Tài liệu định vị tương đối với máy thu gps một tần số rẻ tiền

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA FOG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHCN CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: "ĐỊNH VỊ TƯƠNG ĐỐI VỚI MÁY THU GPS MỘT TẦN SỐ RẺ TIỀN" Mã số đề tài: T-KTXD-2012-59 Thời gian thực hiện: 12 tháng (01/02/2012-01/02/2013) Chủ nhiệm đề tài: Ts. Nguyễn Ngọc Lâu-ThS. Đặng Văn Công Bằng Cán bộ tham gia đề tài: ThS. Dương Tuấn Việt Thành phố Hồ Chí Minh – Tháng 2 /2013 Danh sách các cán bộ tham gia thực hiện đề tài (Ghi rõ học hàm, học vị, đơn vị công tác gồm bộ môn, Khoa/Trung tâm) 1. Ts. Nguyễn Ngọc Lâu 2. ThS. Đặng Văn Công Bằng 3. ThS. Dương Tuấn Việt Nơi công tác: Bộ Môn Địa Tin Học - Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng - Trường Đại học Bách khoa Tp.HCM M HƯƠNG 1: NHIỆM V 1.1. NHIỆM V L ỦA ĐỀ TÀI .......................................................................... 4 ỦA ĐỀ TÀI: ...................................................................................................................... 4 1.1.1. Tính cấp thiết của đề tài: .......................................................................................................................... 4 1.1.2. Mục tiêu của đề tài: .................................................................................................................................. 5 1.1.3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài .................................................................................... 6 1.2. KHẢ NĂNG SỬ D NG MÁY THU MỘT TẦN SỐ RẺ TIỀN TẠI VIỆT NAM ............................... 6 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới: .......................................................................................................... 6 1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước:.......................................................................................................... 10 HƯƠNG 2: Á THUẬT TOÁN XỬ LÝ TRỊ ĐO PHA GPS .................................. 13 2.1. K THUẬT NH SAI TUẦN TỰ S QU NTIAL L AST SQUAR S ADJUSTM NT : .......... 13 2.1.1. C ng thức tu n tự 1: .............................................................................................................................. 13 2.1.2. C ng thức tu n tự 2: .............................................................................................................................. 15 2.1.3. ng ụng của phư ng ph p ình sai tu n tự vào x 2.1.4. u khuyết đi ý tr đo GPS:....................................................... 16 của k thu t tu n tự: .................................................................................................... 17 2.2. GIẢI ĐA TRỊ AM IGUITY R SOLUTION ................................................................................... 18 2.2.1. Nguyên tắc chung của việc giải đa tr : .................................................................................................. 18 2.2.2. C c phư ng ph p giải đa tr : ................................................................................................................. 18 2.2.3. Thu t to n LAMBDA: ........................................................................................................................... 20 HƯƠNG 3: LẬP HƯƠNG TR NH XỬ LÝ DỮ LIỆU ĐO GPS ............................. 24 3.1. SƠ ĐỒ KHỐI ỦA HƯƠNG TR NH: .............................................................................................. 24 3.2. LỰA HỌN NGÔN NGỮ LẬP TR NH: ............................................................................................. 27 HƯƠNG 4: THU THẬP VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU ĐO GPS .......................................... 29 4.1. THIẾT KẾ LƯỚI: .................................................................................................................................. 29 4.2. THIẾT Ị ĐO THỬ NGHIỆM: ............................................................................................................ 30 4.3. LỊ H ĐO GPS TRÊN THỰ ĐỊA: ...................................................................................................... 32 4.4. XỬ LÝ DỮ LIỆU ĐO:............................................................................................................................ 33 4.4.1. X ý iệu đo chíp OEM 15L GARMIN tr đo Pha ước s ng : ................................................. 34 4.4.2. X ý iệu đo chíp NV 8C tr đo Pha nguyên ước s ng : .............................................................. 41 HƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................... 44 5.1. KẾT LUẬN ............................................................................................................................................. 44 1 5.1.1. C c vấn đề đạt được ............................................................................................................................... 44 5.1.2. Kết u n ................................................................................................................................................ 45 5.1.3. Kh khăn và hạn chế .............................................................................................................................. 46 5.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ỦA ĐỀ TÀI ................................................................................................. 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 48 PH L 2: KẾT QUẢ THỐNG KÊ SỐ LIỆU ............................................................ 64 PH L 3: THIẾT KẾ VÀ HƯỚNG DẪN SỬ D NG HƯƠNG TR NH “PPH ”:97 PL 3.1. THIẾT KẾ Á Chư ng trình con ấy HƯƠNG TR NH ON VÀ HƯƠNG TR NH HÍNH: ....................... 97 iệu với c c tốc độ kh c nhau “FEPO”: ................................................................... 97 Chư ng trình con tạo hai fi e đồng ộ về thời gian “DD2FILE”: .................................................................... 98 Chư ng trình con tiền x Nh ý “PPCODE”: ........................................................................................................ 98 chư ng trình con hỗ trợ : ...................................................................................................................... 99 Chư ng trình chính x PL 3.2. ý iệu đo của y thu GPS: ................................................................................ 101 HƯỚNG DẪN SỬ D NG PHẦN MỀM PPH ..................................................................... 104 Khởi động ph n C c thao t c x ề “PPHC” trong MATLAB: .......................................................................................... 104 ý đường đ y đ n ằng ph n ề “PPHC”: ....................................................................... 105 2 M Bảng 1.1: Bảng 4.1: Bảng 4.2: Bảng 4.3: ại Bảng 4.4: Bảng 4.5: Bảng 4.6: Bảng 4.7: Bảng 4.8: Bảng 4.9: Bảng 4.1 : L ẢNG Gi thành của ột số oại y thu GPS .............................................................4 L ch đo GPS nă 2 11 .....................................................................................32 L ch đo GPS nă 2 12 .....................................................................................33 Kết quả x ý iệu đo của y thu chính x c ằng c c ph n ề thư ng 34 Kết quả tính sai số khép ta gi c .....................................................................35 C c thành ph n đường đ y sau ình sai ............................................................35 Độ ệch so với kết quả ình sai .........................................................................36 Độ ệch so với kết quả ình sai .........................................................................39 Kết quả x ý iệu đo GPS ằng ph n ề GAMIT GLOBK....................41 Kết quả x ý t ng đường đ y đ n ằng ph n ề PPHC..............................42 Độ ệch so với kết quả của ph n ề khoa học GAMIT GLOBK ..................43 M L H NH Hình 1.1: S đồ đo th nghiệ trên đường đ y “ ” ...........................................................7 Hình 1.2: C ch ắp đ t trạ y Gar in ...........................................................................8 Hình 1.3: Chíp GPS Gar in ...............................................................................................9 Hình 1.4: C c thiết được kết nối và ph n ề thu số iệu GPS25PM ...........................9 Hình 1.5: S đồ kết nối của Chíp GPS: OEM 25-HVS, AC12.........................................10 Hình 2.1: S đồ khối của phư ng ph p ình sai tu n tự ...................................................16 Hình 3.1: S đồ tổng qu t của chư ng trình x ý iệu đo của y thu GPS ..............24 Hình 3.2: D iệu đo của y thu GPS r tiền ng chíp OEM 15L GARMIN ..............25 Hình 4.1: S đồ thiết kế ưới GPS nă 2 11 ...................................................................29 Hình 4.2: S đồ thiết kế ưới GPS phục vụ cho việc ki nghiệ chíp NV 8C .............30 Hình 4.3: C c oại y thu đ s ụng trong thu th p số iệu ..........................................31 Hình 4.4: Giao iện chính của ph n ề RINEX ogger .................................................31 Hình 4.5: M y thu GPS đắt tiền ........................................................................................32 Hình 4.6: Chênh ệch ph n tră giải đa tr gi a g c cao vệ tinh 1 0 và 50 ......................38 Hình 4.7: Chênh ệch ph n tră giải đa tr khi c và kh ng c s a ch a trượt chu kỳ pha39 Hình 4.8: C c th ng số cài đ t trong PPHC khi x ý đường đ y đ n t d iệu đo của chip NV08C ....................................................................................................................42 3 HƯƠNG 1: NHIỆM V 1.1. NHIỆM V ỦA ĐỀ TÀI ỦA ĐỀ TÀI: 1.1.1. Tính cấp thiết của đề tài: M y thu GPS đ ng ột vai trò quan trọng trong c c ứng ụng độ chính x c cao trong đ c c c c ng t c trắc đ a như: đo ưới khống chế, khảo s t đ a hình trên ờ, ưới nước , ố trí cọc giải ph ng iến ạng c ng trình…C c t ằng, ẫn đường, quan trắc thủy triều, đo y thu GPS hai t n số c th cung cấp độ chính x c cao o c số ượng tr đo ồi ào 7 tr đo 2 t n số đồng thời trong cung cấp nh ng k thu t giải tiên tiến nhất như k thu t ò tì phép cung cấp tr đo c chất ượng cao. Tuy nhiên, gi thành của ại rất đắt tiền so với oại ột t n số xe y thu cũng hợp t c cho y thu hai t n số ảng 1.1 . Bảng 1.1: Giá thành của một số loại máy thu GPS Máy thu một Máy thu một t n số Máy thu hai t n số t n số r tiền Giá thành Giá thành 1 chíp Loại máy thu O M và một số máy định vị c m tay Loại Giá thành 1 cặp Loại 1 cặp máy thu máy thu USD máy thu máy thu Garmin (USD) 1 Chíp GPS O M 100 76, 60, 8696 Leica SR-530 8696 Topcon 7729 21739 Promark 3 Garmin Garmin Leica SR20 Magellan 15L c a 2/ (USD) Legacy H  300 Trimble R3 Topcon 7729 GB500/GB1000 III+ Thời gian tha khảo: nă 2 11 Máy thu một t n số r tiền đ u n m 2 11 Giá thành 1 chíp O M và một số máy Loại máy thu định vị c m tay Garmin USD 4 21739 R100 Kit (Hemisphere) 2495 OEMSTAR-10HZ-D-G 720 DG14 Light (Ashtech) 1945 Skytraq (Taiwan) 24†28 NV08C (Ucraine) 18 (Ngu n tham hảo giá: Internet) Hiện nay c c y thu GPS r tiền như: y đ nh v c ho c c c oại chíp Skytraq, NV 8C… được s tay của h ng Gar in ụng rất rộng r i và phổ iến trong cộng đồng ân sự. Mục đích chủ yếu của c c oại y thu r tiền à ẫn đường và c p nh t đường phố cho ản đồ giao th ng tỉ ệ nhỏ, ởi vì độ chính x c đ nh v thấp 5-1 . Tuy nhiên, ngoài việc s tuyệt đối thời gian thực còn c à người s ụng tr đo ụng vẫn iết, đ ng cho việc đ nh v ột số òng chíp GPS r tiền khả năng cung cấp được cả tr đo pha trên ước s ng OEM 15L GARMIN và nguyên ước s ng NV 8C . Trong đ 2 oại chíp OEM 15L và NV 8C được ch ý h n cả vì gi thành r . Về nguyên tắc, tiến hành h u x iệu pha thu được t ý như đối với Nếu điều này thực hiện được s y thu ột t n số đ đạt độ chính x c cao h n. ang ại hiệu quả cao vì gi thành r tiền kh thấp ao động trong khoảng 5 iệu pha t c c y thu GPS r tiền hoàn toàn c th ột c p y thu USD t y oại. Vì nh ng đ c đi riêng, y thu r tiền kh ng th x c sẵn. Do đ c n thiết phải xây ựng ph n ề ý thành c ng ằng c c ph n x ề ý tr đo pha cho ph hợp nhằ cung cấp độ chính x c cao nhất. Trên c sở đ đề tài nghiên cứu đ được hình thành. 1.1.2. Mục tiêu của đề tài: Ph n ớn c c y thu GPS r tiền chỉ cung cấp tr đo pha trên n a ước s ng, trong khi đa số c c ph n ề thư ng ại hiện nay như Pinnac e, Tri Geo atics Office, hay Ashtech So ution thường x s ng. Vì v y khi ng nh ng ph n r tiền thì việc giải c c tha ề này x e ý tr đo pha trên nguyên ước ý cho t p iệu của c c y thu số đa tr thường thất ại. Nguyên nhân chính vì ph n 5 cứng của c c ph n y thu p ụng k thu t giải ề thư ng ại đ n giản. Đ khắc phục kh khăn của ục tiêu đề tài của ch ng t i s đi tì LAMBDA và ình sai tu n tự, viết chư ng trình x ột t n số r tiền giải đa tr trên cả ý hi u thu t to n iệu đo của y thu GPS ước s ng và nguyên ước s ng , tì hi u thu t to n giải đa tr trên n a ước s ng giới hạn cho c c đường đ y c chiều ài < 10 km. 1.1.3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài Hiện nay, trên th trường c kh nhiều ph n GPS tuy nhiên khi s thu t to n x tiền với riêng ụng c c ph n ý ên trong, ề ới c th giải c c tha iệu đo của ý tr đo của y thu GPS ước s ng c n phải c y thu đến ột t n số r ột ph n ề x ý số đa tr thành c ng. Chính vì v y khi thực hiện đề tài này s gi p ch ng ta c th hi u k và nắ c c oại x này ch ng ta thường kh ng quan tâ t kh c với iệu tr đo pha cho trên ề y thu trắc đ a n i chung cũng như v ng thu t to n x iệu đo của ý iệu đo của y thu GPS 1 t n số n i riêng. Đây à đề tài kh ới và hấp ẫn đối với nh ng người quan tâ đến ĩnh vực GPS, nếu đề tài thành c ng thì s phục vụ rất h u ích cho c ng t c giảng ạy trong c c trường đại học, t đ s hoàn thiện nâng cấp ên thành ph n ề x ý GPS với nhiều tính năng h n. 1.2. KHẢ NĂNG SỬ D NG MÁY THU MỘT TẦN SỐ RẺ TIỀN TẠI VIỆT NAM 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới: Vì đây à ột đề tài đe ại hiệu quả kinh tế ớn và kh ới , ođ đ c nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâ . Nghiên cứu đ u tiên à của gi o sư Antonio Ta erneo Ga an tại trường Đại học k thu t Ma ri giải đồng thời cung cấp ph n của ột số oại rất ấn tượng khi x thành c ng th ng ề Async+Gar2rin o nh phân của iễn phí cho phép thu y Gar in. Cũng trên we site này: ng đ th ng ý ột đường đ y ài 3 k tốc độ thu 1s ằng ph n ề y Gar in với iệu o kết quả iệu thu trong 2 ph t, GeoGenius. Độ chính x c đạt được 1 -20cm 6 khi x ý tr đo pha kh ng giải đa tr . Chi tiết tha khảo tại we site: http://www.ngs.noaa.gov/CORS/Data.html Emily Cosser, Chris J Hill, Gethin W Roberts, Xiaolin Meng, Terry Moore and Alan H Dodson, Bridge Monitoring with Garmin Handheld Receivers, 1st FIG International Symposium on Engineering Surveys for Construction Works and Structural Engineering Nottingham, United Kingdom, 28 June – 1 July 2004 [1] . - Nh t c giả đ xây ựng ột ph n ề c tên à GRINGO (GPS RINEX Generator cho phép ưu ại tr đo và tr đo pha của y Gar in ưới đ nh ạng Rinex. - Xây ựng ph n ề P4 à ph n được xuất ra t ph n ề GRINGO. ề đo tĩnh h u x ý với iệu đ u vào - Xây ựng ột đường đ y kh ng zero ase ine đ tiến hành đo th nghiệ : c c y thu tiến hành thu số iệu trong 1 ph t theo s đồ sau: Hình 1.1: - T việc th nghiệ Garmin lớn h n của đồng hồ n so với y thu. Trên y Gar in S o th nghi m tr n ng áy nh t c giả đi đến kết u n sau độ nhiễu của y y Leica rất nhiều, điều này c th giải thích à o sai số của ột đường đ y ngắn kết quả x ý của y Leica tốt h n 2 o việc giải đa tr g p kh khăn n a ước s ng . Volker SCHWIEGER, Using Handheld GPS Receivers for Precise Positioning, 2nd FIG Regional Conference, December 2 – 5, 2003 [2] . 7 - Trong qu trình thu iệu đo th nghiệ t c giả đ s ụng hai ph n ề P4 – Pseudorange & Phase Post-Processor được ph t tri n ởi Đại học Nottingha đ x ý iệu đo của y Gar in và ph n ề 2.5 của c ng ty Leica. Trường Đại học Nottingha iệu đo xuất ra t hai đ à ại SKI-Pro (Version rất nhiều cuộc ki tra y thu Gar in trong trường hợp đ nh v tư ng đối. Bài o này chỉ t p trung đ nh gi ột thư ng iệu của y Gar in kết hợp với iệu thu của y thu trắc đ a kh c Leica SR 53 . - Xây ựng y Gar in. D ột i ki nghiệ c khả năng x c đ nh hình antenna cho iệu được cắt ra thành t ng khối 5 ph t đ đ nh gi độ chính x c và tin c y của kết quả đ nh v . Phân tích kết quả đo đạc thấy rằng Gar in chia ra thành t ng ph n 5 ph t đ x iệu của ý à kh ng thích hợp cho việc đ nh v chính x c. Hình 1.2: Cách l p t trạm máy Garmin - Thu t to n của GRINGO và P4 kh ng g p phải vấn đề gì. P4 rất thích hợp cho x pha ý tr đo c s ng trong . Ph n ột SKI-Pro cho kết quả tốt h n đối với việc x việc giải đa tr kh ng th thực hiện đối với ý tr đo iệu đo cho trên n a ước y Gar in. - Mục đích s với ề ụng y đ nh v c tay cho việc đ nh v chính x c kết hợp y thu trắc đ a chỉ c th đạt được trong trong trường hợp đo tĩnh. Nếu tại v trí đo kh ng chướng ngại v t và ít nhiễu xạ thì c th s ảnh hưởng hiện tượng đa đường hay ụng tr đo pha cho việc h u x được thì độ chính x c nh n được c th ưới 1 c . 8 ý, nếu điều này thực hiện R.M Alkan, On the use of low-cost oem gps receiver system for surveying applications, Istanbul Technical University, Faculty of Civil Engineering, Geodesy and Photogrammetry Engineering [4] . - Trong nghiên cứu này, ki tra xe c th được s ột chíp OEM r tiền đ được đo th nghiệ ụng trong nh ng ứng ụng trắc đ a hay kh ng. Trong 3 ca đo đ được tiến hành hai ca đo tĩnh và Hình 1.3: Hình 1.4: đ Các thiết bị ột ca đo động. Chíp GPS Garmin ợc ết nối và phần mềm thu số li u GPS25PM - Kết quả nghiên cứu chỉ rằng độ chính x c đ nh v trong phư ng ph p đo tĩnh c th đạt tới t Kết quả ki tới c với nh ng đường đ y ngắn và đường đ y ài 51k . tra đối với ứng ụng đo động còn kh tệ, nguyên nhân à o tr đo pha chưa được giải ra ột c ch chính x c. R.M Alkan, Development of a Low-cost Positioning System Using OEM GPS Receivers and Usability in Surveying Applications, FIG Congress 2010 Facing the Challenges – Building the Capacity Sydney, Australia, 11-16 April 2010 [5] . 9 - Kết quả th nghiệ đường đ y ngắn 6 k đ y ài 51 k trên Chíp OEM Gar in đ đạt được ở ức vài c cho với thời gian của ca đo à 6 ph t. Tuy nhiên đối với đường thì độ chính x c cho ở ức ột vài c thời gian thu à 12 ph t. - Đối với Chíp OEM AC12 của h ng Tha es thì độ chính x c đ nh v đạt được ở ức vài c trong cả hai th nghiệ trên đường đ y ngắn và ài 6 k , 29.2 k , 50.6 km). Hình 1.5: S ết nối của Chíp GPS: OEM 25-HVS, AC12 Tomas Beran1, Richard B.Langley1, Sunsil B. Bisnath2 and Luis Serrano1, High-Accuracy Point Positioning with Low-Cost GPS Receivers: How good can it get?, 1Geodetic Research Laboratory, Department of Geodesy and Geomatics Engineering University of New Brunswick, New Brunswick , Canada, 2 Harward-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, y Gar in tệ h n so với nh ng y thu chất ột vài giới hạn ở Massachusetts, U.S.A [3] . - Kết quả đ nh v thu được t ượng cao, nhưng vẫn trong ứng ụng đo tĩnh cũng c ức độ à còn rất c tiề . C c k thu t kh ng năng trong k thu t đo động. Nh ời khuyên cho nh ng nghiên cứu tiếp theo đ GARMIN đ thu ại tr đo pha và đo sau đ đưa às t c giả ụng chíp OEM của iệu th về đ nh ạng Rinex. 1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước: Nguyễn Ngọc Lâu*, Khai thác các máy thu GPS cầm tay trong tr c ịa, *Bộ n Đ a Tin Học - Trường Đại học B ch khoa Tp.HCM, Tạp chí của tổng cục Đ a Chính, Nă 2 4 [28] . 10 - Trong ài o này trình ày về ph n c c tr đo pha th xuất ra t c c thực nghiệ ề y đ nh v GPS c cho thấy kết quả x ề ại y aptop. Việc đo đo ằng GUST chỉ ệch so với kết quả chính . - Ph n ề RINEXLogger tay Gar in. Bên cạnh đ ph n c c ph n kh c, ph n c th tay trên ý tư ng đối tĩnh đường đ y khoảng 4k y thu Gar in và ProMark3 ằng ph n x c5 RINEXLogger c khả năng gi ề ng đ thu ề iệu đo th t c c này còn c y đ nh v c ột số tính năng ưu việt h n so với tư ng tự như: giao iện Win ow thân thiện và rất ễ s ề RINEXLogger còn c ưu thế h n so với ph n ưu ại tr đo pha của c c òng Pocket. Hiện tại ph n ề y đ th nghiệ ề ụng. M t Async đ ới và c th cài đ t trên c c thành c ng trên c c àn y PC y Gar in 12XL, III+, Etrex Summit, 76CS, NVS08C. - Trong ài ngắn 1.2 o này cũng đ trình ày việc đo th nghiệ và đường đ y ngắn 4.4k khi trộn chung trên đường đ y rất y thu Gar in 12XL với c c y thu GPS chất ượng cao kh c à Legacy E và ProMark3. Kết quả x ph n ề GUST cho thấy độ ệch ớn nhất trên đường đ y 4.4k ý ằng chỉ khoảng 5 và khả năng đo 5s à rất hứa hẹn. Nguyễn Ngọc Lâu, Ung Lê Huy. Khai thác trị o pha của chíp OEM GARMIN 25LP trong công tác tr c ịa. Hội ngh khoa học n thứ 11, Th ng 11 nă 2008 [29] . - Bài ođ s ụng chíp OEM GARMIN 25LP kết hợp với ph n iệu được viết riêng cho chíp OEM GARMIN 25LP đ chuy n đổi iệu th th p ục phân – Hecxa sang đ nh ạng Rinex chứa tr đo pha và tr đo - T đ nh ạng Rinex s nạp Ashtech So ution đ x cho nghiệ x ề thư ng thu số ạng . ại: Pinnac e và ý. Kết quả thu được rất khả quan đối với nh ng đường đ y fix. Tuy nhiên ph n ề ý vì như đ trình ày ở trên thì chứa sai số đồng hồ iệu vào ph n ề thư ng ại g p phải kh khăn trong qu trình iệu đo thu được cho trên n a ước s ng và y thu kh ớn. 11 Như v y, trong chư ng này ch ng ta đ thấy việc s số r tiền cho c ng t c trắc đ a à rất c tiề ụng c c năng vì “r tiền ột ph n ề x n a ước s ng. Do đ c n phải xây ựng của y thu GPS 12 ột ph n ề thu ý tr đo pha, đ c iệt à tr đo pha trên ột ph n ề c khả x ột t n số r tiền đ t đ c th khai th c c c trong c c ứng ụng thực tế. ột t n à ại c khả năng đạt được độ chính x c cao”. Tuy nhiên, kh khăn ớn nhất à phải c được số iệu tr đo pha và y thu ý iệu đo y thu này vào HƯƠNG 2: Á THUẬT TOÁN XỬ LÝ TRỊ ĐO PHA GPS Trong ĩnh vực Trắc Đ a thì c rất nhiều c c thu t to n ình sai, ph p ình sai đều c nh ng đi iệu đo à ch ng ta s s ạnh đi ý ra tha nếu hi u ột số phư ng ph p ình sai được s iệu đo GPS, đồng thời cũng s đi tì số đa tr A iguity reso ution uốn nâng cao độ chính x c tới 2.1. K yếu kh c nhau. Do đ , t y vào oại ụng c c phư ng ph p ình sai ph hợp nhất. Trong chư ng này thì ch ng t i s đi tì đ x THUẬT ỗi phư ng ụng hi u thu t to n LAMBDA đ giải à như ch ng ta đều iết à rất quan trọng i i et trong c ng t c đ nh v . NH SAI TUẦN TỰ S QU NTIAL L AST SQUAR S ADJUSTMENT): Giả s khi x ý số iệu đo trong epoch chứa c c tr đo GPS đ u tiên ta s được: Gi tr ước ượng của vector tha đ ng của trạ rover và c c tha số unknown khi x ý ao gồ tọa độ g n số đa tr : X 0 Ma tr n phư ng sai - hiệp phư ng sai của tha số: Q X 0 Dạng toàn phư ng : 0  V T PV Sau đ ch ng ta tiếp tục x ý cho c c epoch kế tiếp với c c tr đo trong epoch ~ này à Li và ột a tr n trọng số tư ng ứng Pi i: à thứ tự của tr đo . Kết quả x ý tr đo tại epoch thứ i này hoàn toàn độc p với c c tr đo của c c epoch trước đ . Như v y, đ c th nh n được kết quả x GPS tại n epoch ta s tiến hành à ý đồng thời c c epoch chứa c c tr đo như sau [31] : 2.1.1. C ng thức tu n tự : Vector sai số khép ở epoch thứ i 1: ~ Wi 1  F ( Xˆ i , Li 1 ) (2.1) X̂ i : vector ẩn số đ được c p nh t ~ Li 1 : vector tr đo tại epoch thứ i+1. 13 ình sai tại epoch thứ i. Ma tr n phư ng sai - hiệp phư ng sai của sai số khép tại epoch thứ i 1: QWi1  Bi 1Pi 11BT  Ai 1QXi AiT1 (2.2)  F  Trong đ : A   ˆ  à  X  X , L~  a tr n hệ số của của tọa độ và tha số đa tr , 0  F  à B   ~  ˆ ~  L X 0 , L  a tr n hệ số. Trong x Một trong nh ng ưu đi việc ki ý GPS ta c B=-I a tr n đ n v . của phư ng ph p ình sai tu n tự à c th tích hợp tra sai số th vào thu t to n ở ước 2 ằng điều kiện sau: Wi 1  t. i . diag(QWi1 ) Trong đ t=2; 2.5; 3 ứng với x c xuất 9 (2.3) , 95 , 99 ,  i à sai số trung phư ng đ n v trọng số sau ình sai tại epoch thứ i i  ˆi nu Với n à số ượng tr đo, u à số ẩn số c n x c đ nh và ˆi à ạng toàn phư ng đ được c p nh t ình sai tại epoch thứ i. ớc ượng của tha số sau khi x ý n thứ i 1: Xˆ i 1  Xˆ i  QXˆ i AiT1QW1i1Wi 1 (2.4) Ma tr n phư ng sai - hiệp phư ng sai của tha QXˆ i 1  QXˆ  QXˆ AiT1QW1i1 Ai 1QXˆ i i số sau khi x ý epoch thứ i+1: (2.5) i Dạng toàn phư ng sau khi x ý epoch thứ i 1: ˆi 1  ˆi  WiT1QW1 Wi 1 (2.6) i 1 C ng thức tu n tự 1 x ý t ng tr đo ng đ x ý cho ột khi c c tr đo độc ột t p hợp tr đo. Nếu ch ng ta uốn p tuyến tính với nhau thì c th s ụng c ng thức tu n tự 2 à trường hợp riêng của c ng thức tu n tự 1 đ tiến hành x 14 ý. C ng thức tu n tự 2 cũng được thực hiện theo c c ước tư ng tự như c ng thức tu n tự 1. 2.1.2. C ng thức tu n tự : Sai số khép của tr đo thứ i+1: ~ wi 1  f ( Xˆ i , li 1 ) (2.7) ~ li 1 : tr đo thứ i 1 Trọng số đảo của sai số khép thứ i 1: qwi1  b i21 pi 1  ai 1QXi aiT1 (2.8) ai1 : vector hệ số của tr đo thứ i 1 và bi 1  1. Ki tra sai số th vào thu t to n ở ước 2 ằng điều kiện sau: wi 1  t. i qwi1 (2.9) Trong đ t=2; 2.5; 3 ứng với x c xuất 9 , 95 , 99 ,  i à sai số trung phư ng đ n v trọng số sau ình sai của tr đo thứ i . i  ˆi nu Với n à số ượng tr đo, u à số ẩn số c n x c đ nh và ˆi à ạng toàn phư ng đ được c p nh t ình sai của tr đo thứ i ớc ượng của tha số sau khi x ý tr đo thứ i 1: w Xˆ i 1  Xˆ i  QXˆ aiT1 i 1 i qwi1 (2.10) Ma tr n trọng số đảo của tha QXˆ i 1  QXˆ  i QXˆ aiT1ai 1QXˆ i số sau khi x ý tr đo thứ i 1: (2.11) i qwi1 15 Dạng toàn phư ng sau khi x ˆ i 1  ˆi  ý tr đo thứ i 1 w2i1 (2.12) qwi1 Ta c th t tắt phư ng ph p ình sai tu n tự theo s đồ sau: START START Epoch=1 X0, QX0 , 0 Epoch=i Xi, QXi,  i i=i+1 Sai Đúng END Wi+1, QWi+1 EOF(file)? Sai |Wi+1|<=3*i*diag(QWi+1)? Đúng Xi+1, QXi+1, i+1 Hình 2.1: 2.1.3. S hối của ph ng pháp bình sai tuần tự ng ụng của phư ng ph p ình sai tu n tự vào ý tr đo GP : C ng thức ình sai tu n tự 1 thường thích hợp cho c c nh m trị đo độc p và được ứng ụng trong việc x ý c c ưới đo iến ạng ho c x y thu GPS trong c c ứng ụng đo tĩnh coi c c ý iệu của c c y thu à đứng yên . Trong khi đ c ng thức ình sai tu n tự 2 ại thích hợp cho t ng trị đo độc p trong ưới. c th của x l d li u o t nh trong GPS : 16  Thành ph n ẩn số X thường kh ng đổi qua c c epoch.  C c đại ượng đo chứa trong ỗi epoch thường độc p với nhau theo thời gian.  Độ chính x c thường à như nhau gi a c c epoch a tr n trọng số P kh ng thay đổi nhiều .  C c y thu đứng yên trong suốt qu trình thu Khi x l d li u o GPS ng  X c đ nh khoảng c ch gi a hai i ta th ng y thu GPS iệu t vệ tinh. i h i: ase ine vector với độ chính x c cao qua tất cả c c epoch.  Nếu gi a c c epoch kh ng xảy ra hiện tượng trượt chu kỳ pha thì c n ình sai kết hợp tất cả c c epoch trong fi e Nếu ch ng ta d ng ph iệu đo của hai y thu GPS. ng pháp ti u chu n s g p các h h n sau:  Rất kh x c đ nh c c thành ph n đường đ y với độ tin c y cao vì trong iệu đo của c c y thu GPS c chứa nhiều nguồn sai số: sai số đồng hồ y thu, sai số đồng hồ vệ tinh, sai số o hiện tượng đa đường, hiện tượng trượt chu kỳ pha.  M t kh c o số ượng tr đo tích ũy theo thời gian à kh ớn. Việc ình sai tổng hợp tất cả c c tr đo s gây nhiều kh khăn cho qu trình x tính đ c iệt à nếu ch ng ta thu khi đ tốc độ x 2.1.4. u khu ết đi ý y ột thời gian ài vài ngày đo iệu cũng à điều ch ng ta đ ng phải quan tâ . của k thu t tu n tự: K thu t tu n tự cho phép ki trước khi đưa n vào x iệu trong ý trên tra thống kê c c tr đo đ oại tr sai số th ý. K thu t tu n tự chỉ p ụng được khi c c tr đo hay nh c c tr đo độc p với nhau. Trong trường hợp c c tr đo iên hệ ẫn nhau ta uộc phải quay về phư ng ph p tiêu chuẩn. K thu t tu n tự kh ng th ph t hiện được nếu c c tr đo c sai số th được đưa vào ngay t đ u. 17 2.2. GIẢI ĐA TRỊ AM IGUITY R SOLUTION 2.2.1. Ngu ên tắc chung của việc giải đa tr : Nếu kh ng c hiện tượng trượt chu kỳ pha xảy ra thì gi tr của c c tha tr s kh ng thay đổi theo thời gian. Khi số ẩn số c n x c đ nh ao gồ được ước ượng của c c tha y thu thu được số ượng tr đo nhiều h n 3 thành ph n c đa tr ở ạng hiệu đ i thì ta s ản của đường đ y và c c tha số ng phư ng ph p số ình phư ng nhỏ nhất đ nh n số đa tr sau ình sai. Đ ước ượng gi tr của tha số đa tr người ta coi ch ng à ẩn số đ khảo s t c ng ẩn à tọa độ của quả của qu trình này ta nh n được gi tr của c c tha tọa độ của c c số đa y thu c độ chính x c t đến y thu. Kết số đa tr à c c số thực, còn đây gọi à nghiệ f oat. Giải ph p trong trường hợp này gọi à giải ph p tr i float solution). Bản chất của c c tha số đa tr à c c số nguyên. Tuy nhiên, ước ượng c được t giải ph p tr i ở trên thường à số thực. Vì v y c n c qu trình tì nguyên đ ng cho c c tha số số đa tr . Qu trình này gọi à giải đa tr . Giải đa tr s g p nhiều thu n ợi nếu ước ượng c c tha số đa tr à số thực rất g n nguyên. Ví ụ như 3. 2 hay 2.98 ễ àng được cố đ nh thành 3 với độ tin c y rất cao. Sau khi đ tì được c c tha số đa tr thì ch ng ta s tì ra c c thành ph n đường đ y chính x c được tính ại ằng c ch hiệu chỉnh c c số nguyên của tha đa tr vào phư ng trình tr đo pha sau đ tính tiến hành x chỉ ao gồ tọa độ của c c đi ý n thứ 2, số c này ẩn số qu trình này gọi à giải ph p cố đ nh (fixed solution). 2.2.2. C c phư ng ph p giải đa tr : C nhiều phư ng ph p đ tì ra tha số đa tr nhưng c th k ra c c phư ng ph p giải đa tr phổ iến như: Phư ng ph p à tròn số (Integer rounding): Đây à phư ng ph p giải đa tr đ n giản nhất khi tất c c c c tha tì ra trong giải ph p tr i ở ạng số thực s được à nhất. 18 số đa tr tròn về số nguyên g n