Đồ án Tốt nghiệp đại học _Nghiên cứu hệ thống gps

CH¦¥NG 1 TæNG QUAN VÒ HÖ THèNG GPS 1.1 Giíi thiÖu chung vÒ hÖ thèng GPS HÖ thèng ®Þnh vÞ toµn cÇu GPS cung cÊp c¸c dÞch vô chÝnh x¸c cho ng­êi sö dông ë mäi lóc mäi n¬i trªn ph¹m vi toµn cÇu. C¸c dÞch vô ®ã bao gåm: - X¸c ®Þnh täa ®é. - DÉn ®­êng. - Cung cÊp thêi gian chÝnh x¸c. - KiÓm so¸t vËn tèc. HiÖn nay cã 2 hÖ thèng GPS cïng tån t¹i, ®ã lµ hÖ thèng Glonass-GPS cña Nga vµ hÖ thèng Navstar-GPS cña Mü. C¶ hai hÖ thèng nµy ®Òu cung cÊp c¸c dÞch vô dÉn ®­êng cã ®é chÝnh x¸c t­¬ng ®­¬ng nhau. Tuy nhiªn, hÖ thèng Glonass-GPS cña Nga hiÖn vÉn ch­a hoµn thiÖn do nh÷ng h¹n chÕ vÒ tµi chÝnh. HiÖn nay, hÖ thèng Navstar-GPS ®­îc sö dông phæ biÕn trªn thÕ giíi. HÖ thèng nµy do h¶i qu©n Mü thiÕt lËp tõ n¨m 1978. Ban ®Çu hÖ thèng nµy chñ yÕu phôc vô c¸c nhu cÇu ®Þnh vÞ, dÉn ®­êng trong qu©n sù cña Mü. §Õn n¨m 1980 hÖ thèng ®· ®­îc sö dông cho c¸c lÜnh vùc d©n sù. ë ViÖt Nam ®· ¸p dông hÖ thèng ®Þnh vÞ Navstar-GPS cña Mü trªn mét sè c¸c lÜnh vùc: hµng h¶i, ®Þa chÝnh… 1.2 Mét sè th«ng sè c¬ b¶n cña hÖ thèng GPS Sè l­îng vÖ tinh: 27 trong ®ã cã 3 vÖ tinh dù phßng. Sè mÆt ph¼ng quü ®¹o: 6. Gãc nghiªng quü ®¹o: 550. §é cao vÖ tinh: 20.200 km. Chu kú bay: 12 h. Ph­¬ng ph¸p m« t¶ d÷ liÖu lÞch vÖ tinh: Th«ng sè Kepler. HÖ täa ®é: WGS-84. Ph­¬ng ph¸p khãa pha tÝn hiÖu: Sö dông c¸c bé ®ång bé. HiÖu chØnh thêi gian hÖ thèng so víi UTC: UTC (USNO). Néi dung lÞch vÖ tinh: 152 bÝt. Kho¶ng thêi ph¸t lÞch vÖ tinh: 12,5 phót. Ph­¬ng ph¸p truy nhËp tÝn hiÖu vÖ tinh: Truy nhËp theo m·. D¶i tÇn lµm viÖc: 1575,421 MHz. TÇn sè L2: 1227,6 MHz. Sè phÇn tö cña mét m·: 1023. TÇn sè m· C/A: 1,023 MHz. TÇn sè m· P: 10,23 MHz. Chu kú lÆp l¹i cña m· ®ång bé: 6 gi©y. Sè bÝt trong m· ®ång bé: 8 bÝt. KiÓu m· sö dông ®Þnh vÞ: M· C/A (m· vµng). 1.3 CÊu tróc hÖ thèng GPS 1.3.1 Ph©n hÖ kh«ng gian GPS Ph©n hÖ kh«ng gian bao gåm c¸c vÖ tinh GPS bay theo quü ®¹o trßn ë ®é cao 10.900 dÆm hay 20.200 km vµ trong thêi gian 12 giê. C¸c quü ®¹o nµy nghiªng víi xÝch ®¹o tr¸i ®Êt 550 ®Ó ®¶m b¶o møc ®é bao phñ c¸c vïng ®Þa cùc. N¨ng l­îng ho¹t ®éng cña c¸c vÖ tinh ®­îc cung cÊp bëi c¸c pin mÆt trêi, c¸c vÖ tinh liªn tôc ®Þnh h­íng ®Ó h­íng c¸c b¶ng pin mÆt trêi cña chóng vÒ phÝa mÆt trêi vµ c¸c anten cña chóng h­íng vÒ tr¸i ®Êt. Mçi vÖ tinh trong 24 vÖ tinh ®­îc ®Æt trªn mét trong 6 mÆt ph¼ng cã quü ®¹o 2 lÇn quanh tr¸i ®Êt mét ngµy. Mçi vÖ tinh ph¸t mét b¶n tin dÉn ®­êng dùa trªn d÷ liÖu ®­îc t¶i lªn mét c¸ch ®Þnh k× tõ ph©n hÖ ®iÒu khiÓn vµ céng b¶n tin ®ã víi mét chuçi m· C/A. Chuçi m· C/A lµ mét t¹p ©m gi¶ ngÉu nhiªn PRN cã tÇn sè 1,023 MHz. VÖ tinh thùc hiÖn ®iÒu chÕ chuçi m· thu ®­îc víi mét sãng mang cã d¶i tÇn sè L1 lµ 1575,42 MHz ®Ó t¹o thµnh mét tÝn hiÖu ®o cù ly ®­îc tr¶i phæ. Sau ®ã nã ®­îc ph¸t qu¶ng b¸ tíi mäi ng­êi sö dông. Mçi mét m· C/A lµ duy nhÊt ®Ó nhËn biÕt tõng vÖ tinh trong chßm sao. Ngoµi ra vÖ tinh còng ph¸t mét tÝn hiÖu ®o cù ly thø hai lµ L2. Tr­êng hîp nµy ®­îc ¸p dông cho nh÷ng ng­êi sö dông dÞch vô PPS víi môc ®Ých lµ hiÖu chØnh c¸c sai lÖch dùa trªn 2 tÇn sè L1 vµ L2. Còng gièng nh­ L1, tÝn hiÖu cã tÇn sè L2 lµ mét tÝn hiÖu ®o cù ly ®­îc tr¶i phæ cã tÇn sè lµ 1227,6 MHz. H×nh 1.1 thÓ hiÖn s¬ ®å khèi t¹o vµ truyÒn tÝn hiÖu SPS: H×nh 1.1: S¬ ®å khèi t¹o vµ truyÒn tÝn hiÖu ®o cù ly SPS 1.3.2 Ph©n hÖ ®iÒu khiÓn GPS Ph©n hÖ ®iÒu khiÓn GPS gåm cã: mét tr¹m ®iÒu khiÓn chñ, c¸c tr¹m gi¸m s¸t vµ c¸c anten mÆt ®Êt. S¬ ®å khèi ph©n hÖ ®iÒu khiÓn ®­îc thÓ hiÖn trªn h×nh 1.2: H×nh 1.2: S¬ ®å khèi ph©n hÖ ®iÒu khiÓn GPS 1.3.2.1 Tr¹m ®iÒu khiÓn chñ (MCS) Tr¹m ®iÒu khiÓn chñ ®­îc ®Æt t¹i c¨n cø qu©n sù kh«ng qu©n Falcon ë Colorado vµ lµ mét nót ®iÒu khiÓn trung t©m ®èi víi chßm sao vÖ tinh GPS. Ho¹t ®éng cña nã ®­îc duy tr× liªn tôc 24 giê mét ngµy. MCS chÞu tr¸ch nhiÖm toµn bé c¸c lÖnh vµ ®iÒu khiÓn chßm sao, bao gåm: Bus vÖ tinh th­êng tr×nh vµ gi¸m s¸t tr¹ng th¸i träng t¶i. Duy tr× vÖ tinh vµ gi¶i quyÕt nh÷ng sù cè. Gi¸m s¸t vµ qu¶n lý chÊt l­îng SPS theo tÊt c¶ c¸c tiªu chuÈn chÊt l­îng. T¶i lªn d÷ liÖu dÉn ®­êng ®Ó gi÷ v÷ng ®­îc tiªu chuÈn chÊt l­îng phï hîp víi c¸c tiªu chuÈn chÊt l­îng vÒ ®é chÝnh x¸c. Ph¸t hiÖn ngay lËp tøc vµ kh¾c phôc nh÷ng lçi cña dÞch vô. 1.3.2.2 C¸c tr¹m gi¸m s¸t N¨m tr¹m gi¸m s¸t ®­îc ®Æt t¹i c¨n cø kh«ng qu©n Falcon ë Colorado, Hawaii, ®¶o Ascension trªn biÓn Atlantic, ®¶o san h« Diego Garcia trªn biÓn Ên §é vµ ®¶o Kwajalein trªn biÓn Nam Th¸i B×nh D­¬ng. Tõng tr¹m gi¸m s¸t kiÓm tra ®é cao chÝnh x¸c, vÞ trÝ, tèc ®é, vµ toµn bé t×nh tr¹ng cña c¸c vÖ tinh ®ang ho¹t ®éng trªn quü ®¹o. Ph©n hÖ ®iÒu khiÓn chñ sö dông c¸c kÕt qu¶ ®o ®­îc lùa chän tõ c¸c tr¹m gi¸m s¸t ®Ó dù ®o¸n thuéc tÝnh cña quü ®¹o vµ ®ång hå cña tõng vÖ tinh. D÷ liÖu dù ®o¸n nµy ®­îc ph¸t tíi c¸c vÖ tinh ®Ó vÖ tinh truyÒn ng­îc l¹i tíi nh÷ng ng­êi sö dông. Ph©n hÖ ®iÒu khiÓn chñ còng ®¶m b¶o r»ng nh÷ng ®ång hå vµ quü ®¹o cña c¸c vÖ tinh GPS cã ®é d­ trong nh÷ng giíi h¹n cho phÐp. Mét tr¹m cã thÓ kiÓm tra tíi 11 vÖ tinh t¹i mét thêi ®iÓm. Tõng tr¹m sÏ thùc hiÖn kiÓm tra hai lÇn mét ngµy ®óng lóc mµ c¸c vÖ tinh thùc hiÖn xong cuéc hµnh tr×nh quanh tr¸i ®Êt. Nh÷ng biÕn ®æi næi bËt do lùc hÊp dÉn cña mÆt tr¨ng, mÆt trêi vµ ¸p suÊt cña bøc x¹ mÆt trêi g©y ra ®Òu ®­îc lo¹i bá bëi tr¹m ®iÒu khiÓn chñ nµy. 1.3.2.3 C¸c anten mÆt ®Êt Ba anten mÆt ®Êt cña CS t¹o nªn mét giao tiÕp ®o xa, theo dâi vµ ®iÒu hµnh (TT&C) gi÷a c¸c vÖ tinh vµ MCS. 1.3.3 Ph©n hÖ ng­êi sö dông Ph©n hÖ ng­êi sö dông bao gåm c¸c thiÕt bÞ cña qu©n sù vµ d©n sù ®Ó thu nhËn c¸c tÝn hiÖu GPS. Trong n¨m 1980 chØ mét lo¹i m¸y thu GPS trªn thÞ tr­êng th­¬ng m¹i. M­êi n¨m sau, ­íc chõng cã h¬n 100 h×nh d¸ng vµ c¸c kiÓu kh¸c nhau cã mÆt trªn thÞ tr­êng. Cã c¸c m¸y thu cho qu©n ®éi, c¸c m¸y thu cho d©n sù, c¸c m¸y thu cho dÉn ®­êng h­íng ®­êng ®i, cho lËp b¶n ®å ®o ®¹c vµ cho chuyÓn ®æi thêi gian; c¸c m¸y thu mµ sö dông m· C/A vµ nh÷ng m¸y thu sö dông thªm m· P, c¸c m¸y thu sö dông 2 tÇn sè vµ m¸y thu sö dông 1 tÇn sè, vµ c¸c m¸y thu cÇm tay vµ nh÷ng m¸y thu cã kÝch th­íc lín. C¸c thiÕt bÞ GPS sö dông trong qu©n ®éi ®­îc tÝch hîp trªn c¸c m¸y bay chiÕn ®Êu, m¸y bay nÐm bom, nh÷ng m¸y bay tiÕp dÇu, c¸c trùc th¨ng, c¸c tµu thñy, c¸c tµu ngÇm, c¸c xe t¨ng, c¸c xe jÝp vµ c¸c thiÕt bÞ cña binh sÜ. Nh÷ng ho¹t ®éng dÉn ®­êng c¬ b¶n vµ c¸c øng dông trong qu©n ®éi thªm vµo bao gåm sù: x¸c ®Þnh môc tiªu, vò khÝ th«ng minh, ®iÓm gÆp nhau trong chiÕn ®Êu. 1.4 DÞch vô ®Þnh vÞ chuÈn SPS vµ dÞch vô ®Þnh vÞ chÝnh x¸c PPS cña hÖ thèng GPS HÖ thèng GPS cã 2 lo¹i dÞch vô c¬ b¶n lµ: dÞch vô ®Þnh vÞ chuÈn SPS vµ dÞch vô ®Þnh vÞ chÝnh x¸c PPS. 1.4.1 DÞch vô ®Þnh vÞ chuÈn SPS DÞch vô ®Þnh vÞ chuÈn SPS sö dông thµnh phÇn m· C/A cña tÝn hiÖu L1 ®­îc ph¸t ®i víi tÇn sè 1575,42 MHz. M· C/A lµ m· t¹p ©m gi¶ ngÉu nhiªn ®Ó m¸y thu x¸c ®Þnh kho¶ng c¸ch tíi vÖ tinh. Kho¶ng c¸ch nµy ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch s¾p cho th¼ng hµng m· thu ®­îc víi mÉu m· do m¸y thu t¹o ra. B»ng c¸ch ®o ®ång thêi Ýt nhÊt 4 kho¶ng c¸ch tíi 4 vÖ tinh kh¸c nhau vµ tõ b¶n tin dÉn ®­êng biÕt ®­îc vÞ trÝ cña c¸c vÖ tinh ®ã m¸y thu cã thÓ tÝnh to¸n ra vÞ trÝ cña nã. M· C/A lµ m· t­¬ng ®èi ng¾n, nã lÆp l¹i tõng ms vµ m¸y thu GPS cã thÓ dÔ dµng thu ®­îc nã. HÇu hÕt nh÷ng ng­êi sö dông trªn thÕ giíi sö dông SPS mµ kh«ng bÞ giíi h¹n sè ng­êi sö dông vµ kh«ng ph¶i tr¶ tiÒn dÞch vô. TÊt c¶ nh÷ng m¸y thu GPS ®Òu cã kh¶ n¨ng thu nhËn vµ sö dông c¸c tÝn hiÖu SPS. DOD ®· cè t×nh lµm gi¶m ®é chÝnh x¸c cña dÞch vô nµy th«ng qua SA. §é chÝnh x¸c dù ®o¸n cña SPS lµ: §é chÝnh x¸c trong mÆt ph¼ng ngang lµ 100 m. §é chÝnh x¸c trong mÆt ph¼ng ®øng lµ 156 m. §é chÝnh x¸c thêi gian lµ 340 ns. 1.4.2 DÞch vô ®Þnh vÞ chÝnh x¸c PPS DÞch vô PPS dùa vµo mét m· dµi h¬n lµ m· P. DÞch vô nµy ph¸t trªn 2 tÇn sè L1=1575,42 MHz vµ L2=1227,6 MHz. M· P nµy ®­îc m· hãa (sau m· hãa th× gäi lµ m· Y) ®Õn møc mµ nh÷ng ng­êi sö dông bÊt hîp ph¸p kh«ng thÓ truy nhËp ®­îc. Sù m· hãa nµy còng ng¨n ngõa m¸y thu GPS cña qu©n ®éi tr¸nh sù ph¸ ho¹i bëi tÝn hiÖu GPS gi¶ tõ ®èi ph­¬ng. Qóa tr×nh m· hãa lµ m· hãa chèng lõa. Nh÷ng m¸y thu GPS cña qu©n ®éi Mü cã kh¶ n¨ng gi¶i m· ®Ó cho phÐp chóng kh«i phôc l¹i m· P. §é chÝnh x¸c dù ®o¸n cña PPS lµ: §é chÝnh x¸c trong mÆt ph¼ng ngang: 22 m. §é chÝnh x¸c trong mÆt ph¼ng ®øng: 27,7 m. §é chÝnh x¸c thêi gian (UTC): 200 ns. 1.5 C¸c ®Æc tr­ng tÇn sè v« tuyÕn tÝn hiÖu ®o cù ly SPS VÖ tinh GPS ph¸t mét tÝn hiÖu b¨ng L ph©n cùc trßn bªn tay ph¶i lµ L1 cã tÇn sè 1575,42 MHz. TÝn hiÖu nµy ®­îc ph¸t ®i víi c«ng suÊt ®ñ lín sao cho møc tÝn hiÖu t¹i bÒ mÆt tr¸i ®Êt Ýt nhÊt lµ -160 dBw. VÖ tinh GPS nµy còng ph¸t mét tÝn hiÖu ®o cù ly thø hai lµ L2 cã tÇn sè 1227,6 MHz. TÝn hiÖu nµy cã c«ng suÊt ®ñ lín ®Ó møc c«ng suÊt tèi thiÓu t¹i bÒ mÆt tr¸i ®Êt lµ -166 dBw. TÝn hiÖu nµy kh«ng ®­îc DOD coi lµ mét phÇn cña tÝn hiÖu SPS. Song nhiÒu m¸y thu th«ng th­êng ®­îc thiÕt kÕ ®Ó sö dông tÇn sè L2 víi môc ®Ých hiÖu chØnh sai lÖch cù ly theo 2 tÇn sè. 1.6 C¸c lo¹i m· c¬ b¶n sö dông trong hÖ thèng GPS C¸c lo¹i m· c¬ b¶n sö dông trong hÖ thèng GPS bao gåm: m· C/A, m· P hoÆc m· Y vµ m· phi chuÈn NSC. 1.6.1 M· C/A H×nh 1.3: S¬ ®å t¹o m· C/A H×nh 1.4: §Þnh thêi c¸c thµnh phÇn tÝn hiÖu m· P S¬ ®å t¹o m· C/A ®­îc thÓ hiÖn trong h×nh 1.3. §Þnh thêi c¸c thµnh phÇn m· P ®­îc thÓ hiÖn trong h×nh 1.4. Tõng chuçi Gi(t) lµ mét m· vµng 1023 bÝt, nã lµ kÕt qu¶ cña tæng m«®un 2 cña 2 thµnh phÇn G1 vµ G2i. Chuçi G2i ®­îc t¹o ra b»ng c¸ch trÔ ®i mét sè nguyªn c¸c chÝp tõ 5 ®Õn 950 so víi chuçi G2. Chuçi G1 vµ G2 ®­îc t¹o ra bëi c¸c bé ghi dÞch 10 tr¹ng th¸i. §a thøc ®Çu vµo bé ghi dÞch cã d¹ng: G1=X10+X3+1 G2=X10+X9+X8+X6+X3+X2+1 Chuçi G1 vµ G2 cã tr¹ng th¸i ban ®Çu lµ 1111111111. C¸c bé ghi dÞch G1 vµ G2 ®­îc thiÕt lËp tr¹ng th¸i ban ®Çu theo epoch X1 cña m· P. C¸c bé ghi dÞch G1 vµ G2 ®­îc khèng chÕ ë tÇn sè 1,023 MHz lÊy tõ ®ång hå cña bé t¹o m· P cã tÇn sè 10,23 MHz. Sù thiÕt lËp tr¹ng th¸i ban ®Çu theo epoch X1 cña m· P cã ®ång hå 1,023 MHz ®Ó ®¶m b¶o r»ng chÝp ®Çu tiªn cña m· C/A b¾t ®Çu cïng thêi ®iÓm víi chÝp ®Çu tiªn cña m· P. §é trÔ thÝch hîp cña chuçi G1 ®Ó thu ®­îc chuçi G2i lµ tæng m«®un 2 ®Çu ra cña 2 tr¹ng th¸i cña bé ghi dÞch G2. Cã 36 kh¶ n¨ng kÕt hîp ®­îc lùa chän, mçi mét kh¶ n¨ng trong 36 kh¶ n¨ng lµ t­¬ng øng víi 36 m· P kh¸c nhau. 1.6.2 M· P H×nh 1.5: S¬ ®å t¹o m· P S¬ ®å t¹o m· P ®­îc thÓ hiÖn ë h×nh 1.5. Tõng mÉu P1(t) lµ tæng m«®un 2 cña 2 mÉu X1 vµ X2i. Hai mÉu nµy ®­îc khèng chÕ ë tèc ®é 10,23 MHz. B¶n th©n X1 lµ kÕt qu¶ cña tæng m«®un 2 cña ®Çu ra cña bé ghi dÞch 12 tr¹ng th¸i lµ X1A vµ X1B cã chu kú ng¾n t­¬ng øng lµ 4092 vµ 4093 chip. Khi c¸c chu kú ng¾n X1A ®Õm tíi 3750 th× epoch ®­îc t¹o ra. Epoch X1 x¶y ra ®Òu ®Æn lµ 1,5 gi©y sau khi 15.345.000 chip cña mÉu X1 ®· ®­îc t¹o ra. §a thøc ®Çu vµo bé ghi dÞch X1A vµ X1B cã d¹ng: X1A: 1+X6+X11+X12 X1B: 1+X1+X2+X5+X8+X9+X10+X11+X12 Tr¹ng th¸i cña tõng bé t¹o m· ®­îc biÓu diÔn lµ mét tõ vÐct¬ m·, ®ã lµ mét chuçi c¸c bÝt nhÞ ph©n. T¹i mçi epoch X1, bé ghi dÞch X1A ®­îc thiÕt lËp l¹i tr¹ng th¸i cã vÐct¬ m· lµ 000100100100 vµ bé ghi dÞch X2B ®­îc thiÕt lËp l¹i vÐct¬ 010101010100. Chip ®Çu tiªn cña chuçi X1A vµ chip ®Çu tiªn cña chuçi X1B x¶y ra ®ång thêi trong kho¶ng chip ®Çu tiªn cña bÊt k× mét kho¶ng thêi gian X1 nµo. Sù thiÕt lËp l¹i tr¹ng th¸i ban ®Çu cña bé ghi dÞch X1A t¹o ra mét chuçi 4092 chip b»ng c¸ch bá ®i 3 chip cuèi cïng (001) cña chuçi X1A 4095 chip tù nhiªn. Sù thiÕt lËp l¹i tr¹ng th¸i ban ®Çu cña bé ghi dÞch X1B t¹o ra mét chuçi 4093 chip b»ng c¸ch bá ®i 2 chip cuèi cïng (01) cña chuçi X1B 4095 chip tù nhiªn. §iÒu nµy dÉn ®Õn pha cña chuçi X1B trÔ ®i 1 chip so víi mçi chu kú X1A trong kho¶ng thêi gian X1. Kho¶ng thêi gian X1 ®­îc ®Þnh nghÜa lµ 3750 chu kú X1A (t­¬ng ®­¬ng 15.345.000 chip), nã kh«ng lµ mét sè nguyªn lÇn c¸c chu kú cña X1B. §Ó lµm cho phï hîp tr¹ng th¸i nµy thi bé ghi dÞch X1B gi÷ nguyªn ë tr¹ng th¸i cuèi cïng (t­¬ng øng lµ chip 4093) cña chu kú thø 3749 cña nã. KÕt thóc chu kú thø 3750 cña X1A sÏ thiÕt lËp epoch X1 tiÕp theo, epoch tiÕp theo nµy sÏ thiÕt lËp l¹i c¶ bé ghi dÞch X1A vµ X1B b¾t ®Çu mét khu kú X1 míi. C¸c chuçi X2i ®­îc t¹o ra b»ng c¸ch trÔ ®i mét sè nguyªn cña chip (tõ 1 ®Õn 37 chip) cña chuçi X2. Sau ®ã, tõng chuçi X2i ®­îc céng m«®un 2 víi chuçi X1. Theo c¸ch ®ã t¹o ra 37 chuçi P(t) duy nhÊt. C¸c bé ghi dÞch X2A vµ X2B ®­îc sö dông ®Ó t¹o ra X2. C¸c bé ghi dÞch nµy ho¹t ®éng t­¬ng tù nh­ bé ghi dÞch X1A vµ X1B. Chóng ®­îc rót ng¾n xuèng lµ X2A cã 4092 chip, cßn X2B cã 4093 chip. Do ®ã, chóng cã cïng tèc ®é quay t­¬ng ®èi víi c¸c bé ghi dÞch X1. C¸c epoch X2A bao gåm 3750 chu kú vµ X2B ®­îc gi÷ nguyªn ë tr¹ng th¸i cuèi cïng t¹i chu kú 3749 cho ®Õn khi X2A kÕt thóc chu kú thø 3750. §a thøc ®Çu vµo bé ghi dÞch X2A vµ X2B t­¬ng øng lµ: X2A: 1+X1+X3+X4+X5+X7+X8+X9+X10+X11+X12 X2B: 1+X2+X3+X4+X8+X9+X12 VÐc t¬ m· ban ®Çu ®èi víi X2A lµ 100100100101 vµ ®èi víi X2B lµ 010101010100. Kho¶ng thêi gian X2 gåm 37 chip dµi h¬n kho¶ng thêi gian X1. Khi X2A gi÷ ë tr¹ng th¸i cuèi cïng t¹i chu kú thø 3750 cña nã vµ X2B gi÷ ë tr¹ng th¸i cuèi cïng t¹i chu kú thø 3749 cña nã. C¸c qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi trë vÒ c¸c tr¹ng th¸i ban ®Çu sau c¸c kho¶ng thêi gian trÔ 37 chip. Lóc b¾t ®Çu cña tuÇn GPS, c¸c bé ghi dÞch X1A, X1B, X2A, X2B ®­îc ®Æt ë tr¹ng th¸i ban ®Çu ®Ó t¹o ra chip ®Çu tiªn cña tuÇn. Bé ghi dÞch X1A xª dÞch liªn tôc chi tíi khi ®Õn kho¶ng thêi gian X1A cuèi cïng cña tuÇn GPS. Trong kho¶ng thêi gian X1A nhÊt ®Þnh, X1B, X2A vµ X2B ®­îc gi÷ ë tr¹ng th¸i khi chóng ®¹t ®Õn c¸c tr¹ng th¸i cuèi cïng cña c¸c chu kú t­¬ng øng chóng cho ®Õn khi chu kú X1A kÕt thóc. T¹i ®iÓm nµy, 4 bé ghi dÞch ®­îc ®Æt ë tr¹ng th¸i ban ®Çu vµ t¹o ra chip ®Çu tiªn cña tuÇn míi. 1.6.3 M· Y M· Y ®­îc sö dông ®Ó thay thÕ m· P khi chÕ ®é “A-S” ®­îc kÝch ho¹t. M· Y nµy cã cïng tèc ®é víi m· P nh­ng cã ®é b¶o mËt cao h¬n m· P. Do ®ã nã th­êng dïng ®Ó m· hãa c¸c th«ng tin yªu cÇu ®é mËt cao. 1.6.4 M· phi chuÈn NSC Mét vÖ tinh ho¹t ®éng sÏ cè t×nh ph¸t mét d¹ng m· C/A sai ®Ó b¶o vÖ ng­êi sö dông ®èi víi tÝn hiÖu dÉn ®­êng bÊt th­êng. M· sai nµy ®­îc gäi lµ m· C/A phi chuÈn, kÝ hiÖu lµ NSC. Mét vÖ tinh sÏ ph¸t ®i NSC khi ph¸t hiÖn mét sù cè trong t¶i träng dÉn ®­êng cña vÖ tinh. V× NSC ®­îc thiÕt kÕ ®Ó b¶o vÖ ng­êi sö dông nªn nã kh«ng ®Ó sö dông víi ng­êi sö dông nªn ta kh«ng nghiªn cøu kü vÒ nã. Tuy nhiªn, ®èi víi nh÷ng vÖ tinh Block I sÏ kh«ng cã lo¹i m· NSC nµy. 1.7 C¸c tÝn hiÖu vÖ tinh GPS 1.7.1 CÊu tróc tÝn hiÖu vÖ tinh GPS L1 Mçi mét vÖ tinh cña hÖ thèng GPS ph¸t ®i 2 tÝn hiÖu tr¶i phæ trùc tiÕp DS/SS . §ã lµ tÝn hiÖu cã tÇn sè L1 vµ tÝn hiÖu cã tÇn sè L2. TÝn hiÖu L1 mang mét m· b¾t vµ ®o cù ly t­¬ng ®èi C/A vµ mang mét m· ®o cù ly chÝnh x¸c P. TÝn hiÖu L2 mang mét m· ®o cù ly chÝnh x¸c P ®Ó phôc vô cho môc ®Ých qu©n sù. TÇn sè L1 lµ 1575,42 MHz, tÇn sè L2 lµ 1227,6 MHz. S¬ ®å t¹o tÝn hiÖu L1 vµ L2 ®­îc thÓ hiÖn ë h×nh 1.6: H×nh 1.6: S¬ ®å t¹o tÝn hiÖu L1, L2 TÝn hiÖu L1 lµ mét tÝn hiÖu QPSK. TuyÕn liªn kÕt L1 gåm 2 thµnh phÇn sãng mang lµ A.cos(2fct+) vµ - A.sin(2fct+). Hai thµnh phÇn sãng mang nµy vu«ng pha víi nhau. Mçi thµnh phÇn sãng mang lµ mét tÝn hiÖu BPSK, ®­îc ®iÒu chÕ bëi 2 chuçi bÝt riªng rÏ. Chuçi bÝt thø nhÊt M1(t) lµ tæng m«®un 2 cña d÷ liÖu NAV vµ m· C/A. Chuçi bÝt thø hai M2(t) lµ tæng m«®un 2 cña d÷ liÖu NAV vµ m· P (hoÆc lµ m· Y). Mçi vÖ tinh sö dông mét m· C/A vµ mét m· P riªng kh¸c nhau ®Ó ph©n biÖt ®­îc c¸c vÖ tinh trong chßm sao GPS. M1(t)=C1(t).D(t) M2(t)=C2(t).D(t) - TÝn hiÖu DS/SS-QPSK cã d¹ng S(t)=I(t)+Q(t) Trong ®ã: I(t)=A.M1(t). cos(2fct+) Q(t)=-A.M2(t).sin(2fct+) - TÝn hiÖu S(t)= A.M2(t). cos(2fct+)-A.M1(t).sin(2fct+) - TÝn hiÖu QPSK cã d¹ng lµ S(t)=A.cos(2fct++) Do ®ã =tan-1() Trong ®ã: M1(t), M2(t) lµ c¸c m· tr¶i phæ cã gi¸ trÞ 1. Nªn cã thÓ nhËn c¸c gi¸ trÞ sau: khi M1(t)=1, M2(t)=1. khi M1(t)=1, M2(t)=-1. khi M1(t)=-1, M2(t)=-1. khi M1(t)=-1, M2(t)=1. Nh­ vËy tÝn hiÖu DS/SS-QPSK cã thÓ nhËn 4 tr¹ng th¸i pha kh¸c nhau: +; +; +; +. TÝn hiÖu C/A ng¾n ®Ó dÔ b¾t, cßn tÝn hiÖu P cã tèc ®é cao ®Ó ®o cù ly xa ®­îc chÝnh x¸c. Thêi gian mét chip kho¶ng 100 ns. C¶ 2 tÝn hiÖu C/A vµ P ®Òu ®­îc ®iÒu chÕ bëi b¶n tin dÉn ®­êng D(t) cã tèc ®é 50 b/s vµ lÆp l¹i tuÇn hoµn. B¶n tin dÉn ®­êng nµy mang th«ng tin vÒ vÞ trÝ cña vÖ tinh, th«ng tin hiÖu chØnh ®ång hå, sai lÖch do ¶nh h­ëng cña tÇng ®iÖn li… Sau khi b¾t ®­îc m· C/A, d÷ liÖu ®­îc gi¶i ®iÒu chÕ. M· C/A vµ th«ng tin sau gi¶i ®iÒu chÕ ®ång bé ngay víi m· P. Víi gi¶ thiÕt lµ bá qua t¹p ©m vµ tÝn hiÖu truyÒn ®i cã ®é trÔ th× phÇn thu tÝn hiÖu cã d¹ng: S(t-)= A.M2(t-). cos(2fct+)-A.M1(t-).sin(2fct+) Trong ®ã =-2fc. S¬ ®å gi¶i ®iÒu chÕ tÝn hiÖu DS/SS -QPSK ë m¸y thu ®­îc tr×nh bµy ë h×nh 1.7: H×nh 1.7: S¬ ®å gi¶i ®iÒu chÕ tÝn hiÖu DS/SS L1 U1(t)=-A.C1(t-’).M2(t-).cos(2fct+).sin(2fct+) + A.M1(t-).C1(t-).Sin2(2fct+) U2(t)=A.M2(t-).C2(t-’).cos2(2fct+) - A.M1(t-).C2(t-’).cos(2fct+).sin(2fct+) Trong ®ã: M1(t)=C1(t).D(t) M2(t)=C2(t).D(t) Khi tr¶i phæ m¸y thu ®ång bé víi m¸y ph¸t, nghÜa lµ thêi gian trÔ truyÒn dÉn do m¸y thu ®¸nh gi¸ =’, nªn C1(t-). C1(t-’)= C2(t-). C2(t-’)=1 Do ®ã: U(t)=U1(t)+U2(t)=A.D(t-)-A.D(t-).C1(t-).C2(t-).sin(4fct+2’) KÕt qu¶ ®Çu ra cña m¹ch tÝch ph©n lµ thµnh phÇn d÷ liÖu Zi=A.D(t-). C¸c thµnh phÇn cã tÇn sè 4fc cã gi¸ trÞ trung b×nh b»ng 0, do ®ã Zi=AT. §Çu ra bé so s¸nh t­¬ng øng lµ +1 (logic “1”) khi b¶n tin dÉn ®­êng lµ +1; ®Çu ra lµ -1 (logic “0”) khi b¶n tin dÉn ®­êng lµ -1. 1.7.2 Ph©n bè n¨ng l­îng vµ ®é bao phñ cña tÝn hiÖu vÖ tinh L1 H×nh 1.8 thÓ hiÖn c«ng suÊt nhá nhÊt cña tÝn hiÖu L1 thu ®­îc gi¶m dÇn bëi ng­êi sö dông ë gÇn mÆt ®Êt, nã lµ mét hµm cña gãc ngÈng vÖ tinh. H×nh 1.8: C¸c møc tÝn hiÖu thu ®­îc nhá nhÊt Víi c¸c gi¶ thiÕt sau: - C¸c tÝn hiÖu ®­îc ®o t¹i ®Çu ra anten thu ph©n cùc tuyÕn tÝnh 3 dBi. - VÖ tinh cã gãc ngÈng b»ng hoÆc h¬n 50. - C¸c møc tÝn hiÖu thu nhËn ®­îc xÐt trong b¨ng tÇn cã møc c«ng suÊt nhá nhÊt -160 dBw t¹i bÒ mÆt tr¸i ®Êt. - Suy hao ®­êng truyÒn cña khÝ quyÓn lµ 2,0 dB. - Sai lÖch ®é cao vÖ tinh lµ 0,50. C¸c møc tÝn hiÖu cao h¬n cã thÓ cã ®­îc khi cã c¸c yÕu tè nh­: c¸c sai lÖch ®é cao vÖ tinh, c¸c sai sè s¾p xÕp anten c¬ khÝ, nh÷ng biÕn ®æi n¨ng l­îng ph¸t ®i, nh÷ng biÕn ®æi vÒ ®iÖn ¸p vµ nh÷ng biÕn ®æi hÖ sè khuyÕch ®¹i c«ng suÊt, vµ do sù thay ®æi suy hao ®­êng truyÒn khi truyÒn tÝn hiÖu qua khÝ quyÓn. C¸c møc tÝn hiÖu L1 C/A thu ®­îc cùc ®¹i kh«ng v­ît qu¸ -153,0 dBw. Con sè ­íc l­îng nµy ®­îc dùa trªn gi¶ thiÕt lµ c¸c ®Æc ®iÓm cña anten thu ph©n cùc tuyÕn tÝnh cã ®Çu ra 3 dBi, suy hao khÝ quyÓn lµ 0,6 dB vµ sai lÖch ®é cao vÖ tinh lµ 0,50. 1.7.3 CÊu tróc tÝn hiÖu L2 TÝn hiÖu L2 lµ tÝn hiÖu BPSK chØ ®­îc ®iÒu chÕ bëi mét chuçi bÝt. Chuçi bÝt ®­îc lùa chän ®Ó ®iÒu chÕ L2 lµ m· P hoÆc Y mµ kh«ng cã m· C/A. 1.8 LÞch vÖ tinh (Ephemeris) 1.8.1 Kh¸i niÖm LÞch vÖ tinh lµ c¸c dù ®o¸n vÒ quü ®¹o vÖ tinh. Nã lµ tËp hîp c¸c dù ®o¸n vÒ vÞ trÝ cña tõng vÖ tinh ë tõng thêi ®iÓm. NÕu tr¸i ®Êt lµ h×nh cÇu vµ chØ xÐt tíi mçi lùc hót cña tr¸i ®Êt lªn vÖ tinh th× vÖ tinh sÏ quay trªn quü ®¹o trßn c¸ch tr¸i ®Êt 20.200 km. Nh­ng thùc tÕ tr¸i ®Êt kh«ng hoµn toµn lµ h×nh cÇu, nã cã sù ph©n bè kh«ng ®ång ®Òu khèi l­îng do ®ã ¶nh h­ëng tíi quü ®¹o vÖ tinh. Khi vÖ tinh quay trong vò trô th× nã cßn chÞu mét sè lùc kh¸c n÷a nh­: - Lùc hót cña c¸c hµnh tinh kh¸c nh­: mÆt tr¨ng, mÆt trêi. - Lùc ¸p suÊt bøc x¹ mÆt trêi. §Ó æn ®Þnh tr¹ng th¸i vÖ tinh nh»m h­íng anten vµo vïng dÞch vô yªu cÇu mÆt ®Êt, ng­êi ta sö dông 2 biÖn ph¸p c¬ b¶n sau: + Gi÷ æn ®Þnh vÖ tinh 3 h­íng: Trôc Z h­íng vÒ tr¸i ®Êt, trôc Y trïng h­íng b¾c nam cña tr¸i ®Êt, trôc X h­íng bay cña vÖ tinh. ViÖc æn ®Þnh 3 h­íng dùa vµo ph¶n øng cña b¸nh xe g¾n trªn 3 trôc khi cã t¸c ®éng bªn ngoµi lµm thay ®æi t­ thÕ vÖ tinh th× ®éng l­îng cña c¸c b¸nh xe sÏ gi÷ cho vÖ tinh ë vÞ trÝ cò. + Gi÷ æn ®Þnh vÖ tinh b»ng viÖc quay vÖ tinh xung quanh trôc cña nã: VÖ tinh cã cÊu t¹o h×nh trô trßn, hÇu hÕt c¸c bé phËn cña vÖ tinh quay theo trôc B¾c Nam, anten th× vÉn gi÷ h­íng vÒ vïng dÞch vô d­íi mÆt ®Êt. Nhê tèc ®é cao cña bé phËn quay, nã gi÷ vÖ tinh ë mét tr¹ng th¸i kh«ng ®æi vµ m« men xo¾n t¹o ra bëi bé phËn quay sÏ h¹n chÕ t¸c ®éng cña c¸c ¶nh h­ëng bªn ngoµi. ViÖc gi¸m s¸t tr¹ng th¸i cña c¸c vÖ tinh ®­îc thùc hiÖn bëi tr¹m ®iÒu khiÓn trung t©m d­íi mÆt ®Êt. V× tr¹m ®iÒu khiÓn (gåm 3 tr¹m ph¸t lÖnh, 5 tr¹m quan s¸t ®Æt r¶i r¸c trªn toµn cÇu), ®­îc ®Æt ë c¸c vÞ trÝ ®· biÕt tr­íc täa ®é. Nh­ vËy, viÖc x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña vÖ tinh dùa vµo sù giao héi cña c¸c tia sãng tíi tõ 3 tr¹m ph¸t lÖnh lªn vÖ tinh. C¸c vÞ trÝ tr¹m nµy ®· biÕt, kho¶ng c¸ch tõ vÖ tinh tíi c¸c tr¹m còng ®­îc x¸c ®Þnh, m¸y thu GPS ë vÖ tinh sÏ tÝnh ra cù ly tõ nã xuèng c¸c tr¹m ph¸t lÖnh, råi göi th«ng tin nµy xuèng c¸c tr¹m ®iÒu khiÓn trung t©m th«ng qua c¸c tr¹m quan s¸t. Nh­ vËy, t¹i tr¹m trung t©m ®· cã ®Çy ®ñ th«ng tin ®Ó x¸c ®Þnh vÞ trÝ tøc thêi cña tÊt c¶ c¸c vÖ tinh. C¸c th«ng tin nµy ®­îc m¸y tÝnh cña trung t©m t¹o ra lÞch vÖ tinh cïng c¸c tham sè hiÖu chØnh vÒ kho¶ng c¸ch d­íi d¹ng mét b¶n tin sè råi th«ng qua tr¹m ph¸t lÖnh ph¸t lªn c¸c vÖ tinh ®Ó ®iÒu khiÓn mäi ho¹t ®éng cña vÖ tinh. C¸c vÖ tinh sÏ thu vµ ph¸t l¹i xuèng tíi c¸c m¸y thu cña ng­êi sö dông. LÞch vÖ tinh nµy cßn dïng ®Ó cho c¸c m¸y thu tÝnh to¸n ra vÞ trÝ cña m×nh. Tuy nhiªn, lÞch vÖ tinh còng cã nh÷ng sai sè: sai sè do ®ång hå vÖ tinh, sai sè do truyÒn sãng qua khÝ quyÓn. 1.8.2 Thêi gian GPS vµ tæng Z vÖ tinh Thêi gian GPS ®­îc thiÕt lËp bëi ph©n hÖ ®iÒu khiÓn CS vµ ®­îc sö dông lµ thêi gian c¬ së tham chiÕu ®Õn tÊt c¶ c¸c ho¹t ®éng GPS. Thêi gian GPS ®­îc tham chiÕu ®Õn thêi gian UTC, thêi gian UTC ®Þnh nghÜa thêi ®iÓm 0 lµ lóc gi÷a ®ªm cña tèi ngµy 05 th¸ng 01 n¨m 1980 hay lµ s¸ng ngµy 06 th¸ng 01 n¨m 1980. §¬n vÞ lín nhÊt sö dông ®Ó b¾t ®Çu thêi gian GPS lµ mét tuÇn b»ng 604.800 gi©y. Thêi gian GPS cã thÓ kh¸c víi thêi gian UTC bëi v× thang thêi gian GPS lµ liªn tôc, trong khi ®ã thêi gian UTC ®­îc hiÖu chØnh theo ®Þnh k× mét sè nguyªn lÇn mét sè gi©y. V× vËy cã sù tr«i thêi gian gi÷a thêi gian UTC vµ thêi gian GPS. Thang thêi gian GPS ®­îc duy tr× trong 1 s UTC. D÷ liÖu NAV bao gåm c¸c d÷ liÖu cÇn thiÕt ®Ó liªn hÖ gi÷a thêi gian GPS vµ thêi gian UTC. §èi víi tõng vÖ tinh th× mçi mét epoch 1,5 gi©y lµ mét ®¬n vÞ thuËn tiÖn ®Ó ®Õm vµ tÝnh to¸n thêi gian chÝnh x¸c. Thêi gian ®­îc ®Þnh nghÜa nh­ vËy ®­îc gäi lµ tæng Z. Tæng Z cung cÊp tíi ng­êi sö dông mét sè 29 bÝt nhÞ ph©n, bao gåm 2 phÇn: - PhÇn 1: Sè nhÞ ph©n ®­îc biÓu diÔn bëi 19 bÝt cã träng sè thÊp nhÊt cña tæng Z ®­îc gäi lµ bé ®Õm thêi gian cña tuÇn TOW, nã ®­îc x¸c ®Þnh lµ b»ng sè c¸c epoch 1,5 gi©y tÝnh tõ khi chuyÓn tõ tuÇn tr­íc ®ã. Tæng nµy cã chu kú ng¾n, ph¹m vi cña tæng TOW tõ 0 ®Õn 403.199 lÇn c¸c epoch 1,5 gi©y (b»ng mét tuÇn) vµ thiÕt lËp l¹i 0 t¹i thêi ®iÓm kÕt thóc cña mçi tuÇn. Tr¹ng th¸i 0 cña tæng TOW ®­îc x¸c ®Þnh lµ epoch 1,5 gi©y trïng víi thêi ®iÓm b¾t ®Çu cña tuÇn hiÖn t¹i. Epoch nµy x¶y ra lóc gi÷a ®ªm tèi thø b¶y-s¸ng chñ nhËt, trong ®ã lóc gi÷a ®ªm lµ 0000 giê trªn thang thêi gian UTC, thang thêi gian ®­îc tham chiÕu ®Õn kinh tuyÕn gèc (kinh tuyÕn Greenwich). Qua nhiÒu n¨m, epoch tr¹ng th¸i 0 cã thÓ kh¸c ®i vµi gi©y so víi 0000 giê trªn thang thêi gian UTC, v× thêi gian UTC ®­îc hiÖu chØnh theo ®Þnh kú mét sè nguyªn c¸c gi©y, trong khi tæng TOW lµ liªn tôc mµ kh«ng ®­îc hiÖu chØnh. Mét d¹ng rót ng¾n cña tæng TOW gåm 17 bÝt cã träng sè lín nhÊt lµ tõ HOW cña chuçi d÷ liÖu ®­êng xuèng ë b¨ng tÇn L. Mèi quan hÖ gi÷a tæng TOW thùc vµ d¹ng rót ng¾n cña nã lµ HOW ®­îc minh häa nh­ h×nh 1.9: H×nh 1.9: Mèi quan hÖ ®­êng thêi gian cña tõ HOW - PhÇn 2: M­êi bÝt cã träng sè lín nhÊt cña tæng Z ®­îc thÓ hiÖn lµ c¸c sè nhÞ ph©n cña sè tiÕp sau tuÇn hiÖn t¹i. Ph¹m vi cña tæng nµy lµ tõ 0 tíi 1023, tr¹ng th¸i 0 ®­îc x¸c ®Þnh lµ tuÇn mµ b¾t ®Çu víi epoch 1,5 gi©y lóc gi÷a ®ªm tèi ngµy 05 th¸ng 01 n¨m 1980 hµy lµ s¸ng ngµy 06 th¸ng 01 n¨m 1980. TuÇn cuèi cïng lµ tuÇn thø 1023, sau ®ã sè cña tuÇn sÏ quay trë vÒ 0. Nh÷ng ng­êi sö dông ph¶i tÝnh to¸n 1024 tuÇn tr­íc ®ã ®Ó chuyÓn ®æi thêi gian GPS thµnh lÞch hµng ngµy. 1.8.3 Thêi gian UTC Thêi gian GPS cña hÖ thèng ®­îc kiÓm tra vµ hiÖu chØnh bëi c¬ quan quan s¸t h¶i qu©n Mü USNO. C¸c thiÕt bÞ thu ph¸t GPS ®Òu hiÓn thÞ thêi gian UTC. Giê UTC nhanh h¬n giê GMT lµ 5 gi©y. Trang 18 cña khung con 4 bao gåm: - C¸c tham sè chØ ra mèi quan hÖ gi÷a thêi gian GPS vµ thêi gian UTC. - Th«ng b¸o tíi ng­êi sö dông c¸c gi¸ trÞ sè gia thêi gian c¸c gi©y d«i ra võa míi qua hoÆc s¾p x¶y ra () cïng víi sè tuÇn (WNLSF) còng nh­ sè ngµy (DN) (lÊy tõ b¶n tin NAV t¶i lªn) khi hÕt gi©y d«i ra. Kh¸i niÖm “ngµy mét” lµ ngµy thø nhÊt liªn quan ®Õn thêi ®iÓm kÕt thóc hay b¾t ®Çu cña tuÇn; gi¸ trÞ WNLSF gåm 8 bÝt cã träng sè nhá nhÊt cña mét tuÇn ®Çy ®ñ. Ng­êi sö dông ph¶i tÝnh to¸n c¸c tham sè rót ng¾n: WN, WNt, vµ WNLSF do sù quay vßng cña mét tuÇn ®Çy ®ñ. Ph©n hÖ ®iÒu khiÓn sÏ qu¶n lý c¸c tham sè nµy ®Ó gi¸ trÞ tuyÖt ®èi cña sai lÖch ®èi víi WN vµ WNLSF kh«ng v­ît qu¸ 127. Tïy thuéc vµo quan hÖ gi÷a ngµy, giê hiÖn t¹i víi thêi gian GPS cña ng­êi sö dông th× tån t¹i 3 mèi quan hÖ gi÷a thêi gian UTC vµ thêi gian GPS. 1. BÊt kú lóc nµo thêi gian còng thÓ hiÖn b»ng c¸c gi¸ trÞ tuÇn WNt vµ gi¸ trÞ ngµy DN kh«ng ©m vµ khi thêi gian hiÖn t¹i cña ng­êi sö dông r¬i vµo kho¶ng thêi gian b¾t ®Çu tõ DN+1/4 ®Õn DN+5/4 th× quan hÖ gi÷a thêi gian UTC vµ thêi gian GPS nh­ sau: tUTC=tE- [gi©y] lÆp l¹i sau 86400 s. =+A0+A1{tE-tor+608400(WN-WNt)} [gi©y] Trong ®ã: tE lµ giê GPS dù tÝnh cña ng­êi sö dông dùa trªn c¬ së c¸c hÖ sè cña tSV. lµ sè gia thêi gian cña c¸c gi©y d«i ra. A1, A0 lµ h»ng sè vµ lµ thµnh phÇn bËc nhÊt cña ®a thøc. WN lµ sè tuÇn hiÖn t¹i lÊy tõ khung con 1. WNt lµ sè tuÇn tham chiÕu UTC. tE [s] lµ giê GPS tÝnh tõ lóc b¾t ®Çu/kÕt thóc tuÇn. tor lµ thêi gian tham chiÕu cho d÷ liÖu UTC. Thêi gian GPS (tE) ®­îc dù tÝnh (®¬n vÞ lµ gi©y) cã liªn hÖ víi ®iÓm kÕt thóc hay b¾t ®Çu cña tuÇn. Thêi gian tham chiÕu cho d÷ liÖu UTC (tor) sÏ ®­îc tham chiÕu tíi thêi ®iÓm b¾t ®Çu cña tuÇn, trong ®ã sè cña tuÇn (WNt) cã trong tõ thø 8 cña trang 18 khung con 4. Gi¸ trÞ cña WNt gåm 8 bÝt cã träng sè nhá nhÊt cña sè tuÇn ®Çy ®ñ. Ng­êi sö dông ph¶i tÝnh to¸n c¸c tham sè rót gän WN, WNt vµ WNLSF do sù quay vßng sè cña tuÇn ®Çy ®ñ. Ph©n hÖ ®iÒu khiÓn sÏ qu¶n lý c¸c tham sè nµy sao cho gi¸ trÞ tuyÖt ®èi cña sai lÖch gi÷a gi¸ trÞ WN vµ WNt kh«ng v­ît qu¸ 127. 2. BÊt cø khi nµo thêi gian hiÖn t¹i cña nguêi sö dông n»m ngoµi kho¶ng DN+3/4 vµ DN+5/4 th× cã thÓ xuÊt hiÖn c¸c gi©y d«i ra do sù thay ®æi sè tuÇn, lóc ®ã thêi gian UTC ®­îc tÝnh nh­ sau: tUTC=w[86400++] [s]. Thµnh phÇn trong ngoÆc lÆp l¹i sau 86400 s. w=(tE--43200)+43200 [s]. Thµnh phÇn trong ngoÆc lÆp l¹i sau 86400 s. Khi mét gi©y ®­îc thªm vµo, sÏ x¶y ra c¸c gi¸ trÞ thêi gian kh«ng theo chuÈn lµ 23:59:60:xxx. C¸c thiÕt bÞ cña m¸y thu ng­êi sö dông ph¶i thùc hiÖn lµm trßn gi¸ trÞ UTC b»ng c¸ch lµm gi¶m bé ®Õm thêi gian ®ang ho¹t ®éng kho¶ng vµi gi©y sau ®ã. B»ng c¸ch ®ã sÏ quay trë vÒ d¹ng thêi gian th«ng th­êng. BÊt cø khi nµo b¾t gÆp c¸c gi©y d«i ra th× c¸c thiÕt bÞ cña ng­êi sö dông ph¶i thùc hiÖn ®Õm theo ngµy/tuÇn/n¨m. 3. BÊt cø khi nµo thêi gian cña c¸c gi©y d«i ra ®­îc biÓu diÔn bëi c¸c gi¸ trÞ WNLFS vµ DN lµ ©m (so víi thêi gian hiÖn t¹i cña ng­êi sö dông) th× mèi quan hÖ gi÷a thêi gian UTC vµ thêi gian GPS nh­ sau: tUTC=tE- [s] lÆp l¹i sau 86400 s. =+A0+A1{tE-tor+608400(WN-WNt)} [s]. Mèi quan hÖ nµy hoµn toµn gièng víi tr­êng hîp 1, trong ®ã gi¸ trÞ ®­îc thay thÕ b»ng gi¸ trÞ . Ph©n hÖ ®iÒu khiÓn sÏ s¾p xÕp c¸c tham sè UTC míi cËp nhËt trong lÇn t¶i lªn kÕ tiÕp ®Ó duy tr× sù liªn tôc cña thang ®o thêi gian UTC sao cho phï hîp. 1.8.4 Thêi gian SV vµ thêi gian GPS Theo sù ®iÒu khiÓn cña c¸c SV vµ d÷ liÖu t¶i lªn, ph©n hÖ ®iÒu khiÓn sÏ chÊp hµnh theo nh÷ng mèi quan hÖ thêi gian sau: Tõng vÖ tinh ho¹t ®éng trªn thêi gian SV cña riªng nã. TÊt c¶ thêi gian liªn quan ®Õn d÷ liÖu trong tõ TLM vµ HOW sÏ lµ thêi gian SV. TÊt c¶ d÷ liÖu kh¸c trong b¶n tin NAV sÏ liªn hÖ víi thêi gian GPS. B¶n tin NAV ®ang ph¸t sÏ chÊp hµnh theo thêi gian SV cña SV. 1.9 CÊu tróc b¶n tin dÉn ®­êng B¶n tin dÉn (NAV message) lµ néi dung cña lÞch vÖ tinh, nã cung cÊp ®Çy ®ñ c¸c th«ng sè ®Ó ®Þnh vÞ, dÉn ®­êng cho ng­êi sö dông. C¸c d÷ liÖu nµy chøa c¸c th«ng tin cÇn thiÕt ®Ó phôc vô cho viÖc x¸c ®Þnh: Thêi gian truyÒn cña vÖ tinh. VÞ trÝ cña vÖ tinh. ThÓ tr¹ng cña vÖ tinh. HiÖu chØnh ®ång hå vÖ tinh. C¸c ¶nh h­ëng do ®é trÔ truyÒn dÉn. ChuyÓn ®æi thêi gian thµnh UTC. Tr¹ng th¸i cña chßm sao. 1.9.1 §Þnh d¹ng trang d÷ liÖu cña b¶n tin dÉn ®­êng MÉu d÷ liÖu cña b¶n tin dÉn ®­êng cã d¹ng nh­ h×nh vÏ 1.10. TÊt c¶ c¸c th«ng tin nµy ®­îc ®Þnh d¹ng trong mét b¶n tin sè th«ng th­êng. Ngoµi c¸c th«ng tin chÝnh trªn nã cßn thªm c¸c tham sè th«ng tin söa lçi bÝt, ®ã lµ c¸c bÝt ch½n lÎ, c¸c th«ng b¸o dÉn ®­êng. B¶n tin nµy ®­îc ph¸t víi tèc ®é 50 bps b»ng ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ khãa dÞch pha vu«ng gãc QPSK. H×nh 1.10: D¹ng vµ néi dung b¶n tin dÉn ®­êng B¶n tin NAV sö dông mÉu ®Þnh d¹ng c¬ b¶n cã cÊu tróc 1500 bÝt, ®­îc chia thµnh 5 khung con, mçi khung con cã 300 bÝt. Khung con 4 vµ 5 ®­îc lÆp l¹i 25 lÇn. Mçi khung con bao gåm 10 tõ , mçi tõ 30 bÝt. Mçi mét khung con ®Òu b¾t ®Çu víi mét cÆp tõ ®o xa TLM vµ tõ chuyÓn giao HOW. Tõ TLM ®­îc ph¸t ®Çu tiªn, ngay theo sau lµ tõ HOW. Sau ®ã lµ 8 tõ d÷ liÖu. 1.9.2 KiÓm tra tÝnh ch½n lÎ d÷ liÖu C¸c tõ 1 ®Õn tõ 10 cña mçi khung con tõ 1 ®Õn 5 ®Òu cã 6 bÝt kiÓm tra ch½n lÎ, ®ã lµ 6 bÝt cã träng sã nhá nhÊt. H¬n n÷a, bÝt 23 vµ bÝt 24 cña tõ 2 vµ tõ 10 kh«ng mang th«ng tin ®Ó phôc vô cho c¸c môc ®Ých tÝnh to¸n tÝnh ch½n lÎ. 1.9.3 Tõ TLM Mçi tõ TLM cã 30 bÝt, lÆp l¹i sau 6 gi©y vµ lµ tõ ®Çu tiªn trong mçi khung con hoÆc trang. CÊu tróc tõ TLM cã d¹ng nh­ sau: BÝt 1 ®­îc ph¸t ®Çu tiªn. Mçi tõ TLM sÏ b¾t ®Çu víi c¸c bÝt më ®Çu, sau ®ã ®Õn b¶n tin TLM, 2 bÝt dµnh riªng vµ 6 bÝt ch½n lÎ. 1.9.4 Tõ HOW Tõ HOW cã 30 bÝt vµ lµ tõ thø hai trong mçi mét khung con hay trang, theo sau lµ tõ TLM. Tõ nµy lÆp l¹i sau 6 gi©y ph¸t khung d÷ liÖu. Trong ®ã c¸c bÝt MSB ®­îc ph¸t ®Çu tiªn. Tõ nµy b¾t ®Çu víi 17 bÝt MSB cña tæng thêi gian tuÇn (TOW). 17 bÝt nµy t­¬ng øng víi tæng TOW t¹i epoch mµ b¾t ®Çu khung con theo sau kÕ tiÕp. BÝt 18 ®­îc sö dông theo 2 c¸ch: - Trªn vÖ tinh cã m· cÊu h×nh lµ 000 th× bÝt 18 lµ cê cho phÐp chuyÓn ®éng l­îng quay (roll momentum dump flag). Khi nã cã gi¸ trÞ “1” th× nã chØ ra r»ng sù chuyÓn ®éng l­îng quay lµ kh«ng ®­îc duy tr× tõ lÇn t¶i lªn lÇn cuèi (cê nµy ®­îc thiÕt lËp l¹i khi kÕt thóc qu¸ tr×nh truyÒn b¶n tin míi, lóc kÕt thóc lÇn t¶i lªn kÕ tiÕp). - Trªn vÖ tinh cã m· cÊu h×nh 001 th× bÝt 18 lµ mét cê c¶nh b¸o. Khi bÝt 18 nµy lµ “1”, nã sÏ chØ ra r»ng ng­êi sö dông SPS cã thÓ cã URA vÖ tinh xÊu h¬n nh­ ë trong khung con 1. BÝt 19 còng cã 2 vai trß: - Trªn c¸c SV cã m· cÊu h×nh 000 trong trang 25 cña khung phô 4 bÝt 19 ®­îc sö dông lµ mét cê ®ång bé. - Trªn c¸c SV cã m· cÊu h×nh 001 bÝt 19 lµ mét cê A-S (anti-spoof). Khi sö dông lµm cê ®ång bé, bÝt 19 lµ “0” th× SV lµ ®ång bé. SV ®­îc gäi lµ ®ång bé khi mÐp cña tõ TLM trïng hîp víi epoch X1. NÕu bÝt 19 lµ “1” th× SV cã thÓ kh«ng ®ång bé vµ h¬n thÕ n÷a d÷ liÖu tõ SV nµy sÏ kh«ng ®­îc sö dông v× nã cã thÓ kh«ng chÝnh x¸c. Cßn khi sö dông lµ mét cê A-S, bÝt 19 b»ng “1” chØ ra r»ng chÕ ®é “A-S” ®­îc ho¹t ®éng (ON) trong SV nµy. BÝt 20, 21, 22 cña HOW ®­a ra ID cña khung phô, m· ID sÏ nh­ sau: Khung phô M· ID 1 001 2 010 3 011 4 100 5 101 1.9.5 Khung con 1 Mçi mét tõ cña tõ thø ba ®Õn tõ thø 10 cña khung phô 1 ®Òu cã 6 bÝt ch½n lÎ P. BÝt 23 vµ 24 (bÝt t) cña tõ thø 10 kh«ng mang th«ng tin nh»m môc ®Ých tÝnh to¸n tÝnh ch½n lÎ. 190 bÝt cßn l¹i cña tõ 3 ®Õn tõ 10 trong khung con 1 gåm c¸c tham sè ®ång hå vµ c¸c d÷ liÖu kh¸c. C¸c tham sè ®ång hå diÔn t¶ thang ®o thêi gian SV trong mét giai ®o¹n nhÊt ®Þnh. C¸c tham sè nµy trong mét tËp d÷ liÖu sÏ kh«ng ®æi trong kho¶ng thêi gian mµ chóng ®­îc ph¸t ®i vµ vÉn kh«ng ®æi trong kho¶ng thêi gian n÷a lµ sau khi ph¸t tËp d÷ liÖu tiÕp theo ®­îc b¾t ®Çu. 1.9.5.1 Sè tuÇn M­êi bÝt MSB cña tõ ba sÏ gåm 10 MSB cña tæng Z 29 bÝt. M­êi bÝt nµy thÓ hiÖn sè cña tuÇn GPS hiÖn t¹i. Kho¶ng thêi gian b¾t ®Çu ph¸t tËp d÷ liÖu lµ tuÇn 0 t­¬ng øng víi tÊt c¶ c¸c bÝt ®Òu lµ 0. Sè tuÇn t¨ng t¹i mçi ®iÓm kÕt thóc hay b¾t ®Çu cña tuÇn. §èi víi c¸c ho¹t ®éng ®­îc kÐo dµi dµi h¹n cña c¸c SV Block II, ban ®Çu xÊp xØ 28 ngµy sau khi t¶i lªn, th× sè tuÇn truyÒn tin cã thÓ kh«ng t­¬ng øng víi sè tuÇn GPS thùc do vªnh c¸c kho¶ng thêi gian chuÈn giao nhau gi÷a c¸c tuÇn. 1.9.5.2 M· s trªn kªnh L2 BÝt 11 vµ 12 cña tõ 3 trong khung phô 1 lµ m· thùc hiÖn lÖnh ON cho kªnh L2 nh­ sau: 00 lµ ®· ®Æt tr­íc. 01 lµ m· P ®­îc ON. 10 lµ m· C/A ®­îc ON. 1.9.5.3 §é chÝnh x¸c SV BÝt 13 ®Õn 16 cña tõ 3 trong khung phô 1 sÏ ®­a ra b¶ng URA cña SV ®èi víi ng­êi sö dông bÊt hîp ph¸p. Ng­êi ta dùa vµo gi¸ trÞ t­¬ng ®­¬ng trong hÖ thËp ph©n N (N lµ sè nguyªn d­¬ng cã gi¸ trÞ tõ 115) cña sè nhÞ ph©n 4 bÝt ®ã ®Ó tÝnh ra ®é chÝnh x¸c kh«ng v­ît qu¸ X [m]. Gi¸ trÞ X ®­îc tÝnh nh­ sau: + NÕu N6 th× X=2(1+N/2) + NÕu 6N<15 th× X=2(N-2) + NÕu N=15 th× thiÕu ®é chÝnh x¸c dù tÝnh vµ kh«ng nªn dïng. + Víi N=1, 3 vµ 5 th× X ®­îc lµm trßn t­¬ng øng lµ 2,8; 5,7 vµ 11,3 m. 1.9.5.4 ThÓ tr¹ng SV S¸u bÝt tõ 17 ®Õn 22 cña tõ 3 cña SV ®ang ph¸t. BÝt MSB sÏ tãm t¾t thÓ chÊt cña d÷ liÖu SV, trong ®ã: 0 chØ ra lµ tÊt c¶ d÷ liÖu NAV lµ tèt. 1 chØ ra lµ mét vµi hoÆc tÊt c¶ d÷ liÖu NAV bÞ lçi. 5 bÝt LSB sÏ chØ ra lµ c¸c thµnh phÇn tÝn hiÖu phï hîp víi c¸c m· kh¸c nhau. 1.9.5.5 Sè b¶n tin d÷ liÖu ®ång hå BÝt 23, 24 cña tõ 3 lµ 2 bÝt tr¸i cña 10 bÝt d÷ liÖu ®ång hå IODC (Issue Of Data Clock). BÝt 1 ®Õn 8 cña tõ 8 lµ 8 bÝt tr¸i cña IODC. IODC cung cÊp sè cña tËp d÷ liÖu, nã gióp cho ng­êi sö dông thuËn tiÖn trong viÖc t×m kiÕm sù thay ®æi trong c¸c th«ng sè hiÖu chØnh. GÝa trÞ IODC ®­îc ph¸t sÏ kh¸c víi gi¸ trÞ IODC ®­îc ph¸t 7 ngµy tr­íc ®ã. 1.9.5.6 Sai lÖch ®é trÔ nhãm dù tÝnh BÝt 17 ®Õn 24 cña tõ 7 bao gåm tham sè hiÖu chØnh TGD ®Ó tÝnh to¸n ¶nh h­ëng cña sai lÖch ®é trÔ nhãm vÖ tinh. 1.9.5.7 C¸c tham sè hiÖu chØnh ®ång hå vÖ tinh BÝt 9 ®Õn 24 cña tõ 8, bÝt 1 ®Õn 24 cña tõ 9 vµ bÝt 1 ®Õn 22 cña tõ 10 chøa c¸c th«ng sè cÇn thiÕt cho ng­êi sö dông ®Ó hiÖu chØnh ®ång hå vÖ tinh nh­: toc, a0, a1, a2. Trong ®ã t0c lµ thêi gian ghim d÷ liÖu cña khung con 1 tÝnh tõ thêi ®iÓm ®Çu cña biÓu ®å thêi gian cña mét tuÇn. C¸c tham sè a0, a1, a2 thÓ hiÖn ®é lÖch pha, lÖch tÇn, ®é l·o hãa cña ®ång hå vÖ tinh so víi gèc. §a thøc miªu t¶ m« h×nh hiÖu chØnh giê cã d¹ng: =a0+a1(t-toc)+a2(t-toc)2 1.9.5.8 C¸c tr­êng d÷ liÖu dµnh riªng C¸c tr­êng d÷ liÖu nµy hç trî cho c¸c bÝt hiÖu chØnh ch½n lÎ cã hiÖu lùc trong tõ ®ã. Tõ BÝt 3 4 5 6 7 11-12 1-24 1-24 1-24 1-16 1.9.6 Khung con 2 vµ 3: D÷ liÖu lÞch vÖ tinh Tõ thø 3 ®Õn tõ thø 10 cña tõng khung con 2 vµ 3 sÏ chøa c¸c bÝt kiÓm tra ch½n lÎ lµ c¸c bÝt LSB. Cã 2 bÝt 23 vµ 24 cña tõ 10 trong mçi khung con kh«ng mang th«ng tin ®­îc sö dông ®Ó tÝnh to¸n ch½n lÎ. BÝt 288 ®Õn 292 cña khung con 2 sÏ chøa phÇn dÞch d÷ liÖu AODO (Data Offset) cho b¶ng hiÖu chØnh b¶n tin dÉn ®­êng (NMCT) trong khung con 4. Cßn l¹i 375 bÝt cña 2 khung con sÏ chøa c¸c th«ng sè hiÖn t¹i lÞch thiªn v¨n cña SV ®ang ph¸t. ChØ sè IODE (Issue of Data Ephemeris) ®­îc sö dông trong c¶ hai khung con 2 vµ 3. Nã lµ 8 bÝt LSB cña IODC trong khung con 1. BÊt cø khi nµo 3 thµnh phÇn nµy kh«ng trïng nhau th× tËp d÷ liÖu bÞ c¾t hoµn toµn vµ ph¶i thu d÷ liÖu míi. Gi¸ trÞ IODE sÏ ®æi míi sau 6 giê mét lÇn. ViÖc lo¹i bá tËp d÷ liÖu chØ x¶y ra trong vßng 1 giê tõ khi tËp d÷ liÖu ®Çu tiªn ®­îc t¶i lªn. BÊt cø mét sù thay ®æi nµo trong khung con 2 vµ 3 còng x¶y ra ®ång thêi víi sù thay ®æi c¶ c¸c tõ IODE. PhÇn ®iÒu khiÓn CS sÏ ®¶m b¶o gi¸ trÞ toe (Ýt nhÊt lµ ®èi víi tËp d÷ liÖu ®Çu tiªn ®­îc ph¸t bëi mét SV sau khi d÷ liÖu ®ã t¶i lªn) lµ kh¸c víi phÇn d÷ liÖu ®· ph¸t tr­íc ®ã. BÝt 17 trong tõ 10 cña khung con 2 lµ cê kho¶ng thêi gian chuÈn, nã chØ ra r»ng hoÆc c¸c lÞch thiªn v¨n ®­îc dùa trªn kho¶ng thêi gian chuÈn lµ 4 giê hoÆc dùa trªn kho¶ng thêi gian lín h¬n 4 giê. 0 t­¬ng øng 4 giê. 1 t­¬ng øng lín h¬n 4 giê. 1.9.7 Khung con 4 vµ 5 C¶ khung con 4 vµ 5 ®­îc ph¸t l¹i 25 lÇn, 25 kiÓu cña c¸c khung nµy lµ tõ trang 1 ®Õn trang 25 cña mçi khung con. C¸c tõ thø ba ®Õn tõ thø 10 cña mçi trang cã 6 bÝt kiÓm tra ch½n lÎ, bÝt 23 vµ 24 cña tõ 10 trong trong mçi trang kh«ng mang th«ng tin ®Ó tÝnh to¸n ch½n lÎ. C¸c bÝt cßn l¹i cña tõ 3 ®Õn tõ 10 lµ d÷ liÖu. 1.9.7.1 Khung con 4 - C¸c trang 1, 6, 11, 16 vµ 21 lµ ®Ó dù tr÷. - C¸c trang 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9 vµ 10: d÷ liÖu niªn lÞch (almanac) t­¬ng øng víi SV 25 ®Õn 32. C¸c trang nµy cã thÓ ®­îc thiÕt kÕ cho c¸c chøc n¨ng kh¸c; D¹ng vµ néi dung cña mçi trang ®­îc x¸c ®Þnh bëi ID SV cña trang ®ã. Trong tr­êng hîp nµy, 6 bÝt thÓ tr¹ng cña trang 25 ®­îc ®Æt b»ng 0 vµ ID SV cña trang ®ã sÏ kh«ng cã gi¸ trÞ trong ph¹m vi tõ 25 ®Õn 32. - C¸c trang 12, 19, 20, 22, 23 vµ 24 lµ ®Ó dù tr÷. - Trang 13: NMCT. - C¸c trang 14 vµ 15: dù tr÷ ®Ó sö dông hÖ thèng. - Trang 17: b¶n tin ®Æc biÖt. - Trang 18: d÷ liÖu UTC vµ tÇng ®iÖn li. - Trang 25: cÊu h×nh cê A-S/SV cña SV 32, céng víi thÓ tr¹ng SV 25 ®Õn 32. 1.9.7.2 Khung con 5 - C¸c trang 1 ®Õn 24: D÷ liÖu niªn lÞch (Almanac) cho SV 1 ®Õn 24. - Trang 25: D÷ liÖu thÓ tr¹ng SV, niªn lÞch tham chiÕu thêi gian vµ niªn lÞch tham chiÕu sè tuÇn.