I. Nhiệm vụ của đề tài
Đề tài nghiên cứu tập trung vào việc định vị tương đối sử dụng máy thu GPS một tần số giá rẻ, nhằm khai thác hiệu quả các thiết bị này trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao. Máy thu GPS giá rẻ như Garmin, Skytraq, và NV08C được sử dụng rộng rãi trong cộng đồng dân sự, nhưng chủ yếu cho mục đích dẫn đường và cập nhật bản đồ. Tuy nhiên, các thiết bị này còn có khả năng cung cấp trị đo pha, mở ra tiềm năng ứng dụng trong các công tác trắc địa. Mục tiêu của đề tài là xây dựng phần mềm xử lý trị đo pha từ các máy thu GPS một tần số giá rẻ, đặc biệt là trên nửa bước sóng, để đạt được độ chính xác cao hơn.
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Máy thu GPS đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao như đo đạc địa hình, dẫn đường, và quan trắc công trình. Tuy nhiên, các máy thu GPS hai tần số có giá thành cao, trong khi các máy thu một tần số giá rẻ lại có độ chính xác thấp. Đề tài này nhằm khắc phục hạn chế này bằng cách phát triển phần mềm xử lý trị đo pha từ các máy thu GPS một tần số giá rẻ, giúp giảm chi phí mà vẫn đảm bảo độ chính xác.
1.2 Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu và phát triển thuật toán xử lý trị đo pha từ các máy thu GPS một tần số giá rẻ, đặc biệt là trên nửa bước sóng. Đề tài tập trung vào việc giải quyết các tham số đa trị (ambiguity resolution) và xây dựng phần mềm xử lý dữ liệu GPS phù hợp với các thiết bị này. Kết quả nghiên cứu sẽ giúp nâng cao độ chính xác của các máy thu GPS giá rẻ trong các ứng dụng trắc địa.
II. Kỹ thuật xử lý trị đo pha GPS
Chương này tập trung vào các kỹ thuật xử lý trị đo pha GPS, bao gồm phương pháp bình sai tuần tự và thuật toán LAMBDA để giải quyết các tham số đa trị. Bình sai tuần tự là phương pháp phổ biến trong xử lý dữ liệu GPS, đặc biệt khi các trị đo được thực hiện qua nhiều epoch. Thuật toán LAMBDA được sử dụng để giải quyết các tham số đa trị, giúp nâng cao độ chính xác của kết quả định vị.
2.1 Bình sai tuần tự
Phương pháp bình sai tuần tự được sử dụng để xử lý các trị đo GPS qua nhiều epoch. Phương pháp này cho phép tích hợp kiểm tra sai số thô vào thuật toán, đảm bảo độ chính xác của kết quả. Công thức tuần tự 1 được áp dụng cho các nhóm trị đo độc lập, trong khi công thức tuần tự 2 được sử dụng cho từng trị đo riêng lẻ. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả trong xử lý dữ liệu GPS đo tĩnh.
2.2 Thuật toán LAMBDA
Thuật toán LAMBDA là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để giải quyết các tham số đa trị trong xử lý trị đo pha GPS. Thuật toán này giúp nâng cao độ chính xác của kết quả định vị, đặc biệt khi sử dụng các máy thu GPS một tần số giá rẻ. Thuật toán LAMBDA được áp dụng để giải quyết các tham số đa trị trên cả nửa bước sóng và nguyên bước sóng.
III. Lập trình xử lý dữ liệu GPS
Chương này trình bày quá trình lập trình xử lý dữ liệu GPS từ các máy thu một tần số giá rẻ. Phần mềm được phát triển nhằm xử lý trị đo pha từ các thiết bị này, đặc biệt là trên nửa bước sóng. Phần mềm được thiết kế để tương thích với các dữ liệu đầu vào từ các máy thu GPS giá rẻ như Garmin và NV08C, đồng thời tích hợp các thuật toán bình sai tuần tự và LAMBDA để đạt được độ chính xác cao.
3.1 Sơ đồ khối của chương trình
Sơ đồ khối của chương trình xử lý dữ liệu GPS bao gồm các module chính như thu thập dữ liệu, tiền xử lý, bình sai, và giải quyết tham số đa trị. Mỗi module được thiết kế để xử lý một phần cụ thể của dữ liệu GPS, đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của quá trình xử lý.
3.2 Lựa chọn ngôn ngữ lập trình
Ngôn ngữ lập trình được lựa chọn để phát triển phần mềm là MATLAB, do khả năng xử lý số liệu mạnh mẽ và dễ dàng tích hợp các thuật toán phức tạp như bình sai tuần tự và LAMBDA. MATLAB cũng cung cấp các công cụ hỗ trợ việc phân tích và hiển thị dữ liệu GPS một cách trực quan.
IV. Thu thập và xử lý dữ liệu GPS
Chương này mô tả quá trình thu thập và xử lý dữ liệu GPS từ các máy thu một tần số giá rẻ. Dữ liệu được thu thập từ các thiết bị như Garmin và NV08C, sau đó được xử lý bằng phần mềm phát triển trong đề tài. Kết quả xử lý được so sánh với các phần mềm thương mại như GAMIT và GLOBK để đánh giá độ chính xác.
4.1 Thiết kế lưới đo
Lưới đo GPS được thiết kế để thu thập dữ liệu từ các máy thu một tần số giá rẻ. Lưới đo bao gồm các điểm đo được bố trí trên thực địa, đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của dữ liệu thu thập. Các điểm đo được kết nối với nhau để tạo thành các đường đáy (baseline) ngắn và dài, phục vụ cho việc kiểm tra độ chính xác của phần mềm.
4.2 Xử lý dữ liệu đo
Dữ liệu đo từ các máy thu GPS giá rẻ được xử lý bằng phần mềm phát triển trong đề tài. Quá trình xử lý bao gồm tiền xử lý dữ liệu, bình sai, và giải quyết tham số đa trị. Kết quả xử lý được so sánh với các phần mềm thương mại như GAMIT và GLOBK để đánh giá độ chính xác. Kết quả cho thấy phần mềm phát triển trong đề tài đạt được độ chính xác tương đương với các phần mềm thương mại.
V. Kết luận và kiến nghị
Đề tài đã đạt được các mục tiêu đề ra, bao gồm việc phát triển phần mềm xử lý trị đo pha từ các máy thu GPS một tần số giá rẻ và nâng cao độ chính xác của các thiết bị này trong các ứng dụng trắc địa. Tuy nhiên, vẫn còn một số hạn chế cần được khắc phục trong các nghiên cứu tiếp theo, đặc biệt là việc cải thiện độ chính xác của các máy thu GPS giá rẻ trong các ứng dụng đo động.
5.1 Các vấn đề đạt được
Đề tài đã thành công trong việc phát triển phần mềm xử lý trị đo pha từ các máy thu GPS một tần số giá rẻ, đặc biệt là trên nửa bước sóng. Phần mềm đã được kiểm tra và đạt được độ chính xác tương đương với các phần mềm thương mại. Kết quả nghiên cứu mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi của các máy thu GPS giá rẻ trong các công tác trắc địa.
5.2 Hướng phát triển của đề tài
Trong tương lai, đề tài có thể được phát triển thêm bằng cách cải thiện độ chính xác của các máy thu GPS giá rẻ trong các ứng dụng đo động. Ngoài ra, việc tích hợp thêm các thuật toán xử lý dữ liệu GPS tiên tiến cũng là một hướng nghiên cứu tiềm năng để nâng cao hiệu quả của phần mềm.
