Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864 Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net Download luận án tiến sĩ ngành kĩ thuật trắc địa với đề tài: Nghiên cứu thuật toán và xây dựng chương trình xử lý số liệu GNSS dạng RINEX nhằm phát triển ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh ở Việt Nam

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
NGUYỄN GIA TRỌNG
NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH
XỬ LÝ SỐ LIỆU GNSS DẠNG RINEX NHẰM PHÁT TRIỂN
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ VỆ TINH Ở VIỆT NAM
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2019

2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
NGUYỄN GIA TRỌNG
NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH
XỬ LÝ SỐ LIỆU GNSS DẠNG RINEX NHẰM PHÁT TRIỂN
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ VỆ TINH Ở VIỆT NAM
Ngành : Kỹ thuật trắc địa - bản đồ
Mã số : 9520503
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS ĐẶNG NAM CHINH
HÀ NỘI - 2019

3. i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng
tôi. Các kết quả nghiên cứu trong luận án có được trên cơ sở tìm hiểu tài liệu, phân
tích một cách trung thực, khách quan và áp dụng trong điều kiện thực tiễn của Việt
Nam. Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác.
Nghiên cứu sinh
Nguyễn Gia Trọng

4. ii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
MỤC LỤC.................................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC HÌNH...........................................................................................v
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................... xii
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THUẬT TOÁN VÀ PHẦN MỀM XỬ LÝ SỐ
LIỆU GNSS................................................................................................................7
1.1 Các kết quả nghiên cứu ở nước ngoài ...............................................................7
1.1.1 Các kết quả nghiên cứu về thuật toán ................................................................7
1.1.2 Các kết quả nghiên cứu xây dựng phần mềm ..................................................10
1.2 Các kết quả nghiên cứu ở Việt Nam................................................................23
1.2.1 Các kết quả nghiên cứu về thuật toán xử lý số liệu GNSS ..............................23
1.2.2 Các kết quả nghiên cứu xây dựng phần mềm ..................................................25
1.3 Phạm vi nghiên cứu của luận án......................................................................29
CHƯƠNG 2. TRỊ ĐO GNSS VÀ VẤN ĐỀ HIỆU CHỈNH ẢNH HƯỞNG CỦA
CÁC NGUỒN SAI SỐ ĐỐI VỚI TRỊ ĐO............................................................30
2.1 Trị đo GNSS.......................................................................................................30
2.1.1 Trị đo khoảng cách giả.....................................................................................30
2.1.2 Trị đo pha sóng tải............................................................................................32
2.1.3 Trị đo doppler...................................................................................................34
2.2 Các nguồn sai số trong trị đo GNSS và biện pháp khắc phục......................35
2.2.1 Các nguồn sai số liên quan đến vệ tinh............................................................35
2.2.2 Các nguồn sai số liên quan đến máy thu..........................................................38
2.2.3 Các nguồn sai số liên quan đến môi trường truyền tín hiệu.............................39
2.3 Dữ liệu đo chuyển về định dạng RINEX.........................................................44
2.3.1 Thông tin trong tệp thông tin trị đo..................................................................45
2.3.2 Thông tin trong tệp thông tin đạo hàng............................................................46

5. iii
CHƯƠNG 3. THUẬT TOÁN GIẢI BÀI TOÁN ĐỊNH VỊ TUYỆT ĐỐI VÀ
ĐỊNH VỊ TƯƠNG ĐỐI ..........................................................................................51
3.1 Bài toán định vị tuyệt đối..................................................................................51
3.1.1 Bài toán định vị tuyệt đối thông thường (tiêu chuẩn) ......................................51
3.1.2 Tính số hiệu chỉnh khoảng cách theo thời gian................................................58
3.1.3 Tính trọng số ....................................................................................................61
3.1.4 Phép lọc Kalman và ứng dụng của phép lọc Kalman trong giải bài toán SPP 63
3.1.3 Bài toán định vị tuyệt đối chính xác ................................................................66
3.2 Bài toán định vị tương đối................................................................................72
3.2.1 Hiệu của các trị đo............................................................................................72
3.2.2 Thuật toán định vị tương đối tĩnh.....................................................................75
3.2.3 Vấn đề ước lượng phương sai ..........................................................................81
3.2.4 Quy chuyển cạnh từ các tâm ăng ten về các tâm mốc trắc địa ........................83
3.2.5 Thuật toán định vị tương đối động...................................................................89
3.3 Giải số nguyên đa trị.........................................................................................92
3.3.1 Quy trình chung khi giải số nguyên đa trị........................................................92
3.3.2 Vấn đề làm giảm tương quan giữa các hiệu số nguyên đa trị..........................93
3.3.3 Các phương pháp tìm kiếm số nguyên đa trị ...................................................94
CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ SỐ LIỆU GNSS VÀ
TÍNH TOÁN THỰC NGHIỆM.............................................................................98
4.1 Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình......................................................................98
4.2 Thiết kế phần mềm............................................................................................99
4.2.1 Nguyên tắc chung khi thiết kế phần mềm........................................................99
4.2.2 Giới thiệu về chương trình đã được xây dựng ...............................................100
4.3 Giới thiệu về số liệu thực nghiệm và các phương án tính thực nghiệm.....107
4.3.1 Giới thiệu về số liệu thực nghiệm định vị tuyệt đối.......................................107
4.3.2 Các phương án tính toán thực nghiệm định vị tuyệt đối................................108
4.3.3 Giới thiệu về số liệu thực nghiệm định vị tương đối .....................................110
4.4 Kết quả tính toán thực nghiệm định vị tuyệt đối .........................................111

6. iv
4.4.1 Kết quả tính theo phương án 1.......................................................................111
4.4.2 Kết quả tính theo phương án 2.......................................................................113
4.4.3 Kết quả tính theo phương án 3.......................................................................117
4.4.4 Kết quả tính theo phương án 4.......................................................................119
4.4.5 Kết quả tính theo phương án 5.......................................................................122
4.4.6 Kết quả tính theo phương án 6.......................................................................126
4.5 Kết quả tính thực nghiệm định vị tương đối ................................................129
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................133
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ....................................................135
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................139
Phụ lục A: Kết quả xử lý số liệu điểm Đan Phượng bằng phần mềm Bernese 5.0 .....149
Phụ lục B: Kết quả định vị tuyệt đối các điểm thực nghiệm theo các phương án
khác nhau.................................................................................................................150
Phụ lục C: Kết quả định vị tuyệt đối điểm DANP trong trường hợp có và không xét
đến hiện tượng nhảy đồng hồ máy thu....................................................................165
Phụ lục D: Tọa độ tuyệt đối của các điểm xác định được khi sử dụng kết hợp trị đo
pha sóng tải và trị đo khoảng cách giả theo mã ......................................................167

7. v
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Giao diện chính của phần mềm Trimble Business Center.........................10
Hình 1.2 Giao diện chính của phần mềm Trimble Total Control .............................11
Hình 1.3 Giao diện chính của chương trình Hi-Target Geomatics Office................11
Hình 1.4 Giao diện khi nhập số liệu xử lý bằng OPUS ............................................22
Hình 2.1 Đồ thị minh họa hiện tượng nhảy đồng hồ máy thu GB-1000 ..................32
Hình 2.2 Quy trình chuyển từ dữ liệu thô sang định dạng dữ liệu RINEX ..............44
Hình 3.1 Các yếu tố trên mặt cầu phụ trợ .................................................................59
Hình 3.2 Mối quan hệ giữa các yếu tố trong đo cao ăng ten máy thu ......................83
Hình 3.3 Chiều cao ăng ten máy thu tại hai điểm M1 và M2 ....................................87
Hình 4.2 Giao diện của chức năng nhập dữ liệu.....................................................102
Hình 4.3 Cửa sổ nhập dữ liệu..................................................................................102
Hình 4.4 Lựa chọn phương pháp định vị tuyệt đối.................................................103
Hình 4.5 Giao diện cài đặt thông tin cho giải bài toán SPP....................................104
Hình 4.6 Giao diện cài đặt thông tin cho bài toán PPP...........................................104
Hình 4.7 Nhập các hệ số alpha, beta cho mô hình Klobuchar................................106
Hình 4.8 Nhập các tham số trong xử lý cạnh..........................................................106
Hình 4.9a Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm DANP tính theo phương án 1 .......112
Hình 4.9b Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm KUNM tính theo phương án 1......112
Hình 4.9c Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm PIMO tính theo phương án 1 ........113
Hình 4.10a Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm DANP tính theo phương án 2 .....114
Hình 4.10b Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm KUNM tính theo phương án 2....114
Hình 4.10c Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm PIMO tính theo phương án 2 ......115
Hình 4.11a Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm DANP tính theo phương án 2_1 .115
Hình 4.11b Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm KUNM tính theo phương án 2_1116
Hình 4.11c Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm PIMO tính theo phương án 2_1 ..116
Hình 4.12a Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm DANP tính theo phương án 3 .....117
Hình 4.12b Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm KUNM tính theo phương án 3....118

8. vi
Hình 4.12c Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm PIMO tính theo phương án 3 ......118
Hình 4.13a Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm DANP tính theo phương án 4 .....119
Hình 4.13b Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm KUNM tính theo phương án 4....119
Hình 4.13c Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm PIMO tính theo phương án 4 ......120
Hình 4.14a Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm DANP tính theo phương án 4_1 .120
Hình 4.14b Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm KUNM tính theo phương án 4_1121
Hình 4.14b Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm PIMO tính theo phương án 4_1 ..121
Hình 4.15a Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm DANP tính theo phương án 5 .....122
Hình 4.15b Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm KUNM tính theo phương án 5....123
Hình 4.15c Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm PIMO tính theo phương án 5 ......123
Hình 4.16a Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm DANP tính theo phương án 5_1 .124
Hình 4.16b Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm KUNM tính theo phương án 5_1 ......125
Hình 4.16c Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm PIMO tính theo phương án 5_1 ..125
Hình 4.17a Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm DANP tính theo phương án 6 .....127
Hình 4.17b Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm KUNM tính theo phương án 6....128
Hình 4.17c Đồ thị biểu diễn độ lệch vị trí điểm PIMO tính theo phương án 6 ......128

9. vii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Tiếng Anh đầy đủ Dịch sang tiếng Việt
ADOP Ambiguity Dilution Of
Precesion
Độ suy giảm độ chính xác số
nguyên lần bước sóng
ANTEX the ANTenna EXchange format Định dạng chuyển đổi ăng ten
ASCII American Standard Code for
Information Interchange
Chuẩn mã trao đổi thông tin của
Hoa Kỳ
BINEX BINary Exchange Phương thức chuyển đổi nhị phân
BIQUE Best Invariant Quadratic
Unbiased Estimate
Ước lượng bình phương không
chệch tốt nhất
BLQ Tệp chứa các hệ số triều dùng để
tính hiệu chỉnh ảnh hưởng của tải
trọng đại dương
BLUE Best Linear Unbiased Estimate Ước lượng tuyến tính không
chệch tốt nhất
CDDIS Crustal Dynamics Data
Information System
Hệ thống thông tin dữ liệu địa
động lực vỏ trái đất
CHAMP Challenging Minisatellite
Payload
Vệ tinh CHAMP (của châu Âu)
CODE Center for Orbit Determination
in Europe
Trung tâm tính toán quỹ đạo vệ
tinh châu Âu
CORS Continuously Operating
Reference Station
Trạm tham chiếu thu tín hiệu liên
tục
DCB Difference Code-Bias Hiệu độ lệch giữa các trị đo
khoảng cách giả theo mã
DGPS Differential Global Positioning
System
Phương pháp định vị vi phân
GGSP Galileo Geodetic Service
Provider
Trung tâm cung cấp dịch vụ trắc
địa Galileo

10. viii
GIS Geographic Information
System
Hệ thống thông tin địa lý
GLONASS GLObal NAvigation Satellite
System
Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn
cầu (của Nga)
GPS Global Positioning System
(NAVSTAR GPS)
Hệ thống định vị toàn cầu (của
Mỹ)
GPT Global Pressure and
Temperature
Mô hình áp suất và khí quyển
toàn cầu
GNSS Global Navigation Satellite
System
Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn
cầu
GNSS-R GNSS-Reflectometry Phương pháp đo GNSS phản xạ
GRACE The Gravity Recovery and
Climate Experiment
Vệ tinh GRACE của Châu Âu
IB Integer Boot-strapping Phương pháp làm tròn số nguyên
đa trị có điều kiện
IERS International Earth Rotation
and Reference Systems Service
Tổ chức dịch vụ quốc tế về
chuyển động quay trái đất và hệ
quy chiếu
IGS International GNSS Service Tổ chức dịch vụ GNSS quốc tế
ILS Integer Least-Squares Phương pháp bình phương số
nguyên nhỏ nhất
INS Inertial Navigation System Hệ thống dẫn đường quán tính
IONEX IONosphere Map EXchange
format
Định dạng bản đồ tầng điện ly
IR Integer Rounding Phương pháp làm tròn cho số
nguyên đa trị
IRNSS Indian Regional Navigation
Satellite System
Hệ thống vệ tinh dẫn đường khu
vực của Ấn Độ

11. ix
JPL Jet Propulsion Laboratory Phòng nghiên cứu phản lực của
NASA
LAMBDA Least-squares AMBiguity
Decorrelation Adjustment
Phương pháp tìm kiếm số nguyên
đa trị LAMBDA
LS-VCE Least-Squares Variance Co-
variance Estimation
Ước lượng các thành phần của ma
trận hiệp phương sai theo nguyên
lý số bình phương nhỏ nhất
MINQUE MInimum Norm Quadratic
Unbiased Estimate
Ước lượng chuẩn bình phương
không chệch nhỏ nhất
NMEA National Marine Electronics
Association
Hiệp hội điện tử hàng hải quốc
gia
NTRIP Network Transport of RTCM
via Internet Protocol
Mạng lưới vận chuyển của
RTCM qua giao thức internet
OPUS Online Positioning User
Service
Dịch vụ xử lý số liệu trực tuyến
của Mỹ
PCF Process Control File Tệp điều khiển quy trình
PCO Phase Center Offset Độ lệch giữa tâm pha trung bình
với điểm tham chiếu đo cao ăng
ten
PCV Phase Center Variation Biến thiên tâm pha ăng ten
PPK Post Processing Kinematic Phương pháp đo động xử lý sau
PPP Precise Point Positioning Định vị tuyệt đối chính xác
PWV Precipitable Water Vapour Tổng lượng hơi nước tích tụ
QIF Quasi Ionosphere Free strategy Giải pháp gần loại trừ ảnh hưởng
của tầng điện ly
QZSS Quasi-Zenith Satellite System Hệ thống vệ tinh tựa thiên đỉnh
(Nhật Bản)
RINEX Receiver INdependent
Exchange format
Định dạng dữ liệu độc lập với
máy thu

12. x
RMS Root Mean Square error Sai số trung phương trọng số đơn
vị
RTCA Radio Technical Commission
for Aeronautics
Ủy ban kỹ thuật vô tuyến vũ trụ
RTCM Radio Technical Commission
for Maritime Services
Ủy ban kỹ thuật vô tuyến cho
dịch vụ hàng hải
RTK Real-Time Kinematic Phương pháp đo tương đối động
tức thời
SA Selective Availability Sử dụng có lựa chọn
SBAS Satellite-based Augmentation
Systems
Hệ thống tăng cường vệ tinh
SINEX Solution INdependent
EXchange format
Định dạng lời giải độc lập
SPP Standard Point Positioning Định vị thông thường (tiêu chuẩn)
STEC Slan Total Electron Content Ảnh hưởng của tầng điện ly theo
phương truyền sóng tín hiệu
SVD Singular Value Decomposition Phương pháp phân tách ma trận
SVD
TBC Trimble Business Center Phần mềm xử lý số liệu GNSS -
TBC
TEC Total Electron Content Tổng lượng điện tử theo phương
truyền sóng tín hiệu
TEQC Phần mềm thống nhất xử lý sơ bộ
số liệu định vị vệ tinh đa hệ
TGO Trimble Geomatic Office Phần mềm TGO (của hãng
Trimble)
TRANSIT Hệ thống vệ tinh dẫn đường của
hải quân Mỹ

13. xi
TTC Trimble Total Control Phần mềm xử lý số liệu GNSS -
TTC
UAV Unmanned Aerial Vehicle Thiết bị bay không người lái
VMF Vienna Mapping Function Hàm ánh xạ Vienna
VRS Virtual Reference Station Trạm tham chiếu ảo
VTEC Vertical Total Electron Content Tổng lượng điện tử theo phương
thiên đỉnh

14. xii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Thống kê các phương pháp giải số nguyên đa trị........................................9
Bảng 2.1 Độ chính xác xác định tọa độ vệ tinh theo thời gian .................................37
Bảng 2.2 Kí hiệu các thành phần thông tin quỹ đạo của một vệ tinh .......................47
Bảng 2.3 Cấu trúc thông tin 4 dòng miêu tả quỹ đạo vệ tinh Glonass trong 1 thời
điểm...........................................................................................................................49
Bảng 3.1 Trọng số tiên nghiệm khi giải bài toán định vị tuyệt đối...........................66
Bảng 4.1 Thông tin về số liệu thực nghiệm định vị tuyệt đối.................................107
Bảng 4.2 Tọa độ các điểm xác định được trong ITRF............................................108
Bảng 4.3 Giá trị phương sai tiên nghiệm của các ẩn số khi giải bài toán sử dụng
phép lọc Kalman .....................................................................................................110
Bảng 4.4 Thông tin về các cạnh đo.........................................................................110
Bảng 4.5 Phần trăm giá trị độ lệch vị trí của các điểm theo phương án 1 ..............111
Bảng 4.6 Phần trăm giá trị độ lệch vị trí của các điểm theo phương án 2 ..............113
Bảng 4.7 Phần trăm giá trị độ lệch vị trí của các điểm theo phương án 3 ..............117
Bảng 4.8 Phần trăm giá trị độ lệch vị trí của các điểm theo phương án 4 ..............119
Bảng 4.9 Phần trăm giá trị độ lệch vị trí của các điểm theo phương án 5 ..............122
Bảng 4.10 Phần trăm giá trị độ lệch vị trí của các điểm theo phương án 6 ............127
Bảng 4.11 Kết quả tính cạnh giữa các tâm pha ăng ten..........................................129
Bảng 4.12 Kết quả tính số hiệu chỉnh do độ cao ăng ten........................................129
Bảng 4.13 Kết quả tính cạnh giữa các tâm mốc......................................................129
Bảng 4.14 Kết quả giải cạnh bằng phần mềm TBC................................................130
Bảng 4.15 Kết quả giải cạnh bằng phần mềm HGO...............................................130
Bảng 4.16 So sánh kết quả giải cạnh giữa phần mềm tự lập với kết quả tính bằng
phần mềm HGO lời giải dạng triple........................................................................130
Bảng 4.17 So sánh kết quả giải cạnh bằng phần mềm tự lập với kết quả tính bằng
phần mềm HGO lời giải dạng fixed........................................................................131
Bảng 4.18 So sánh kết quả giải cạnh bằng phần mềm tự lập với phần mềm TBC.131

15. 1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trên thế giới, vấn đề nghiên cứu về công nghệ định vị vệ tinh nói chung;
nghiên cứu về thuật toán và xây dựng chương trình xử lý số liệu GNSS nói riêng đã
và đang diễn ra sâu, rộng để tạo dựng thành chu trình khép kín từ phần cứng tới
phần mềm cho các ứng dụng của công nghệ GNSS. Trong định vị vệ tinh có hai bài
toán cơ bản là định vị tuyệt đối và định vị tương đối. Theo mức độ chính xác, định
vị tuyệt đối chia làm hai bài toán là bài toán SPP và bài toán PPP. Trong định vị
tương đối, tùy thuộc trạng thái của máy thu và thời gian xử lý chia thành các
phương pháp định vị tương đối tĩnh, tương đối động xử lý sau và tương đối động
tức thời. Việc sử dụng trị đo pha sóng tải để giải các bài toán định vị giúp nâng cao
độ chính xác giải bài toán nhưng đồng thời cũng phát sinh bài toán giải (xác định)
số nguyên đa trị (số nguyên lần bước sóng) trong trị đo pha sóng tải. Sự phát triển
của công nghệ chế tạo máy thu GNSS và mạng thông tin internet cho ra đời mạng
lưới các trạm thu tín hiệu liên tục và phương thức xử lý dữ liệu trực tuyến. Bên cạnh
sự phát triển các bài toán và phương pháp định vị, vấn đề nghiên cứu ứng dụng tín
hiệu GNSS trong nghiên cứu địa động, nghiên cứu khí quyển cũng diễn ra rất mạnh
mẽ. Trong sự phát triển đó, không thể không nhắc đến vai trò của các trường đại
học với các nghiên cứu về thuật toán cũng như xây dựng phần mềm mà trong đó
phải nhắc tới là Viện thiên văn thuộc Đại học Bern (Thụy Sỹ), đó là một điển hình
về phát triển phần mềm xử lý số liệu GNSS.
Được đưa vào Việt Nam từ những năm 1990, công nghệ GNSS cũng đã
chứng tỏ được ưu thế vượt trội so với các công nghệ khác khi sử dụng trong các đơn
vị sản xuất trắc địa - bản đồ. Về nghiên cứu ứng dụng công nghệ GNSS cũng như
nghiên cứu thuật toán xử lý số liệu GNSS, đã có các công trình được công bố bởi
một số nhà khoa học như PGS.TS Đặng Nam Chinh, PGS.TSKH Hà Minh Hòa,
PGS.TS Nguyễn Ngọc Lâu … cung cấp kiến thức tổng quát về công nghệ GNSS.
Đã có các công bố về nghiên cứu xây dựng phần mềm như PGS.TSKH Hà Minh
Hòa, PGS.TS Nguyễn Ngọc Lâu công bố gói phần mềm GUST dùng để xử lý cạnh

16. 2
dài; TS Nguyễn Thị Thanh Hương và nhiều người khác đã công bố kết quả xây
dựng phần mềm GNSS-PRO xử lý dữ liệu cạnh ngắn kết hợp tín hiệu
GPS/GLONASS; Trung tâm NAVIS (Đại học Bách khoa Hà Nội) đã xây dựng giải
pháp định vị (cả phần cứng và phần mềm) độ chính xác cao dựa trên các trạm tham
chiếu. Tuy nhiên, cho đến thời điểm hiện tại việc ứng dụng công nghệ GNSS ở Việt
Nam vẫn thuần túy dựa trên máy và phần mềm của nước ngoài. Với các ứng dụng
GNSS rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, nhu cầu xây dựng phần mềm GNSS nhằm
chủ động trong ứng dụng công nghệ này tại Việt Nam là nhu cầu cần thiết. Cùng
với việc công bố kết quả xây dựng phần mềm, các tác giả đã công bố thuật toán xử
lý số liệu GNSS tuy nhiên đa số các công bố mới chỉ ở dạng rời rạc, không thành
quy trình tính cụ thể và chưa đầy đủ (thiếu các thuật toán về PPP, RTK ….).
Tháng 9 năm 2011, khi mà đa số các đơn vị sản xuất trong lĩnh vực trắc địa -
bản đồ tại Việt Nam đang quen với việc sử dụng phần mềm GPSurvey 2.35, TGO
thì hai phần mềm này hết thời gian sử dụng. Việc đột ngột dừng không hỗ trợ cho
các phần mềm GPSurvey 2.35, TGO đã khiến nhiều đơn vị sản xuất chậm bàn giao
thành quả do đo xong mà không xử lý được số liệu. Đây là một minh chứng rõ nét
về việc cần chủ động trong khai thác, sử dụng công nghệ tại Việt Nam. Việc mua
phần mềm của nước ngoài rất tốn kém về kinh tế (1 phiên bản phần mềm thông
dụng có giá vài nghìn đô la Mỹ, 1 phiên bản phần mềm chuyên dụng như Bernese
giá hơn 20 nghìn đô la Mỹ). Người Việt Nam vốn có năng khiếu về công nghệ
thông tin nói chung và lập trình nói chung nhưng sau hơn 30 năm ứng dụng công
nghệ GNSS tại Việt Nam vẫn dùng phần mềm của nước ngoài.
Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai, trường Đại học Mỏ - Địa chất là
cơ sở đào tạo lớn về trắc địa - bản đồ của cả nước nhưng cho đến thời điểm hiện tại
vẫn chỉ đơn thuần sử dụng phần mềm của nước ngoài trong giảng dạy định vị vệ
tinh cho các bậc học. Để có thể nâng cao chất lượng đào tạo đáp ứng yêu cầu của xã
hội nhất thiết phải xây dựng nhóm nghiên cứu mạnh về xử lý số liệu GNSS nói
chung và xây dựng phần mềm xử lý số liệu GNSS nói riêng.

17. 3
Để có thể xây dựng phần mềm xử lý số liệu nhằm chủ động trong ứng dụng
công nghệ GNSS ở Việt Nam nhất thiết cần phải tiếp tục nghiên cứu về thuật toán
xử lý số liệu GNSS. Đối với các đơn vị không sản xuất máy thu, nghiên cứu xử lý
số liệu GNSS từ định dạng RINEX là hướng đi hợp lý giống như cách làm của các
trường đại học trên thế giới (ví dụ như Đại học Bern - Thụy Sỹ).
Xuất phát từ các yêu cầu nêu trên, việc lựa chọn đề tài “Nghiên cứu thuật
toán và xây dựng chương trình xử lý số liệu GNSS dạng RINEX nhằm phát
triển ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh ở Việt Nam” mang ý nghĩa khoa học và
thực tiễn cao.
2. Mục đích nghiên cứu của luận án
- Làm rõ các thuật toán giải bài toán định vị tuyệt đối và định vị tương đối.
- Xây dựng chương trình xử lý số liệu định vị vệ tinh từ định dạng RINEX.
3. Đối tượng nghiên cứu
- Định dạng dữ liệu RINEX.
- Phương pháp hiệu chỉnh ảnh hưởng của các nguồn sai số đối với trị đo GNSS.
- Thuật toán giải các bài toán định vị vệ tinh.
- Phương pháp xây dựng chương trình xử lý số liệu GNSS.
4. Phạm vi nghiên cứu
- Thuật toán giải các bài toán định vị vệ tinh từ dữ liệu RINEX.
- Mặc dù tên luận án có đề cập đến xử lý dữ liệu GNSS nhưng luận án này
chủ yếu tập trung nghiên cứu các thuật toán xử lý dữ liệu GPS một tần số. Bài toán
xử lý số liệu GNSS sử dụng trị đo một tần số là bài toán cơ bản, việc nắm rõ và
tường minh quy trình tính bài toán này sẽ tạo điều kiện phát triển giải các bài toán
nhiều tần số.
5. Nội dung nghiên cứu
- Các trị đo trong công nghệ GNSS và định dạng dữ liệu.
- Ảnh hưởng của các nguồn sai số đối với trị đo GNSS và biện pháp khắc phục.
- Phương pháp xác định tọa độ vệ tinh từ lịch vệ tinh quảng bá và lịch vệ tinh
chính xác.

18. 4
- Thuật toán tìm kiếm số nguyên đa trị.
- Ứng dụng phép lọc Kalman trong xử lý số liệu định vị vệ tinh.
- Quy trình giải bài toán định vị tuyệt đối và định vị tương đối xử lý sau.
6. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thu thập tài liệu: Thu thập tài liệu, số liệu liên quan đến nội
dung của luận án.
- Phương pháp phân tích: Phân tích những gì các tác giả khác đã làm được,
những gì cần tiếp tục thực hiện, ưu nhược điểm của các phương pháp xử lý số liệu
định vị vệ tinh …
- Phương pháp tổng hợp: Dựa trên các tài liệu thu thập được tiến hành tổng
hợp kiến thức để tìm được các nội dung kiến thức phù hợp nhất cho luận án.
- Phương pháp mô hình hóa: Nghiên cứu xây dựng một số thuật toán trong
xử lý số liệu định vị vệ tinh.
- Phương pháp thực nghiệm: Dựa trên các thuật toán đã lựa chọn, xây dựng
chương trình tính thực nghiệm của luận án.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
- Đã xác lập cơ sở khoa học và phương pháp luận xây dựng thuật toán xử lý
dữ liệu GNSS dạng RINEX phục vụ lập trình giải các bài toán định vị vệ tinh.
- Kết quả nghiên cứu của luận án có thể được ứng dụng để xử lý dữ liệu
GNSS dạng RINEX trong các nội dung định vị trên lãnh thổ Việt Nam.
8. Các luận điểm bảo vệ và các luận điểm mới của luận án
a. Các luận điểm bảo vệ
Luận điểm 1: Xử lý số liệu GNSS được thực hiện trong hệ 4D (không gian
- thời gian) với các trị đo và sai số liên tục biến đổi, vì thế vấn đề đồng bộ thời gian
và tính toán các số cải chính thay đổi theo thời gian mang tính quyết định tới chất
lượng của lời giải các bài toán định vị. Phương pháp đồng bộ hóa thời gian bằng
cách tính số cải chính thay đổi khoảng cách theo thời gian đảm bảo yêu cầu về đồng
bộ hóa thời gian trong xử lý số liệu GNSS.

19. 5
Luận điểm 2: Phương pháp tính trọng số bằng cách ước lượng phương sai
theo tiêu chuẩn của Ủy ban vô tuyến vũ trụ (RTCA) cho hiệu quả cao hơn phương
pháp tính trọng số theo hàm của góc cao vệ tinh.
Luận điểm 3: Chương trình xử lý số liệu GNSS đã được xây dựng cho
phép xử lý sau bài toán định vị tuyệt đối có độ chính xác tương đương định vị vi
phân (DGPS) phục vụ định vị trên biển.
b. Các điểm mới của luận án
- Đề xuất công thức đồng bộ thời gian do đạo hàm bậc nhất của khoảng
cách theo thời gian.
- Đề xuất công thức tính chuyển chiều dài cạnh từ các tâm ăng ten về các
tâm mốc trắc địa.
- Ứng dụng thành công phương pháp ước lượng phương sai của các nguồn
sai số đối với trị đo theo tiêu chuẩn của RTCA và phép lọc Kalman trong xử lý số
liệu GNSS.
- Đề xuất ứng dụng thuật toán giải bài toán định vị tuyệt đối trong trường
hợp nhảy đồng hồ máy thu.
9. Kết cấu của luận án
Gồm 3 phần chính:
(1) Phần mở đầu: Giới thiệu về tính cấp thiết của luận án, mục đích nghiên
cứu của luận án, phương pháp nghiên cứu, nội dung nghiên cứu, những luận điểm
bảo vệ và những điểm mới của luận án.
(2) Phần nội dung gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về thuật toán và phần mềm xử lý số liệu GNSS
Chương 2: Trị đo GNSS và vấn đề hiệu chỉnh ảnh hưởng của các nguồn sai
số đối với trị đo
Chương 3: Thuật toán giải bài toán định vị tuyệt đối và định vị tương đối
Chương 4: Xây dựng chương trình xử lý số liệu GNSS và tính toán thực nghiệm
(3) Phần kết luận và kiến nghị.

20. 6
10. Cơ sở tài liệu
- Số liệu sử dụng trong tính toán thực nghiệm là các số liệu đo tại Việt Nam
và trên thế giới đã được chuyển đổi về định dạng RINEX, các dữ liệu phụ trợ được
lấy về từ internet.
- Nghiên cứu sinh đã tham khảo tài liệu từ các đề tài mà mình trực tiếp tham
gia và các báo cáo tổng kết đề tài, nhiều bài báo, công trình trong và ngoài nước liên
quan đến nghiên cứu thuật toán và xây dựng chương trình xử lý số liệu GNSS.
11. Lời cảm ơn
Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Đặng Nam Chinh,
các thầy cô giáo trong Bộ môn Trắc địa cao cấp, Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý
đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã tận tình giúp đỡ, góp ý và tạo những điều
kiện tốt nhất để nghiên cứu sinh có thể hoàn thành nhiệm vụ của mình.
Trân trọng cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa, các thầy cô giáo trong Khoa, các
nhà khoa học trong và ngoài trường đã quan tâm, đóng góp ý kiến để nghiên cứu
sinh hoàn thiện tốt hơn bản luận án của mình.
Đặc biệt gửi lời cảm ơn tới tất cả các thành viên trong gia đình đã dành
những điều kiện tốt nhất về tinh thần và vật chất để tôi có thể hoàn thành tốt nhất
khóa học của mình.

21. 7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THUẬT TOÁN VÀ PHẦN MỀM
XỬ LÝ SỐ LIỆU GNSS
1.1 Các kết quả nghiên cứu ở nước ngoài
1.1.1 Các kết quả nghiên cứu về thuật toán
Công nghệ GPS nói riêng và công nghệ GNSS nói chung đang được ứng
dụng trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội. Để có các kết quả như vậy, đã có rất
nhiều các nghiên cứu sâu, rộng về chế tạo vệ tinh, chế tạo máy thu, thuật toán giải
các bài toán cũng như xây dựng các phần mềm xử lý số liệu GNSS. Từ các kết quả
nghiên cứu đó, ứng dụng của GNSS hiện nay đã hình thành các quy trình khép kín
từ phần cứng đến phần mềm. Cũng từ các nghiên cứu đó, rất nhiều các công trình
nghiên cứu về thuật toán xử lý số liệu GNSS đã được công bố.
Trước hết có thể kể đến các công bố về thuật toán được công bố trong các
sách giáo khoa về GNSS như Hofmann-Wellenhof [59], Teunissen [61], Alfred
Leick [63], Montenbruck [76] … Các công trình nêu trên tổng hợp kết quả nghiên
cứu của rất nhiều các tác giả khác nhau nhằm cung cấp đến người đọc từ các kiến
thức cơ bản nhất về công nghệ GNSS đến công thức giải các bài toán định vị. Tuy
nhiên, trong các tài liệu đó, hầu hết không đề cập tới thuật toán phục vụ cho lập
trình máy tính và trình tự tính toán tường minh.
Để có thể giải các bài toán định vị, các tác giả giới thiệu từ hệ thống các
công thức tính tọa độ vệ tinh theo thời gian; các loại trị đo, ảnh hưởng của các
nguồn sai số đối với trị đo cũng như biện pháp khắc phục; giới thiệu các bài toán
định vị và phương pháp giải các bài toán định vị. Phương pháp giải các bài toán
định vị cơ bản được giới thiệu đó là bài toán định vị tuyệt đối và bài toán định vị
tương đối. Theo mức độ chính xác, bài toán định vị tuyệt đối được chia thành hai
bài toán là bài toán định vị tuyệt đối thông thường và bài toán định vị tuyệt đối
chính xác. Bài toán định vị tuyệt đối thông thường hay còn gọi là bài toán dẫn
đường sử dụng các yếu tố đầu vào là lịch vệ tinh quảng bá và trị đo khoảng cách giả
theo mã. Khác với bài toán SPP, bài toán PPP sử dụng lịch vệ tinh chính xác, sử

22. 8
dụng đồng thời trị đo khoảng cách giả theo mã và trị đo pha sóng tải, các sản phẩm
cung cấp bởi IGS và một số tổ chức khoa học khác, có tính đến số hiệu chỉnh do
ảnh hưởng của thủy triều, địa triều và sự di chuyển của cực Trái Đất như đã trình
bày bởi Martin.I [66], Ramalho Marreire.J.P [67] … Phép lọc Kalman được sử dụng
trong giải bài toán định vị tuyệt đối, tùy thuộc vào phương pháp định vị tĩnh hay
động mà các yếu tố như ma trận trạng thái, ma trận trọng số tiên nghiệm trong chu
trình Kalman sẽ khác nhau.
Định vị tương đối được chia thành định vị tương đối tĩnh và định vị tương
đối động. Do đặc điểm của bài toán tương đối tĩnh là có nhiều trị đo, xử lý sau cho
nên phương pháp số bình phương nhỏ nhất thường được dùng để giải bài toán này.
Trong giải bài toán định vị tương đối tĩnh, một vấn đề rất quan trọng phải được thực
hiện đó là ước lượng phương sai cho các trị đo. Tùy thuộc vào phần mềm xử lý số
liệu mà trị đo được sử dụng có thể chỉ là các trị đo pha sóng tải [89] hoặc sử dụng
đồng thời trị đo pha sóng tải và trị đo khoảng cách giả theo mã [93], [94]. Bài toán
định vị tương đối động, do đặc thù có ít trị đo (chỉ có 1 tập hợp không nhiều trị đo
nếu là phương pháp RTK), để giải được bài toán này cần phải sử dụng cả trị đo
khoảng cách giả theo mã, trị đo pha sóng tải và giải nghiệm sử dụng phép lọc
Kalman [96]. Ngoài các bài toán định vị truyền thống, các bài toán khác cũng đã
được trình bày như bài toán định vị với trạm CORS [47], xác định các yếu tố đặc
trưng cho tầng khí quyển như PWV, TEC [76]; xử lý kết hợp số liệu GNSS/INS, kết
hợp số liệu GNSS với đo cao vệ tinh [76] …
Bên cạnh các tài liệu cung cấp tổng hợp kiến thức về GNSS, có các tài liệu
cung cấp kiến thức về một nội dung chuyên biệt như [78] chỉ bàn về vấn đề giải số
nguyên đa trị. Tác giả Verhagen.S trong [78] đã thống kê các phương pháp giải số
nguyên đa trị như trong bảng 1.1.

23. 9
Bảng 1.1 Thống kê các phương pháp giải số nguyên đa trị
Tên phương pháp Viết tắt Tác giả, năm công bố
Kỹ thuật giải số nguyên đa trị theo
phương pháp số bình phương nhỏ nhất
LSAST Hatch (1990)
Phương pháp giải nhanh số nguyên đa trị FARA Frei và Beutler (1990)
Cải tiến phân tách Cholesky Euler và Landau (1992)
Bình sai tương quan số nguyên đa trị
theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất
LAMBDA Teunissen (1993)
Phương pháp rỗng Martin-Neira và những
người khác (1995);
Fernandez-Plazaola và
những người khác (2004)
Giải nhanh số nguyên đa trị sử dụng
phép lọc
FASF Chen và Lachapelle
(1995)
Giải nhanh số nguyên đa trị sử dụng 3
loại sóng tải
TCAR Harris (1997)
Tích hợp TCAR Vollath và những người
khác (1998)
Phương pháp tối ưu giải số nguyên đa trị OMEGA Kim và Langley (1999)
Phương pháp giải số nguyên đa trị theo
dòng
CIR Jung và những người khác
(2000)
Vì tổng hợp các kết quả nghiên cứu đã có trước đó nên nội dung trình bày
trong các cuốn sách thường là muộn hơn so với thời điểm công bố các thuật toán cụ
thể (đơn lẻ). Thông thường, khi có các thuật toán mới được đề xuất, vấn đề đó sẽ
được công bố trên các tạp chí hoặc các hội nghị khoa học lớn về chuyên ngành.
Thuật toán giải các bài toán định vị tuy được công bố rộng rãi trên rất
nhiều các công trình khác nhau nhưng thông tin chỉ mang tính tổng quát và
không phải lúc nào cũng có thể làm theo được. Thông thường, các thuật toán
sau khi được nghiên cứu sẽ được chuyển giao để chuyển thành các sản phẩm
thương mại hóa, có bản quyền.
Tính cho đến thời điểm hiện tại, định vị tương đối đã cho độ chính xác rất
cao nên ở nước ngoài các nghiên cứu về xử lý số liệu GNSS tập trung vào nâng cao

24. 10
độ chính xác định vị PPP tức thời, định vị GNSS - indoor, GNSS-R và thuật toán xử
lý số liệu GNSS trên các thiết bị thông minh … [76].
1.1.2 Các kết quả nghiên cứu xây dựng phần mềm
Dựa trên các thuật toán đã được xây dựng, rất nhiều các phần mềm xử lý số
liệu GNSS đã được xây dựng và được chia thành các nhóm như sau:
a. Nhóm các phần mềm thông dụng
Mỗi hãng khi chế tạo máy thu đều xây dựng cho mình phần mềm xử lý số
liệu đo đạc. Có thể kể đến một số phần mềm trong nhóm này như sau:
- Hãng Trimble (Mỹ): GPSurvey, TGO (Trimble Geomatic Office), TTC
(Trimble Total Control), TBC (Trimble Business Center).
- Hãng Topcon (Nhật Bản): Pinacle, TOPSurvey, Topcon Tool.
- Hãng Leica (Thụy Sỹ): Leica GNSS Spider.
- GMC manufacture (Trung Quốc): Hi-Target …..
Đặc trưng của nhóm phần mềm này là dùng để xử lý cạnh ngắn và trung bình
với yêu cầu độ chính xác ở mức thông thường. Sau đây là hình ảnh về giao diện của
một số phần mềm thuộc nhóm phần mềm này.
Hình 1.1 Giao diện chính của phần mềm Trimble Business Center

25. 11
Hình 1.2 Giao diện chính của phần mềm Trimble Total Control
Hình 1.3 Giao diện chính của chương trình Hi-Target Geomatics Office
Khi xử lý số liệu GNSS bằng nhóm phần mềm này đều có một quy trình
chung như sau:
- Tạo dự án (project) mới.
- Khai báo hệ tọa độ và chọn phép chiếu.
- Lựa chọn mô hình geoid.
- Nhập số liệu.

26. 12
- Xử lý cạnh.
- Bình sai lưới.
- Xuất báo cáo kết quả.
Đa phần các phần mềm thuộc nhóm này cho phép bình sai độc lập hoặc bình
sai hỗn hợp số liệu đo mặt đất với số liệu đo GNSS. Một số phần mềm (ví dụ như
phần mềm TBC) cung cấp thêm chức năng xử lý dữ liệu đo bằng thiết bị bay không
người lái, kết nối với các phần mềm GIS [89] …
b. Nhóm các phần mềm xử lý số liệu độ chính xác cao (chuyên dụng)
Bên cạnh nhóm phần mềm thông dụng do các hãng chế tạo máy thu xây dựng
còn có các phần mềm do các trường đại học hoặc các trung tâm nghiên cứu khoa học
xây dựng nên. Các phần mềm điển hình thuộc nhóm này có thể kể đến như:
- Bernese: Được phát triển bởi Viện Thiên văn thuộc Đại học Bern (ThụySỹ) [93].
- Gamit/Globk: Được xây dựng bởi Khoa Khí quyển Trái Đất và Khoa học
hành tinh, Viện công nghệ Massachusetts (MIT- Massachusetts Institute of
Technology) [94].
- GIPSY-OASIS: Được phát triển bởi Phòng thí nghiệm tên lửa đẩy (JPL) [95].
Trong số các phần mềm nêu trên, Bernese và Gamit/Globk chỉ nhận dữ liệu
đầu vào ở định dạng RINEX.
Để sử dụng các phần mềm khoa học đòi hỏi trình độ rất cao của người xử lý.
Ngoài chức năng tính toán tọa độ như thông thường, nhóm phần mềm này còn xác
định được lượng dịch chuyển các thành phần tọa độ điểm theo thời gian (ứng dụng
trong nghiên cứu địa động), ước lượng các tham số đặc trưng cho khí quyển Trái
Đất như TEC, PWV và các ứng dụng khác. Bên cạnh giá thành mua bản quyền sử
dụng các phần mềm nêu trên rất cao thì việc sử dụng các phần mềm nêu trên vẫn là
một hộp đen chỉ với đầu vào và đầu ra đối với người sử dụng.
Trước khi xử lý số liệu bằng các phần mềm nhóm này, cần phải thực hiện
các khâu chuẩn bị như sau:
- Chuẩn hóa dữ liệu RINEX: Đặc biệt lưu ý ở đây là chú ý về chuẩn hóa tên điểm,
loại máy thu, loại ăng ten cũng như chiều cao ăng ten.

27. 13
- Tải các dữ liệu phụ trợ từ internet như:
+ Tệp DCB.
+ Tệp lịch vệ tinh chính xác.
+ Tệp sai số đồng hồ chính xác.
+ Tệp trị đo của các trạm thường trực của IGS (trong trường hợp đo nối quốc
tế), đồng thời lấy tọa độ của các trạm này trong Khung quy chiếu trái đất quốc tế.
+ Tệp thông tin về sự di chuyển của cực Trái Đất.
+ Tệp thông tin về các hệ số sóng triều dùng để tính hiệu chỉnh ảnh hưởng
của tải trọng đại dương (BLQ).
+ Tệp IONEX.
Tùy thuộc vào phần mềm cụ thể mà có thể có thêm các yêu cầu về chuẩn bị
các thông tin khác ngoài các thông tin nêu trên.
b.1. Phần mềm Bernese
Bernese là phần mềm do Viện Thiên văn - Đại học Bern (Thụy Sỹ) phát
triển. Đây là phần mềm xử lý dữ liệu đo GNSS khá đồ sộ và phức tạp cho phép đạt
độ chính xác rất cao. Có thể xử lý tích hợp dữ liệu GPS/GLONASS bằng phần mềm
Bernese. Các nhà phát triển đã xây dựng nhiều phiên bản khác nhau để có thể chạy
phần mềm trên nhiều hệ điều hành như Unix/Linux hoặc window. Cho đến nay, có
nhiều phiên bản khác nhau của phần mềm Bernese đã được phát hành.
Phiên bản 3.0 được công bố vào tháng 3 năm 1988 trên cơ sở hoàn thiện các
phiên bản trước đó. Từ năm 1988 đến năm 1995, đã có 5 phiên bản tiếp theo được
phát triển cụ thể như sau:
- Phiên bản 3.1 ra đời vào tháng 12 năm 1988.
- Phiên bản 3.2 ra đời vào tháng 4 năm 1990.
- Phiên bản 3.3 được công bố vào tháng 5 năm 1991.
- Phiên bản 3.4 được công bố vào tháng 5 năm 1993.
- Phiên bản 3.5 được công bố vào tháng 2 năm 1995.
Phiên bản 4.0 được công bố vào tháng 9 năm 1996, trong phiên bản này
được bổ sung chương trình ADDNEQ cho phép kết hợp các hệ phương trình chuẩn.

28. 14
Nhờ bổ sung chương trình ADDNEQ cho phép Bernese có thể xử lý kết hợp số liệu
đo trong nhiều thời điểm khác nhau mà không cần phải xử lý lại.
Năm 1999, phiên bản 4.2 được công bố. Phiên bản này cho phép xử lý chung
dữ liệu đo GPS/GLONASS và dữ liệu đo laser đến vệ tinh. Bên cạnh đó, sử dụng
tính năng của ngôn ngữ lập trình Fortran90 để kiểm tra chương trình ADDNEQ2 để
thay thế cho chương trình ADDNEQ trong các phiên bản sau đó.
Phiên bản 5.0 được công bố vào tháng 4 năm 2004 và bộ hướng dẫn sử dụng
phần mềm này được công bố đầy đủ vào tháng 1 năm 2007. Phiên bản 5.0 có những
tính năng vượt trội so với các phiên bản đã có trước đó:
- Lần đầu tiên phần mềm Bernese có giao diện đồ họa thân thiện với người
sử dụng dựa trên thư viện thống nhất cho các phiên bản chạy trên các hệ điều hành
Unix/Linux và Window.
- Hệ thống trợ giúp (hướng dẫn) được xây dựng trên nền văn bản mạng (html).
- Xử lý song song nhiều ca đo một cách dễ dàng.
- Bộ xử lý tự động (Bernese Processing Enginee - BPE) được nâng cấp.
- Không chỉ tính số hiệu chỉnh đồng hồ máy thu mà còn tính hiệu chỉnh cả số
hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh dựa trên thuật toán xử lý giá trị gốc (hiệu 0 - zero
difference). Bên cạnh đó, đã hoàn thiện thuật toán xử lý bài toán định vị tuyệt đối chính
xác. Đây là ứng dụng có thể sử dụng trong đo tuyệt đối để định vị hệ quy chiếu.
- Mô hình hiệu chỉnh tầng đối lưu được nâng cấp để cải thiện độ chính xác.
- Sử dụng chương trình ADDNEQ2 thay thế cho chương trình ADDNEQ.
Từ năm 2009, đã có nhiều nghiên cứu phát triển để xây dựng phiên bản 5.2
là phiên bản mới nhất đang được sử dụng hiện nay. Phiên bản 5.2 có những cải tiến
so với phiên bản 5.0 đó là:
- Về năng lực xử lý:
+ Xây dựng chương trình tìm dữ liệu bên ngoài và không liên tục trong chuỗi
các dữ liệu đo theo thời gian (chi tiết tham khảo luận án tiến sĩ của Ostini năm
2012).

29. 15
+ Phát triển chương trình xác định lời giải số nguyên đa trị đo trị đo pha của
các vệ tinh Glonass.
+ Cân nhắc khả năng hiệu chỉnh 1/4 chu kỳ cho trị đo L2C khi giải số
nguyên đa trị.
+ Nâng cao khả năng cố định cho số nguyên đa trị tham khảo trong các hiệu
0, và hiệu đơn.
+ Ước lượng sai số đồng hồ cho vệ tinh Glonass và định vị PPP.
+ Thuật toán đặc biệt khi ước lượng các số hiệu chỉnh cho ăng ten máy thu GNSS.
+ Cung cấp tính năng kiểm tra thông tin phần tiêu đề.
+ Nhảy ngẫu nhiên có thể được ước lượng khi làm khớp quỹ đạo bằng
chương trình ORBGEN.
+ Gia tốc do ảnh hưởng của hiện tượng địa triều được tính cho quỹ đạo tích
hợp trong chương trình ORBGEN.
+ Xác định các tham số Helmert khi kết hợp lời giải trong chương trình
ADDNEQ2.
+ Nâng cao năng lực khi đọc dữ liệu SINEX.
+ Xác định các tham số cho các vệ tinh quỹ đạo thấp.
- Các mô hình và trị đo mới khi xử lý:
+ Hiệu chỉnh ảnh hưởng của tầng điện ly: Sử dụng các mô hình GMF/GPT và
VMF1 cho các trị đo GNSS; mô hình Mendes-Pavlis cho các trị đo laser đến vệ tinh.
+ Hiệu chỉnh ảnh hưởng của tầng điện ly: Sử dụng số bậc cao hơn để hiệu
chỉnh (sử dụng bậc 2 và bậc 3).
+ Mô hình biến dạng địa vật lý được giới thiệu (để định dạng) ở dạng mắt
lưới và được xác thực bằng cách ước lượng các yếu tố tỷ lệ.
+ Tính số hiệu chỉnh trọng tâm khi tính hiệu chỉnh ảnh hưởng của tải trọng
đại dương và tầng khí quyển.
+ Tuân thủ quy ước IERS 2010 mới nhất.
- Về cải tiến kỹ thuật:
+ Sử dụng Makefile để biên dịch các mã nguồn viết bằng ngôn ngữ Fortran.

30. 16
+SửdụngphânbốđộngchocácbiếnquantrọngnhấtkhichạychươngtrìnhGPSEST.
+ Cung cấp lựa chọn không lời giải trong chương trình GPSEST và
ADDNEQ2 và chỉ tạo ra tệp kết quả phương trình chuẩn.
+ Thống kê việc sử dụng CPU cho từng chương trình chạy và cho chương
trình BPE.
- Những cải tiến liên quan đến chương trình BPE:
+ Nâng cấp lên Qt4.
+ Chức năng xử lý lại: Tự động tạo ra “dự án” mới (campain) cho mỗi thời
đoạn đo trong trường hợp đo nhiều thời đoạn BPE.
+ Tạm ngưng linh hoạt các tệp điều khiển quy trình (PCF) để tối ưu hóa việc
sử dụng tài nguyên của máy tính.
Phần mềm Bernese được sử dụng bởi rất nhiều các tổ chức khoa học
uy tín, các trường đại học, viện nghiên cứu tại nhiều quốc gia trên thế giới. Bernese
rất phù hợp cho các mục đích sử dụng như:
- Xử lý nhanh lưới kích thước nhỏ sử dụng máy thu một tần số hoặc hai tần số.
- Xử lý tự động toàn bộ mạng lưới.
- Cho phép xử lý lưới gồm rất nhiều điểm.
- Giải số nguyên đa trị trên khoảng cách tới 2000 km hoặc dài hơn với thuật
toán giải số nguyên đa trị không bị ảnh hưởng của tầng điện ly QIF hoàn toàn dựa
trên dữ liệu đo pha sóng tải.
- Theo dõi biến động của tầng điện ly và tầng đối lưu.
- Xác định quỹ đạo chính xác của vệ tinh và các tham số định hướng của Trái Đất.
- Tính số cải chính đồng hồ máy thu và đồng hồ vệ tinh.
- Xây dựng lưới trên phạm vi lớn dùng tích hợp nhiều loại dữ liệu khác nhau.
- Nghiên cứu địa động học
b.2. Phần mềm Gamit/Globk
Phần mềm này bao gồm ba mô đun là Gamit, Globk và Fonda được xây
dựng để phân tích các trị đo GNSS với mục tiêu chính để phục vụ nghiên cứu sự
biến dạng của vỏ Trái Đất [94]. Bộ phần mềm này được phát triển bởi Viện Khoa

31. 17
học công nghệ massachusetts (MIT), Viện nghiên cứu Hải dương học Scripps và
Đại học Harvard với sự tài trợ của Quỹ Khoa học quốc gia. Phần mềm này có thể
được sử dụng mà không cần phải đăng ký hoặc trả tiền bản quyền cho các mục đích
phi thương mại.
- GAMIT là tập hợp các chương trình để xử lý dữ liệu trị đo pha sóng tải để
ước lượng vị trí tương đối của các trạm quan sát và quỹ đạo vệ tinh, độ trễ thiên
đỉnh của tầng đối lưu và các tham số định hướng của Trái Đất. Phần mềm này được
thiết kế để chạy trên hệ điều hành UNIX.
- GLOBK bao gồm bộ lọc Kalman với mục đích chính để kết hợp các lời giải
trắc địa khác nhau như GPS, VLBI và đo laser đến vệ tinh. Phần mềm nhận dữ liệu
là số liệu đo, các “giả trị đo” là giá trị ước lượng và ma trận phương sai - hiệp
phương sai tọa độ của các trạm mặt đất, các tham số định hướng Trái Đất, các tham
số quỹ đạo và tọa độ xác định được thông qua phân tích trị đo. Các số liệu đầu vào
thường được cố định một cách không chắc chắn (cố định mềm) với các tham số
toàn cầu do đó ràng buộc có thể được áp dụng trong kết hợp các lời giải khác nhau.
- Fonda: Đây là mô đun bình sai lưới trắc địa không gian (trong hệ tọa độ 3
chiều) để ước tính các tham số trắc địa từ số liệu đo đạc trắc địa vũ trụ hoặc mặt đất
hoặc kết hợp cả hai loại số liệu nói trên. Những phiên bản hiện thời đưa ra vị trí
điểm của các điểm quan trắc trong thời điểm cụ thể, tốc độ dịch chuyển, tốc độ giãn,
quay trên một lưới cụ thể và vị trí chi tiết của điểm. Dữ liệu nhập vào mô đun này là
dữ liệu lưới tam giác, lưới tam giác cạnh, góc phương vị, chênh cao thủy chuẩn và
giá trị đo ở dạng tọa độ của điểm, tốc độ dịch chuyển và ma trận hiệp phương sai từ
kết quả xử lý dữ liệu trắc địa vệ tinh.
b.3. Phần mềm Gipsy-Oasit
Gipsy-Oasit (GPS-inferred Positioning System and Orbit Analysis
Simulation Software) do Phòng nghiên cứu phản lực của Cơ quan hàng không vũ
trụ Mỹ phát triển. Chương trình Gipsy (GPS-inferred Positioning System) được
phát triển và công bố năm 1985 khi xử lý kết quả kiểm tra cạnh dài độ chính xác

32. 18
cao. Kết quả kiểm tra đạt độ chính xác 1 ppb (part per billion) khẳng định thuật toán
sử dụng trong phần mềm Gipsy rất mạnh và hiệu quả.
Phần mềm bao gồm 400000 dòng mã được viết bởi rất nhiều kỹ sư, các nhà
khoa học và sinh viên. Phần mềm này được phát triển và hoàn thiện bởi các chuyên
gia không chỉ tại phòng nghiên cứu phản lực và từ khắp nơi trên thế giới.
Gipsy ban đầu là 2 phần mềm độc lập đó là: 1. Phần mềm xác định quỹ đạo,
được phát triển nhiều năm để điều khiển các thiết bị bay và 2. Phần mềm trắc địa
VLBI, mô hình hóa các hiện tượng địa động Trái Đất và độ trễ sóng radio. Năm
1985, hai phần mềm này cộng với một phần mềm mới với bộ lọc dạng Kalman để
ước tính tham số và phần mềm xử lý sơ bộ dành cho chỉnh sửa dữ liệu sử dụng giao
diện đồ họa được tích hợp tạo nên phần mềm Gipsy.
Tại cùng thời điểm này, một phần mềm với các mô đun chung với Gipsy
được phát triển đặt tên là Oasit dùng để phân tích quỹ đạo Trái Đất. Gipsy và Oasit
sau đó được tích hợp với nhau để tạo nên phần mềm Gipsy-Oasit.
* Các chức năng chính của phần mềm [95]:
- Phân tích dữ liệu từ cung cấp bởi các hệ thống vệ tinh như:
+ Hệ thống GPS (Mỹ).
+ Hệ thống Glonass (Nga).
+ Hệ thống đo khoảng cách laser đến vệ tinh.
- Định vị với độ chính xác cỡ cm cho các vệ tinh GNSS dựa vào việc xác
định tọa độ và thời gian:
+ Thiết lập nền tảng không gian bao gồm các hệ thống vệ tinh quỹ đạo thấp
và các hệ thống GNSS.
+ Trắc địa vũ trụ.
+ Các trạm mặt đất tĩnh hoặc động.
+ Truyền thời gian.
- Định vị điểm đơn với độ chính xác cao phục vụ cho các ứng dụng định vị
độ chính xác cao.

33. 19
- Xác định lời giải số nguyên đa trị đo các máy thu đơn lẻ sử dụng lịch vệ
tinh và tệp số hiệu chỉnh đồng hồ của JPL.
- Tài liệu kèm theo mô đun phần mềm hoặc trợ giúp qua mạng.
- Đào tạo sử dụng phần mềm thông qua các lớp học hoặc qua mạng.
- Có hàng trăm nghiên cứu và người sử dụng ở trên 20 quốc gia.
- Được xây dựng dựa trên 25 năm kinh nghiệm nghiên cứu và phân tích dữ
liệu GPS tại JPL.
* Ứng dụng của phần mềm
- Định vị các điểm mặt đất phục vụ cho các nghiên cứu địa vật lý:
+ Nghiên cứu biến dạng Trái Đất, kiến tạo địa tầng.
+ Xây dựng mạng lưới GNSS.
+ Giám sát băng tan.
+ Nghiên cứu khí hậu thông qua các trị đo GNSS như nghiên cứu về tầng đối
lưu, tầng điện ly.
+ Xây dựng khung quy chiếu và xác định tham số xoay của Trái Đất.
- Định vị dẫn đường hàng không.
- Xác định quỹ đạo chính xác:
+ Quỹ đạo thấp: Topex/Poseidon, Jason-1, Jason-2/OSTM, GRACE, Champ,
SAC-C, COSMIC, tên lửa vũ trụ (ví dụ như SRTM), các vệ tinh thương mại.
+ Các hệ thống vệ tinh như GPS và Glonass.
c. Nhóm các phần mềm mã nguồn mở
c.1. Phần mềm RTKLib
RTKLib là gói chương trình mã nguồn mở do tác giả T.Takasun (Nhật
Bản) công bố năm 2004 phục vụ cho mục đích định vị GNSS thông thường và
định vị GNSS chính xác [96]. Thư viện mã nguồn mở này được cung cấp
bởi Michele Bavaro. RTKLib bao gồm một thư viện chương trình linh động với
nhiều công cụ và thư viện ứng dụng được viết bằng ngôn ngữ C++. Cấu trúc của
RTKLib bao gồm:

34. 20
- Cung cấp thuật toán định vị thông thường và định vị chính xác với GPS,
GLONASS, Gelileo, QZSS, Beidou và SBAS.
- Cung cấp các mô hình định vị khác nhau với GNSS cho cả định vị động xử
lý sau và định vị động tức thời: định vị đơn, DGPS/DGNSS, đo động, đo tĩnh, di
chuyển cạnh động (Moving-Baseline), cố định, định vị động chính xác (PPP-
kinematic), PPP-static và PPP-fixed.
- Hỗ trợ, chấp nhận nhiều dữ liệu chuẩn và giao thức trong GNSS như: định
dạng dữ liệu RINEX 2.10, 2.11, 2.12 (đối với các loại dữ liệu đo, lịch vệ tinh quảng
bá, …); định dạng dữ liệu RINEX 3.00, 3.01, 3.02 (tệp thông tin trị đo, lịch vệ tinh
quảng bá), phiên bản tệp dữ liệu đồng hồ 3.02, RTCM 2.3, RTCM 3.1, RTCM 3.2,
BINEX, NTRIP 1.0, NMEA 0183, SP3-c, ANTEX 1.4, IONEX 1.0, NGS PCV và
ESM 2.0.
- Có thể nhận dữ liệu của các loại máy thu như:
+ NovAtel: OEM4/V/6, OEM3, OEMStar, Superstar II.
+ Hemisphere: Eclipse, Crescent, u-blox.
+ LEA-4T/5T/6T.
+ SkyTraq: S1315F ….
- Cung cấp các phương thức liên kết ngoài khác nhau.
- Cung cấp nhiều hàm thư viện và các chương trình giao diện ứng dụng.
- Cung cấp các giao diện đồ họa trực quan cho người sử dụng.
c.2. Phần mềm LAMBDA
Gói phần mềm LAMBDA 3.0 được xây dựng bởi Sandra Verhagen và
Bofeng Li thuộc khoa Toán trắc địa và Định vị, Đại học Công nghệ Delft [79]. Gói
phần mềm này được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình Matlab. Phương pháp
LAMBDA được thực thi lần đầu tiên (phiên bản 1.0) với ngôn ngữ Fortran-77 bởi
De Jonge và Tiberius (1996) [51]. Chương trình lần đầu tiên được dịch sang ngôn
ngữ Matlab bởi Borre (1997) và tiếp tục nâng cấp bởi Joosten (2001) được biết đến
là phiên bản 2.1. Trong các phiên bản nói trên, quá trình tìm kiếm số nguyên đa trị
được cố định với ellip có kích cỡ 2
. Phiên bản 2.1 có một số cải tiến so với phiên
bản trước đó là:

35. 21
- Tính dễ đọc của phần mềm.
- Phương pháp tiếp cận của phần mềm là chia nhỏ chương trình thành các
chương trình con được quản lý thành các phần khác nhau ví dụ như phần làm giảm
tương quan, phần tìm kiếm hoặc kết hợp cả hai phần trên.
- Có khả năng tìm kiếm số nguyên đa trị với số lượng lớn hơn 2 rất thích hợp
cho các mục đích tìm kiếm số nguyên đa trị.
- Kích thước của ellip tìm kiếm được tính toán dựa trên phương pháp làm
tròn tuần tự có điều kiện.
Phiên bản 3.0 được nâng cấp với nhiều sự lựa chọn hơn như [79]:
- Thực hiện phương pháp tìm kiếm thay thế, dựa trên việc tìm kiếm một cách
xen kẽ xung quanh ước lượng có điều kiện và làm hẹp ellip tìm kiếm. Lý thuyết của
phương pháp này được đề xuất bởi Teunissen (1993), De Jonge và Tiberius (1996).
Chang và những người khác (2005) đã thực thi kỹ thuật này trong gói MLAMBDA.
- Phương pháp ước lượng làm tròn có điều kiện và phương pháp ước lượng làm
tròn được ứng dụng trong trường hợp người sử dụng không muốn ứng dụng phương
pháp tìm kiếm số nguyên dựa trên nguyên lý số bình phương nhỏ nhất (ILS).
- Có khả năng cho kết quả tìm kiếm thành công với phương pháp làm tròn có
điều kiện trong đó có xét đến quá trình làm giảm tương quan của các số nguyên đa
trị. Kỹ thuật thực thi này được biết đến như là quá trình làm tròn xuống khi ước
lượng số nguyên đa trị sử dụng phương pháp ILS.
- Phương pháp giải số nguyên đa trị từng phần được ứng dụng.
- Phương pháp kiểm tra tỷ số phương sai (ratio) được ứng dụng để quyết
định xem có thể chấp nhận số nguyên đa trị đã tìm kiếm được hay không.
Gói phần mềm LAMBDA 3.0 được xây dựng thành nhiều chương trình con
như: Chương trình phân tích ma trận, chương trình biến đổi ma trận Z để nâng cao
hiệu quả của quá trình tìm kiếm số nguyên đa trị, chương trình con ước lượng số
nguyên đa trị theo phương pháp làm tròn, chương trình ước lượng số nguyên đa trị
theo phương pháp làm tròn có điều kiện, chương trình tìm kiếm số nguyên đa trị sử
dụng phương pháp làm hẹp ellip tìm kiếm ….
d. Nhóm các phần mềm xử lý số liệu trực tuyến

36. 22
Với sự ra đời của CORS và sự phát triển của internet đã hình thành một
phương thức xử lý số liệu mới: xử lý số liệu trực tuyến. Rất nhiều các quốc gia phát
triển đã phát triển phương thức xử lý dữ liệu trực tuyến như Mỹ (OPUS-S, OPUS-
RS và OPUS-DB), Canada (NRCan) …
OPUS-S xử lý số liệu thời gian đo 2 - 48 giờ với một số đặc điểm như sau:
- Sử dụng lịch vệ tinh chính xác hoặc lịch vệ tinh chính xác ở dạng cung cấp nhanh.
- Tổng số trị đo trong tệp dữ liệu được sử dụng lớn hơn 90%.
- Hơn 50% số nguyên đa trị được tìm kiếm ở dạng fixed.
- Hiệu chỉnh độ cao ăng ten và độ lệch tâm pha ăng ten máy thu.
- Ở chế độ đo tĩnh, sai số về mặt bằng nhỏ hơn 3 cm.
- Khi xử lý ở chế độ đo tĩnh nhanh không có thông tin cảnh bảo đối với
người sử dụng trong trường hợp có sai sót về thông tin cũng như kết quả xử lý.
- Quản lý chỉ số chất lượng trong trường hợp nghi ngờ.
- Độ lệch chuẩn xác định các thành phần tọa độ rất nhỏ.
- Có thể chia sẻ dữ liệu để xử lý bằng OPUS-DB nếu dữ liệu lớn hơn 4h.
Khác với OPUS-S, OPUS-RS có khả năng xử lý số liệu với thời gian đo từ
15 phút đến 2 giờ đối với dữ liệu 2 tần số. Khi khoảng cách từ trạm tham chiếu đến
trạm động cỡ 250 km thì HDOP có thể đạt 1,7 [76]. Không chia sẻ dữ liệu đối với
OPUS-DB. Trong hình 1.4 là giao diện của chương trình xử lý dữ liệu OPUS.
Hình 1.4 Giao diện khi nhập số liệu xử lý bằng OPUS

37. 23
Để đạt được độ chính xác cao khi xử lý số liệu bằng các phần mềm xử lý trực
tuyến nói chung, người sử dụng cần phải chú ý một số vấn đề như sau:
- Khai báo chính xác loại ăng ten máy thu được sử dụng.
- Khai báo độ cao ăng ten máy thu.
- Sử dụng các chương trình kiểm tra và chuẩn hóa dữ liệu RINEX (ví dụ như
TEQC) trước khi xử lý số liệu nếu cần thiết.
1.2 Các kết quả nghiên cứu ở Việt Nam
1.2.1 Các kết quả nghiên cứu về thuật toán xử lý số liệu GNSS
Bên cạnh các nghiên cứu ứng dụng GNSS, có rất nhiều các nghiên cứu về
thuật toán xử lý số liệu GNSS đã được công bố ở Việt Nam trong thời gian vừa qua.
Trước tiên, có thể kể đến các sách giáo khoa về GNSS đã được xuất bản bởi các tác
giả PGS.TS Đặng Nam Chinh, PGS.TS Đỗ Ngọc Đường [4], PGS.TSKH Hà Minh
Hòa, PGS.TS Nguyễn Ngọc Lâu [12], TS. Trần Hồng Quang [27] … Các tài liệu
nêu trên đã giới thiệu các bài toán cơ bản trong xử lý số liệu định vị vệ tinh như bài
toán định vị tuyệt đối, bài toán định vị tương đối tĩnh nhưng chưa giới thiệu sâu về
bài toán định vị tuyệt đối chính xác cũng như bài toán định vị động (PPK, RTK).
Sử dụng trị đo pha sóng tải giúp nâng cao độ chính xác giải các bài toán định
vị nhưng lại phát sinh bài toán giải (xác định) số nguyên đa trị (số nguyên lần bước
sóng). Giải số nguyên đa trị là một bài toán rất phức tạp trong xử lý số liệu GNSS.
Tác giả Trần Quốc Bình và Lim Samsung trong [3] đã giới thiệu phương pháp làm
giảm tương quan giữa các số nguyên đa trị nhằm nâng cao hiệu quả của việc tìm
kiếm số nguyên đa trị. Trong báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ đề tài cấp Bộ
Tài nguyên và Môi trường do tiến sĩ Nguyễn Thị Thanh Hương chủ trì [15] có giới
thiệu các phương pháp giải số nguyên đa trị tuy nhiên chưa trình bày toàn bộ quá
trình giải số nguyên đa trị một cách đầy đủ.
Khi sử dụng trị đo pha sóng tải, nhất thiết phải thực hiện quá trình phát hiện
và hiệu chỉnh hiện tượng trượt chu kỳ. PGS.TSKH Hà Minh Hòa, PGS.TS Nguyễn
Ngọc Lâu, TS Nguyễn Thị Thanh Hương trong [12], [16], [19] đã giới thiệu phương
pháp phát hiện và hiệu chỉnh hiện tượng trượt chu kỳ. Dựa trên các thuật toán đã lựa

38. 24
chọn, các tác giả đã xây dựng chương trình tính có khả năng phát hiện và hiệu chỉnh
hiện tượng trượt chu kỳ với độ chính xác 0,5 chu kỳ.
Để giải các bài toán định vị GNSS nói riêng và giải các bài toán trong xử lý
số liệu trắc địa nói chung thì vấn đề xác định trọng số là vấn đề không thể thiếu
trong quy trình tính toán. PGS.TS Nguyễn Ngọc Lâu đã giới thiệu các công thức
xác định trọng số dựa vào góc cao của vệ tinh [17]. Tuy nhiên, nhược điểm của các
hàm được giới thiệu là chỉ sử dụng tham số độ chính xác do nhà sản xuất cung cấp
mà chưa xác định trọng số theo ảnh hưởng của các nguồn sai số đối với trị đo. Khi
giải các bài toán động, xác định trọng số dựa vào ước lượng phương sai của các
nguồn sai số đối với trị đo là một trong các biện pháp nâng cao độ chính xác giải bài
toán [66], [67], [96].
Khi giải bài toán định vị GNSS, đồng bộ hóa thời gian và tính hiệu chỉnh độ
cao ăng ten máy thu là hai trong số những công việc bắt buộc phải thực hiện trong
đó vấn đề đồng bộ hóa thời gian quyết định đến chất lượng giải bài toán.
PGS.TSKH Hà Minh Hòa đã chứng minh công thức hiệu chỉnh độ cao ăng ten máy
thu vào trị đo cho tệp trị đo đơn [14]. Tuy nhiên, trong [14] chưa bàn đến vấn đề
hiệu chỉnh độ lệch và biến thiên tâm pha ăng ten máy thu. Có rất ít công trình bàn
đến đồng bộ hóa thời gian bao gồm tính số hiệu chỉnh thay đổi khoảng cách theo
thời gian cho các trị đo GNSS.
Như vậy có thể thấy rằng, bên cạnh những kết quả đạt được về nghiên cứu
thuật toán xử lý số liệu GNSS tại Việt Nam, vẫn còn có những tồn tại như:
- Chưa có các công bố về thuật toán giải bài toán định vị tương đối động (cả
định vị tương đối động xử lý sau lẫn xử lý định vị tương đối động tức thời).
- Chưa có các công bố về thuật toán giải bài toán định vị tuyệt đối chính xác PPP.
- Có rất ít các công bố về ứng dụng phép lọc Kalman trong xử lý số liệu
GNSS, đặc biệt là sử dụng phép lọc Kalman để giải bài toán định vị GNSS. Theo
các công trình công bố ở nước ngoài, khi giải các bài toán định vị tức thời (SPP,
PPP, RTK) đều sử dụng phép lọc Kalman để giải bài toán do đó cần phải nghiên
cứu ứng dụng phép lọc Kalman trong giải các bài toán định vị nêu trên.

39. 25
- Chưa có công bố về ước lượng (tính toán) trọng số của trị đo theo ảnh
hưởng của các nguồn sai số đối với trị đo tương ứng.
- Có rất ít các công bố về thuật toán xử lý số liệu của các trạm CORS …
Để có thể chủ động hơn trong việc xây dựng chương trình xử lý số liệu định
vị vệ tinh nói riêng và ứng dụng định vị vệ tinh ở Việt Nam nói chung nhất thiết
phải có các nghiên cứu về thuật toán một cách tường minh trong cho từng bước
trong quy trình giải các bài toán định vị.
1.2.2 Các kết quả nghiên cứu xây dựng phần mềm
Cho đến thời điểm hiện tại, đã có các công bố về xây dựng phần mềm xử lý
số liệu GNSS ở Việt Nam cụ thể như sau:
a. Các kết quả xây dựng phần mềm của trung tâm NAVIS (Đại học Bách
khoa Hà Nội)
Theo [84], NAVISTAR là bộ giải pháp định vị GPS/GNSS ứng dụng trong
định vị độ chính xác cao (cỡ cm) và nâng cao độ tin cậy, và độ an toàn/an ninh
trong định vị sử dụng vệ tinh. Bộ giải pháp do Trung tâm Quốc tế Nghiên cứu và
Phát triển Công nghệ định vị sử dụng vệ tinh (NAVIS) - Trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội thiết kế, phát triển, và chế tạo.
Navistar cung cấp phần mềm Navisap bao gồm 3 gói là NAVISAP-Server,
NAVISAP-Client-BS và NAVISAP-Client-Android.
a.1. NAVISAP-Server [84]
- Quản lý các trạm tham chiếu trong mạng lưới: đảm bảo và duy trì cập nhật
cơ sở dữ liệu về trạm tham chiếu, cung cấp cơ chế mở theo các chuẩn phổ biến
trong định vị chính xác để các trạm tham chiếu khác (kể cả trạm toàn cầu thuộc
mạng lưới quốc tế IGS) có thể tham gia vào mạng lưới để cung cấp dịch vụ;
- Quản lý người dùng: cung cấp cơ chế để người sử dụng tham gia vào mạng
lưới, và sử dụng dịch vụ mạng lưới cung cấp;
- Cung cấp luồng dữ liệu RTCM thời gian thực phục vụ định vị động thời
gian thực: để thực hiện chức năng này, phần mềm cần thực hiện các tính năng được
định nghĩa theo chuẩn giao thức NTRIP. Cụ thể, phần mềm tích hợp phân hệ

40. 26
NTRIP-Caster có vai trò cung cấp thông tin và cơ chế kết nối vào luồng dữ liệu cải
chính RTCM phục vụ định vị động thời gian thực RTK, cho độ chính xác cm tức
thời tại phía bộ thu;
- Cung cấp dịch vụ xử lý hậu kỳ (post-processing): cung cấp cơ chế để người
sử dụng upload dữ liệu RINEX thu tại vị trí cần xác định toạ độ chính xác. Sau đó,
phần mềm NAVISAP-Server dựa vào dữ liệu thu cùng thời điểm tại các trạm tham
chiếu trong mạng lưới để tính toán toạ độ chính xác ở chế độ xử lý hậu kỳ, và gửi
kết quả tính toán qua email tới người dùng;
- Cung cấp dịch vụ tải tệp thông tin ở định dạng RINEX tại các trạm tham
chiếu trong mạng lưới: người dùng cũng có thể sử dụng tính năng này để tải dữ liệu
RINEX tại các trạm trong mạng lưới (theo ngày) để sử dụng và tự tính toán trong
giải pháp của mình.
a.2. NAVISAP-Client-BS
- Quản lý kết nối đến máy chủ của mạng lưới tham chiếu (NAVINET): trạm
sẽ kết nối đến máy chủ của mạng lưới (ví dụ: NAVINET) để truyền dữ liệu, và
thông tin trạng thái;
- Cung cấp luồng dữ liệu RTCM phục vụ định vị thời gian thực: phần mềm
sẽ sinh dòng dữ liệu theo định dạng RTCM phù hợp với định vị RTK và chuyển
luồng này về máy chủ theo chuẩn giao thức NTRIP;
- Định kỳ cung cấp file RINEX về máy chủ để phục vụ nhu cầu định vị hậu
kỳ: phần mềm sẽ thu nhận dữ liệu được đo bởi trạm, chuyển về định dạng chuẩn
RINEX (thông tin trị đo và lịch vệ tinh quảng bá) rồi chuyển về máy chủ dữ liệu
mạng lưới qua giao thức FTP;
- Cung cấp thông tin về an ninh định vị: tình trạng của vệ tinh, tín hiệu, phát
hiện phá sóng, và giả mạo tín hiệu.
a.3. NAVISAP-Client-Android
- Quản lý và cấu hình kết nối đến máy chủ của mạng lưới tham chiếu
(NAVINET): thiết lập kết nối đến dịch vụ của mạng lưới (ví dụ: luồng RTCM...)

41. 27
- Thiết lập chế độ định vị: lựa chọn các chế độ định vị: RTK, Post-processing
hoặc PPP.
- Kết xuất và hiển thị kết quả định vị với các dạng dữ liệu ra: RINEX,
RTCM, NMEA...
b. Kết quả xây dựng phần mềm tại Viện Khoa học đo đạc và Bản đồ
b.1. Kết quả xây dựng gói phần mềm GUST
PGS.TSKH Hà Minh Hòa và nhiều người khác đã giới thiệu kết quả xây
dựng gói phần mềm GUST (GPS Using Sequential Technique) sử dụng để xử lý số
liệu cạnh dài trong nghiên cứu địa động trong đó có tính đến giải pháp xử lý hỗn
hợp tín hiệu GPS/GLONASS [13].
Để kiểm tra chất lượng trị đo bằng chương trình này, cần thực hiện 3 bước:
Bước 1: Dùng mô đun có tên là Sclean để làm sạch từng tệp RINEX thô. Sclean có
ưu điểm là cho phép làm sạch dữ liệu pha cho từng tệp RINEX độc lập và không
dùng đến các thông tin bổ sung như tọa độ trạm đo, tọa độ vệ tinh … Nhược điểm
của chương trình là hiệu quả thấp, tức là vẫn còn tồn tại các độ trượt chu kỳ pha nhỏ
không thể phát hiện và sửa chữa.
Bước 2: Dùng mô đun Dclean để làm sạch dữ liệu ở dạng hiệu pha kép hai. Dclean
đòi hỏi phải có dữ liệu pha từ hai trạm GPS đo đồng thời để tạo trị đo hiệu pha kép.
Việc làm sạch bằng mô đun này rất hiệu quả với gần 90% các trị đo có trượt chu kỳ
đã được phát hiện và sửa chữa.
Bước 3: Dùng mô đun Edit để hiển thị dữ liệu pha và sửa chữa các độ trượt chu kỳ
pha còn lại.
Bên cạnh đó, các tác giả cũng xây dựng mô đun ECME-GPS nhằm giải
quyết các bài toán:
- Đánh giá chất lượng của các véc tơ cạnh trong từng ca đo để kiểm tra và phát hiện
các véc tơ tồn tại sai số thô.
- Bình sai mạng lưới GPS theo từng chu kỳ.
- Đánh giá sự ổn định và xác định véc tơ chuyển dịch của các điểm trắc địa giữa hai
chu kỳ dựa trên kết quả đo lặp mạng lưới GPS.

42. 28
b.2. Kết quả xây dựng phần mềm GNSS-PRO
Phần mềm GNSS-PRO được công bố bởi TS. Nguyễn Thị Thanh Hương và
nhiều người khác có tính năng xử lý dữ liệu đo cạnh ngắn kết hợp tín hiệu
GPS/GLONASS với kết quả xử lý tất cả các cạnh cho lời giải fixed và ratio > 2
[15]. Phần mềm này có đặc điểm là giao diện của chương trình vẫn sử dụng ngôn
ngữ là tiếng Anh thay vì tiếng Việt.
Trong [15] cũng đã kiến nghị về việc tiếp tục nghiên cứu xây dựng phần
mềm theo các hướng như sau:
- Có thể xử lý dữ liệu tích hợp thêm tín hiệu của các hệ thống Galileo và Compass
cũng như các hệ thống khác.
- Phần mềm mới có chức năng xử lý số liệu đo tĩnh mà chưa xử lý được số liệu đo
động do đó cần nghiên cứu thuật toán và xây dựng chương trình xử lý dữ liệu đo
tương đối động.
c. Kết quả xây dựng phần mềm tại các đơn vị khác
Các tác giả TS. Vũ Văn Đồng, TS. Nguyễn Văn Đông đã công bố kết quả
xây dựng chương trình xử lý dữ liệu trực tuyến dựa trên các phần mềm mã nguồn
mở và phần mềm Bernese [11]. Như đã biết, để xử lý dữ liệu bằng phần mềm
Bernese mất rất nhiều thời gian chuẩn bị dữ liệu do đó các tác giả đã xây dựng
chương trình tự động tải các dữ liệu phụ trợ từ internet phục vụ xử lý dữ liệu bằng
phần mềm Bernese. Dựa vào nghiên cứu trên, các tác giả đã công bố kết quả xác
định PWV cũng như xác định khoảng cách từ trạm quan sát đến tâm bão trong thời
gian cụ thể.
Đánh giá chung:
Nếu chỉ sử dụng phần mềm của nước ngoài sẽ không thể can thiệp được vào
quá trình xử lý do các phần mềm được xây dựng khép kín từ nhận số liệu đầu vào
đến xuất kết quả đầu ra. Phải chi phí kinh phí lớn để có được bản quyền của các
phần mềm (ví dụ như bản quyền cho mục đích thương mại đối với phần mềm
Bernese khoảng 26000 đô la Mỹ và với lĩnh vực giáo dục được giảm 50% so với
mục đích thương mại [93]). Bên cạnh đó, giao diện của các phần mềm nước ngoài

43. 29
sử dụng tiếng Anh và khi xuất kết quả không theo định dạng mong muốn của người
dùng Việt Nam.
Từ kinh nghiệm ứng dụng GNSS ở Việt Nam cho thấy, nhất thiết phải
nghiên cứu xây dựng phần mềm xử lý số liệu nhằm chủ động hơn khi ứng dụng
GNSS. Muốn vậy, cần phải có các nghiên cứu về các thuật toán xử lý số liệu GNSS
và định dạng dữ liệu RINEX.
Bên cạnh các công trình nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghệ GNSS
như đã trình bày ở trên, còn một số hạn chế có thể kể đến như:
- Chưa có nhiều nghiên cứu cơ bản về xử lý số liệu GNSS.
- Các đề tài hầu hết chỉ giới thiệu kết quả nghiên cứu, ít làm rõ cơ sở lý
thuyết và thuật toán (quy trình) tính toán các bài toán cơ bản trong định vị vệ tinh.
- Các nghiên cứu mang tính đơn lẻ, chưa hình thành trường phái hay một tập
thể có chung mục tiêu.
- Trong giảng dạy về công nghệ GNSS cũng chỉ mới đề cập tới những công
thức cơ bản, chưa đi vào các thuật toán, phương pháp tính.
1.3 Phạm vi nghiên cứu của luận án
Xuất phát từ tính cấp thiết và hạn chế như đã nêu ở trên, luận án tập trung
giải quyết một số vấn đề như sau:
- Trình bày một cách hệ thống thuật toán giải các bài toán định vị GNSS
trong đó tập trung vào việc xác định trọng số dựa vào ước lượng phương sai cho các
trị đo, ứng dụng phép lọc Kalman trong xử lý số liệu GNSS.
- Đề xuất thuật toán đồng bộ hóa thời gian khi khai triển Taylor khoảng cách
từ vệ tinh đến máy thu theo thời gian, thuật toán quy chuyển véc tơ cạnh từ các tâm
pha ăng ten về các tâm mốc trắc địa.
- Đề xuất ứng dụng thuật toán sử dụng phép lọc Kalman trong xử lý số liệu GNSS.
- Đề xuất ứng dụng phương pháp tính trọng số bằng cách ước lượng phương
sai của các nguồn sai số đối với trị đo theo tiêu chuẩn của RTCA.
- Dựa trên các thuật toán đã đề xuất, sử dụng ngôn ngữ lập trình VB.net để
xây dựng chương trình xử lý số liệu GNSS từ định dạng RINEX.

44. 30
CHƯƠNG 2. TRỊ ĐO GNSS VÀ VẤN ĐỀ HIỆU CHỈNH ẢNH HƯỞNG CỦA
CÁC NGUỒN SAI SỐ ĐỐI VỚI TRỊ ĐO
Hiểu được định dạng dữ liệu là một yêu cầu bắt buộc đối với người xây dựng
chương trình xử lý dữ liệu nói chung và xử lý số liệu GNSS nói riêng. Với mục tiêu
xây dựng chương trình xử lý số liệu GNSS từ định dạng RINEX, trong chương này
sẽ làm rõ và tường minh định dạng dữ liệu GNSS ở dạng RINEX. Bên cạnh đó,
cũng trình bày rõ bản chất của các loại trị đo trong công nghệ GNSS để có thể sử
dụng phục vụ giải các bài toán định vị được trình bày trong các phần sau. Các trị đo
từ vệ tinh đến máy thu chịu ảnh hưởng của rất nhiều các nguồn sai số, vấn đề giảm
thiểu hoặc loại trừ ảnh hưởng của các nguồn sai số quyết định đến chất lượng khi
giải các bài toán định vị vệ tinh. Do đó, vấn đề hiệu chỉnh ảnh hưởng của các nguồn
sai số cũng cần được nghiên cứu và trình bày một cách tường minh.
2.1 Trị đo GNSS
2.1.1 Trị đo khoảng cách giả
Trị đo khoảng cách giả theo mã là khoảng cách từ máy thu tới vệ tinh xác
định được dựa vào thời gian di chuyển của đoạn mã từ vệ tinh tới máy thu bằng
cách so mã tịnh tiến giữa đoạn mã mà máy thu thu được từ vệ tinh và đoạn mã
tương tự do chính máy thu tạo ra. Công thức xác định trị đo khoảng cách giả trong
trường hợp này là [4], [12], [59], [76]:
i
jP (t) = c.Δt (2.1)
Trong (2.1):
i
jP (t) là khoảng cách giả từ vệ tinh i tới máy thu j tại thời điểm t;
t là khoảng thời gian di chuyển của đoạn mã từ vệ tinh tới máy thu.
c là vận tốc sóng ánh sáng trong môi trường chân không (c = 299792458 m/s)
Do cả đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu đều có sai số nên (2.1) có thể
được viết lại như sau:
    i i i i
j R RP (t) = c t - δt - t - δt = ρ (t) + cδt (2.2)
Với:

45. 31
tR là thời điểm máy thu nhận tín hiệu từ vệ tinh;
tR là sai số của đồng hồ máy thu;
ti
là thời điểm vệ tinh thứ i phát tín hiệu;
ti
là sai số của đồng hồ vệ tinh thứ i;
i
là khoảng cách hình học từ máy thu tới vệ tinh thứ i.
Trong đó:
i i 2 i 2 i 2
ρ (t) = (X - X) + (Y - Y) + (Z - Z) (2.3)
Với:
i i i
X , Y , Z là các thành phần tọa độ của vệ tinh thứ i tại thời điểm t;
X, Y, Z là các thành phần tọa độ của điểm quan sát trong hệ tọa độ quy chiếu
của hệ thống vệ tinh.
Ngoài sai số đồng hồ, trị đo khoảng cách giả theo mã còn chịu ảnh hưởng
của các nguồn sai số khác nên công thức xác định khoảng cách giả theo mã như sau:
i i i i i
j j j jP (t) = ρ (t) + cδt(t) + I (t) + T (t) + ε (t) (2.4)
Trong (2.4):
I là số hiệu chỉnh do ảnh hưởng của tầng điện ly đối với trị đo;
T là số hiệu chỉnh do ảnh hưởng của tầng đối lưu đối với trị đo;
i
jε là ảnh hưởng của các nguồn sai số khác đối với trị đo như:
- Số hiệu chỉnh do độ lệch ăng ten máy thu;
- Số hiệu chỉnh do độ lệch ăng ten vệ tinh;
- Số hiệu chỉnh do độ trễ phần cứng (DCB) của máy thu, vệ tinh;
- Số hiệu chỉnh do ảnh hưởng của hiện tượng đa đường dẫn.
Có thể thấy rằng, trị đo từ vệ tinh tới máy thu chịu ảnh hưởng của rất nhiều
các nguồn sai số khác nhau. Để có thể đưa trị đo vào tính toán trong các bài toán
định vị cần phải hiệu chỉnh hoặc loại trừ ảnh hưởng của các nguồn sai số nêu trên.

46. 32
Hình 2.1 Đồ thị minh họa hiện tượng nhảy đồng hồ máy thu GB-1000
Đối với các máy thu có sai số đồng hồ máy thu biến đổi lớn, khi sai số đồng
hồ máy thu đạt đến một độ lớn nhất định (ví dụ khi đạt đến 0,0005 giây đối với máy
thu GB-1000 của hãng Topcon) thì phần mềm trong máy thu sẽ tự động đảo ngược
giá trị của sai số đồng hồ. Hiện tượng trên gọi là hiện tượng nhảy đồng hồ máy thu.
Hình 2.1 biểu diễn hiện tượng nhảy đồng hồ của máy thu GB-1000. Khi xảy ra hiện
tượng nhảy đồng hồ, nếu không có giải pháp xử lý khi giải bài toán định vị tuyệt đối
sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác giải bài toán. Vấn đề này sẽ được trình bày trong các
phần sau.
2.1.2 Trị đo pha sóng tải
Trị đo pha là trị đo rất chính xác nhưng khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu
được xác định một cách không chắc chắn. Trị đo pha là hiệu pha giữa pha sóng tải
do máy thu tạo ra tại thời điểm nhận tín hiệu với pha sóng tải do vệ tinh tạo ra vào
thời điểm phát tín hiệu. Trong trị đo pha, số nguyên lần bước sóng được xác định
không đầy đủ vì máy thu chỉ xác định được phần lẻ chu kỳ của trị đo pha. Phương
trình cơ bản của trị đo pha được biểu diễn như sau [63]:
s s s S s
r,j r,j ,j r r,j r,jΦ (t) = Φ (t) - Φ (t - τ ) + N + ε (t) (2.5)
Trong đó:
 là trị đo pha sóng tải (chu kỳ);

47. 33
N là số nguyên lần bước sóng (số nguyên đa trị);
 là sai số đối với trị đo pha.
Các trị đo pha ở vế phải của (2.5) được biểu diễn như sau:
r,j j r r,j 0 j r r,j 0Φ (t) = f t (t) + Φ (t ) = f (t + dt (t)) + Φ (t ) (2.6)
s s s s s s s s
,j j r ,j 0 j r,j r ,j 0Φ (t) = f t (t - τ ) + Φ (t ) = f (t - τ + dt (t-τ )) + Φ (t ) (2.7)
Với:
f là tần số của sóng tải;
r 0Φ (t ) là pha ban đầu của máy thu tại thời điểm không (chu kỳ);
s
0Φ (t ) là pha ban đầu của vệ tinh tại thời điểm không (chu kỳ);
t là thời điểm máy thu nhận tín hiệu;
s
rτ là khoảng thời gian truyền tín hiệu giữa vệ tinh tới máy thu.
Theo đó, trị đo pha được biểu diễn lại như sau:
s s s s s s s
r,j j r,j r r r,j 0 ,j 0 r,j r,jΦ (t) = f (τ + dt (t) - dt (t - τ )) + (Φ (t ) - Φ (t )) + N + ε (t) (2.8)
Cũng như trị đo khoảng cách giả theo mã, trị đo pha sóng tải cũng chịu ảnh
hưởng của nhiều nguồn sai số do đó công thức xác định trị đo pha sóng tải ở dạng
khoảng cách có thể được biểu diễn như sau:
s s s s s s s s s s s
r,j r r r,j r r r r,j ,j r j r,j r,jΦ (t)=ρ (t,t-τ )+I (t)+T (t)+c(dt (t)-dt (t-τ )+δ (t)+δ (t-τ )+λ N +ε (t) (2.9)
Trong (2.9):
j là bước sóng của sóng tải j;
r là sai số do phần cứng của máy thu (đơn vị là m);
s
là sai số do phần cứng của vệ tinh (đơn vị là m);
dtr là sai số đồng hồ máy thu;
dts
là sai số đồng hồ vệ tinh.
Ngoài các nguồn sai số như đã nêu đối với trị đo khoảng cách giả theo mã, trị
đo pha sóng tải còn chịu ảnh hưởng của nguồn sai số đó là sai số do ảnh hưởng của
hiện tượng trượt chu kỳ (nếu có).
Số liệu đo GNSS có thể xảy ra hiện tượng mất hoặc gián đoạn tín hiệu. Các
nguyên nhân của hiện tượng này bao gồm:

48. 34
- Các tín hiệu vệ tinh gặp vật cản như cây cối, các khối nhà, địa hình ….
- Các tín hiệu vệ tinh bị nhiễu bởi các tuyến đường dây điện cao thế, các sóng vô
tuyến ….
- Sự nhiễu loạn của tầng điện ly và ảnh hưởng của hiện tượng đa đường truyền.
- Lỗi tính toán do phần mềm của máy thu.
Do ảnh hưởng của các hiện tượng nêu trên, số nguyên lần bước sóng (số
nguyên đa trị) trong trị đo pha sóng tải thay đổi một lượng mà thuật ngữ chuyên
môn gọi là hiện tượng trượt chu kỳ. Nếu không được phát hiện và hiệu chỉnh, hiện
tượng trượt chu kỳ sẽ gây ra sai lệch lớn khi giải các bài toán định vị.
2.1.3 Trị đo doppler
Hiệu ứng doppler là hiện tượng thay đổi tần số của sóng điện từ do chuyển
động tương đối giữa vật phát và vật thu tín hiệu. Giả sử tần số tín hiệu phát đi từ vệ
tinh là f, vận tốc xuyên tâm của vệ tinh với máy thu là [81]:
ρ ρV = V.U = V cosα (2.10)
Với V là véc tơ vận tốc giữa vệ tinh với máy thu, V = |V|; U là véc tơ đơn vị
theo hướng từ máy thu tới vệ tinh,  là góc hợp bởi véc tơ V với U. Tần số của
máy thu là:
-1
ρ ρ
r
V V
f = f 1 + f 1 -
c c
   
   
   
(2.11)
Ta có hiệu thay đổi tần số doppler là:
ρ ρ
d r
V V dρ
f = f - f = f = =
c λ λdt
(2.12)
Với
dρ dΦ
λdt dt
 , trị đo doppler tại thời điểm bất kỳ sẽ là:
s
r r e
f
dρ (t ,t ) dβ
D = - f + δ + ε
λdt dt
(2.13)
Trong đó:
 là nhóm sai số đồng hồ và  = tr - ts; f là số hiệu chỉnh vào tần số do ảnh
hưởng của hiệu ứng thuyết tương đối và  là ảnh hưởng của các nguồn sai số khác.

49. 35
Tầng điện ly, tầng đối lưu và hiệu ứng đa đường dẫn ảnh hưởng rất nhỏ (hoặc gần
như được loại trừ) đối với trị đo doppler.
Trị đo doppler có thể được sử dụng để tính hiệu chỉnh do sự thay đổi khoảng
cách từ vệ tinh tới máy thu, có thể được sử dụng để xác định vận tốc của các đối
tượng khi giải bài toán định vị.
2.2 Các nguồn sai số trong trị đo GNSS và biện pháp khắc phục
2.2.1 Các nguồn sai số liên quan đến vệ tinh
a. Sai số đồng hồ vệ tinh
Đồng hồ của vệ tinh (hay là các bộ tạo dao động tần số chuẩn) rất chính xác
nhưng khi tính toán khoảng cách dựa vào vận tốc truyền sóng trong môi trường
chân không thì chỉ cần thay đổi nhỏ trong đo thời gian cũng gây nên sai số về
khoảng cách rất lớn.
Đối với định vị tuyệt đối, sai số đồng hồ vệ tinh ảnh hưởng trọn vẹn đến kết
quả giải bài toán định vị. Để làm giảm thiểu ảnh hưởng của nguồn sai số này cần
tính số hiệu chỉnh sai số đồng hồ vệ tinh đối với các trị đo. Khi giải bài toán định vị
tiêu chuẩn (SPP), tính sai số đồng hồ vệ tinh thông qua các hệ số a0, a1, a2 của hàm
đa thức đồng hồ vệ tinh được cho trong tệp lịch vệ tinh quảng bá theo công thức [4],
[59], [76]:
ts
= a0 + a1(t - toe) + a2(t - toe)2
(2.14)
Trong đó:
ts
là sai số đồng hồ vệ tinh;
a0, a1, a2 là các hệ số đa thức đồng hồ được cho trong tệp lịch quảng bá;
t là thời điểm tính hiệu chỉnh sai số đồng hồ vệ tinh;
toe là thời điểm tham chiếu các hệ số đa thức đồng hồ (thời điểm lịch).
Khi giải bài toán định vị chính xác, nội suy sai số đồng hồ vệ tinh từ tệp lịch
chính xác hoặc tệp sai số đồng hồ chính xác (.CLK). Để kết quả nội suy được chính
xác, cần phải sử dụng hàm Lagrange với số bậc 9 trở lên.
Đối với bài toán định vị tương đối, với việc lấy hiệu của các trị đo pha sóng
tải, ảnh hưởng của nguồn sai số này về cơ bản được loại trừ.