Như v y ta ñã làm xong tuy n tính hóa phương trình trên v i 4 n s và ð thu n ti n cho vi c tính toán, ta s p x p l i phương trình trên v i các ñ i lư ng ñã bi t v trái, n s v ph i:
  • 56. 4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN ð ñơn gi n, ta ñ t: V y phương trình có th vi t l i như sau: H phương trình tuy n tính V i v tinh th j Gi i h phương trình ñ xác ñ nh4 n s và
  • 57. 4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN Vi t h phương trình dư i d ng ma tr n như sau: ð t Ta có phương trình Gi i phương trình ñư c k t qu :
  • 58. 4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN M i khi các n s ñư c tính, t a ñ máy thu l i ñư c c p nh t Phép tuy n tính hóa ti p di n t i khi ti n g n t i ñi m tuy n tính và ñ t giá tr ñ nh .
  • 59. 4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN Th c t , vi c ño kho ng cách th c gi a máy thu và v tinh có th b sai l ch do các l i ñ c l p nhau như nhi u, s thay ñ i ñư ng ñi c a v tinh so v i thông tin ephemeris, nhi u ña ñư ng, … Các l i này ñư c qui ñ i thành l i trong các thành ph n c a véc-tơ ∆x và ñư c bi u di n như sau: Trong ñó: : véc-tơ ch a l i ño gi kho ng cách : véc-tơ bi u di n l i v trí và bù ñ ng h
  • 60. 4. Xác ñ nh v trí s d ng mã PRN Có th t i thi u hóa l i trong b ng cách n u th c hi n ño t i nhi u hơn 4 v tinh (overdetermined solution). M i phép ño dư s cho 1 k t qu v i l i v trí ñ c l p. S d ng k thu t tính bình phương t i thi u (least mean squares) ñ x lý các phép ño dư s cho k t qu tính toán t t hơn.
  • 61. 5. Tính v n t c Cách 1: Ư c lư ng v n t c b ng ñ o hàm x p x v trí ngư i s d ng Trong ñó u: ɺ Véc-tơ v n t c 3 chi u u(t1 ), u(t2 ) : V trí nsd t i 2 th i ñi m, sai s nh u(t2 ) − u(t1 ) : Vi sai v trí
  • 62. 5. Tính v n t c Cách 2: ño v n t c b ng cách x lý các phép ño pha sóng mang v i vi c xác ñ nh chính xác t n s Doppler khi nh n tín hi u t v tinh. T n s Doppler ñư c t o ra t chuy n ñ ng tương ñ i gi a v tinh và nsd. T n s thu tăng khi v tinh ti n g n ñ n máy thu, gi m khi nó bay xa d n. Doppler b ng 0 là th i ñi m v tinh g n máy thu nh t.
  • 63. 5. Tính v n t c Phương trình Doppler như sau: fT : T n s tín hi u v tinh truy n fR : T n s tín hi u nh n vr : V trí tương ñ i gi a v tinh và nsd Véc-tơ ñơn v hư ng theo t m nhìn th ng t nsd a: t i v tinh c: T c ñ ánh sáng
  • 64. 5. Tính v n t c vr = v - u : ɺ Vi sai v n t c Véc-tơ v n t c v tinh ñư c tính t d li u v: ephemeris trong h t a ñ ECEF u: ɺ Véc-tơ v n t c 3 chi u trong h t a ñ ECEF vr ⋅ a : Véc-tơ bi u di n v n t c tương ñ i hư ng theo t m nhìn th ng t i v tinh T i t n s GPS L1, v i máy thu tĩnh ñ t trên m t ñ t, t c ñ t i ña theo hư ng t m nhìn th ng vào kho ng 800m/s, t n s Doppler cao nh t x p x 4KHz.
  • 65. 5. Tính v n t c Tính v n t c t t n s Doppler: Gi thi t: u : Véc-tơ v trí nsd (∆xu , ∆yu , ∆zu ) : L i sai l ch v trí nsd u = ( xu , yu , zu ) : C n tính v n t c nsd theo 3 chi u ɺ ɺ ɺ ɺ ɺ tu : Trư t ñ ng h nsd V i v tinh th j, t công th c tính Doppler, ta có:
  • 66. 5. Tính v n t c Trong ñó: fTj : T n s ñư c truy n t v tinh fj : Giá tr t n s ño ñư c t tín hi u v tinh th j f0 : T n s danh ñ nh ∆fTj : Bù t n s , giá tr ñư c c p f Rj : Giá tr t n s ño ñư c b sai nh t b i MCS và truy n l ch do trư t ñ ng h trong b n tin ñ nh v ɺ tu : T l trư t ñ ng h , ñơn v tính seconds/second, th hi n ñ ng h nsd nhanh hay ch m so v i GPS time
  • 67. 5. Tính v n t c Thay vào phương trình tính t n s Doppler và làm m t vài thao tác ta ñư c: Khai tri n phép nhân ma tr n, ta có: v j = (vxj , v yj , vzj ) Trong ñó: a j = (axj , a yj , azj ) u = ( xu , yu , zu ) ɺ ɺ ɺ ɺ
  • 68. 5. Tính v n t c Xét phương trình : Các bi n v trái ñ u ñư c tính toán và suy ra t các giá tr ño ñư c. a j k t qu t gi i pt ñ nh v , xác ñ nh v trí nsd v j xác ñ nh t d li u ephemeris fTj xác ñ nh t c p nh t hi u ch nh t n s (có th thay th b ng f ) 0 f j có th coi là delta range c a các ño ñ c c a máy thu
  • 69. 5. Tính v n t c ð cho ñơn gi n, ñ t T s f i / f Tj x p x 1, v y ta có: ɺ ɺ ɺ ɺ ɺ ñây ta có 4 n u = xu , yu , zu , tu có th ñư c xác ñ nh b ng cách s d ng các phép ño t i 4 v tinh. Gi i h pt tuy n tính theo phương pháp ma tr n.
  • 70. 5. Tính v n t c Vi t dư i d ng ma tr n Gi i ra cho k t qu là v n t c và trư t th i gian
  • 71. 5. Tính v n t c L i trong ño v n t c: Nhi u và multipath có th gây sai khi ư c lư ng t n s trong các phép ño pha. Tính toán v n t c ph thu c vào vi c xác ñ nh chính xác v trí nsd và thông tin v ephemeris và v n t c c a v tinh. N u có th nh n tín hi u t nhi u hơn 4 v tinh và s d ng k thu t tính toán bình phương t i thi u thì có th c i thi n ñ chính xác khi tính toán 4 n s .
  • 72. 6. Thời gian và GPS  UTC (Universal Time Coordinate): là thang đo thời gian phức hợp, bao gồm các đồng hồ nguyên tử đầu vào và thông tin về tốc độ quay của Trái đất.  TAI (International Atomic Time): là thang đo thời gian đồng nhất dựa trên chuẩn thời gian nguyên tử (được định nghĩa là đơn vị cơ sở của thời gian trong Hệ thống Quốc tế về Đơn vị đo) gọi là giây nguyên tử.  Giây nguyên tử là khoảng thời gian của 9.192.631.770 chu kỳ của bức xạ tương ứng với sự dịch chuyển giữa 2 mức năng lượng (hyperfine) của trạng thái ground của nguyên tử cesium 133.
  • 73. 6. Thời gian và GPS  MIPM (Bureau International des Poids at Measures) chịu trách nhiệm tính toán TAI. Chuẩn thời gian nguyên tử TAI được tổng hợp từ hơn 50 phòng thí nghiệm ở các quốc gia khác nhau. TAI còn được gọi là chuẩn thời gian “giấy” bởi nó không được giữ bởi một đồng hồ vật lý.  Một chuẩn thời gian khác sử dụng cho UTC là UT1. UT1 là chuẩn thời gian dựa trên đo đạc góc quay của trái đất so với mặt trời. Tuy nhiên UT1 cũng không là chuẩn thời gian đồng nhất do chính sự quay của trái đất là không ổn định.
  • 74. 6. Thời gian và GPS  UT1 cũng có trượt so với thời gian nguyên tử (khoảng vài mili-giây/ngày tương đương 1 giây/năm).  UTC là chuẩn thời gian vừa tuân theo sự quay của trái đất vừa là đồng nhất.  Khác biệt giữa UT1 và UTC không quá 0.9 giây.  UTC được đồng bộ với hệ thời gian mặt trời ở mức xấp xỉ 1 giây.  Thời gian GPS (thời gian hệ thống) tuân theo chuẩn UTC.
  • 75. 6. Thời gian và GPS  Thời gian GPS cũng là chuẩn thời gian “giấy”  Thời gian GPS được tính toán dựa trên quá trình thống kê đọc các đồng hồ nguyên tử trên vệ tinh cũng như các thành phần khác dưới mặt đất.  Thời gian GPS là chuẩn thời gian liên tục, không được điều chỉnh ngắt quãng (leap seconds).  Thời gian GPS và UTC hợp với nhau vào thời điểm 0h mùng 6 tháng Giêng năm 1980.  Hiện tại thời gian GPS đi trước UTC khoảng 15 giây. < http://leapsecond.com/java/gpsclock.htm >