Bài giảng Hệ thống định vị toàn cầu GPS

Bài giảng "Hệ thống định vị toàn cầu GPS" giới thiệu đến các bạn những nội dung giới thiệu trắc địa vệ tinh, giới thiệu GPS, tín hiệu GPS, trị đo GPS, nguyên tắc định vị vệ tinh, chính sách SA và AS, các phương pháp đo GPS,... Với các bạn đang học chuyên ngành Viễn thông thì đây là tài liệu tham khảo hữu ích.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Hệ thống định vị toàn cầu GPS 5/5/2015 HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS NỘI DUNG Giới thiệu Trắc địa vệ tinh Giới thiệu GPS Tín hiệu GPS Trị đo GPS Nguyên tắc định vị vệ tinh Chính sách SA và AS Các phương pháp đo GPS 1 5/5/2015 GIỚI THIỆU TRẮC ĐỊA VỆ TINH Trắc địa vệ tinh bao gồm các kỹ thuật đo đạc và tính toán để cho phép giải các bài toán trắc địa bằng cách dùng các trị đo chính xác từ vệ tinh nhân tạo, chủ yếu là các vệ tinh gần mặt đất. Các bài toán cơ bản là:  Xác định chính xác vị trí 3 chiều ở phạm vi địa phương, vùng và toàn cầu (như thành lập mạng lưới khống chế trắc địa)  Xác định trường trọng lực củatrái đất và các hàm tuyến tính của trường trọng lực (ví dụ một geoid chính xác)  Đo đạc và mô hình các hiện tượng địa động học (ví dụ: chuyển động cực, chuyển động quay của trái đất, biến dạng của lớp vỏ cứng trái đất) LỊCH SỬ TRẮC ĐỊA VỆ TINH  Lịch sử phát triển của trắc địa vệ tinh bắt đầu với việc phóng vệ tinh nhân tạo đầu tiên của trái đất SPUTNIK-1 vào 4-10-1957.  Giai đoạn từ 1958 đến 1970 chủ yếu phát triển các phương pháp cơ bản cho việc quan trắc vệ tinh, cho việc tính toán và phân tích quĩ đạo vệ tinh. Những hệ thống vệ tinh định vị tiêu biểu được phóng trong giai đoạn này là TRANSIT (Mỹ, 1961), TSIKADA (Liên Xô cũ).  Giai đoạn 1970-1980 phát triển các đồ án khoa học, các kỹ thuật đo mới được phát triển và tinh lọc như hệ thống TRANSIT được sử dụng cho định vị Doppler. Đặt biệt ở giai đoạn này và việc phóng thành công hai hệ thống định vị vệ tinh thế hệ mới là GPS của Mỹ và GLONASS của Liên Xô cũ.  Giai đoạn 1980 đến nay là ứng dụng các kỹ thuật vệ tinh vào trắc địa. Các phương pháp vệ tinh ngày càng được cộng đồng trắc địa sử dụng rộng rãi thay cho các phương pháp truyền thống. 2 5/5/2015 ƯU ĐIỂM CỦA TRẮC ĐỊA VỆ TINH  Các vệ tinh có thể được quan sát trên một vùng lãnh thổ rộng lớn như quốc gia hay lục địa, trong khi phương pháp truyền thống chỉ khống chế ở khu vực nhỏ hẹp.  Không đòi hỏi tính thông hướng giữa các trạm đo như ở phương pháp truyền thống.  Có thể ứng dụng để định vị ở thời gian thực và vị trí bất kỳ: trên đất, trên biển và trong không gian cho đối tượng đứng yên hay di chuyển.  Có thể đo 24h/ngày trong mọi điều kiện thời tiết.  Độ chính xác định vị cao và đang ngày càng được cải thiện  Người sử dụng không cần quan tâm đến việc điều hành hệ thống. ƯU ĐIỂM CỦA TRẮC ĐỊA VỆ TINH  Giá thành còn tương đối cao so với các thiết bị truyền thống.  Người đo phải có những kiến thức nhất định về GPS và những kiến thức này không được thừa hưởng từ những thiết bị định vị truyền thống.  Phạm vi sử dụng giới hạn ở những khu vực có độ phủ cao, công trình ngầm,… 3 5/5/2015 CÁC HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU Các hệ thống cũ:  TRANSIT  Là hệ thống vệ tinh định vị đầu tiên được đưa vào vận hành  Hoạt động từ năm 1964 đến năm 1996  Điển hình có 4-6 vệ tinh ở độ cao 1.075 km  Hệ thống quân sự của Mỹ  TSIKADA  Của Liên xô cũ, tương đương với TRANSIT  Là hệ thống dân sự dùng trong định vị, dẫn đường  Vệ tinh đầu tiên được đưa lên quỹ đạo vào năm 1974, vận hành hoàn chỉnh vào 1978, hoạt động đến 1995  Bao gồm 4 vệ tinh bay ở quỹ đạo tầm thấp, khoảng 1.000 km  Có độ chính xác từ 50 – 100m CÁC HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU Các hệ thống đang vận hành:  GLONASS  Do Liên Xô phát triển để thay thế Tsikada kể từ năm 1976  Hệ thống được xây dựng hoàn chỉnh vào năm 1995  Đến tháng 3/2014, đã có 29 vệ tinh vận hành, với phạm vi phủ sóng toàn cầu  GALILEO  Đang được xây dựng bởi khối Cộng đồng chung Châu Âu (EU)  Đến tháng 10/2011, chỉ mới 02 vệ tinh đang được thử nghiệm, có 2 vệ tinh nữa được phóng vào tháng 9/2012  Hệ thống hy vọng được xây dựng hoàn chỉnh vào 2019, bao gồm 30 vệ tinh 4 5/5/2015 CÁC HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU Các hệ thống đang vận hành:  COMPASS  Do Trung Quốc xây dựng và phát triển  Sẽ được nâng cấp từ hệ thống Beidou  Theo kế hoạch sẽ được xây dựng hoàn chỉnh vào năm 2020, bao gồm tổng cộng 35 vệ tinh (5 trên quỹ đạo địa tĩnh, 3 trên quỹ đạo địa tĩnh nghiêng và 27 trên quỹ đạo trung bình), đến tháng 3/2015 hệ thống đã phủ sóng toàn cầu.  GPS  Được Bộ Quốc Phòng Mỹ phát triển dùng để thay thế TRANSIT  Dự án được khởi động từ 1973 và xây dựng hoàn chỉnh vào năm 1994  Đến tháng 6/2014, đã có tổng cộng 31 vệ tinh trên quỹ đạo đủ để phủ sóng toàn cầu CÁC HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU 5 5/5/2015 CÁC HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU Các hệ thống trong khu vực:  Beidou: - Là tiền thân của hệ thống Compass đang được xây dựng - Gồm Beidou-1, có 3 vệ tinh, được phát triển từ năm 2000 và Beidou- 2 (Compass) đang được nâng cấp với mục tiêu phủ kín khu vực châu Á -Thái Bình Dương vào năm 2012 và hoàn thiện vào năm 2020.  DORIS - Được vận hành bởi CNES, Pháp - Dùng để xác định chính xác quỹ đạo vệ tinh và định vị  IRNSS - Thuộc sở hữu của Ấn Độ - Đang được triển khai (với 7 vệ tinh địa tĩnh) với vùng phủ trùm khu vực Ấn Độ Dương với 2 mục đích: quân sự và dân sự  QZSS - Thuộc sở hữu của Nhật Bản - Vệ tinh đầu tiên được phóng vào năm 2010, dự kiến vận hành hoàn chỉnh vào năm 2013 với tổng cộng 3 vệ tinh CÁC HỆ ...