Khả năng cải thiện độ chính xác định vị điểm khi kết hợp GPS và SBAS

SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol. 19, No. K4-2016 
Trang 36 
Khả năng cải thiện độ chính xác định vị 
điểm khi kết hợp GPS và SBAS 
 Đỗ Công Hữu 1 
 Nguyễn Ngọc Lâu 2 
1 Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Tp. HCM 
2 Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM 
(Bản thảo nhận ngày 28 tháng 06 năm 2016, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 06 tháng 08 năm 2016) 
TÓM TẮT 
Các vệ tinh địa tĩnh thuộc hệ thống tăng 
cường SBAS không những truyền số cải chính 
mà còn cung cấp cả mã C/A và bản lịch vệ tinh 
địa tĩnh trên tần số L1. Lúc này, vệ tinh địa tĩnh 
SBAS giống như vệ tinh GPS cung cấp trị đo giả 
cự ly đến người dùng. Đặc điểm của trị đo này 
là nó luôn thường trực vì các vệ tinh địa tĩnh 
không di chuyển. Hiện nay, số lượng vệ tinh địa 
tĩnh của hệ thống SBAS đã gia tăng đáng kể. 
Đây có thể là nguồn bổ sung trị đo giả cự ly 
cho hệ thống GPS. Bài báo trình bày các khảo 
sát nhằm đánh giá khả năng cải thiện độ chính 
xác trong định vị điểm khi xử lý kết hợp trị đo 
của các vệ tinh địa tĩnh thuộc hệ thống SBAS và 
vệ tinh GPS. Việc khảo sát chỉ thực hiện trên nội 
dung đánh giá sự đóng góp của các vệ tinh địa 
tĩnh vào cấu hình định vị. Kết quả cho thấy chỉ 
số PDOP có thể cải thiện từ 1.2 đến 1.7 lần khi 
xử lý kết hợp.. 
Từ khóa: GPS, SBAS, định vị kết hợp, cải thiện độ chính xác 
1. GIỚI THIỆU 
SBAS (Satellite Based Augmentation 
System) là hệ thống định vị tăng cường dựa trên 
cơ sở vệ tinh. Nói cách khác, đây là hệ thống 
định vị GPS vi phân diện rộng được phát triển 
và đưa vào sử dụng từ khoảng năm 2003. Hệ 
thống SBAS bao gồm mạng lưới các trạm tham 
chiếu và hệ thống phát tín hiệu cải chính trên 
diện rộng thông qua các vệ tinh viễn thông địa 
tĩnh. Các vệ tinh địa tĩnh trong hệ thống SBAS 
không chỉ phát các tín hiệu cải chính mà còn 
cung cấp trị đo giả cự ly tương tự như các vệ 
tinh GPS. Nếu chúng ta khảo sát đánh giá được 
độ tin cậy của các trị đo này. Đây sẽ là tiền đề 
tạo nên cơ sở lý thuyết cho việc định vị kết hợp 
giữa các trị đo của vệ tinh GPS và trị đo vệ tinh 
địa tĩnh của SBAS. Điều này sẽ góp phần quan 
trọng trong việc cải thiện độ chính xác định vị 
khi số lượng trị đo được bổ sung đáng kể. 
Trong bài báo này, chúng tôi tập trung vào 
việc chứng minh khả năng cải thiện độ chính 
xác khi kết hợp GPS và SBAS dựa vào chỉ số 
DOP và giả sử chất lượng trị đo SBAS và GPS 
là như nhau. Việc khảo sát độ chính xác của trị 
đo SBAS sẽ được trình bày trong một bài báo 
khác. 
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 
2.1 Tín hiệu L1 của vệ tinh SBAS 
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ K4-2016 
 Trang 37 
Các vệ tinh địa tĩnh của SBAS không 
những phát tín hiệu cải chính mà còn phát cả 
lịch vệ tinh địa tĩnh và C/A-code trên tần số 
L1(của GPS). Vì tần số phát giống như tần số 
của vệ tinh GPS cho nên máy thu GPS của 
người sử dụng có thể thu và giải mã, cung cấp 
trị đo giả cự ly từ vệ tinh SBAS đến máy thu 
[1], [3]. Lúc này vệ tinh địa tĩnh trở thành một 
vệ tinh định vị tương tự như vệ tinh GPS cung 
cấp bổ sung một nguồn trị đo khoảng cách giả 
từ máy thu đến vệ tinh địa tĩnh. Các vệ tinh địa 
tĩnh không di chuyển như các vệ tinh GPS nên 
trị đo này luôn thường trực trong khu vực đo. 
Với đồ hình phân bố của hệ thống SBAS 
hiện nay, số lượng vệ tinh địa tĩnh hoạt động 
trên quỹ đạo xích đạo đã lên tới khoảng 13 vệ 
tinh (số lượng này sẽ tăng khi các hệ thống khác 
được hoàn thiện) và được phân bố bao phủ toàn 
cầu (Hình 1). Tại một điểm bất kỳ sẽ thu nhận 
được ít nhất từ 2-3 trị đo của vệ tinh địa tĩnh. 
Điều này làm gia tăng đáng kể số lượng trị đo 
thu được tại trạm thu. 
2.2 Trị đo vệ tinh SBAS 
Giống như vệ tinh GPS, mỗi vệ tinh địa 
tĩnh của hệ thống SBAS được gán một mã giả 
ngẫu nhiên theo thứ tự (Pseudo Random Noise – 
PRN). Vì thế, số hiệu vệ tinh cũng được ký hiệu 
kèm PRN (ví dụ: PRN127, PRN139). 
Việc thu và giải mã các tín hiệu đều dùng 
các kỹ thuật tương tự như đối với tín hiệu GPS. 
Đối với các máy thu GNSS có khả năng thu tín 
hiệu SBAS thì file trị đo có được từ quá trình 
thu bao gồm file trị đo (observation) chứa cả trị 
đo của các vệ tinh GPS và SBAS (Hình 2), file 
bản lịch vệ tinh GPS (navigation) chứa các 
thông số quỹ đạo vệ tinh GPS, file bản lịch vệ 
tinh SBAS (SBAS Navigation) chứa thông số về 
tọa độ các vệ tinh địa tĩnh SBAS (Hình 3). 
Hình 1. Đồ hình phân bố các vệ tinh địa tĩnh SBAS 
2015 08 04 00 01 30.0000000 0 32 
G01 22973424.062 7 120726159.06707 2601.349 7 
S27 39894329.029 5 209646105.30705 -5.168 5 
G03 23670440.304 5 124389000.67605 2341.878 5 
G31 24935174.980 6 131035235.34306 2456.501 6 
S37 37533496.127 7 197239856.52107 3.049 7 
Hình 2. Cấu trúc file Observation_Rinex_v3.01 chứa trị đo SBAS 
SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol. 19, No. K4-2016 
Trang 38 
S37 2015 08 04 00 01 04 6.891787052155E-08-1.818989403546E-12 1.728400000000E+05 
 -3.451267336000E+04-5.418750000000E-04-1.000000000000E-07 3.100000000000E+01 
 2.419934632000E+04-1.921875000000E-03-5.000000000000E-08 1.600000000000E+01 
 -1.114800000000E+00-1.024000000000E-03 0.000000000000E+00 1.500000000000E+02 
Hình 3. Cấu trúc Navigation_SBAS_Rinex_v3.01chứa tham số tọa độ vệ tinh SBAS 
2.3 Tọa độ vệ tinh 
Tọa độ vệ tinh GPS được tính từ tập tham 
số quỹ đạo vệ tinh cho trong bản lịch phát tín. 
Các công thức, các thuật toán tính toán và các 
vấn đề về sai số được tham khảo đầy đủ theo tài 
liệu [4], [5]. 
Khác với hệ thống định vị GPS, lịch vệ tinh 
địa tĩnh của hệ thống SBAS lại cung cấp các 
vector trạng thái gồm tọa độ, vận tốc và gia tốc 
vệ tinh tại thời điểm lịch (giống GLONASS). 
Trên cơ sở đó cần phải tính tọa độ vệ tinh tại 
thời điểm quan sát (t) [6]. 
Để tính tọa độ vệ tinh tại thời điểm quan sát 
(t), người ta sử dụng phương pháp Runge – 
Kutta. Bài báo sử dụng công thức Runge – Kutta 
bậc 4 để đảm bảo độ chính xác xác định tọa độ 
vệ tinh SBAS. 
Công thức Runge – Kutta bậc 4 có dạng:
 (1)
Trong đó ký hiệu đạo hàm bậc nhất: 
 (2) 
Và 
 (3)