Vận tốc truyền sóng radio và tầng điện ly

Vận tốc truyền sóng radio và tầng điện ly

gps là dân ngoại đạo, nhưng người ta nói rằng không có câu hỏi ngu, nên mạnh dạn hỏi chút xíu. Trong một tài liệu tiếng Anh, gps đang đọc có viết rằng: "The problem is that the speed of light varies due to atmospheric con***ions. The upper layer of the atmosphere, called the ionosphere, contains charged particles that slow down the code and speed up the carrier."
với code và carrier là: "Satellites generate two types of patterns: One has a granularity of about 1-millimeter and a length of about 20 centimeters. The other has a granularity of about 1 meter and effectively an unlimited length. In satellite terminology, the first pattern is called "carrier" and the second is called "code".

vận tốc ánh sáng là vận tốc tuyệt đối, sao có chuyện tầng điện ly lại tăng tốc truyền của carrier được nhỉ. Không lẽ trong tầng điện ly thì carrier truyền nhanh hơn vận tốc ánh sáng (vô lý), không lẽ trước khi vào tầng điện ly thì carrier truyền với tốc độ chậm rồi được tăng tốc khi vào tầng điện ly (tại sao, cái gì đã làm nó truyền chậm hơn trước đó ??)

Các cao thủ giải thích giùm gps với.

GPS
Lat 10o48.528'
Lon 106o44.203'

UTM 48
689874 E
1195378 N

Được gps sửa chữa / chuyển vào 11:49 ngày 02/05/2003

Tôi chỉ nhớ mang máng thôi nên tạm trả lời thế này, nếu bác GPS còn thắc mắc thêm thì để tôi về xem lại sách đã:
- Vận tốc ánh sáng là như nhau với mọi hệ quy chiếu, tuy nhiên trong các môi trường thì vận tốc ánh sáng, hay nói cách khác là vận tốc truyền sóng điện từ, thay đổi tuỳ theo. Trong một bài toán rất cơ bản của sinh viên Bách Khoa khi học môn "Cơ sở thông tin số", người ta có cho vận tốc truyền sóng trong không khí nhỏ hơn vận tốc truyền trong chân không một chút. Đối với thông tin tốc độ cao, sự khác biệt nhỏ này là đáng kể.
- Sự thay đổi này có phụ thuộc vào tần số ánh sáng. Hiện tượng tán sắc cũng là do tốc độ truyền của các loại ánh sáng có tần số khác nhau trong các môi trường (vì vậy nên ta mới nhìn thấy cầu vồng). Sóng điện từ có tần số cao hơn sẽ truyền nhanh hơn, nhưng tất nhiên là truyền trong chân không thì vẫn là nhanh nhất rồi.
"Những việc cần làm ngay"

Đầu tiên là cám ơn bạn nvl một cái. Trong box này thấy bạn tả xung hữu đột khắp nơi. Thật đáng khâm phục.
Trong tài liệu nói trên họ cũng nói rằng ảnh hưởng của tầng điện ly là khác nhau đối với sóng điện từ có tần số (bước sóng) khác nhau. Điều này thì ok. Nhưng họ lại nói thêm là speed up thì gps không hỉu.
Trước khi vào tầng điện ly thì ở ngoài không gian vũ trụ gần như là chân không thì sóng phải truyền nhanh, rồi khi vào tầng điện ly thì 1 anh chậm nhiều, một anh chậm ít thì hổng nói, đằng này ...
Đã vậy, vào một nguồn tài liệu khác, nó cũng nói y chang mới chết tui chứ.
Help....
GPS
Lat 10o48.528'
Lon 106o44.203'
UTM 48
689874 E
1195378 N

Tôi xin bổ sung cho câu trả lời thế này:
- Vận tốc của ánh sáng trong chân không là không đổi với mọi hệ quy chiếu. Trong các môi trường khác chân không, các bước sóng dài ngắn khác nhau tuy điều kiện môi trường mà thay đổi theo một hàm số không phải là đồng biến hay nghịch biến. Có nghĩa là, chưa chắc sóng điện từ có tần số cao sẽ truyền nhanh hơn tần số thấp trong môi trường phi chân không.
- Nếu bác GPS có thể đăng luôn cả đoạn tài liệu đó lên đây cho mọi người cùng tham khảo thì sẽ tiện việc thảo luận hơn. Tôi cũng nghĩ như bác, có thể đoạn tài liệu đó viết chưa đúng hoặc có ý khác chăng?
"Những việc cần làm ngay"

Có ngay có ngay:
Nguồn tài liệu thứ nhất: "A GPS Tutorial" của Topcon, http://www.topconps.com/gpstutorial/
(trích)
Sources of Inaccuracy: The Problems
Atmospheric Errors: Ionosphere and Troposphere
Ionosphere: In computing distances to satellites, we first measure the time it takes for the satellite signal to reach the
receiver and then we multiply this by the speed of light. The problem is that the speed of light varies due to atmospheric con***ions. The upper layer of the atmosphere, called the ionosphere, contains charged particles that slow down the code and speed up the carrier.
The magnitude of the effect of the ionosphere is much more during the day than during the night. The magnitude also has a cyclical period of 11 years that reaches a maximum and a minimum. For the current cycle, the ionosphere will reach its peak magnitude in 1998 and its minimum in 2004. The cycle will then be repeated. The effects of the ionosphere, if not mitigated, can introduce measurement errors greater than 10
meters.
Some receivers use a mathematical model for the effects of the ionosphere. With the approximate knowledge of the density of the charged particles in the ionosphere (broadcast by satellites), the effect of the ionosphere can be reduced by about 50%. The remaining error is still significant.
The impact of the ionosphere on electronic signals depends on the frequency of the signal. The higher the frequency, the less is the impact. So if we transmit the patterns simultaneously via two different frequencies, the ionosphere may delay the code on one frequency, for example, by 5 meters and on the other frequency, say, by 6 meters. We cannot measure the magnitude of these delays, but we can measure their difference by
observing the difference on their arrival time, which in this case translates into 1 meter of effective distance between them. By measuring this difference and using known formula for frequency dependency of the ionosphere delay, ionosphere effect can be removed. It is exactly for this reason that all GPS satellites transmit information in two frequencies, called L1 and L2.
Precision receivers track both signals to remove the effect of the ionosphere. All non-precision receivers track only the L1 signal. This is one of the main distinguishing features between different types of receivers.
The L1 receivers are also called single frequency receivers, while the receivers that track L1 and L2 are called dual frequency receivers. Dual frequency receivers practically remove the ionosphere effects.
Since the L2 signal is not entirely available to the general public, sophisticated techniques have been implemented in receivers to extract the code and carrier information, even with the partial availability of the L2 signal. These techniques fully satisfy the requirements of the users for non-military applications, while not compromising the Anti Spoof policy and security objectives of the US Department Of Defense (DOD).
There has been some discussion on allowing a different frequency for civilian applications to separate the
DOD and civilian requirements. We believe, however, that the existing system fully satisfies the civilian requirement, particularly since advancements in electronics integration have made the technology affordable for broad civilian applications.
Troposphere
The lower level of the atmosphere, which contains water vapors, is called the troposphere. It has the effect
of slowing down both code and carrier. The effects of the troposphere cannot be removed using dual
frequency systems. The only way to remove the effects of the troposphere is by measuring its water vapor
content, temperature and pressure, and applying a mathematical model that can compute the delay of the
troposphere.
Nguồn tài liệu thứ 2: http://www.mercat.com/QUEST/Error.htm#Atmospheric%20Propagation%20Errors
(trích)
Atmospheric Propagation Errors
The satellite signals propagate through atmospheric layers as they travel from the satellite to the receiver. Two layers are generally considered when dealing with GPS: the ionosphere which extends from a height of 70 to 1000 km above the Earth, and the troposphere which from the ground level to 70 km (Gu et al, 1993).
As the signal propagates through the ionosphere, the carrier experiences a phase advance and the codes experience a group delay. In other words, the GPS code information is delayed resulting in the pseudoranges being measured too long as compared to the geometric distance to the satellite (Hofmann-Wellenhof et al, 1992). The extent to which the measurements are delayed depends on the Total Electron Count (TEC) along the signal path which is a measure of the electron density. This is dependent on three further factors: the geomagnetic latitude of the receiver, the time of day and the elevation of the satellite. Significantly larger delays occur for signals emitted from low elevation satellites (since they travel through a greater section of the ionosphere), peaking during the daytime and subsiding during the night (due to solar radiation). In regions near the geomagnetic equator or near the poles, the delays are also larger (Spilker, 1980).
The ionospheric delay is frequency dependent and can therefore be eliminated using dual frequency GPS observations, hence the two carrier frequencies in the GPS design. Single frequency users, however, can partially model the effect of the ionosphere using the Klobuchar model (see Hofmann-Wellenhof et al 1992). Eight parameters for this model are transmitted with the broadcast data for the satellites, and are used as the coefficients for two third order polynomial expansions which are also dependent on the time of day and the geomagnetic latitude of the receiver. These polynomials result in an estimate of the vertical ionospheric delay, which is then combined with an obliquity factor, dependent on satellite elevation, producing a delay for the receiver-satellite line of sight. The final value provides an estimate within 50% of the true delay (Cohen et al, 1992) and produces delays ranging from 5m (night) to 30m (day) for low elevation satellites and 3-5m for high elevation satellites at mid latitudes (Gu et al,1993).
Cám ơn nvl và các bạn
GPS
Lat 10o48.528'
Lon 106o44.203'
UTM 48
689874 E
1195378 N

Theo thuyết điện từ Mắcxoen thì ánh sáng là sóng điện từ có tần số cao, cụ thể mối liên hệ giữa các tính chất điện và từ với tính chất quang của môi trường theo hệ thức:
c/v = n với n >1.
Trong đó:
c là vận tốc hv trong chân không.
v là vận tốc hv trong môi trường có chiết suất n (bằng căn bậc hai của hằng số điện môi và độ từ thầm của môi trường đó); n > 1.
+ Như vậy ánh sáng truyền trong điều kiện chân không là nhanh nhất.
Ngoài ra khi ánh sáng đơn sắc truyền từ môi trường này sang môi trường khác tần số f của nó không đổi, nhưng bước sóng lamda của nó có thể thay đổi, (vì theo công thức trên và v= lamda.f)
Ngoài ra ánh sáng là lưỡng tính sóng + hạt thể hiện ở lý thuyết lượng tử:
Năng lượng E = h.f
với h là hằng số Plăng.
Vài mớ lý thuyết này tôi hỏi thằng em đang ôn thi đại học ko biết có chính xác ko, thực ra vấn đề này liên quan đến 1 hiện tượng được phân tích khá kĩ trong môn Vật lý Phổ thông trung học là Hiện tượng Phản xạ toàn phần, Nguyên lý Fecma ... Cám ơn bạn gps đã cho tôi có cơ hội ôn lại bài học. Mong có thời gian rỗi để tham gia cùng bạn, xin lỗi vì chỉ vào mạng tham gia để giải trí chút thôi.

... mouse

Được chuotdong sửa chữa / chuyển vào 07:57 ngày 06/05/2003

Chuột đồng sai cơ bản rồi: f=c/lamda vì vậy nếu f đã thay đổi thì bước sóng nhất định sẽ thay đổi và ngược lại (vì c là hằng số). Mau bảo lại thằng em đi không nó thi rớt chỉ vì cái khái niệm cơ bản này đấy!
"Những việc cần làm ngay"

và c=lamda0.f
Từ 3 công thức trên suy ra: lamda = lamda0 /n
Trong đó:
lamda0 là bước sóng của ánh sáng trong chân không, còn
lamda là bước sóng của ánh sáng trong môi trường tương ứng có chiết suất n >1.

Chào chuotdong, lâu quá không "gặp". Mấy cái kiến thức Vật lý phổ thông trung học gần 20 năm rơi rớt gần hết rồi, nhưng cũng còn nhớ đại khái vận tốc ánh sáng là số một, truyền trong chân không lại là số 1 la mã. Vậy mà NHIỀU (chứ không phải chỉ có 2) nguồn tài liệu lại nói rằng khi vào tầng điện ly, carrier được tăng tốc, vì thế gps mới không hiểu. (Nếu mà hiểu chắc là quên VLý PTTH thật rồi)
Sau một số công thức với lamda và hằng số Plank nhì nhằng thì gps cũng không hiểu gì hết. Chết thiệt
GPS
Lat 10o48.528'
Lon 106o44.203'
UTM 48
689874 E
1195378 N

Lâu rồi mới vô lại website này, thấy các bạn bàn về vấn đề này thấy cũng hữu ích. Và gps lạI học cùng trưòng SPKT hồI xưa, nên có vài điều tán dóc với các bạn về thắc mắc ?ospeed up? của gps.
Công thức để tính wavelegnth: Wavelength = Velocity of Radio Wave / Frequency
Trước tiên, ta hãy bàn về Velocity of radio wave, Velocity of radio wave = Vận tốc ánh sáng; gần bằng 300 000 000 m/s khi di chuyển trong chân không (vacuum). Radio wave luôn luôn di chuyển chậm hơn trong những môi trường khác. Chẳng hạn như khi di chuyển trong dây cable, thì vận tốc chỉ bằng 95% như khi di chuyển trong chân không. Khi di chuyển qua từng khí quyển của trái đất thì cũng bị chậm lại, tuy rằng rất ít. Không có bất cứ một môi trường nào có thể làm cho vận tốc ánh sáng được tăng lên. Chỉ có trong phim ảnh về khoa học giả tưởng và phim kinh dị (chẳng hạn như the twice-light zone). Vì nếu có một môi trường mà radio wave có thể đi nhanh hơn vận tốc ánh sáng thì ta có thể vào môi trường đó, đi ngược lại để tìm về quá khứ, hoặc đi trước để thấy được tương lai!
Bàn về frequency, frequency không thay đổi khi nó đi qua bất cứ môi trường nào. Nguồn tạo ra frequency, như những crystal oscillator, thì có thể thay đổI frequency nó tạo ra, do nhiều lý do, như nhiệt độ, thời gian, bị rung chuyển v.v.. Nhưng một khi frequency đã được chuyển đi, thì nó không bao giờ bị thay đổi, như khi một tín hiệu khi đi qua resistor, capacitor, hay inductor thì biên độ và phase của tín hiệu bị thay đổi nhưng frequency của tín hiệu đó thì vẫn giữ nguyên. Một thí dụ khác, từ một máy phát, tín hiệu phải đi qua dây cable (là một môi trường) rồi mới tới antenna (một môi trường khác), rồi mới ra không gian (tập hợp của nhiều môi trường), thế nhưng frequency không thay đổi khi đi qua những môi trường này, mặc dù phase và biên độ thay đổi rất nhiều. Đừng lầm lẫn với phương pháp trải phổ (spread spectrum) hay phương pháp Frequency modulation (FM), cả hai phương pháp này ta đều cố ý làm cho frequency thay đổi theo một khuôn mẫu mà ta biết trước. Ngay cả Doppler shift cũng không làm cho frequency thay đổi, nó chỉ làm cho receiver có ?ocảm tưởng? như là frequency bị thay đổi mà thôi.
Viết lại công thức trên: Frequency = Velocity of Radio Wave / Wavelength
Như đã bàn ở trên, frequency không thay đổi, vận tốc bị chậm lại do từ chân không đi qua vùng khí quyển. Nhìn vào phương trình trên, muốn giữ cho frequency không thay đổi khi vận tốc bị chậm lại, thì wave length bắt buộc phải ngắn lại. Chuyện gì xảy ra ở receiver khi frequency không thay đổi mà wavelength bị ngắn lại? Lấy một thí dụ, ở receiver, ở mỗi wavelength, receiver tìm ra được một cao điểm (peak amplitude). Vì wave length ngắn lại, do đó receiver sẽ nhận được những cao điểm nhanh hơn. Do đó các bài viết gps đọc, họ dùng từ ?ospeed up? hay ?ophase advance? để chỉ vấn đề này.
Đọc toàn bộ các bài viết thì gps sẽ thấy họ luôn viết rằng ?oionosphere delay? nên gps có thể bảo đảm rằng lớp layer này làm tốc độ của radio wave chậm lại.
Thân ái
Tvu