Tìm hiểu về “Trị đo pha” và “Trị đo giả cự ly” trong định vị vệ tinh

Hiện nay, với sự phát triển vượt bậc của cách mạng công nghiệp 4.0 việc sử dụng công nghệ đo GNSS đang được ứng dụng ngày càng rộng rãi và hiệu quả. Với tính đa dụng và nhanh chóng, công nghệ GNSS đang ngày càng được ưa chuộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Và bài toán cơ bản nhất chính là đo khoảng cách trong định vị vệ tinh, xác định tọa độ của điểm trên trái đất. Vậy chúng được thực hiện dựa trên nguyên lý nào? Hãy cùng tìm hiểu qua bài viết sau đây!

“Trị đo pha” và “Trị đo giả cự ly” trong định vị vệ tinh là gì?

Để giải quyết một bài toán xác định vị trí của một điểm trong không gian thì một thành phần không thể thiếu đó chính là khoảng cách từ vệ tinh ngoài không gian đến máy thu trên mặt đất. Vị trí một điểm trên mặt đất có sai số nhiều hay không sẽ phụ thuộc vào việc tính toán khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu có chính xác hay không.

Để thực hiện bài toán này, máy thu sẽ nhận tín hiệu từ vệ tinh có chứa hai trị đo là trị đo giả cử ly và trị đo pha. Hai trị đo này có những đặc điểm gì và có độ chính xác như thế nào, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu sau đây.

Hình 1. Hình ảnh vệ tinh đang hoạt động trên quỹ đạo.

- Trị đo giả cự ly

Hiện nay, tín hiệu từ vệ tin truyền đến máy thu đặt trên mặt đất là một tín hiệu phức tạp trộn lẫn trên hai tần số của sóng tải là hai mã đo khoảng cách C/A, P và thông báo hàng hải.

Nhiệm vụ của máy thu là phải giải mã và tách riêng những tín hiệu này ra để phục vụ cho quá trình tính toán, hay nói cách khác vệ tinh sẽ “mã hóa” tín hiệu và máy thu sẽ “giải mã” những tín hiệu này.

Như đã đề cập, mã đo khoảng cách sẽ gồm hai loại:

Mã C/A (Clear/Access hay Coarse/Acquisition) được xem như là mã đo thô, độ chính xác thấp nhưng được sử dụng một cách miễn phí. Mã C/A được sinh ra ở tần số 1023MHz với bước sóng 300m và được truyền ở tần số L1.

Hình 2. Cấu trúc của mã C/A.

Mã P (Prive hay Precise) được xem như mã đo chính xác cao nhưng không được sử dụng miễn phí. Mã P cũng được sinh ra ở tần số 10.23 MHz với bước sóng 30m. Như vậy mã P được sinh ra tương tự như mã C/A nhưng có cấu trúc phức tạp hơn rất nhiều và được truyền ở cả hai tần số L1 và L2.

Hình 3. Cấu trúc của mã P.

Mã C/A và mã P được xem như là thước đo cung cấp số liệu để tính toán ra khoảng cách của vệ tinh đến máy thu, tuy nhiên những tính hiệu này có đặc tính là bị nhiễu do các thuật toán toán học. Do đó còn gọi là “nhiễu giả ngẫu nhiên” (Pseudo – Random Noise – PRN).

Trên thực tế, khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu rơi vào khoảng 20200 km và để tín hiệu của mã PRN từ vệ tinh đến máy tính sẽ mất 7 mili giây, do đó hai dãy tín hiệu trở nên lệch nhau. Chính độ lệch này sẽ phản ánh khoảng cách hình học từ vệ tinh đến máy thu. Vì thế, điều quan trọng là máy thu phải tạo ra dãy mã giống với tín hiệu vệ tinh truyền tới.

Trong thực tế, tín hiệu truyền từ vệ tinh đến máy thu bị pha lẫn sai số do môi trường, do sai số của đồng hồ vệ tinh lẫn đồng hồ máy thu nên khoảng cách thực tế đo đạc rất khác so với khoảng cách hình học trên lý thuyết cho nên trị đo sử dụng mã PRN thường được gọi là trị đo giả cự ly (Pseudo – Range).

- Trị đo pha

Tương tự mã đo khoảng cách dùng mã PRN, nhưng máy thu sẽ phân tích hai dãy sóng tải phát ra từ vệ tinh và máy thu. Với sóng tải sẽ là một sóng hình sin và trên thực tế hai dãy sóng vẫn sẽ lệch nhau. Lúc này hai dãy sóng lệnh nhau một pha bất kì từ 0^o đến 360^ochỉ cần xác định được giá trị lệch pha nhau hay “Số nguyên lần bước sóng” ta sẽ xác định được khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu gần như chính xác.

Độ lệch pha giữa vệ tinh và máy thu sẽ được viết đơn giản dưới dạng:

Với n được gọi là tham số đa trị. Việc chất lượng của trị đo cao hay thấp sẽ phụ thuộc vào công nghệ mà hãng sản xuất thiết bị GNSS áp dụng để giải tham số này. Như vậy trị đo khoảng cách sử dụng sóng tải từ vệ tinh và máy thu được gọi là trị đo pha (Phase Obserable).

Hình 4. Cấu trúc của sóng tải.

Ứng dụng “Trị đo giả cự ly” và “Trị đo pha” để đo khoảng cách trong định vị vệ tinh

Hiện nay, trắc địa có nhiều lĩnh vực có thể sử dụng đến trị đo GNSS như: GIS, khảo sát địa hinh, đo đạc địa chính hay khảo sát lâm nghiệp, …Từng ngành nghề sẽ cần những yêu cầu về trị đo khác nhau cho nên việc sử dụng trị đo pha hay trị đo giả cự ly sẽ phụ thuộc vào độ chính xác mà chúng ta mong muốn.

Đối ngành GIS chủ yếu tập trung vào việc thu thập thông tin của một địa vật thì việc độ chính xác định vị yêu cầu thường không cao thì có thể sử dụng trị đo giả cự ly sử dụng mã C/A. Đối với ngành nghề cần độ chính xác cao hơn như là ngành đo đạc địa chính thì sẽ cần sử dụng đến trị đo giả cự ly mã P để đạt được độ chính xác yêu cầu.

Trong cuộc cách mạng 4.0 như hiện nay, Trimble Technologies cũng mang đến cho người dùng một công nghệ hoàn toàn hiện đại đó là công nghệ Trimble ProPoint, Đây là công nghệ định vị có độ chính xác cao thế hệ thứ năm do Trimble phát triển có thể giải quyết những vấn đề về sai số khi xử lý trị đo GNSS giúp người sử dụng đạt hiệu quả cao hơn khi đo trong những vùng rậm rạp, kế bên những tòa nhà cao tầng hay gốc cây cao.

Công nghệ Trimble ProPoint hiện được tích hợp trên các thiết bị:

- Máy định vị GNSS Trimble Catalyst DA2.

- Máy định Vị GNSS Trimble R780.

- Máy định vị GNSS Trimble R12.

- Máy định vị GNSS Trimble R12i.

Kết luận

Với sự phát triển của công nghệ thông tin hiện nay việc sử dụng trị đo GNSS đã trở nên gần gũi hơn và dễ sử dụng hơn rất nhiều. Trimble Technologies cũng đã cung cấp cho người dùng rất nhiều giải pháp và thiết bị để sử dụng trị đo GNSS một cách tối ưu nhất. Vì thế, để công việc trở nên hiệu quả hơn chúng ta cần xác định công tác thực hiện cần độ chính xác bao nhiêu và cần thiết bị như thế nào, từ đó tiến độ của công việc sẽ trở nên “mượt mà” hơn.

Liên hệ ngay HOTLINE 0903 825 125 để được tư vấn chi tiết hơn về các thiết bị định vị vệ tinh GNSS hiện đại nhất hiện nay!

>>> Xem thêm: Công nghệ GNSS được ứng dụng như thế nào trong trắc địa?

Mọi thông tin xin vui lòng liên hệ: