I. Giới thiệu và tính cấp thiết của đề tài
Luận văn tập trung vào định vị tuyệt đối kết hợp ba hệ thống vệ tinh GPS, Galileo và Beidou. Định vị toàn cầu hiện nay chủ yếu dựa vào hệ thống GPS, nhưng có những hạn chế như độ chính xác không cao (5m-15m) và sự phụ thuộc vào một hệ thống duy nhất. Việc kết hợp nhiều hệ thống vệ tinh giúp tăng số lượng vệ tinh, cải thiện độ chính xác và giải quyết vấn đề khi một hệ thống gặp sự cố. Hệ thống Galileo và Beidou đang phát triển mạnh, với Beidou bao phủ khu vực Châu Á - Thái Bình Dương và Galileo cung cấp độ chính xác cao nhất. Đề tài này nhằm khai thác sự tương đồng giữa các hệ thống để nâng cao hiệu quả định vị chính xác.
1.1. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của luận văn là thực hiện định vị tuyệt đối kết hợp ba hệ thống GPS, Galileo và Beidou. Các mục tiêu cụ thể bao gồm: tìm hiểu cấu tạo, hệ thống tọa độ, thời gian, tín hiệu và trị đo của các hệ thống; đánh giá độ chính xác của bản lịch phát tín; xác định bộ trọng số thích hợp để xử lý kết hợp; và khảo sát khả năng và độ chính xác của định vị kết hợp.
1.2. Phương pháp nghiên cứu
Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu như thu thập số liệu từ các trạm GNSS, so sánh số liệu với bản lịch chính xác, xử lý số liệu bằng thuật toán và tham vấn ý kiến chuyên gia. Các số liệu được thu thập từ các trạm thường trực trên thế giới và Việt Nam, bao gồm file RINEX bản lịch phát tín và file trị đo.
II. Tổng quan về các hệ thống định vị vệ tinh
Luận văn cung cấp cái nhìn tổng quan về ba hệ thống GPS, Galileo và Beidou. Hệ thống GPS của Mỹ là hệ thống phổ biến nhất, với cấu tạo gồm các vệ tinh, trạm điều khiển và máy thu. Hệ thống Galileo của Liên minh Châu Âu tập trung vào mục đích dân sự, cung cấp độ chính xác cao nhất. Hệ thống Beidou của Trung Quốc đang phát triển mạnh, với mục tiêu bao phủ toàn cầu vào năm 2020. Các hệ thống này có sự tương đồng về nguyên lý hoạt động nhưng khác biệt về kỹ thuật truyền tín hiệu và thuật toán tính toán.
2.1. Hệ thống GPS
Hệ thống GPS gồm 24 vệ tinh hoạt động trên quỹ đạo, sử dụng kỹ thuật CDMA để phân chia tín hiệu. Hệ thống này cung cấp dịch vụ định vị với độ chính xác từ 5m đến 15m, phù hợp cho các ứng dụng dẫn đường và định vị thông thường.
2.2. Hệ thống Galileo
Hệ thống Galileo là hệ thống định vị dân sự, với 26 vệ tinh đang hoạt động. Hệ thống này cung cấp độ chính xác cao nhất, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao như hàng không và hàng hải.
2.3. Hệ thống Beidou
Hệ thống Beidou của Trung Quốc đã phóng 18 vệ tinh lên quỹ đạo, bao phủ khu vực Châu Á - Thái Bình Dương. Hệ thống này dự kiến sẽ bao phủ toàn cầu vào năm 2020, cung cấp dịch vụ định vị với độ chính xác cao.
III. Các nguồn sai số trong định vị tuyệt đối
Luận văn phân tích các nguồn sai số trong định vị tuyệt đối, bao gồm sai số liên quan đến vệ tinh, khí quyển và máy thu. Sai số vệ tinh bao gồm sai số bản lịch và sai số đồng hồ vệ tinh. Sai số khí quyển bao gồm sai số do tầng điện ly và tầng đối lưu. Sai số máy thu bao gồm sai số đồng hồ máy thu và hiện tượng đa đường dẫn. Việc hiểu rõ các nguồn sai số giúp cải thiện độ chính xác của định vị kết hợp.
3.1. Sai số liên quan đến vệ tinh
Sai số bản lịch và sai số đồng hồ vệ tinh là hai nguồn sai số chính liên quan đến vệ tinh. Luận văn đánh giá độ chính xác của bản lịch phát tín và đồng hồ vệ tinh của ba hệ thống GPS, Galileo và Beidou.
3.2. Sai số liên quan đến khí quyển
Sai số do tầng điện ly và tầng đối lưu ảnh hưởng đến độ chính xác của định vị tuyệt đối. Luận văn sử dụng các phương pháp xử lý để giảm thiểu sai số này.
3.3. Sai số liên quan đến máy thu
Sai số đồng hồ máy thu và hiện tượng đa đường dẫn là hai nguồn sai số chính liên quan đến máy thu. Luận văn đề xuất các phương pháp để giảm thiểu các sai số này.
IV. Thuật toán xử lý và kết quả khảo sát
Luận văn trình bày các thuật toán xử lý số liệu và kết quả khảo sát định vị kết hợp. Thuật toán định vị tuyệt đối được sử dụng để xác định tọa độ máy thu, với việc xác định trọng số cho các trị đo của từng hệ thống. Kết quả khảo sát cho thấy việc kết hợp ba hệ thống GPS, Galileo và Beidou giúp cải thiện đáng kể độ chính xác của định vị tuyệt đối.
4.1. Thuật toán định vị tuyệt đối
Thuật toán định vị tuyệt đối được sử dụng để xác định tọa độ máy thu dựa trên các trị đo từ vệ tinh. Luận văn trình bày các bước thực hiện thuật toán và cách xác định trọng số cho các trị đo.
4.2. Kết quả khảo sát
Kết quả khảo sát cho thấy việc kết hợp ba hệ thống GPS, Galileo và Beidou giúp tăng số lượng vệ tinh và cải thiện độ chính xác của định vị tuyệt đối. Kết quả này được so sánh với các phương án định vị sử dụng một hệ thống duy nhất.
V. Kết luận và kiến nghị
Luận văn kết luận rằng việc kết hợp ba hệ thống GPS, Galileo và Beidou giúp cải thiện đáng kể độ chính xác của định vị tuyệt đối. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng trong các lĩnh vực yêu cầu độ chính xác cao như hàng không, hàng hải và trắc địa. Luận văn cũng đề xuất hướng phát triển tiếp theo là nghiên cứu kết hợp thêm các hệ thống vệ tinh khác như GLONASS và QZSS.
5.1. Kết luận
Kết quả nghiên cứu chứng minh rằng việc kết hợp ba hệ thống GPS, Galileo và Beidou giúp tăng số lượng vệ tinh và cải thiện độ chính xác của định vị tuyệt đối. Điều này giải quyết được sự phụ thuộc vào một hệ thống duy nhất và nâng cao hiệu quả của công nghệ định vị.
5.2. Kiến nghị
Luận văn đề xuất hướng phát triển tiếp theo là nghiên cứu kết hợp thêm các hệ thống vệ tinh khác như GLONASS và QZSS để tiếp tục nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của định vị toàn cầu.
