GPS - Hệ thống định vị toàn cầu

Cuối cùng, cái Garmin GPS 40 cổ lổ sĩ đã chịu làm việc. Vui quá, nhưng cũng mất thì giờ quá.
Vào Google để cám ơn các cao thủ, nhìn lại mới thấy bài mới nhất về GPS 40 trước khi gps lên tiếng là vào năm 1999. Lúc đó, họ đã xếp thứ này vào loại đồ cổ rồi.
GPS
Lat 10o48.528'
Lon 106o44.203'
UTM 48
689874 E
1195378 N
Được gps sửa chữa / chuyển vào 08:10 ngày 08/05/2003

Lấy thông tin này ở đâu ra vậy?
GPS sử dụng độ dịch Dopler để tính vị trí, tốc độ. Chứ theo thuyết tương đối thì thời gian là tương đối, khác nhau với mỗi người quan sát, làm sao có thể chuẩn thời gian hai thiết bị xa nhau hàng trăm km được? Xem lại chỗ thuyết tương đối đi!

sai số tiếp theo đây:
Sai số do bầu khí quyển:
Tầng điện ly
Khi tính toán khoảng cách đến các vệ tinh, trước tiên chúng ta đo khoảng thời gian cần thiết để tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu, rồi nhân quãng thời gian đó với vận tốc ánh sáng. Vấn đề là vận tốc truyền tín hiệu lại thay đổi phụ thuộc vào điều kiện khí quyển. Tầng khí quyển bên trên, gọi là tầng điện ly, có những phần tử mang điện tích làm thay đổi tốc độ truyền. Sự thay đổi này phụ thuộc vào tần số của sóng. Xin xem thêm chủ đề "Vận tốc truyền sóng radio và tầng điện ly? tại đây: http://www.ttvnnet.com/forum/t_185388/?4.223222E-02
Tầng điện ly có nhiều ảnh hưởng vào ban ngày hơn ban đêm. Cường độ ảnh hưởng cũng thay đổi theo chu kỳ 11 năm. Trong chu kỳ hiện nay, ảnh hưởng này đã đạt đến cực đại vào 1998 và sẽ đạt cực tiểu vào năm 2004. Và chu kỳ này cứ thế được lặp lại. Ảnh hưởng của tầng điện ly nếu không được loại trừ, có thể gây ra sai số hơn 10 mét.
Một số máy thu hiện đại sử dụng các mô hình toán học mô phỏng ảnh hưởng của tầng điện ly. Với những thông tin về mật độ của các phần tử tích điện (do vệ tinh truyền về), người ta có thể giảm sai số do tầng điện ly gây ra khoảng 50%. Phần sai số chưa được loại trừ cũng còn đáng kể.
Ảnh hưởng của tầng điện ly lên vận tốc truyền phụ thuộc vào tần số của sóng. Vận tốc càng cao, ảnh hưởng càng ít. Vì thế, nếu ta truyền các chuỗi tín hiệu trên 2 tần số khác nhau, tầng điện ly sẽ làm chúng có độ trễ khác nhau. Ví dụ, 5mét trên tần số này và 6 mét trên tầng số kia. Ta không đo được các độ trễ này, nhưng ta có thể đo được độ trễ chênh lệch giữa chúng là 1 mét trong trường hợp này. Biết độ chênh trễ, dùng công thức thể hiện tương quan giữa tần số và độ trễ, người ta có thể loại trừ sai số do tầng điện ly gây ra một cách rất hiệu quả.
Đó là lý do tại sao tất cả các vệ tinh đều phát tín hiệu trên 2 tần số, được gọi là L1 và L2. Các máy thu chính xác nhận thông tin từ cả 2 tần số để loại trừ sai số do tầng điện ly. Các máy thu dân dụng chỉ được phép thu và giải mã tần số L1 mà thôi. Đó là sự khác biệt cơ bản giữa các lọai máy thu.
GPS
Lat 10o48.528'
Lon 106o44.203'
UTM 48
689874 E
1195378 N

Hôm nay có việc đi xuống quận 5, ghé qua cửa hàng Nguyên Trần ở 686 Trần Hưng Đạo. (Tel/Fax: 9241305, email: qhoa.htran@hcm.vnn.vn) xem GPS. Thấy có bày bán loại NeoGPS của Hàn quốc, không có màn hình (dùng để kết nối với PDA hay Laptop). Giá 280 US$ !!! Tưởng vậy là đắt, lên mạng xem thì thấy giá còn đắt hơn. http://www.neogps.com/neogpscf.html

Hỏi thử một cái Garmin, thì biết hàng không có sẵn nhưng giá bèo nhất là 600 $ !!!
GPS
Lat 10o48.528'
Lon 106o44.203'
UTM 48
689874 E
1195378 N
Được gps sửa chữa / chuyển vào 16:39 ngày 09/05/2003

Thấy các bạn bàn luận vấn dề này sôi nổi wa, tôi cũng tham gia 1 vài điều để làm rõ hơn về vấn đề định vị bằng GPS:
Đầu tiên, để đánh giá được độ chính xác khi xác định vị trí điểm bằng GPS ta xét nguyên lý làm việc của hệ thống.
Như các bạn đã biết, thực chất việc định vị ( xác định ) vị trí điểm tại tâm anten máy thu tại 1 trạm đo là bài toán giao hội cạnh, vói giá trị đầu vào là các cạnh đo từ vệ tinh tới tâm anten máy thu.
Phương trinh cơ bản của trắc địa vệ tinh như sau :
r = R + ro
trong đó r là bán kính vecto địa tâm của vệ tinh, R là bán kính vecto địa tâm của điểm quan sát, ro là bán kính vecto địa diện của vệ tinh. Đây là công thức biểu diễn mối quan hệ giữa điểm quan sát trên mặt đất, vệ tinh và tâm quán tính của Trái đất.
Từ CT trên ta có : R = r - ro, đây chính là phương trình của bài toán động học trong trắc địa vệ tinh. Vấn đề đặt ra là nếu biết bán kính vecto địa tâm của vệ tinh, tức biết toạ độ vệ tinh tại thời điểm quan sát, đồng thời đo được bán kính vecto địa diện của vệ tinh thì chúng ta sẽ tìm được bán kính vecto địa tâm của điểm quan sát, tức là biết được toạ độ không gian địa tâm của điểm quan sát.
Việc đo khoảng cách được dựa theo hiệu ứng Dopler với các sóng điều biến ( C/A - code hay P-code ) hoặc các sóng tải L1 và L2.
Gọi t là thời gian truyền sóng điện từ từ vệ tinh tới máy thu
với c là vận tốc truyền sóng điện từ trong chân không.
Khoảng cách từ vệ tinh tới anten máy thu được tính như sau :
R = c.t = [ ( Xvt - Xo )2 + ( Yvt - Yo )2 + ( Zvt - Zo )2 ]1/2
Với R là khoảng cách đo được
Xvt, Yvt, Zvt là toạ độ quỹ đạo tức thời của vệ tinh được cung cấp theo lịch vệ tinh. Lịch này nhận được khi xử lý tín hiệu thu từ vệ tinh tại trạm đo theo sóng điều biến D - code
Xo, Yo, Zo là toạ độ của tâm anten máy thu
pioneer10
Được pioneer10_vn sửa chữa / chuyển vào 14:06 ngày 12/05/2003

Chào bạn pioneer10,
Rất vui vì đã có thêm người quan tâm đến chủ đề này. gps tiếp cận vấn đề một cách phổ thông, bình dân học vụ vì hai lý do:
- Muốn trình bày vấn đề cho mọi người ai đọc cũng có thể hiểu được.
- gps không phải là dân chuyên ngành điện tử hay viễn thông để có thể tìm hiểu vấn đề một cách thấu đáo, cặn kẽ.
Vì vậy, hoan nghênh bạn tham gia với cách tiếp cận hàn lâm. gps xin chú thích thêm một chút:
- Hiệu ứng Doppler dùng để xác định vị trí tức thời và dự báo của vệ tinh (ephemeris và almanac). Đây là nhiệm vụ của các trạm theo dõi và điều khiển. Các máy thu GPS không có khả năng này.
- Các máy thu chỉ có thể giải mã sóng L1, L2 (nếu được phép) để xác định vị trí của mình (tức vị trí của anten). Một số máy có độ chính xác cao dùng trong trắc đạc như Trimble có anten dạng như cái tô ăn phở, úp trên một cây gậy dài khoảng 2 mét thì máy thu đã bù chiều cao anten vào kết quả đo.
Cuối cùng, gps học được một số thuật ngữ tiếng Việt từ bạn.
GPS
Lat 10o48.528'
Lon 106o44.203'
UTM 48
689874 E
1195378 N

Tới GPS : " xác định vị trí tức thời và dự báo của vệ tinh (ephemeris và almanac). Đây là nhiệm vụ của các trạm theo dõi và điều khiển. Các máy thu GPS không có khả năng này " : Các máy thu tín hiệu vệ tinh của Trimble, Astect .... đều có khả năng thu được tín hiệu về ephemeris và almanac. Sau khi thu được các files dữ liệu ( dạng .eph, .ion, .dat.... ) dùng phần mềm xử lý chuyên dụng như GPSurvey, Trimble Total Control .... chúng ta có thể dự báo được tại 1 điểm quan sát số vệ tinh xuất hiện, tần suất ... trong khoảng thời gian nhất định ( khá chính xác ) . Mỗi 1 lần thu tín hiệu có thể sử dụng ephemeris và almanac trong vòng 30 ngày ( tất nhiên là càng tiệm cận thời gian quan sát càng tốt )
Tôi thấy theo dõi vấn đề này có rất nhiều bạn ơ các lĩnh vực khác nhau, 1 số, nói theo bạn, là bình dân nhưng cũng có 1 số bạn có nhu cầu tìm hiểu kỹ. Tôi ko nghiên cứu về lĩnh vực sử dụng dân sự như dẫn đường ... mà lĩnh vực của tôi là ứng dụng GPS vào lĩnh vực Trắc đạc, địa động học ... vì vậy có 1 số thuật ngữ khó hiểu mong các bạn thông cảm giúp. Nhân tiện tôi vừa tham khảo được 1 chút tài liệu bằng tiếng Trung, tôi sẽ đưa dần lên để các bạn xem, tất nhiên bằng tiếng Việt nhưng về thuật ngữ chắc là
pioneer10

Về GPS ( tiếp theo )
Do nhiều nguyên nhân khác nhau mà thời gian truyền sóng điện từ có giá trị sai lệch là dt ( cái này tôi sẽ nói rõ hơn ở phần các yếu tố ảnh hưởng tới tín hiệu thu ). Vì vậy khoảng cách đo được sẽ là R' và nó được biểu diễn theo CT : R = c ( t+dt ).
Như vậy R không phản ảnh thực chất chiều dài cạnh từ anten máy thu tới vệ tinh, trong trắc địa vệ tinh gọi nó là KHOẢNG CÁCH GIẢ.
Do đó CT định vị sẽ tồn tại thêm 1 ẩn là dt. Đó là lý do vì sao phải có 4 trị đo tới 4 vệ tinh để xác định vị trí của 1 điểm quan sát. Như vậy, nếu đồng thời từ điểm trạm đo xác định được 4 khoảng cách tới 4 vệ tinh trong hệ thống GPS, ta sẽ xác định được 4 ẩn số đã nêu trên. Trong trường hợp số vệ tinh nhiều hơn 4 ( đa số là vậy ) thì 4 ẩn số sẽ được xác định theo Nguyên lý số bình phương nhỏ nhất.
Do mục đích ứng dụng toàn cầu của GPS, kết quả định vị phải được quy chiếu lên 1 hệ thống toạ độ toàn cầu, hệ thống được chọn là hệ WGS - 84 ( World Geodetic System 1984 ). Ellipxoid được sử dụng cho hệ WGS - 84 là Ellipxoid GRS -80 ( geodetic reference system 1980 ) được Hiệp hội Trắc địa và Địa vật lý chấp nhận năm 1979 và được đánh giá là tiệm cận tốt nhất với mặt Geoid toàn cầu, nó có các thông số sau:
Bán trục lớn : a = 6378137 m
Độ dẹt : 1/afa = 1/ 298.257223563
Độ lêch tâm e = 0.08181990843
pioneer10
Được pioneer10_vn sửa chữa / chuyển vào 13:53 ngày 13/05/2003

Đúng rồi, gps và bạn có ý kiến khá gần nhau. Xin làm rõ chút xíu:
Ý gps muốn nói là máy thu có nhiệm vụ nhận và lưu almanac để biết vị trí tương đối của vệ tinh, nhận ephemeris để xác định chính xác vị vệ tinh, từ đó mới tính ra được vị trí máy thu. Hai thông tin sống còn mà máy thu phải có để định vị là vị trí vệ tinh và khoảng cách của chúng đến máy thu. Thông tin đầu là từ ephemeris. Do đó, TẤT CẢ các máy thu đều thu được ephemeris và almanac chứ không riêng gì các máy cao cấp như Trimble. Thông tin almanac được cho là valid trong vòng một vài tháng, nhưng ephemeris thì ngắn hơn, chỉ khoảng 15 phút mà thôi. Do đó, bạn nói ephemeris có thể sử dụng 30 ngày e rằng không chính xác.
GPS
Lat 10o48.528'
Lon 106o44.203'
UTM 48
689874 E
1195378 N

Như vậy lĩnh vực của bạn có thể nói là cao cấp, và như vậy, bạn có cơ hội tiếp xúc với các thiết bị cao cấp và chính xác như Total Station của Trimble ... gps có một lần được sờ vào cái Total Station, nhưng thực sự sử dụng thì chưa. (Nhân lúc gặp mấy chú người Úc đang đo đạc cái gì đó, lân la tới làm quen thôi). Tất cả máy mà gps từng dùng qua (5 cái của 3 nhà sản xuất: Magellan 315, Magellan Meridian Gold, Garmin 40, Garmin eTrex Vista, Lowrance iFinder) đều thuộc loại dân dụng thông thường (consumer grade).
Một phần quan trọng thuật ngữ tiếng Việt có nguồn gốc Trung văn, do đó, nếu bạn có nguồn tài liệu tiếng Trung thì đó là một thuận lợi lớn.
GPS
Lat 10o48.528'
Lon 106o44.203'
UTM 48
689874 E
1195378 N