Các loại sai số trong đo GPS

Việc định vị bằng các hệ thống định vị toàn cầu về thực chất được xây dựng trên phép giao hội khoảng cách từ các vệ tinh có tọa độ đã biết. Khoảng cách từ các vệ tinh đến các điểm quan sát được xác định theo thời gian lan truyền sóng vô tuyến trong không gian.

Như vậy kết quả xác định thời gian lan truyền sẽ chịu ảnh hưởng trực tiếp của độ chính xác đo thời gian trên các đồng hồ vệ tinh và trong máy thu; còn tốc độ của sóng phụ thuộc vào điều kiện của môi trường lan truyền. Ngoài ra độ chính xác của vị trí điểm còn phụ thuộc vào sai số tọa độ vệ tinh và một số nguồn ảnh hưởng khác.

1. Sai số do tầng áp suất khí quyển
  • Ảnh hưởng khúc xạ tầng điện ly

Đây là sai số do hiện tượng khúc xạ tia sóng đi từ khoảng không vũ trụ vào tầng đầu tiên của khí quyển. Sai số này không gây ảnh hưởng lớn tới kết quả đo trong khoảng cách ngắn mà chỉ ảnh hưởng lớn trên khoảng cách dài.

  • Ảnh hưởng khúc xạ tầng đối lưu

Tầng đối lưu có độ cao đến 8 km so với mặt đất là tầng làm khúc xạ đối với tín hiệu GPS đo chiết suất biến đổi. Do vậy số cải chính mô hình khí quyển phải được áp dụng đối với trị đo của máy một tần số và cả máy hai tần số.

Sóng điện từ khi đi qua tầng đối lưu thì tốc độ truyền bị thay đổi, đường truyền sóng cũng bị cong. Sai số khoảng cách do tầng đối lưu gây ra trên thiên đỉnh khoảng 2,3 m, khi khoảng thiên đỉnh z – 80° thì sai số này có giá trị khoảng 13 m.

2. Sai số do hiện tượng đa đường dẫn (Multipath)

Đó là những tín hiệu từ vệ tinh không đến thẳng anten máy thu mà đập vào bề mặt phản xạ nào đó xung quanh rồi mới đến máy thu. Như vậy kết quả đo sẽ bị sai lệch.

Để tránh hiện tượng này, ăng-ten phải có tầm nhìn vệ tinh thông thoáng với ngưỡng góc cao trên 15°. Việc chọn ngưỡng góc cao 15° nhằm giảm ảnh hưởng bất lợi của chiết quang của khí quyển và hiện tượng đa tuyến.

3. Sai số đồ hình vệ tinh do góc ngưỡng gây ra

Khi đo GPS cần phải thu được tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh, tức là phải có tầm nhìn thông tới các vệ tinh đó. Tín hiệu GPS là sóng cực ngắn trong phổ điện từ, có thể xuyên qua mây mù, song không thề truyền qua được tán cây hoặc các vật che chắn.

Do vậy tầm nhìn vệ tinh thông thoáng có tầm quan trọng đặc biệt đối với công tác đo GPS. Khi sử dụng trị đo pha cần phải bảo đảm thu tín hiệu vệ tinh trực tiếp, liên tục nhằm xác định số nguyên lần bước sóng khởi đầu.

4. Sai số do đồ hình vệ tinh

Chỉ số mô tả đồ hình vệ tinh gọi là hệ số phân tán độ chính xác – hệ số DOP. Chỉ số DOP là số nghịch đảo thể tích của khối tỷ diện tạo thành giữa các vệ tinh và máy thu, chỉ số DOP chia ra các loại:

PDOP – chỉ số phân tán độ chính xác về vị trí (Positional DOP).

TDOP – chi số phân tán độ chính xác về thời gian (Time DOP).

HDOP – chỉ số phân tán độ chính xác về mặt phẳng (Horizontal DOP).

VDOP – chỉ số phân tán độ chính xác về cao độ (Vertical DOP).

GDOP – chỉ số phân tán độ chính xác về hình học (Geometric DOP).

Đồ hình phân bố vệ tinh được thiết kế sao cho chỉ số PDOP đạt xấp xỉ 2,5 với xác suất 90% thời gian. Đồ hình vệ tinh đạt yêu cầu với chỉ số PDOP <6

5. Một số các sai số khác

5.1. Sai số đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu

Đây là sai số của đồng hồ vệ tinh, sai số của đồng hồ máy thu và    sự không đồng bộ giữa chúng. Đồng hồ trên vệ tinh được trạm điều khiển trên mặt đất theo dõi, và do đó nếu phát hiện có sai lệch, trạm này sẽ phát tín hiệu chỉ thị thông báo số cải chính cho máy thu GPS biết để xử lý.

5.2. Sai số của quỹ đạo vệ tinh

Chuyển động của vệ tinh trên quỹ đạo không tuân thủ theo định luật Kepler do có nhiều tác động nhiễu như: tính không đồng nhất của trọng trường Trái Đất, ảnh huởng của sức hút Mặt Trăng, Mặt Trời và các thiên thể khác, sức cản của khí quyển, áp lực của bức xạ của Mặt Trăng, Mặt Trời, …

Vị trí tức thời của vệ tinh chỉ có thể được xác định theo mô hình chuyển động được xây dựng trên cơ sở các số liệu quan sát từ các trạm có độ chính xác cao trên mặt đất thuộc đoạn điều khiển của hệ thống GPS và đương nhiên có chứa sai số.

5.3. Sai số do ngưòi đo

Khi đo GPS, tâm hình học của anten máy thu cần đặt chính xác trên tâm móc điểm đo theo đường dây dọi. Anten phải đặt cân bằng, chiều cao từ tâm mốc đến tâm hình học của anten cần đo và ghi lại chính xác. Đo chiều cao anten không đúng thường là lỗi hay mắc phải của người đo GPS. Ngay cả khi xác định tọa độ phẳng thì việc đo chiều cao cũng quan trọng vì GPS là hệ thống định vị 3 chiều, sai số chiều cao sẽ lan truyền sang vị trí mặt phẳng và ngược lại.

5.4. Sai số do lệch tâm pha của anten

Tâm pha là một điểm nằm bên trong anten, là nơi tín hiệu GPS biến đổi thành tín hiệu trong mạch điện, các trị đo khoảng cách được tính vào điểm này.

Điều này có ý nghĩa quan trọng đối với công tác trắc địa. Khi chế tạo, anten đã được kiểm định sao cho tâm pha trùng với tâm hình học của nó. Tuy nhiên tâm pha thay đổi vị trí phụ thuộc vào đồ hình vệ tinh, ảnh hưởng này có thể kiểm định trước khi đo hoặc sử đụng mô hình tâm pha ở giai đoạn tính xử lý.

Quy định cần phải tuân theo là khi đặt anten cần dóng theo cùng một hướng (thường là hướng Bắc) và tốt nhất sử dụng cùng một loại anten cho cùng một ca đo.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.