GNSS chính xác cho tất cả mọi người - Số 4 - Định vị chính xác cao sử dụng các phép đo GNSS từ điện thoại thông minh Android

Image Content

Simon Banville và Frank Van Diggelen, ANTHI Việt Nam tổng hợp dịch và biên soạn  

Hình 2 thể hiện tỷ lệ mật độ nhiễu tín hiệu trên tần số sóng mang C/N­o tại điểm tín hiệu đi vào ăng ten thu. Sự khác biệt của góc mở thu tín hiệu từ các vệ tinh nằm trên đường chân trời sẽ cho thấy rõ hơn sự khác biệt của giá trị C/No giữa những vệ tinh khác nhau. Đường nhọn bất thường thể hiện trên mô hình đối với tất cả tín hiệu từ các vệ tinh mà điện thoại thu được có thể được giả định rằng tại thời điểm đó người sử dụng đã chạm và sử dụng điện thoại cho mục đích khác. Các giá trị C/No đo được trong ví dụ này tương đương khoảng 10 dB-Hz thấp hơn so với các giá trị chuẩn thu được từ các máy thu và ăng ten GNSS sử dụng trong đo đạc độ chính xác cao, theo đó chính sự khác biệt này ảnh hưởng tới chất lượng các phép đo định vị sử dụng điện thoại di động.

Hình 2 – Mật độ nhiễu tín hiệu trên tần số sóng mang C/No đối với các vệ tinh GPS mà thiết bị thu nhận được

Hình 3 – Tỷ lệ sai số Doppler và chuỗi giả (Pseudorange) đối với vệ tinh G29 tương ứng với các phép đo sóng mang thu được.

 Hình 4 Ước định vị trí chỉ sử dụng số liệu chuỗi giả. Biểu đồ thể hiện sự khác biệt đối với từng hợp phần giá trị cấu thành vị trí.

Hình 5 – Ước định vị trí sử dụng cả số liệu Doppler và chuỗi giả. Biểu đồ thể hiện sự khác biệt đối với từng hợp phần giá trị cấu thành vị trí.

Ví dụ, chúng ta cùng xem xét vệ tinh GPS G29 đã thu được số liệu, tính trung bình các giá trị C/No cao nhất trong tập hợp số liệu hiển thị trong Hình 3 bằng màu đỏ chính là sai số của biến thời gian của phép đo chuỗi giả tương ứng với với các phép đo sóng mang, tính được bởi sự khác biệt giữa cả hai số liệu đo ở phần biên của các epoch 1 giây. Điều này chứng tỏ một cách rõ ràng rằng, ngay cả khi vệ tinh có tín hiệu định vị khỏe nhất thì mức nhiễu tín hiệu thể hiện trên đồng hồ đo vẫn cao hơn nhiều so với các phép đo bằng thiết bị thu nhận tín hiệu sử dụng trong các ứng dụng đo đạc chuyên nghiệp. Mức nhiễu trong các phép đo Doppler cũng có thể đánh giá được theo cách tương tự bằng cách so sánh giá trị Doppler của hai epoch tương đương với sự khác biệt của các epoch trên tần số sóng mang, các phép đo Doppler đặc biệt hữu dụng trong việc tạo ra kết quả thể hiện vận tốc của người sử dụng (tốc độ và hướng dịch chuyển), giá trị này được thiết bị cầm tay tính toán với độ chính xác ở mức khá cao lên tới vài cm mỗi giây.

Để có được cái nhìn tốt hơn về mức độ nhiễu của các phép đo ảnh hưởng thế nào tới việc tính toán vị trí tương đối của thiết bị, quá trình xử lý đã thể hiện sai số vị trí trong hợp phần tổng thể gồm hướng bắc (vĩ độ), đông (kinh độ) và cao độ (trục đứng) trong Hình 4. Để triệt tiêu các sai số liên quan vệ tinh, các chuyên gia đã sử dụng lịch quỹ đạo vệ tinh chính xác và thông số hiệu chỉnh đồng hồ được tính toán bởi Cơ quan Môi trường Tự nhiên Canada (NRCan) thay vì sử dụng những số liệu này được phát kèm trong các bản tin dẫn đường từ các vệ tinh GPS. Ảnh hưởng độ trễ tầng khí quyển đối với quá trình truyền tín hiệu cũng được các chuyên gia xem xét trong quá trình tính toán. Độ trễ tầng đối lưu được tính toán dựa vào các giá trị nhiệt độ và áp suất cung cấp bởi mô hình Nhiệt Áp toàn cầu GPT (Global Pressure and Temperature), trong khi đo độ trễ tầng tầng điện ly được giảm thiểu bằng việc sử dụng bản đồ tầng điện ly toàn cầu, và cũng được tính toán bởi NRCan. Các nguồn sai số khác có khả năng ảnh hưởng tới các phép đo GNSS cũng được xem xét một cách cẩn trọng, ví dụ như ảnh hưởng sự xoay của trái đất trong quá trình tín hiệu di chuyển, sai lệch trọng tâm của quỹ đạo vệ tinh (ảnh hưởng ở mức mét). Các đợt triều trái đất tạo ra do các lực kéo trọng trường của mặt trăng và mặt trời (ảnh hưởng ở mức dm) cũng được xem xét mặc dù nguồn sai số này thường được chấp nhận ở bước này. Phép xác định trọng số được thực hiện sử dụng các giá trị C/No cung cấp bởi điện thoại di động.

Kể từ khi vị trí chính xác của điện thoại di động chưa biết, Hình 4 thể hiện vị trí ước đoán dựa trên các giá trị từ mỗi hợp phần tính toán. Với các giá trị suy giảm độ chính xác vị trí PDOP (Position Dilution of Precision) nằm trong khoảng 1.3 và 1.5 và đồ hình vệ tinh thể hiện tốt, mức độ chính xác tới mét cũng đã thể hiện chất lượng của các phép đo chuỗi giả. Trong khi độ chính xác đạt mức mét đã thỏa mãn được yêu cầu của nhiều ứng dụng thực tiễn như dẫn đường phương tiện hay tìm kiếm bạn bè người thân, tuy nhiên mục đích của quá trình nghiên cứu là xác định xem chúng ta còn có khả năng nâng cao độ chính xác phép định vị cao hơn nữa với những chiếc điện thoại thông minh chạy trên hệ điều hành Android.

Như chúng ta đã thấy trong Hình 3, các phép đo Doppler có khả năng cung cấp các giá trị ước định tốt hơn liên quan tới vận tốc di chuyển của điện thoại di động. Chúng có thể cùng tham gia vào quá trình xác định lời giải vị trí bằng cách bổ sung thông tin về vận tốc di chuyển (gồm kinh độ, vĩ độ, cao độ và hướng dịch chuyển) và bằng việc ấn định giá trị giao động cực đại cho điện thoại di động (trong trường hợp thử nghiệm giá trị này được xác lập bằng 4.9ms2).

Hình 5 thể hiện lời giải kết quả, các kết quả tính toán vị trí tương đối đồng nhất khi được bổ sung thêm thông tin trong quá trình tính toán đo chính là các phép đo Doppler. Trong những epoch đầu tiên, biến sai số có vẻ lớn hơn đối với một vài vệ tinh (ở mức mét) đã được xác định đối với các phép đo Doppler, điều này cũng ảnh hưởng tới việc khó xác định được vận tốc dịch chuyển. Định dạng CSV nguyên thủy được tổng hợp bởi ứng dụng GNSSLogger cũng bao gồm các phép đo Doppler chính xác, có khả năng cho phép xác định những giá trị ngoại biên, mặc dù những thông tin này đã bị mất khi phần mềm dịch các tập tin này sang định dạng RINEX để có thể sử dụng được trong các phần mềm xử lý tính toán vị trí.

 (Còn tiếp)

Mọi thông tin xin liên hệ với chúng tôi qua hòm thư: info@anthi.com.vn