Các nguồn sai số trong định vị vệ tinh GPS

Các nguồn sai số trong định vị vệ tinh GPS
Rate this post

Các nguồn sai số trong định vị vệ tinh GPS

Trong định vị vệ tinh, các nguồn sai số được chia thành 3 nhóm: sai số do vệ tinh, sai số do sự lan truyền tín hiệusai số liên quan đến máy thu. Ngoài 3 nhóm nguồn sai số này còn có các sai số do người đo ảnh hưởng đến kết quả đo GPS như: cân bằng máy, đo cao anten, đặt nhầm điểm… Các nguồn sai số trên đều có thể được khắc phục để đảm bảo độ chính xác cho kết quả đo GPS. Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết hơn về các nguồn sai số trong định vị vệ tinh và cách khắc phục các nguồn sai số gây ra.

sai-so-may-dinh-vi-gps

Các nguồn sai số trong định vị vệ tinh

1.Sai số do vệ tinh

Sai số liên quan đến vệ tinh bao gồm ba nguồn sai số chính đó là: sai số đồng hồ vệ tinh, sai số quỹ đạo vệ tinh và nhiễu cố ý SA.

Sai số đồng hồ vệ tinh

-Sai số đồng hồ vệ tinh trực tiếp gây ra sai số trong xác định thời gian. Trong đo khoảng cách bằng sóng ánh sáng hay sóng điện từ, sai số thời gian ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác khoảng cách đo.

Cách khắc phục:

+ Đối với định vị tuyệt đối khoảng cách giả, sai số đồng hồ vệ tinh được hiệu chỉnh vào khoảng cách giả trước khi sử dụng chúng để giải bài toán định vị. Sai số đồng hồ vệ tinh được xác định nhờ vào đa thức đồng hồ vệ tinh được cung cấp theo lịch vệ tinh, do đó tính được số hiệu chỉnh của đồng hồ vệ tinh.

+ Trong định vị tương đối, để loại bỏ ảnh hưởng do sai số đồng hồ vệ tinh gây ra, người ta sử dụng phương trình sai phân bậc nhất của các trị đo pha từ hai trạm quan sát đến cùng một vệ tinh.

Sai số do quỹ đạo vệ tinh

-Sai số do quỹ đạo vệ tinh gây ra được hiểu là khi ta tính được tọa độ của vệ tinh nhưng lại không đúng với tọa độ thật của nó (chứa sai số khoảng 2,5m) đó chính là sai số quỹ đạo vệ tinh hay sai số lịch vệ tinh.

Cách khắc phục:

+ Trong định vị tuyệt đối, sai số này gần như ảnh hưởng trọn vẹn đến kết quả định vị vệ tinh tuyệt đối.

+ Trong định vị tương đối sai số này được giảm thiểu đáng kể do ảnh hưởng của sai số do quỹ đạo vệ tinh gây ra là như nhau nên có thể loại trừ.

Ảnh hưởng của nhiễu cố ý SA

Nhiễu cố ý SA được tạo ra nhằm giảm độ chính xác định vị tuyệt đối bằng cách làm sai lệch đồng hồ vệ tinh và tác động vào việc lập lịch vệ tinh. Song từ ngày 20/5/2000, Mỹ đã chính thức bỏ chế độ nhiễu cố ý SA.

2. Sai số phục thuộc vào môi trường lan truyền tín hiệu

 Tín hiệu vệ tinh truyền đến máy thu trên mặt đất phải xuyên qua khí quyển gồm nhiều tầng, trong đó có tầng điện ly và tầng đối lưu là hai tầng ảnh hưởng nhiều nhất tới sự lan truyền tín hiệu  từ vệ tinh, đó được gọi là hiệu ứng khí quyển ảnh hưởng đến tín hiệu vệ tinh. Ngoài ra do hiện tượng phản xạ, tín hiệu vệ tinh GPS đến máy thu có thể bị ảnh hưởng của đa đường dẫn.

Ảnh hưởng của tầng điện ly

-Ảnh hưởng của tầng điện ly đến khoảng cách đo có giá trị trung bình trong khoảng 5-10m, lớn nhất có thể đến 50m.

Cách khắc phục:

+ Trong định vị tương đối khoảng cách ngắn (nhỏ hơn 10km), ảnh hưởng do tầng điện ly và tầng đối lưu cơ bản được loại bỏ vì ảnh hưởng này được coi là như nhau đối với hai máy thu đặt gần nhau. Ở khoảng cách trên 10km, để làm giảm ảnh hưởng của tầng điện ly đến kết quả đo, người ta sử dụng máy thu hai tần số.

Ảnh hưởng của tầng đối lưu

-Tầng đối lưu là tầng khí quyển tính từ mặt đất độ cao khoảng 50km. Trong tầng đối lưu chứa nhiều hơi nước và bụi khí quyển. Ảnh hưởng của tầng đối lưu đến tín hiệu điện từ không phụ thuộc vào tần số sóng tải, được chia thành ảnh hưởng của phần khô (trên cao) và ảnh hưởng của phần ướt (dưới thấp).

Cách khắc phục:

+Để khắc phục ảnh hưởng của tầng đối lưu, người ta nghiên cứu xây dựng mô hình khí quyển để dựa vào đó tính toán hiệu chỉnh trị đo nhằm loại bỏ hoặc giảm thiểu nguồn sai số.

+Ảnh hưởng của tầng đối lưu đến tín hiệu còn phụ thuộc vào góc cao E của vệ tinh. Góc E cao càng nhỏ thì đường truyền tín hiệu trong tầng điện ly và tầng đối lưu càng lớn. Chính vì vậy, trong quá trình đo đạc, để giảm bớt sai số này người ta loại bỏ tín hiệu của vệ tinh có góc cao E < 15º (gọi là góc cao giới hạn hay góc ngưỡng).

Ảnh hưởng da đa đường dẫn

-Hiện tượng đa đường dẫn là do tín hiệu vệ tinh đến máy thu qua nhiều đường khác nhau do phản xạ tín hiệu. Nếu tín hiệu phản xạ đủ mạnh, máy thu ghi nhận cả tín hiệu truyền thẳng từ vệ tinh đến máy thu và cả tín hiệu phản xạ khi va đập vào các vật (nhà cửa, hàng rào, cột điện…) trên đường đi.

Cách khắc phục:

+Cách tốt nhất loại bỏ sai số này là sử dụng anten máy thu có khả năng giảm thiểu  tín hiệu đa đường dẫn như loại anten gồm các vòng xoáy tròn.

+Một cách khác là bố trí trạm đo GPS phải xa các vật dễ phản xạ tín hiệu như vật liệu kim loại, bê tông…

3. Sai số liên quan tới máy thu

Sai số đồng hồ máy thu

-Tinh thể thạch anh được dùng để chế tạo ra bộ tạo dao động của đồng hồ máy thu GPS. Sai số đồng hồ máy thu gây ra sẽ gây ra sai số trong các kết quả đo GPS.

Cách khắc phục:

+Trong định vị tuyệt đối khoảng cách giả, ta coi sai số đồng hồ máy thu là ẩn số thứ tư trong bài toán định vị, tính được sai số đồng hồ máy thu và hiệu chỉnh.

+Trong định vị tương đối theo pha sóng tải, sử dụng phương trình sai phân bậc hai để loại bỏ ảnh hưởng của sai số đồng hồ máy thu.

Sai số do lệch tâm pha anten

-Khi chế tạo máy thu GPS, người ta chế tạo sao cho tâm điện tử của anten trùng với tâm hình học của nó, nhưng trên thực tế hai tâm này không trùng nhau và gây ra sai số lệch tâm anten.

Cách khắc phục:

+Trong khi thao tác đo GPS, đặt máy tại điểm đo luôn quay logo máy thu về hướng Bắc với sai số trong khoảng 5º sẽ giảm bớt sai số lệch tâm pha anten.

Sai số do nhiễu tín hiệu

-Máy thu GPS là một thiết bị bao gồm phần cứng và phần mềm, do vậy trong quá trình làm việc có thể gặp tình trạng máy thu làm việc không ổn định. Trong môi trường lan truyền tín hiệu luôn có các nguồn sóng điện từ phát ra sẽ gây nhiễu tín hiệu.

Cách khắc phục:

+Người sử dụng cần nắm bắt được tình trạng của máy thu thông qua số liệu đo được xử lý đánh giá để có biện pháp khắc phục, sửa chữa máy thu GPS.


Kết nối với HighMark Security:
Tặng 5% đơn hàng đặt mua online máy định vị GPS