Nguyên tắc cơ bản củaHệ thống định vị GPSlà đo khoảng cách giữa một vệ tinh có vị trí đã biết và máy thu của người dùng, sau đó tích hợp dữ liệu của nhiều vệ tinh để biết vị trí cụ thể của máy thu. Để đạt được điều này, vị trí của vệ tinh có thể được tìm thấy trong lịch thiên văn của vệ tinh theo thời gian được đồng hồ trên tàu ghi lại. Khoảng cách từ người dùng đến vệ tinh được tính bằng cách ghi lại thời gian tín hiệu vệ tinh truyền đến người dùng, sau đó nhân với tốc độ ánh sáng (do sự giao thoa của tầng điện ly trong khí quyển nên khoảng cách này không phải là khoảng cách thực). khoảng cách giữa người dùng và vệ tinh, nhưng phạm vi giả (PR): Khi vệ tinh GPS hoạt động bình thường, chúng sẽ tiếp tục truyền các tin nhắn điều hướng bằng mã giả ngẫu nhiên (gọi tắt là mã giả) gồm các ký hiệu nhị phân 1 và 0 ở đó. là hai loại mã giả được hệ thống GPS sử dụng, đó là: Mã C/A dân sự và mã P(Y) quân sự. Tần số mã C/A là 1,023 MHz, thời gian lặp lại là một mili giây và khoảng thời gian mã là 1 micro giây. , tương đương với 300m; tần số mã P là 10,23 MHz và thời gian lặp lại là 266,4 ngày. Khoảng thời gian là 0,1 micro giây, tương đương với 30m. Mã Y được hình thành trên cơ sở mã P và. hiệu suất bảo mật tốt hơn. Thông báo điều hướng bao gồm lịch thiên văn vệ tinh, điều kiện làm việc, hiệu chỉnh đồng hồ, hiệu chỉnh độ trễ tầng điện ly, hiệu chỉnh khúc xạ khí quyển, v.v. Nó được giải điều chế từ tín hiệu vệ tinh và truyền trên tần số sóng mang với tốc độ điều chế 50b/s. Mỗi khung chính của thông báo điều hướng chứa 5 khung con có độ dài khung là 6 giây. Ba khung đầu tiên, mỗi khung có 10 từ; mỗi Nó lặp lại sau mỗi 30 giây và được cập nhật mỗi giờ. Hai khung hình cuối cùng có tổng cộng 15000b. Nội dung của thông báo điều hướng chủ yếu bao gồm mã đo từ xa, mã chuyển đổi và các khối dữ liệu thứ nhất, thứ hai và thứ ba, trong đó quan trọng nhất là dữ liệu lịch thiên văn. Khi người dùng nhận được tin nhắn dẫn đường, trích xuất thời gian của vệ tinh và so sánh với đồng hồ của mình để biết khoảng cách giữa vệ tinh và người dùng, sau đó sử dụng dữ liệu lịch thiên văn của vệ tinh trong tin nhắn dẫn đường để tính toán vị trí của vệ tinh khi truyền. tin nhắn. Có thể biết được vị trí và tốc độ của người dùng trong hệ tọa độ trắc địa WGS-84.
Có thể thấy vai trò của bộ phận vệ tinhHệ thống định vị GPSlà liên tục truyền các thông điệp dẫn đường. Tuy nhiên, do đồng hồ được sử dụng bởi máy thu của người dùng và đồng hồ trên vệ tinh không phải lúc nào cũng được đồng bộ hóa, ngoài tọa độ ba chiều x, y và z, a Δt của người dùng, chênh lệch thời gian giữa vệ tinh và máy thu , cũng được giới thiệu là một số chưa biết. Sau đó dùng 4 phương trình để giải 4 ẩn số này. Vì vậy, nếu muốn biết máy thu ở đâu, bạn phải có khả năng nhận được ít nhất 4 tín hiệu vệ tinh.
cácmáy thu GPScó thể nhận thông tin thời gian chính xác đến mức nano giây có thể được sử dụng để tính thời gian; lịch thiên văn dự báo để dự báo vị trí gần đúng của vệ tinh trong vài tháng tới; lịch thiên văn phát sóng để tính toán tọa độ vệ tinh cần thiết cho việc định vị, với độ chính xác từ vài mét đến hàng chục mét (khác với vệ tinh, thay đổi bất cứ lúc nào); Vàhệ thống GPSthông tin, chẳng hạn như trạng thái vệ tinh.
cácmáy thu GPScó thể đo mã để lấy khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu. Vì nó chứa sai số của đồng hồ vệ tinh của máy thu và sai số truyền trong khí quyển nên nó được gọi là phạm vi giả. Phạm vi giả được đo cho mã 0A được gọi là phạm vi giả mã UA và độ chính xác là khoảng 20 mét. Phạm vi giả được đo cho mã P được gọi là phạm vi giả mã P và độ chính xác là khoảng 2 mét.
cácmáy thu GPSgiải mã tín hiệu vệ tinh nhận được hoặc sử dụng các kỹ thuật khác để loại bỏ thông tin đã điều chế trên sóng mang và sau đó có thể khôi phục sóng mang. Nói một cách chính xác, pha sóng mang phải được gọi là pha tần số nhịp sóng mang, là sự khác biệt giữa pha sóng mang tín hiệu vệ tinh nhận được bị ảnh hưởng bởi sự dịch chuyển Doppler và pha tín hiệu được tạo ra bởi dao động cục bộ của máy thu. Nói chung được đo tại thời điểm kỷ nguyên được xác định bởi đồng hồ máy thu và theo dõi tín hiệu vệ tinh, giá trị thay đổi pha có thể được ghi lại, nhưng không xác định được giá trị ban đầu của pha của máy thu và bộ dao động vệ tinh khi bắt đầu quan sát. Số nguyên pha của kỷ nguyên ban đầu cũng không xác định, tức là sự mơ hồ của cả tuần chỉ có thể được giải quyết dưới dạng tham số trong xử lý dữ liệu. Độ chính xác của giá trị quan sát pha cao tới milimét, nhưng tiền đề là giải quyết sự mơ hồ của toàn bộ chu vi. Do đó, giá trị quan sát pha chỉ có thể được sử dụng khi có quan sát tương đối và giá trị quan sát liên tục, đồng thời chỉ có thể sử dụng quan sát pha.
Theo phương pháp định vị, định vị GPS được chia thành định vị một điểm và định vị tương đối (định vị vi sai). Định vị một điểm là cách xác định vị trí của máy thu dựa trên dữ liệu quan sát của máy thu. Nó chỉ có thể sử dụng các quan sát giả phạm vi và có thể được sử dụng để điều hướng và định vị sơ bộ các phương tiện và tàu thuyền. Định vị tương đối (định vị vi sai) là phương pháp xác định vị trí tương đối giữa các điểm quan sát dựa trên dữ liệu quan sát của nhiều hơn hai máy thu. Nó có thể sử dụng quan sát giả phạm vi hoặc quan sát pha. Nên sử dụng các phép đo trắc địa hoặc kỹ thuật. Sử dụng các quan sát pha để định vị tương đối.
quan sát GPSbao gồm sự khác biệt về đồng hồ của vệ tinh và máy thu, độ trễ truyền trong khí quyển, hiệu ứng đa đường và các lỗi khác. Chúng cũng bị ảnh hưởng bởi các lỗi lịch thiên văn phát sóng qua vệ tinh trong quá trình tính toán định vị. Hầu hết các lỗi phổ biến là do định vị tương đối. Hủy bỏ hoặc suy yếu, do đó độ chính xác định vị sẽ được cải thiện rất nhiều. Máy thu tần số kép có thể loại bỏ phần chính sai số tầng điện ly trong khí quyển dựa trên các quan sát của hai tần số. ), nên sử dụng máy thu tần số kép.
