Đồ án Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS và ứng dụng trong điều khiển giao thông

theo đường truyền có thể xác định được tính chất khóc xạ, nhưng những phép đo hiếm khi có giá trị với người sử dụng. Tuy nhiên việc sử dụng mô hình khí quyển tiêu chuẩn cho trễ của khí khô cho phép việc xác định trễ cùc điểm trong khoảng 0.5 m và mét sai số tại các góc nâng khác xấp xỉ bằng lỗi cực điểm nhân với cosec của góc nâng. Những mô hình khí quyển tiêu chuẩn này được dùa trên những quy định của quan điểm về khí và thừa nhận rằng tính khúc xạ của líp khí quyển hình cầu là bất biến ngay cả khi mật độ điện tử trong tầng này biến thiên theo thời gian. Sù ước lượng của trễ khí khô có thể được cải thiện đáng kể nếu ta đo được áp lực bề mặt và nhiệt độ trung bình của líp khí này, điều đó dẫn đến việc giảm lỗi xuống còn khoảng 2-5% trong tổng lỗi tầng này gây lên. Thành phần trễ tầng đối lưu do hơi nước (độ cao so với mặt biển khoảng 12 km), điều khó khăn hơn là bởi vì có một líp không khí đáng kể và sự biến đổi theo thời gian của hơi nước trong khí quyển. Rất may, trễ này chỉ chiếm khoảng 10% trong tổng số trễ do tầng đối lưu gây ra, với giá trị sai sè 5-30 cm Nếu không tính đến sự biến thiên của nó có thể giảm xuống 2-5 cm. Trong thực tiễn, một mô hình của khí quyển chuẩn tại vị trí ăng ten có thể được sử dụng để ước lượng trễ cực điểm kết hợp cho cả thành phần độ Èm và khô. Trễ được được làm mẫu nh­ trễ cực điểm bị tăng lên do một nhân tố mà nó là một hàm số của góc nâng của vệ tinh. Tại cực điểm, nhân tố này là đồng nhất, và nó tăng cùng với sự giảm của góc nâng khi mà độ dài của đường truyền qua tầng đối lưu tăng lên. Giá trị đặc trưng của nhân tố nhân là 2m ở góc nâng 300, bằng 4m ở 150, 6m ở 100 và bằng 10 ở 50. Độ chính xác của việc làm giảm sai sè theo mô hình hoá tại những góc nâng thấp, sai số cực điểm chỉ còn 1m tại góc nâng 10o. Ngày nay, nhiều nghiên cứu đi vào sự phát triển và kiểm tra những mô hình tầng đối lưu khác nhau. Mặc dù một máy thu GPS không thể đo lỗi bằng mã giả khoảng cách ngẫu nhiên do tầng đối lưu gây lên, nhưng việc ứng dụng GPS vi phân (DGPS) có thể luôn làm giảm lỗi tới giá trị nhỏ nhất bằng việc tận dụng thuận lợi của tương quan của tầng đối lưu trên bề mặt trái đất ở hai điểm trong vòng khoảng 100 – 200 km. SAI SÈ DO SỰ ĐA ĐƯỜNG TRUYỀN (MULTI PATH ERRORS) Đa đường truyền đơn giản là máy thu GPS tiếp nhận tín hiệu phản xạ của vệ tinh nh­ hình dưới đây thể hiện. Hình 20: Tín hiệu đa đường truyền Sự đa đường truyền gây ra bởi sự phản xạ tín hiệu từ do tín hiệu phản xạ từ các toà nhà cao tầng, các ngọn núi… Sù đa đường truyền là một nguồn có ảnh hưởng lớn đến lỗi trong GPS. Các vật thể lân cận máy thu có thể phản xạ tín hiệu GPS, kết quả là tạo ra mét hay nhiều hơn các tín hiệu phản xạ đến máy thu (còn gọi là đường truyền thứ yếu). Các đường truyền thứ yếu này chồng lên tín hiệu trực thị, nó luôn có thời gian truyền lớn hơn và có thể làm biến đổi đáng kể biên độ và pha của tín hiệu trực thị. Những sai sè do sự đã đường truyền có thể không thể khắc phục được bằng việc sử dụng DGPS, bởi vì chúng phụ thuộc vào địa hình lân cận máy thu không có sự phòng vệ đã đường dẫn, những lỗi khoảng cách mã C/A thường vào khoảng 10m. Đa đường dẫn có thể không chỉ gây ra lỗi khoảng cách lớn mà còn làm nhiễu loạn pha của sóng mang trong những ứng dụng trắc địa chính xác. Đa đường dẫn được chia thành 2 loại là: tĩnh và động. Đối với những máy thu ở trạng thái tĩnh sù thay đổi đường truyền hình học là chậm vì các vệ tinh chuyển động ngang qua bầu trời, tạo ra các thông số đa đường dẫn về cơ bản là không đổi trong vài phót. Tuy nhiên, trong các ứng dụng di động có thể có sự biến động nhanh trong một phần nhỏ của giây. Do đó, những kỹ thuật làm giảm nhẹ ảnh hưởng của đa đường truyền khác nhau thường được áp dông cho hai loại đa đường truyền nói trên. Có một vài cách để giải quyết vấn đề này. Hầu hết các máy thu đều có một vài cách “nhìn nhận” và so sánh tín hiệu đến chính xác và tín hiệu không chính xác. Khi mà sự phản xạ tín hiệu đa đường truyền di chuyển theo một đường truyền dài, nó sẽ đến trễ sau một phần nhỏ của giây, và làm cho tín hiệu đó yÕu hơn so với tín hiệu trực thị. Bằng việc nhận ra rằng có hai tín hiệu, mét đến trước, một trễ hơn và yếu hơn tín hiệu kia, máy thu có thể loại bỏ tín hiệu trễ hơn. Điều này có được là do khả năng nhận biết đa đường dẫn của máy thu. Máy thu loại tốt cũng sử dông angten có tính “định hướng chung” để giảm mức độ ảnh hưởng của đa đường truyền. Tính định hướng chung của angten được thiết kế để loại bỏ bất kỳ tín hiệu nào đền máy thu có phương gần trùng với phương tiếp tuyến với trái đất (các tín hiệu phản xạ hay thứ yếu thường có phương gần trùng với phương tiết tuyến với trái đất tại vị trí của máy thu), nghĩa là chúng ưu tiên các tín hiệu trực thị lên hàng đầu. SAI SÈ DO DỮ LIỆU LỊCH THIÊN VĂN (EPHEMERIS DATA ERROS) Những lỗi nhỏ trong truyền dữ liệu lịch thiên văn bởi mỗi vệ tinh, gây ra những lỗi tương ứng trong việc tính toán vị trí của vệ tinh (ở đây chúng ta loại trừ thành phần lỗi thiên văn của SA, được xem như một nguồn lỗi riêng biệt). Vệ tinh thiên văn được xác định bởi trạm chủ điều khiển của thành phần GPS mặt đất dùa trên sự kiểm tra tín hiệu riêng biệt bởi bốn trạm kiểm tra. Bởi vì vị trí của những trạm này được nhận biết chính xác, một quy trình định vị “đảo” có thể tính thông số quỹ đạo của vệ tinh như thể chúng là những người sử dụng. Quy trình này được giúp đỡ bởi những đồng hồ chính xác ở những trạm kiểm tra và bằng việc kiểm tra trên mét chu kỳ dài của thời gian cùng với quy trình lọc tối ưu nhất. Dùa trên những tính toán tham số quỹ đạo đạt được, trạm điều khiển tải dữ liệu lịch thiên văn lên mỗi vệ tinh, sau đó truyền dữ liệu tới người sử dông qua thông tin dữ liệu dẫn đường. Những lỗi trong định vị vệ tinh khi tính toán từ dữ liệu thiên văn điển hình xảy ra trong lỗi dải băng Ýt hơn 1m. Những cải tiến trong việc kiểm tra vệ tinh sẽ chắc chắn còn giảm lỗi này hơn nữa. SAI SÈ DO ĐỒNG HỒ MÁY THU (RECEIVER CLOCK ERROS) Vì giải pháp dẫn đường bao gồm một giải pháp cho lỗi đồng hồ máy thu, yêu cầu độ chính xác cho đồng hồ máy thu Ýt chặt chẽ hơn nhiều đồng hồ vệ tinh GPS nhưng để có phép định vị chính xác chúng ta phải nâng cao độ chính xác của đồng hồ máy thu đến mức tối ưu nhất đồng thời có biện pháp khắc phục sai số của đồng hồ máy thu. Thực tế, đồng hồ máy thu ổn định trong thời gian ngắn, trong thời gian đo mã khoảng cách giả ngẫu nhiên thường quan trọng hơn tần số chính xác hoàn toàn. Trong hầu hết các trường hợp đồng hồ là những máy tạo dao động của tinh thể thạch anh với độ chính xác trong khoảng 1 – 10 ppm (parts per million – một phần một triệu giây). Khi được thiết kế thích hợp, máy tạo dao động điển hình có trạng thái ổn định các đồng hồ máy thu có sai sè 0,01-0,05 ppm trên một chu kỳ của một vài giây. Những máy thu có kết hợp việc sửa lỗi đồng hồ máy thu cần một mô hình toán học thích hợp với lỗi dao động của tinh thể thạch anh. Việc nghiên cứu kỹ mô hình toán học để áp dụng sao cho có khả năng xác định lỗi là chính xác nhất có vai trò rất quan trọng đến độ chính xác của đồng hồ. Mét mô hình toán học điển hình được thể hiện như hình 21 dưới đây. Trong mô hình này lỗi đồng hồ bao gồm một thành phần thế hiệu dịch (Bias) (tần số) và một thành phần độ lệch (thời gian). Thành phần lỗi tần số được mô hình hoá khi một đường đi ngẫu nhiên được tạo ra bởi sự kết hợp với tạp âm trong (white noise). Thành phần lỗi thời gian được mô hình hoá khi kết hợp lỗi tần số sau khi thêm vào tạp âm trong (thống kê độc lập từ các nguyên nhân gây ra lỗi tần số) đã được thêm vào sau đó. Trong mô hình các thông số quan trọng cần được chỉ rõ là mật độ năng lượng quang phổ của hai nguồn tạp âm, cái mà phụ thuộc vào đặc tính riêng của dao động được sử dụng. Mô hình liên tục có dạng: Hình 21: Mô hình toàn học xác định sai số đồng hồ máy thu Kết luận. Trên đây ta đa xem xét một số lỗi mà hệ thống GPS hay gặp phải, sù tổng kết mức độ bù lỗi khoảng cách tương ứng với các lỗi được thể hiện rõ hơn trong hình 22 dưới đây. Mục đích của việc phân tích ảnh hưởng của những lỗi đã thảo luận ở trên là để thuận tiện chuyển đổi mỗi lỗi thành mét lỗi khoảng cách bù tương đương cho người sử dụng, cái mà được gọi là lỗi khoảng cách người sử dụng tương đương (user equivalent range error – UERE). Thông thường, những lỗi từ những nguồn khác nhau sẽ có đặc tính thống kê khác nhau. Ví dô, lỗi đồng hồ vệ tinh và những lỗi lịch thiên văn làm biến đổi chậm thời gian và xuất hiện khi thế hiệu dịch qua những khoảng thời gian dài ở mức độ vừa phải, khoảng hàng giê. Trong mỗi dạng lỗi nh­ vậy thường có những cách khắc phục khác nhau sao cho giảm đến mức tối thiểu ảnh hưởng của các lỗi đó gây ra sai số của hệ thống. Tuy nhiên, phần lớn các lỗi của hệ thống GPS có thể khắc phục hiệu quả hoặc giảm bớt sự ảnh hưởng bằng việc sử dụng hệ thống DGPS (Diffirential GPS), cái mà ta sẽ tìm hiểu trong phần sau. Hình 22: Mức độ bù khoảng cách người sử dụng tương ứng với các dạng lỗi HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG DGPS DGPS LÀ GÌ? Trong phần các phần trên, ta đã tìm hiểu về hệ thống GPS, với khả năng xác định vị trí mục tiêu. Nhưng với sai số của dịch vụ định vị tiêu chuẩn SPS (Standart position service) sai số vẫn là tương đối lớn. Với độ chính xác nh­ vậy, việc áp dụng công nghệ GPS thực sự chưa thể đem lại những sự đảm bảo an toàn nhất định đối với mục đích dẫn đường trong các ngành giao thông hiện nay. Nó có thể gây lên những nguy hiểm do sự tương đối của dịch vụ và tất nhiên điều này là hoàn toàn không được phép trong một hệ thống giao thông công cộng nơi mà có quá nhiều người kể cả hàng hoá tham gia. Bạn có thể tưởng tượng, nếu nh­ ta sử dụng dịch vô SPS của hệ thống GPS trong lĩnh vực giao thông đường bộ để điều khiển giao thông trong đô thị. Hệ thống này trợ giúp cho nhân viên điều độ trong việc định vị các phương tiện tham gia giao thông và có thể xác định được các loại phương tiện khác nhau, nhằm mục đích phân luồng cho các nót giao thông tránh bị ùn tắc. Với những đặc tính sai số của hệ thống, nếu sai số của hệ thống GPS mà chúng ta đang sử dụng lên tới hàng chục mét, nã hoàn toàn có thể xác định nhầm loại phương tiện, và số các phương tiện đang tham gia giao thông trên các luồng khác nhau. Do vây, vô hình chung việc điều khiển trở nên cản trở hệ thống giao thông bởi hoàn toàn nó có thể điều khiển nhầm do những thông số mà hệ thống thu nhận được không trùng khớp với thực tế. Nh­ vậy hệ thống không những mang lại những lợi Ých mà ngược lại nã đã gây nên những vấn đề trầm trọng hơn trong hệ thống giao thông của bạn. Nhưng nếu nh­ vậy thì chưa hẳn đã gây nên nguy hiểm, trong một trường hợp khác, nếu ta giả sử hệ thống dẫn đường GPS ta đang sử dụng ở trên được đem áp dụng trong ngành đường sắt. Hệ thống giúp chúng xác định vị trí và tốc độ của đoàn tàu còng nh­ những thông số khác về đường chạy, tín hiệu… để đưa ra được mệnh lệnh điều khiển các đoàn tàu trong hệ thống vận tải sao cho phù hợp và tối ưu nhất. Với sai sè nh­ trên, việc xác định vị trí không thực sự chính đoàn tàu hoàn toàn có đưa đến những lệnh điều khiển chạy tàu vô cùng nguy hiểm, ví dụ nh­ cho đoàn tàu chạy vào khu gian đang bị chiếm dụng. Điều đó là nguy hiểm và hoàn toàn không được phép. Với những hạn chế về sự chính xác nh­ nêu trên, tưởng nh­ hệ thống GPS không thể thực sù đem lại những lợi Ých thiết thực nh­ mong muốn của chúng ta. Nhưng không hẳn nh­ vậy, một hệ thống có tên DGPS (Differential GPS) hay GPS vi phân được tạo ra dùa hoàn toàn trên những gì mà GPS đã có. Nó giúp giảm bớt sai số của hệ thống và đem lại sự chính xác hơn rất nhiều hệ thống GPS đã miêu tả phần trên mà hầu nh­ không quá phức tạp so với cấu trúc của GPS. Ta có thể hiểu rõ hơn về DGPS qua một định nghĩa đơn giản sau: “Differential GPS (DGPS) là một kỹ thuật làm giảm tối thiểu lỗi trong GPS bằng cách sử dụng một dữ liệu được thêm vào từ mét máy thu GPS tham chiếu tại một vị trí đã biết. Dạng phổ biến nhất của DGPS bao gồm việc xác định các ảnh hưởng liên quan đến tin tức lịch thiên văn dẫn đường, lỗi đồng hồ vệ tinh (bao gồm cả ảnh hưởng của SA) tại một trạm tham chiếu và việc hiệu chỉnh sự truyền mã giả ngẫu nhiên trong thời gian thực tại máy thu của người sử dông cái mà được cung cấp những hiệu chỉnh trong qui trình xác định vị trí của nó”. Sau đây ta sẽ tham khảo kỹ hơn về hệ thống DGPS. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG DGPS Về cơ bản hệ thống DGPS dùa hoàn toàn vào nền tảng của hệ thống GPS và được cấu hình thêm một sè trạm thu với vị trí đã được biết chính xác có tên là trạm tham chiếu. Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của GPS, tín hiệu GPS, các lỗi của hệ thống … đã được đề cập trong phần 2 nên trong phần này xin phép không đề cập đến. CẤU TRÓC CỦA HỆ THỐNG DGPS. Như đã nói ở trên, hệ thống DGPS dùa hoàn toàn vào nền tảng của GPS cho nên DGPS có cấu trúc bao gồm: Toàn bộ hệ thống GPS. Các trạm tham chiếu hay trạm DGPS. Trung tâm điều khiển DGPS (điều khiển chung cho các trạm tham chiếu). được thể hiện nh­ hình dưới đây. Hình 23: Sơ đồ tổng thể hệ thống DGPS Trạm DGPS Các trạm DGPS có cấu tạo giống nh­ mét máy thu GPS để thu tín hiệu từ các vệ tinh GPS nhằm xác định vị trí của nó do vệ tinh định vị được. Sau đó nó so sánh kết quả định vị với vị trí thực chính xác của nó (vị trí đặt trạm thu). Thông thường kết quả của việc so sánh là một sai sè, sai số đó chính là các thông số sai số của hệ thống GPS mà chúng ta cần hiệu chỉnh. Qua trạm điều khiển DGPS sẽ đưa ra lệnh đến máy phát sóng vô tuyến phát đến máy thu GPS để hiệu chỉnh lỗi vị trí, vận tốc và định thời của máy thu. PHÂN LOẠI DGPS. DGPS được phân làm hai loại: DGPS cục bộ (LADGPS – Local-Area Diffirential GPS) và DGPS diện rộng (WADGPS – Wide-Area Diffirential GPS). DGPS cục bộ LADGPS là một dạng của DGPS trong đó các máy thu GPS của người sử dông thu mã giả ngẫu nhiên trong thời gian thực và tín hiệu được hiệu chỉnh từ một máy thu tham chiếu thông thường được đặt tại một vị trí đã biết gần vị trí của máy thu. Các tín hiệu chỉnh bao gồm những tác động của thông tin lịch thiên văn, lỗi đồng hồ vệ tinh (bao gồm cả ảnh hưởng của SA), trễ do tầng khí quyển. Với giả thiết rằng những lỗi này cũng giống những lỗi đo được tại máy thu của người sử dụng. DGPS diện rộng là mét dạng của DGPS trong đó máy thu của người sử dụng thu những thông tin được hiệu chỉnh từ một mạng của các trạm tham chiếu phân tán trên một khu vực địa lý rộng. Những lỗi khác nhau được xác định một cách riêng rẽ như lỗi đồng hồ vệ tinh, trễ do tầng điện ly, lỗi quỹ và lịch thiên văn. Thông tin hiệu chỉnh được cung cấp cho máy thu của người sử dông để tính toán lỗi tọa độ của máy thu, các thông tin hiệu chỉnh được cung cấp trong thời gian thực bởi truyền thông qua mạng vệ tinh địa tĩnh hoặc qua một mạng truyền thông dưới mặt đất. Thông tin hiệu chỉnh cũng có thể được cung cấp trễ hơn phục vụ cho mục đích không thời gian thực. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA DGPS Để có thể hiểu một cách rõ ràng hơn sau đây ta sẽ miêu tả nguyên lý hoạt động của DGPS theo một sơ đồ tổng quát đơn giản nh­ hình 24. Trạm tham chiếu bao gồm một máy thu GPS để thu tín hiệu GPS từ các vệ tinh. Sau đó dùa vào tín hiệu thu được từ các vệ tinh, máy thu GPS xác định được vị trí của nó (tức vị trí trạm tham chiếu). Thông tin về vị trí mà máy thu GPS định vị được sẽ được chuyển đến khối xử lý, tại khối xử lý vị trí mà máy thu GPS định vị được sẽ được so sánh với vị trí thực tế (vị trí đặt trạm tham chiếu đã biết trước) để đưa ra sai số về vị trí của phép định vị. Sai số này chính là thông tin mà cần phải hiệu chỉnh đÓ định vị được chính xác vị trí. Thông tin hiệu cần hiệu chỉnh được gọi là dữ liệu hiệu chỉnh. Trung tâm điều khiển DGPS có chức năng thu nhận thông tin định vị từ nhiều trạm tham chiếu khác nhau để so sánh, đối chiếu và quyết định có hay không việc cho phép trạm tham chiếu nào đó có được phát dữ liệu hiệu chỉnh đến máy thu người sử dụng trong phạm vi hiệu chỉnh của nó hay không. Trong sơ đồ này chỉ thể hiện một trạm tham chiếu, trên thực tế có thể có nhiếu trạm tham chiếu được kết nối với Trung tâm điều khiển DGPS. V Hình 24: Sơ đồ khối hệ thống DGPS Nếu trung tâm điều khiển cho phép trạm tham chiếu phát tín hiệu hiệu chỉnh thì bộ xử lý của trạm tham chiếu sẽ điều khiển máy phát vô tuyến phát quảng bá tín hiệu chỉnh đó. Tại máy thu người sử dụng hay còn gọi là máy thu DGPS, sẽ có hai việc thu tín hiệu độc lập nhau, một là tín hiệu GPS từ các vệ tinh để thực hiện phép định vị nh­ mét máy thu GPS thông thường, còn tín hiệu thu thứ hai là tín hiệu hiệu chỉnh được phát từ trạm tham chiếu. Máy thu DGPS sẽ sử dụng tín hiệu chỉnh đó để hiệu chỉnh lại vị trí của nó nhằm thu được vị trí với sai số tối thiểu. CẤU TRÚC DỮ LIỆU DGPS Cấu trúc dữ liệu DGPS bao gồm cấu trúc dữ liệu của tín hiệu vệ tinh GPS (tín hiệu từ trạm điều khiển đến các vệ tinh, tín hiệu từ vệ tinh tới các máy thu) và tín hiệu hiệu chỉnh lỗi được phát từ trạm cố định đến người sử dụng. Phần trước đã đề cập đền cấu trúc dữ liệu GPS cho nên trong phần ta chỉ đề cập tới cấu trúc tín hiệu chiệu chỉnh, ta tạm gọi dữ liệu hiệu chỉnh này là dữ liệu hiệu chỉnh DGPS. Chức năng của tín hiệu Như đã giới thiệu, tín hiệu hiệu chỉnh được gửi đi từ trạm cố định (trạm tham chiếu) tới các máy thu có tác dụng hiệu chỉnh lại thông tin mà máy thu thu được từ các vệ tinh GPS để tối thiểu hoá sai sè trong phép định vị. Cấu trúc dữ liệu và cách thức hiệu chỉnh dữ liệu Dữ liệu hiệu chỉnh DGPS bao gồm hai khối dữ liệu trong tín hiệu đa thành phần (272 khối dữ liệu) cho mét khung và được gửi đi trong xấp xỉ 5 giây. Một khối dữ liệu bao gồm một khối mã nhận dạng, một gói dữ liệu và mét bit chẵn lẻ. Mét gãi dữ liệu bao gồm một tiền tố, một gói, và một chu kỳ kiểm tra phần dư (CRC). Gãi dữ liệu hiệu chỉnh thực của DGPS được nén lại trong mét gãi 144 bit với hai gói là 288 bit dữ liệu. Theo nghĩa khác, dữ liệu hiệu chỉnh DGPS được gửi đi trong mét khung chứa 288 bit. Cấu trúc của 288 bit dữ liệu DGPS này được trình bày trong hình 25. Như được trình bày trong hình minh hoạ, ba bit đầu tiên (bit 1 đến bit 3) của thông tin hiệu chỉnh cho hai gói là dữ liệu ID. Dữ liệu ID được thiết lập từ một trong sáu tổ hợp từ “000” tới “101”. Do đó, thông tin hiệu chỉnh không trùng khớp với nhau trong hai gói được đặt trong cùng một gói dữ liệu có số ID liên tiếp nhau. Sù tiếp nhận thông tin hiệu chỉnh hoàn thành khi trạm di động thu được sáu khung dữ liệu (30 giây). Thời gian hiệu chỉnh T là vị trí bit 4. Giá trị này được xác định từ thời điểm khi thu được thông tin hiệu chỉnh. Trong những trường hợp cụ thể, nó bằng “0” nếu thời điểm khi mà thông tin hiệu chỉnh nhận được là chẵn và bằng “1” nếu thời điểm đó là lẻ. Máy thu DGPS dùa trên thời gian hiệu chỉnh bit T, điều chỉnh sự khác nhau giữa thời gian máy thu với thời gian trạm cố định, cái được tạo ra bởi thông tin hiệu chỉnh. Tiếp theo đó, những vị trí bit từ 5 tới 276 thể hiện dữ liệu hiệu chỉnh, và dữ liệu hiệu chỉnh từ mỗi một vệ tinh trong tám vệ tinh GPS được cho trong 34 bit. Nói cách khác, những vị trí bit 5 tới 38 được chỉ định tới vệ tinh đầu tiên (tức là bộ số thiết lập dữ liệu hiệu chỉnh), những vị trí bit 39 tới 72 được chỉ định tới vệ tinh thứ hai, những vị trí 73 tới 106 được chỉ định tới vệ tinh thứ ba, và cứ thế cho vệ tinh thứ tư đến thứ tám có thể. Vị trí bit 277 tới 288 là những bit cho dữ liệu truyền thông, và thông tin về trạng thái làm việc của tất cả các vệ tinh GPS được chỉ định cho vùng dữ liệu này. Hình 25: Cấu trúc dữ liệu hiệu chỉnh DGPS Hình trên cho ta thấy ra các thành phần nội dung của dữ liệu hiệu chỉnh từ mỗi vệ tinh. Dữ liệu hiệu chỉnh bao gồm một thành nhân tố SF (1bit), mét thông sè hiệu chỉnh lỗi khoảng cách vi phân người sử dụng UDRE (2 bit), mét sè ID của vệ tinh St.ID (chỉ cho ta biết đó là vệ tinh nào), mét thông sè hiệu chỉnh khoảng cách giả ngẫu nhiên PRC (11 bit), một thông số hiệu chỉnh tốc độ và mét sự phát dữ liệu IODE ( tức 8 bit). SF cho biết thứ tù của PRC và RRC, UDRE thể hiện độ chính xác khi sử dụng dữ liệu hiệu chỉnh và St. ID là số của một vệ tinh. PRC là một giá trị hiệu chỉnh của khoảng cách giả ngẫu nhiên với mỗi vệ tinh GPS, nó chính là sự khác nhau của khoảng cách thực tế của trạm tham chiếu và vị trí mà trạm tham chiếu này xác định được nhờ phép định vị vệ tinh GPS. Trong trường hợp này, lỗi của khoảng cách giả ngẫu nhiên với mỗi vệ tinh GPS được truyền nh­ dữ liệu hiệu chỉnh. RRC là tốc độ của giá trị hiệu chỉnh. Giá trị hiệu chỉnh tại mỗi thời điểm bất kỳ được nội suy tại máy thu DGPS 20 dùa trên PRC và RRC này. IODE là một mã mà mỗi vệ tinh GPS gắn vào để thể hiện dữ liệu quỹ đạo của nó, do đó máy thu DGPS 20 thu được những dữ liệu quỹ đạo trùng khớp với mã này cho phép nó có thể thực hiện sự hiệu chỉnh dùa trên dữ liệu quỹ đạo chính xác với với quỹ đạo mà trạm tham chiếu sử dụng. Do đó, trong cấu hình này, dữ liệu hiệu chỉnh cho 8 vệ tinh được truyền trong 288 bit trong vòng 5 giây cho mét khung, vì vậy sự tiếp nhận tất cả những dữ liệu hiệu chỉnh lỗi trong 30 giây cho 6 khung. Hình 26: Thành phần dữ liệu hiệu chỉnh Hơn thế nữa, trong cấu hình này, một sự điều chỉnh được thực hiện cái thêm vào một lỗi điều chỉnh định trước cho sự hiệu chỉnh khoảng cách giả ngẫu nhiên PRC. Do đó, sự chính xác không tăng lên đáng kể nếu sự hiệu chỉnh khoảng cách giả ngẫu nhiên PRC đạt được từ dữ liệu đa thành phần FM được sử dụng trực tiếp. Mặt khác, lỗi điều chỉnh này được xác định bằng một phương pháp định trước. Độ chính xác của sự hiệu chỉnh khoảng cách giả ngẫu nhiên PRC có thể được tăng lên bằng việc thực hiện điều chỉnh cho lỗi hiệu chỉnh. Nói cách khác, sù hiệu chỉnh khoảng cách giả ngẫu nhiên PRC có thể được sửa chữa lại tới một giá trị thích hợp bằng việc thêm vào lỗi hiệu chỉnh và giá trị hiệu chỉnh theo hướng ngược lại. Sù điều chỉnh có thể được thực hiện bằng tốc độ giá trị hiệu chỉnh RRC thay thế cho hiệu chỉnh khoảng cách giả ngẫu nhiên PRC. Hoặc những sự hiệu chỉnh này có thể được kết hợp với nhau. CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG DGPS TRONG ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG Hiện nay, với công nghệ GIS (mét công cụ máy tính được nghiên cứu để thực hiện thiết lập bản đồ) đã và đang phát triển rất mạnh, việc thiết lập một bản đồ số đối với giao thông vận tải không còn là quá khó khăn. Thực tế, nước ta hiện nay đã xây dựng hoàn thành bản đồ số của ngành đường bộ và đang được ứng dụng bước đầu. Với khả năng định vị của DGPS nh­ đã giới thiệu ở trên và kết hợp với tiện Ých của bản đồ số đã tạo nên cho DGPS khả năng ứng dụng tốt hơn trong giao thông vận tải. Sau đây, ta sẽ phân tích một số ứng dụng của DGPS trong việc điều khiển giao thông. ỨNG DÔNG DGPS TRONG NGÀNH ĐƯỜNG SẮT 3.1.1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ TÍN HIỆU ĐƯỜNG SẮT Tín hiệu đường sắt (gọi tắt là lín hiệu) đóng một vai trò rất quan trọng không thể thiếu trong ngành đường sắt. Nó có nhiệm vụ đảm bảo an toàn và nâng cao năng lực thông qua cũng như có khả năng cải thiện điều kiện làm việc của nhân viên. Xét về khía cạnh an toàn, tín hiệu được coi là “mệnh lệnh chạy tàu” hay nói cách khác nó là mệnh lệnh có thể cấm hay không cấm người điều khiển đoàn tàu được điều khiển đoàn tàu đi hay không được đi vào khu đoạn nào đó mà tín hiệu đó phòng vệ. Về khía cạnh nâng cao năng lực thông qua và cải thiện môi trường (hay điều kiện) làm việc của nhân viên thì hệ thống tín hiệu thể hiện rằng với mỗi hệ thống tín hiệu khác nhau thì năng lực thông qua là khác nhau, mỗi hệ thống tín hiệu yêu cầu những nghiệp vụ, thao tác của nhân viên là khác nhau để thực hiện một nghiệm vô chung là điều khiển chạy tàu. Do vậy, với mỗi hệ thống tín hiệu cũng đặt ra những công việc cụ thể, hay nói cách khác nó cũng quyết định đến năng lực thông qua và điều kiện làm việc của nhân viên. Thông thường, các hệ thống tín hiệu ngày càng hiện đại hơn và theo đó nó cũng có mức độ an toàn cao hơn hệ thống cũ, bên cạnh đó việc nâng cao năng lực thông qua cũng là yếu tố được đặt ra sao cho đạt được hiệu quả cao nhất và điều kiện làm việc của nhân viên cũng được cải thiện. Khi xem xét hệ thống tín hiệu đường sắt, người ta chia ra thành các hệ thống tín hiệu riêng biệt nhưng lại được móc nối với nhau theo một trình tự liên khoá nhất định tuỳ thuộc vào đặc điểm của loại hình thiết bị của hệ thống nhằm đảm bảo yếu tố an toàn, nâng cao hiệu quả cũng như cải thiện điều kiện làm việc của nhân viện. Các hệ thống tín hiệu riêng biệt chủ yếu tập trung vào hai hệ thống con là: hệ thống tín hiệu trong ga, hệ thống tín hiệu khu gian. Ngoài ra, nó còn có thể xét thêm tín hiệu đường ngang (thực chất thuộc tín hiệu khu gian), tín hiệu dốc gù (thực chất thuộc tín hiệu trong ga). Tín hiệu trong ga đảm bảo cho việc điều khiển chạy tàu trong ga (thực chất nó cũng tham gia điều khiển chạy tàu cả các phân khu tới gần). Việc điều khiển chạy tàu trong ga đóng một vai trò hết sức quan trọng trong tiến trình chạy tàu, liên quan trực tiếp đến an toàn và năng lực của tuyến. Tín hiệu ga, phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố.phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, Để có thể điều khiển chạy tàu, hệ thống tín hiệu ga sử dụng một bảng liên khoá tín hiệu. Liên khoá tín hiệu là sự liên kết và khoá lại với nhau giữa ghi, tín hiệu và đường chạy. Do đó, để xây dựng lên liên khoá