1

Chương 1:ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 - Đặt vấn đề và tình hình nghiên cứu hiện nay:
Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) là hệ thống xác
định vị trí dựa vào các vệ tinh nhân tạo gồm 24 vệ tinh chủ đạo và một vài vệ tinh
dự trữ được phân bố quanh trái đất trên 6 quỹ đạo gần tròn với đường kính 20138
km và có góc nghiêng 550 so với mặt phẳng xích đạo. Để đảm bảo bao phủ khắp
mọi nơi trên trái đất, các vệ tinh GPS được sắp xếp sao cho mỗi quỹ đạo có ít nhất 4
vệ tinh phân bố đều.Về mặt hình học, bất kỳ điểm nào trên trái đất cũng thấy được
từ 4 đến 10 vệ tinh trong chòm sao vệ tinh GPS. Các vệ tinh GPS bay vòng quanh
trái đất hai lần trong một ngày (mỗi chu kỳ quỹ đạo mất khoảng 11 giờ 58 phút)
theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống trái đất. Các máy
thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được vị trí máy thu
của người dùng.
Tín hiệu mà các vệ tinh GPS phát xuống máy thu của người dùng gồm 2
sóng sin (còn được gọi là tần số sóng mang), 2 mã CA (Coarse Acquisition) và P
(Precision) [mỗi vệ tinh sẽ phát một mã khác nhau] và bản tin định vị. Tọa độ của
các vệ tinh GPS nằm trong bản tin định vị. Khoảng cách từ máy thu của người dùng
đến từng vệ tinh GPS được xác định dựa vào tần số sóng mang và mã CA hay P
tương ứng của vệ tinh đó (xác định khoảng thời gian từ lúc phát tín hiệu tại vệ tinh
đến lúc nhận được tín hiệu GPS tại máy thu của người dùng, dựa vào vận tốc ánh
sáng ta sẽ tính được quãng đường từ máy thu của người dùng đến vệ tinh đã phát ra
mã CA hay P tương ứng). Khi đã biết được tọa độ của vệ tinh và khoảng cách từ
máy thu của người dùng đến vệ tinh đó, dựa vào hình học ta chỉ cần 3 vệ tinh là xác
định được tọa độ máy thu của người dùng.
Do xung clock tại nơi phát (vệ tinh) và nơi thu (máy thu của người dùng)
không đồng bộ nên có sai số thời gian trễ, dẫn đến sai số khoảng cách từ máy thu
của người dùng đến vệ tinh, do đó vị trí máy thu của người dùng cũng sai theo. Vì

GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt


2

vậy mà hệ số sai số đồng hồ được đưa ra và đây là lý do tại sao phải cần đến vệ tinh
thứ 4.
Ngoài ra còn có nhiều nguồn sai số khác như sai số chủ định SA (Selective
Availability) nhằm ngăn ngừa việc tự định vị chính xác ở thời gian thực của các
thuê bao trái phép, sai số quỹ đạo vệ tinh, sai số do truyền dẫn đa đường, sai số trễ
khi tín hiệu truyền qua tầng điện ly và tầng đối lưu, sai số do máy thu. Bên cạnh các
nguồn sai số trên, vấn đề truyền dẫn trong môi trường mật độ người sử dụng cao rất
dễ dẫn đến hiện tượng fading và can nhiễu tại bộ thu của người dùng.
Vấn đề đặt ra là tìm những giải pháp để hạn chế nguồn can nhiễu, fading và
hàng loạt các nguồn sai số khác. Ta không thể can thiệp vào vệ tinh để giảm nguồn
sai số tại đó được. Nguồn sai số do có kích hoạt SA, sai số quỹ đạo vệ tinh, sai số
đồng hồ vệ tinh sẽ được loại bỏ hoàn toàn bằng kỹ thuật DGPS (Differential GPS).
Nguồn sai số trễ khi tín hiệu truyền qua tầng điện ly và tầng đối lưu cũng được hạn
chế bằng kỹ thuật DGPS. Nguồn sai số do truyền dẫn đa đường, can nhiễu và vấn
đề truyền dẫn tối ưu cũng được hạn chế bởi anten thông minh.
Nhiệm vụ Đồ án môn học là nghiên cứu tìm hiểu về hệ thống GPS; đồng thời
tìm giải pháp để đảm bảo việc truyền sóng, truyền dẫn tối ưu và hạn chế ảnh hưởng
của sai số. Đồ án môn học cũng tìm hiểu các giải pháp về kỹ thuật DGPS,giải thuật
Unconstrained LMS Beamforming băng hẹp trong bộ tạo búp sử dụng tín hiệu tham
khảo được đặt tại trạm tham khảo (hoặc tại bộ thu của người sử dụng) nhằm bảo
đảm truyền dẫn tối ưu giữa trạm tham khảo và các bộ thu của người sử dụng.
1.2 - Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Trong phạm vi Đồ án môn học sẽ cố gắng tìm hiểu về hệ thống định vị toàn
cầu GPS, kỹ thuật DGPS, thuật toán LMS và anten thông minh.
1.3 - Bố cục của đề tài:

Đồ án môn học được chia làm 5 chương chính bao gồm:
Chương 1: Đặt vấn đề .

GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt


3

•

Đặt vấn đề và nêu ra mục đích cũng như ý nghĩa của đề tài.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết.

•

Hệ thống định vị toàn cầu GPS.

•

Kỹ thuật DGPS.

•

Thuật toán LMS.

•

Anten thông minh.
- Bộ tạo búp thích nghi LMS băng hẹp.
- Lợi ích của anten thông minh.

Chương 3:Ứng dụng anten thông minh trong hệ thống GPS và DGPS.
Chương 4: Kết quả mô phỏng.

•

Kết quả mô phỏng giải thuật LMS.
- Kết quả mô phỏng giải thuật LMS trong không gian 2D.

•

Kết quả mô phỏng giải thuật Unconstrained LMS Beamforming băng hẹp.
- Kết quả mô phỏng giải thuật Unconstrained LMS Beamforming băng hẹp
trong bộ tạo búp sử dụng tín hiệu tham khảo cho dãy anten ULA có N=20
phần tử trong không gian 2D.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài.

•

Chương này đưa ra một số kết luận và hướng phát triển của đồ án.
1.4 - Ý nghĩa của đề tài:
Đề tài tìm hiểu và nghiên cứu về hệ thống định vị toàn cầu GPS, kỹ thuật
DGPS, thuật toán LMS và anten thông minh.

GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt


4

Chương 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 - Tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu GPS:

.1.1- Giới thiệu hệ thống GPS:
Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) là hệ thống xác
định vị trí dựa vào các vệ tinh nhân tạo. Được thiết kế và quản lý từ đầu những năm
1970 bởi Bộ Quốc Phòng Hoa Kỳ, ban đầu GPS chỉ dành cho các mục đích quân
sự, nhưng từ năm 1980 chính phủ Hoa Kỳ cho phép phục vụ cho cả mục đích quân
sự lẫn dân sự. Hệ thống GPS hoạt động từ năm 1993 cung cấp thông tin định vị liên
tục 24 giờ một ngày ở mọi nơi trên thế giới dưới bất kỳ điều kiện thời tiết nào. Các
vệ tinh GPS bay vòng quanh trái đất hai lần trong một ngày (mỗi chu kỳ quỹ đạo
mất khoảng 11 giờ 58 phút) theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có
thông tin xuống trái đất. Các bộ thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính
lượng giác tính được chính xác vị trí của mình.

Hình 2.1:Chòm sao vệ tinh GPS
Hệ thống GPS gồm một chòm sao 24 vệ tinh chủ đạo và một vài vệ tinh dự
trữ được phân bố trên 6 quỹ đạo gần tròn với đường kính 20138km và có góc
nghiêng 55o so với mặt phẳng xích đạo. Để đảm bảo bao phủ khắp mọi nơi trên trái
đất, các vệ tinh GPS được sắp xếp sao cho mỗi quỹ đạo có 4 vệ tinh phân bố đều.
Về mặt hình học, bất kỳ điểm nào trên trái đất cũng thấy được từ 4 đến 10 vệ tinh
trong chòm sao vệ tinh GPS.

GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt


5

Các vệ tinh được nuôi bằng năng lượng mặt trời và có các nguồn pin dự
phòng để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng không có ánh sáng. Các tên lửa
nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định.
.1.2 - Các mảng của hệ thống GPS:


Hệ thống GPS được chia thành 3 mảng chính: mảng không gian (space
segment), mảng điều khiển (control segment) và mảng người sử dụng (user
segment)

Hình 2.2: Các mảng của hệ thống GPS.
Mảng không gian là chòm sao 24 vệ tinh, mỗi vệ tinh phát tín hiệu gồm 2
sóng sin (được gọi là các tần số sóng mang), 2 mã số và bản tin định vị. Dùng các
sóng mang và mã để xác định khoảng cách từ bộ thu GPS của người sử dụng đến
các vệ tinh GPS. Bản tin định vị chứa tọa độ của các vệ tinh là hàm thời gian. Các
tín hiệu phát từ vệ tinh được điều khiển bởi đồng hồ điện tử có độ chính xác cao
trên vệ tinh.

GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt


6

Mảng điều khiển gồm một trạm điều khiển chủ MCS (Master Control
Station), 5 trạm monitor và 3 trạm điều khiển mặt đất. Trạm MCS đặt gần Colorado
Springs (Colorado, Mỹ) có nhiệm vụ giám sát toàn bộ hệ thống GPS. 5 trạm
monitor ở Colorado Springs, Hawaii, Kwajalein, Diego Garcia và Ascension Island
được trang bị bằng các bộ thu GPS chất lượng cao và bộ tạo dao động cesium nhằm
mục đích theo vết (tracking) liên tục tất cả các vệ tinh GPS. Riêng 3 trạm monitor ở
Kwajalein, Diego Garcia và Ascension Island được trang bị bằng các antenna mặt
đất để tải thông tin lên các vệ tinh GPS. Tất cả các trạm monitor và trạm điều khiển
mặt đất được điều khiển từ xa bởi MCS.Nhiệm vụ chính của mảng điều khiển là xác
định và dự báo các dữ liệu định vị vệ tinh. Các trạm monitor theo vết liên tục các vệ
tinh GPS và phát các giám sát đã thu thập được đến MCS để xử lý. Kết quả xử lý
gồm các vị trí vệ tinh là hàm thời gian, tình trạng hệ thống, các thông số đồng hồ vệ
tinh, dữ liệu áp suất, niên lịch vệ tinh, ... Dữ liệu định vị tươi này được MCS gửi

đến 1 trong các trạm điều khiển mặt đất để trạm điều khiển mặt đất tải lên các vệ
tinh GPS qua dải băng tần S.
Mảng người sử dụng bao gồm tất cả các máy thu GPS quân sự và dân sự.
Khi bộ thu GPS được kết nối với antenna GPS, các máy thu GPS sẽ tính toán và
biết được vị trí của mình trong không gian 3 chiều.
Có 2 loại dịch vụ mà Bộ Quốc Phòng Mỹ đưa vào các ứng dụng dân sự là dịch vụ
định vị cơ bản SPS (Standard Positioning Service) và dịch vụ định vị chính xác PPS
(Precise Positioning Service). Trong đó dịch vụ SPS có độ chính xác tối thiểu
khoảng 100m cho chiều ngang và 156m cho chiều cao, còn dịch vụ PPS có độ chính
xác khoảng 10m cho chiều ngang và 15m cho chiều cao. Dịch vụ SPS có độ chính
xác thấp hơn dịch vụ PPS là do tín hiệu GPS sử dụng dịch vụ SPS có trộn thêm một
số sai số gọi là sai số SA (Selective Available). Sau ngày 1/5/2000, Bộ Quốc Phòng
Mỹ quyết định không sử dụng sai số SA nữa và độ chính xác của 2 dịch SPS và PPS
không còn cách nhau quá xa.

GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt


7

.1.3

- Các thế hệ vệ tinh của hệ thống GPS:
*Thế hệ vệ tinh thứ nhất: gồm 11 vệ tinh Block I được phóng lần đầu tiên

vào ngày 22/12/1978 và lần cuối cùng vào ngày 9/10/1985 với mục đích thực
nghiệm. Mặt phẳng quỹ đạo của những vệ tinh này nghiên 63 o so với mặt phẳng
xích đạo.Dù tuổi thọ của các vệ tinh này được thiết kế 4.5 năm, nhưng một số vệ
tinh đã hoạt động hơn 10 năm. Vệ tinh Block I cuối cùng được rút ra khỏi quỹ đạo
vào ngày 18/11/1995.

*Thế hệ vệ tinh thứ hai: gồm 28 vệ tinh Block II hay Block IIA được
phóng vào quỹ đạo từ tháng 2/1989 đến tháng 11/1997 (Block IIA là version cải
tiến từ Block II). Đến năm 2002 còn 23 vệ tinh trong quỹ đạo.Mặt phẳng quỹ đạo
của những vệ tinh này nghiêng 55o so với mặt phẳng xích đạo.Tuổi thọ thiết kế của
các vệ tinh này là 7.5 năm nhưng hầu hết đều hoạt động vượt quá thời hạn.
*Thế hệ vệ tinh mới: gồm 6 vệ tinh BLOCK IIR đã được phóng vào quỹ
đạo vào tháng 7/2001. Các vệ tinh Block IIR được thiết kế tương thích với các vệ
tinh Block II/IIA và có tuổi thọ thiết kế là 10 năm.Ngoài độ chính xác cao hơn
mong đợi, các vệ tinh Block IIR còn có khả năng tự hoạt động ít nhất 180 ngày mà
không cần sự hiệu chỉnh ở mặt đất hay không bị giảm độ chính xác.Sự tự định vị
của thế hệ vệ tinh này có được là nhờ vào khả năng sắp xếp của vệ tinh với nhau.
Ngoài ra, lịch thiên văn dự báo trước và dữ liệu clock đối với chu kỳ 210 ngày được
tải lên vệ tinh bởi mảng điều khiển nằm ở mặt đất để hổ trợ cho việc tự định vị.Năm
2003 đưa vào quỹ đạo thêm 12 vệ tinh Block IIR thông qua chương trình đổi mới
GPS.
* Thế hệ vệ tinh tiếp theo Block IIR là Block IIF gồm 33 vệ tinh. Tuổi thọ
của Block IIF được thiết kế 15 năm.Các vệ tinh này có khả năng mới qua chương
trình đổi mới GPS nhằm cải thiện độ chính xác tự định vị GPS.Vệ tinh Block IIF
đầu tiên được phóng vào năm 2005.
Chòm sao vệ tinh GPS vào tháng 7/2001 có tổng cộng 29 vệ tinh gồm 5 vệ tinh
Block II, 18 vệ tinh Block IIA và 6 vệ tinh Block IIR (vượt quá 5 vệ tinh so với

GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt


8

chòm sao vệ tinh thông thường là 24). Có 4 đồng hồ điện tử trang bị trên các vệ tinh
Block II/IIA: 2 đồng hồ điện tử loại cesium(Cs) và 2 đồng hồ điện tử loại
rubidium(Rb). Đồng hồ cesium là nguồn định giờ chính để điều khiển tín hiệu

GPS.Các vệ tinh Block IIR chỉ dùng đồng hồ loại rubidium.Các thế hệ vệ tinh GPS
được minh họa ở hình 2.3.

Hình 2.3: Các thế hệ vệ tinh GPS.
Hiện nay trên thế giới có ba hệ thống vệ tinh dẫn đường. GPS và GLONASS đang
hoạt động, GALILEO đã hoàn thành vào năm 2008. Cả ba hê thống định vị toàn cầu
ngày nay được gọi tên chung là Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (GNSS,
Global Navigation Satellite System). Phần này sẽ tóm lược một số thông tin về ba
hệ thống vệ tinh nhân tạo: GPS, GLONASS và GALILEO.
2.1.1.1 - GPS:
Tên gọi GPS (Global Positioning System) dùng để chỉ hệ thống định vị toàn
cầu do Bộ quốc phòng Mỹ thiết kế và điều hành. Bộ Quốc phòng Mỹ thường gọi
GPS

là

NAVSTAR

GPS

(Navigation Signal Timing and Ranging

Global

Positioning System). Mọi người đều có thể sử dụng GPS miễn phí. Vệ tinh đầu tiên
của GPS được phóng vào tháng 2 năm 1978, vệ tinh gần đây nhất là vệ tinh GPS
IIR-M1 được phóng vào tháng 12 năm 2005 (Wikipedia, 2006). GPS bao gồm 24 vệ
tinh (tính đến năm 1994), đã được bổ sung thành 28 vệ tinh (vào năm 2000), chuyển
động trong 6 mặt phẳng quỹ đạo (nghiêng 55 độ so với mặt phẳng xích đạo) xung
quanh trái đất với bán kính 26.560 km (Yasuda, 2001).Hay nói cách khác độ cao


GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt


9

trung bình của vệ tinh GPS so với mặt đất vào khoảng 20.200 km (Wikipedia,
2006).
.1.1.2

- GLONASS:
Hệ thống GLONASS (Global Orbiting Navigation Satellite System, Hệ

thống vệ tinh dẫn đường quỹ đạo toàn cầu, tiếng Nga ГЛОНАСС: ГЛОбальная
НАвигационная

Спутниковая

Система;

Global'naya

Navigatsionnaya

Sputnikovaya Sistema) do Liên bang Sô viết (cũ) thiết kế và điều hành. Vệ tinh đầu
tiên của GLONASS được Liên Xô đưa lên quỹ đạo ngày 12 tháng 10 năm 1982,
vào ngày 24 tháng 9 năm 1993 hệ chính thức được đưa vào sử dụng. Ngày nay hệ
thống GLONASS vẫn được Cộng hoà Nga tiếp tục duy trì hoạt động. Hệ thống
GLONASS bao gồm 30 vệ tinh chuyển động trong ba mặt phẳng quỹ đạo (nghiêng
64.8 độ so với mặt phẳng xích đạo) xung quanh trái đất với bán kính 25.510 km

(Yasuda, 2001).
.1.1.3 - GALILEO:

Cả hai hệ thống GPS và GLONASS được sử dụng chính cho mục đích quân
sự.Đối với những người sử dụng dân sự có thể có sai số lớn nều như cơ quan điều
hành GPS và GLONASS kích hoạt bộ phận gây sai số chủ định, ví dụ như SA của
GPS. Do vậy Liên hợp Âu Châu (EU) đã lên kế hoạch thiết kế và điều hành một hệ
thống định vị vệ tinh mới mang tên GALILEO, mang tên nhà thiên văn học
GALILEO, với mục đích sử dụng dân sự. Việc nghiên cứu dự án hệ thống
GALILEO được bắt đầu triển khai thực hiện từ năm 1999 do 4 quốc gia Châu Âu
Pháp, Đức, Italia và Anh Quốc. Giai đoạn đầu triển khai chương trình GALILEO
bắt đầu năm 2003 và đã hoàn thành và đưa vào sử dụng trong năm 2010 (chậm hơn
so với thời gian dự định ban đầu 2 năm) (Wikipedia, 2006).GALILEO được thiết kế
gồm 30 vệ tinh chuyển động trong 3 mặt phẳng quỹ đạo (nghiêng 56 độ so với mặt
phẳng xích đạo) xung quanh trái đất với bán kính 29.980 km (Yasuda, 2001).

GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt


10

Hình 2.4 - Nhà thiên văn học Galileo Galilei (1564-1642)
Hạng mục
Số vệ tinh
Số mặt phẳng
quỹ đạo
Độ
nghiêng
MPQĐ
Bán kính quỹ

đạo
Chu kỳ
Tần số
mang

sóng

GPS
28 (tính đến 2000)
6MEO

GLONASS
30
3MEO

GALILEO
30
3MEO

55o

64.8o

56o

26.560 km

25.510 km

29.980 km


11 giờ 58 phút 2 giây 11 giờ 15 phút 40 giây

14 giờ 21 phút 36
giây

L1: 1575.42 MHz

E1: 1589.742 MHz

L2: 1227.60 MHz
L5: 1176.45 MHz

Phương trình
Dạng mã số
Độ dài mã số

G1:1602+Kx0.5625
MHz
G2:1246

+

E2: 1561.098 MHz

Kx0.5625
E5: 1202.025 MHz
MHz

K = –7~24


E6: 1278.75 MHz

CDMA

G2 = G1x7/9
FDMA
Chuỗi M

C1: 5019.86 MHz
CDMA

1023 bit

511 bit

GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt

N/A


11

2.35x1014

5110000

Tốc độ mã số
(C/A L1, P L1, 1.023 Mcps
10.23 Mcps


L2)

Thời gian chuẩn
Sai số chủ định

UTC (USNO)
SA (đã bỏ 2000)

0.511 Mcps

E1, E2: 2.046 Mcps

5.11 Mcps

E5:
Mcps

UTC (Nga)
Không có

10.23/1.023

E6: 20.46 Mcps
UTC
Không có

Thông điệp dẫn đường (navigation messages)
Ephemeris


Yếu tố quỹ đạo

Almanac
Yếu tố quỹ đạo
Tốc độ truyền dữ
L1: BPSK: 50 bps
liệu

Vị trí, tốc độ và gia tốc ba chiều
Yếu tố quỹ đạo
BPSK: 50 bps
QBSK

L2: BPSK: 25 bps

E1, E2, C: 300 bps

L5: QPSK: 50 bps

E5: 330 bps

Chu kỳ dữ liệu
12 phút 30 giây
Định dạng dữ liệu
30 bit / từ
Dữ liệu hiệu chỉnh Có
điện từ

2 phút 30 giây
100 bit / string

Không có

E6: 2500 bps
-

Bảng 1: So sánh một số thông số kỹ thuật của ba hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn
cầu GPS.
.1.4 - Cấu trúc tín hiệu GPS:

Mỗi vệ tinh GPS phát một tín hiệu radio cao tần gồm hai tần số sóng mang
được điều chế bởi hai mã số và một bản in dẫn đường. Hai tần số sóng mang này
được phát ở tần số 1575.42 MHz (gọi là sóng mang L1) và 1227.60 MHz (gọi là

GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt


12

sóng mang L2). Theo đó, bước sóng tương ứng là 19 cm và 24.4 cm; kết quả này
được rút ra từ quan hệ giữa tần số sóng mang và vận tốc ánh sáng trong không gian.
Việc sử dụng hai tần số trên cho phép sửa một lỗi nghiêm trọng của GPS là trễ tầng
điện ly. Tất cả các vệ tinh GPS đều phát cùng tần số sóng mang L1 và L2. Tuy
nhiên, mã điều chế là khác nhau cho các vệ tinh, việc này làm giảm thiểu sự can
nhiễu tín hiệu.

Hình 2.4: Minh họa (a) Sóng sin ; (b) mã số
Hai mã GPS gọi là mã thu thô ( mã C/A) và mã thu chính xác (mã P). Mỗi
mã chứa một luồng số nhị phân 0 và 1 gọi là các bit hay các chip. Các mã này được
gọi chung là mã PRN vì chúng giống như tín hiệu ngẫu nhiên. Nhưng thực tế, các
mã này được phát nhờ sử dụng một thuật toán. Mã C/A chỉ được điề chế vào song

mang L1, trong khi đó, mã P được điều chế vào cả song mang L1 và L2. Sự điều
chế này được gọi là điều chế lưỡng pha, do pha của sóng mang được dịch đi 180 0
khi giá trị của mã thay đổi từ 0 đến 1 hoặc từ 1 đến 0.
+ Mã C/A:
Mã C/A được sử dụng trong các ứng dụng dân sự và chỉ được truyền đi trên
dãy băng tần L1. Chuỗi mã C/A lặp lại theo chu kỳ 1ms của 1 đoạn gồm 1023 chip,
xuất hiện với tần số 1.023MHz. Bước sóng của mã C/A khoảng 300m. Mỗi vệ tinh
được gán 1 mã C/A riêng biệt và duy nhất nhằm cho phép các bộ thu của người
dùng nhận biết tín hiệu thu nhận được là của vệ tinh nào. Hình 2.5 minh họa cấu
trúc mã C/A trên sóng mang L1. Dữ liệu định vị 50 bit mỗi giây, mỗi bit (20 ms)
gồm 20 chu kỳ mã C/A (còn gọi là 20 epoch mã C/A ), mỗi chu kỳ mã C/A (1ms) là
1 chuỗi 1023 chips, mỗi chip (0.9775µs) gồm 1540 chu kỳ sóng mang L1 có tần số
GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt


13

1575.42Mhz. Trong đó epoch của mã C/A chính là cạnh lên của chip đầu tiên trong
mỗi đoạn 1023 chips.
+ Mã P:
Mã P được sử dụng trong các ứng dụng quân sự và được truyền đi trên cả 2
băng tần L1 và L2. Chuỗi mã P lặp lại theo chu kỳ 1 tuần của 1 đoạn gồm 6.19x10 12
chip, xuất hiện với tần số 10.23MHz. Bước sóng của mã P khoảng 30m.Hình 2.6
minh họa cấu trúc mã P trên sóng mang L1. Dữ liệu định vị 50 bit mỗi giây, mỗi bit
(20 ms) là 1 đoạn gồm 204600 chips, mỗi chip gồm 154 chu kỳ sóng mang L1 có
tần số 1575.42Mhz.

Hình 2.5: Minh họa cấu trúc mã C/Atrên sóng mang L1 (Theo trang 31 [3]).

GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt



14

Hình 2.6: Minh họa cấu trúc mã P trên sóng mang L1
+ Cấu trúc của bản tin định vị:
Thông tin trong bản tin định vị có cấu trúc khung (frame) như minh họa ở
hình 2.7.Bản tin hoàn hảo chứa 25 khung, mỗi khung chứa 1500 bits.Mỗi khung
được chia nhỏ thành 5 khung con. Mỗi khung con chứa 300 bits gồm 10 từ (word),
mỗi từ chứa 30 bits và bit có trọng số lớn nhất được phát đầu tiên. Vì vậy, ở tốc độ
50 bit/s thì cần 6 giây để phát 1 khung con 300 bits và cần 30 giây để phát 1 khung
1500 bits ở hình 2.7. Để phát toàn bộ bản tin định vị 25 khung thì cần 750 giây hay
12.5 phút. Mỗi khung con khởi đầu bằng 30 bits TLM (telemetry word), trong đó 8
bits đầu tiên là các bit preamble để bộ thu xác định khung con, 22 bit còn lại chứa
các bit parity và bản tin telemetry mà nó chỉ có giá trị đối với thuê bao có đăng ký.
Từ thứ 2 của mỗi khung là HOW (hand-over word) gồm 29 bit Z-count có nhiệm vụ
đếm các epoch được sinh ra bởi thanh ghi X 1 (cứ 1.5s xuất hiện 1 lần) của bộ phát
mã P trong vệ tinh. 19 bit có trọng số thấp nhất của Z-count được gọi là TOW
(time-of-week) cho biết số epoch X 1 xuất hiện khi bắt đầu tuần hiện tại. Sự bắt đầu
tuần hiện tại xuất hiện ở epoch X 1 vào lúc nửa đêm của tối thứ bảy hoặc sáng chủ
nhật. Con số của TOW tăng từ zero lúc đầu tuần đến 403199 và sau đó quay lại zero
ở đầu tuần tiếp theo. Sự đếm zero của TOW luôn xảy ra ở đầu khung con 1 của

GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt


15

khung đầu tiên. Vì bộ thu có thể dùng các bit preamble của TLM để xác định chính
xác thời điểm bắt đầu của mỗi khung con và đây chính là phương pháp để xác định

thời điểm phát của bất kỳ bộ phận nào trong tín hiệu GPS. 10 bit có trọng số lớn
nhất của Z-count được gọi là WN (week number) chứa số tuần GPS.WN không là
bộ phận của HOW nhưng xuất hiện thay vào 10 bit đầu tiên của từ thứ 3 trong
khung con 1.3 bit của HOW được dùng để nhận dạng khung con nào trong số 5
khung con đang được phát.Con số của TOW được tính từ HOW trong khung con 5
dùng để nhận dạng khung nào trong số 25 khung đang được phát (tương ứng số
trang từ 1 đến 25).

Hình 2.7: Minh họa cấu trúc bản tin định vị (Theo trang 34 [3]).
+ Khung con 1 chứa dữ liệu hiệu chỉnh đồng hồ GPS đối với vệ tinh dạng
các hệ số đa thức định nghĩa sự thay dổi hiệu chỉnh theo thời gian. Thời gian được
định nghĩa bởi các đồng hồ trong vệ tinh được gọi là SV time (space vehicle time),
còn thời gian sau khi hiệu chỉnh đã được ứng dụng được gọi là GPS time.Thời gian
GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt


16

tham khảo t0c được dùng làm mốc thời gian để tính sai số đồng hồ vệ tinh.Thời gian
trễ trong tầng điện ly TGD được dùng để hiệu chỉnh các sai số trễ khi truyền qua tầng
điện ly. Thông tin IODC (issue of date, clock) cho biết số tập hợp dữ liệu đồng hồ
đã phát để cảnh báo cho người dùng thay đổi các thông số đồng hồ.
+ Khung con 2 và 3 chứa dữ liệu quỹ đạo để xác định vị trí và vận tốc chính
xác của vệ tinh. Không giống như dữ liệu niên lịch, dữ liệu này rất chính xác.Các
thành phần của dữ liệu quỹ đạo và thuật toán tính vị trí vệ tinh tham khảo ở bảng
3.1 và bảng 3.2 trang 36 và 37 [3].Thông tin IODE (issue of date, ephemeris) được
báo đến người dùng khi các thông số quỹ đạo thay đổi. Mỗi lần các thông số mới
được mảng điều khiển của hệ thống GPS tải lên vệ tinh GPS thì con số IODE thay
đổi theo.
+ Khung con 4 của cả 25 khung đều chứa niên lịch của các vệ tinh với mã

PRN (pseudorandom) đánh số 25 và cao hơn, được biết đến như các bản tin đặc
biệt, các số hạng hiệu chỉnh trong tầng điện ly, các hệ số để chuyển đổi từ GPS time
sang UTC time.
+ Khung con 5 của cả 25 khung đều chứa niên lịch của các vệ tinh với mã
PRN đánh số từ 1 đến 24. Lưu ý mỗi vệ tinh đều phát 25 khung, dữ liệu niên lịch
của tất cả các vệ tinh đều được từng vệ tinh phát đi. Không giống như dữ liệu quỹ
đạo, dữ liệu niên lịch có giá trị cho các chu kỳ dài lâu (nhiều tháng) nhưng ít bị sai
số nhiều. Ngoài ra dữ liệu chứa trong bản tin định vị là sai số khoảng cách người
dùng URE (user range error), nó ước tính sai số khoảng cách do các sai số quỹ đạo
vệ tinh, các sai số định giờ, sai số chủ định SA (selective availability) và các cờ để
cho biết trạng thái hoạt động của các vệ tinh.
.1.5

- Các sai số trong hệ thống GPS:
Đo khoảng cách giả và pha sóng mang bị ảnh hưởng bởi nhiều loại nhiễu

ngẫu nhiên và sai lệch (lỗi hệ thống). Những lỗi này có thể được phân loại thành lỗi
bắt nguồn từ vệ tinh, lỗi bắt nguồn từ máy thu, lỗi do truyền sóng (khúc xạ tầng
khí quyển). Hình 2.8 cho thấy các lỗi và sai lệch. Các lỗi bắt nguồn từ vệ tinh bao

GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt


17

gồm lịch thiên văn, hay lỗi quỹ đạo, lỗi đồng hồ vệ tinh và ảnh hưởng của khả năng
chọn lọc. Lỗi chọn lọc được thực hiện do chủ ý của bộ quốc phòng Mỹ để làm giảm
độ chính xác GPS độc lập vì lý do an ninh. Tuy nhiên, việc này đã chấm dứt vào
ngày 1/5/2000. Lỗi bắt nguồn từ máy thu bao gồm lỗi đồng hồ máy thu, lỗi đa
đường, nhiễu máy thu và sự biến thiên tâm pha của anten. Lỗi truyền tín hiệu bao

gồm trễ của tín hiệu GPS khi nó truyền qua tầng điện ly và tầng đối lưu của bầu khí
quyển. Trên thực tế, chỉ trong môi trường chân không (không gian tự do) tín hiệu
GPS mới truyền với tốc độ ánh sáng. Cộng với ảnh hưởng của nhiễu, vị trí GPS tính
toán được còn bị ảnh hưởng bởi vị trí hình học của các vệ tinh GPS được quan sát
bởi máy thu. Các vệ tinh càng tỏa rộng trên bầu trời thì độ chính xác đạt được càng
cao. Một số lỗi và sai lệch có thể được giới hạn hoặc giảm bớt thông qua sự kết
hợp các quan sát GPS một cách thích hợp. Ví dụ, kết hợp quan sát L1 và L2 với độ
chính xác cao có thể loại bỏ ảnh hưởng của tầng điện ly.
Các sai số trong hệ thống GPS được chia thành 3 nguồn sai số chính là sai số
do vệ tinh, sai số khi truyền tín hiệu và sai số do bộ thu của người sử dụng.
.1.5.1 - Sai số do vệ tinh:
Vị trí vệ tinh là hàm của thời gian, vị trí này chứa trong bản tin dẫn đường
quảng bá của vệ tinh, được dự đoán từ các quan sát GPS trước đó tại các trạm điều
khiển mặt đất. Việc mô hình hóa các lực tác động vào vệ tinh thường sẽ không
chính xác hoàn toàn, điều này gây nên các lỗi dự đoán vị trí của vệ tinh, gọi là lỗi
lịch thiên văn. Bình thường, lỗi lịch thiên văn thường nằm trong khoảng từ 2m đến
5m, và có thể lên đến 50m khi sử dụng khả năng chọn lọc. Lỗi khoảng cách do sự
kết hợp của lỗi lịch thiên văn và lỗi đồng hồ vệ tinh nằm ở mức 2.3m. Một lỗi lịch
thiên văn cho một vệ tinh cụ thể nào đó được nhận biết bởi tất cả người dùng trên
thế giới. Tuy nhiên, những người dùng khác nhau quan sát cùng một vệ tinh ở
những góc khác nhau, do đó khoảng và vị trí đo được chịu những ảnh hưởng khác
nhau của lỗi lịch thiên văn. Điều này có nghĩa là việc kết hợp đo đạc của hai máy
thu đồng thời cùng bám một vệ tinh không thể loại bỏ hoàn toàn lỗi lịch thiên

GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt


18

văn. Nhưng với những người sử dụng gần nhau có thể nhận biết được hầu hết lỗi

khoảng cách do lỗi lịch thiên văn bằng cách lấy sai khác của các kết quả quan sát
này. Trong định vị tương đối, người ta sử dụng quy tắc ngón tay cái để đánh giá thô
ảnh hưởng của lỗi lịch thiên văn đối với độ phân giải đường ranh giới: lỗi đường
ranh giới / độ dài đường ranh giới = lỗi vị trí vệ tinh / phạm vi vệ tinh. Điều này có
nghĩa là nếu lỗi vị trí vệ tinh là 5m và chiều dài đường ranh giới là 10 km, thì lỗi
đường ranh giới do lỗi lịch thiên văn xấp xỉ khoảng 2.5mm.
.1.5.2 - Sai số chủ định SA (selective availability):
GPS ban đầu được thiết kế để định vị độc lập thời gian thực và dẫn đường
bằng máy thu mã C/A dùng cho dân sự với độ chính xác thấp hơn máy thu mã P
dùng cho Chương I. Các hệ thống thông tin GIS và GNSS quân sự. Nhưng thật
đáng ngạc nhiên là độ chính xác của cả hai loại máy thu trên gần như là giống nhau.
Để đảm bảo an ninh quốc gia, bộ quốc phòng Mỹ đã thực hiện khả năng lựa chọn
trên các vệ tinh GPS Block II để ngăn chặn định vị độc lập thời gian thực đối với
những người dùng không được phép. SA chính thức hoạt động vào ngày 25/3/1990.
SA đưa ra hai loại lỗi. Lỗi đầu tiên gọi là lỗi delta, là kết quả của việc làm biến
động đồng hồ vệ tinh, đây là lỗi chung cho mọi người dùng. Lỗi thứ hai là lỗi
epsilon, đây là lỗi quỹ đạo biến đổi chậm được thêm vào. Khi SA được bật lên, các
lỗi phương ngang và phương thẳng đứng thông thường có thể lên đến 100m và
156m tương ứng, với xác suất 95%. Hình 2.9 cho thấy vị trí theo phương ngang của
một trạm máy thu GPS theo thời gian, chủ yếu do ảnh hưởng của SA. Giống như
lỗi khoảng cách do lỗi lịch thiên văn, lỗi khoảng cách do lỗi epsilon hầu như có thể
nhận ra giữa hai người dùng ở gần nhau. Vì vậy, sử dụng GPS vi sai (DGPS) sẽ
loại bỏ ảnh hưởng của lỗi epsilon. Trên thực tế, DGPS cung cấp độ chính xác cao
hơn máy thu mã P đứng độc lập do sự loại bỏ hoặc giảm bớt các lỗi chung, bao gồm
cả SA .

GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt


19


Hình 2.8:Sự thay đổi vị trí của máy thu GPS đứng yên khi có SA
Theo những nghiên cứu mở rộng, chính phủ Mỹ đã dừng SA vào ngày
1/5/2000, việc này đã cải thiện rất nhiều độ chính xác của GPS độc lập. Với việc
dừng SA, độ chính xác thông thường theo phương ngang và đứng theo thứ tự là
22m và 33m (95% thời gian). Hình 2.10 chỉ ra các lỗi GPS sau khi dừng SA. Việc
loại bỏ SA đã mở ra một cánh cửa mới cho sự phát triển nhanh của thì trường GPS
(ví dụ dẫn đường cho các phương tiện giao thông). Mặc dù loại bỏ SA sẽ gây ra
ảnh hưởng nhỏ đến DGPS, nhưng nó sẽ làm giảm chi phí cài đặt và vận hành hệ
thống DGPS. Điều này chủ yếu do giảm tốc độ truyền dẫn yêu cầu .

Hình 2.9: Sự thay đổi vị trí của máy thu GPS đứng yên sau khi chấm dứt SA
.1.5.3 - Sai số quỹ đạo vệ tinh (ephemeris error):
Sai số quĩ đạo vệ tinh là sai số giữa quỹ đạo dự đoán và quỹ đạo thực của vệ
tinh (thường khoảng 2m đến 5m, và có thể lên đến 50m nếu có kích hoạt SA).
Thông tin về quĩ đạo dự đoán của vệ tinh được mã hóa và đưa vào dữ liệu định vị
để truyền cho các bộ thu của người sử dụng. Dựa vào thông tin này, bộ thu của
người sử dụng sẽ dự đoán vị trí của vệ tinh. Với mạng lưới thu thập dữ liệu GPS
trên toàn cầu, các hãng dịch vụ GPS như IGS – International GPS Service, NGS –

GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt


20

US National Geodetic Survey, GSD – Geodetic Survey Division, NRCan – Natural
Resources Canada … Độ chính xác của 2 quỹ đạo đúng nhỏ hơn 10cm. Dữ liệu về
quỹ đạo đúng được phát đến các bộ thu phải mất 12 giờ cho thông tin quỹ đạo cực
nhanh của IGS (ultra rapid orbit) và 12 ngày cho thông tin quỹ đạo chính xác nhất
của IGS (the most precise IGS orbit).

.1.5.4 - Sai số đồng hồ của vệ tinh (satellite clock error):
Mỗi vệ tinh GPS (Block II và Block IIA) chứa 4 đồng hồ nguyên tử gồm 2
cesium và 2 rubidium.Các vệ tinh thế hệ mới hơn (Block IIR) chỉ chứa các đồng hồ
rubidium.Đồng hồ cesium được chọn để tổng hợp tần số và định thời cho tín hiệu
GPS. Một trong các đồng hồ này, chủ yếu là đồng hồ xezi đối với các vệ tinh Block
II và Block IIA, được chọn để cung cấp tần số và định thời để phát tín hiệu GPS.
Những đồng hồ khác là các đồng hồ dự phòng .Mặc dù các đồng hồ vệ tinh GPS có
độ chính xác cao, nhưng chúng không phải là hoàn hảo tuyệt đối. Độ ổn định của
chúng vào khoảng 1/1013 đến 2/10 13 trong khoảng thời gian là một ngày. Có nghĩa
là sai số của các đồng hồ vệ tinh vào khoảng 8.64 đến 17.28 ns một ngày. Sai số
khoảng cách tương ứng từ 2.59 m đến 5.18 m, kết quả này có thể tính ra dễ dàng
bằng cách nhân sai số đồng hồ với vận tốc ánh sáng (299729458 m/s). Đồng hồ
xezi có xu hướng hoạt động tốt hơn qua thời gian dài so với đồng hồ rubi. Thực
tế, độ ổn định của đồng hồ xezi qua 10 ngày hoặc lâu hơn lên đến vài phần 10 14.
Hoạt động của đồng hồ vệ tinh được giám sát bởi hệ thống điều khiển mặt đất.
Lượng dịch đi được tính toán và truyền đi theo dạng ba hệ số của một đa thức bậc
hai . Sai số đồng hồ vệ tinh gây thêm các sai số cho đo đạc GPS. Các lỗi này ảnh
hưởng chung đến mọi người dùng quan sát cùng một vệ tinh và có thể loại bỏ bằng
việc lấy sai khác giữa các máy thu này. Áp dụng việc sửa sai đồng hồ vệ tinh trong
bản tin dẫn đường này cũng có thể sửa chữa sai số đồng hồ vệ tinh.Tuy nhiên, bỏ
qua một lỗi vài ns sẽ dẫn đến sai số khoảng cách khoảng vài m (sai số 1ns tương
ứng với sai số khoảng cách là 30cm). Ngược lại, các máy thu GPS sử dụng các
đồng hồ tinh thể rẻ tiền, độ chính xác nhỏ hơn nhiều so với các đồng hồ vệ tinh.

GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt


21

Các đồng hồ vệ tinh GPS tuy có độ chính xác cao nhưng vẫn bị sai số 8.64ns


17.28ns mỗi ngày tương ứng 2.59m 5.18m (sai số 1ns tương ứng tầm sai số
30cm).
.1.5.5 - Sai số do truyền dẫn đa đường (multipath error):
Phân tập đa đường là một nguồn lỗi nghiêm trọng cho cả đo đạc pha sóng
mang và khoảng cách giả. Lỗi đa đường xuất hiện khi tín hiệu GPS đến anten máy
thu theo nhiều đường khác nhau. Những đường này có thể là đường tín hiệu nhìn
thẳng và tín hiệu phản xạ từ các vật thể xung quanh anten máy thu.
Phân tập đa đường làm méo tín hiệu gốc qua sự giao thoa của tín hiệu phản
xạ ở anten GPS. Nó ảnh hưởng đến cả đo đạc pha sóng mang và khoảng cách giả;
tuy nhiên, ảnh hưởng đối với đo khoảng cách giả lớn hơn nhiều. Độ lớn của phân
tập đa đường psongha sóng mang có thể đạt tới giá trị lớn nhất là 1/4 chu kỳ
(khoảng 4.8 cm đối với pha song mang L1). Khoảng cách giả đa đường theo lý thuyết có thể
lên đến vài chục mét đối với đo mã C/A. Tuy nhiên, với những tiến bộ mới trong công nghệ
máy thu, khoảng cách giả đa đường thực tế giảm đi rất nhiều. Ví dụ về những công nghệ này là
bộ tương quan Strobe (Ashtech, Inc.) và ( NovAtel, Inc.). Với những công nghệ làm giảm phân
tập đa đường này, lỗi phân tập đa đường của khoảng cách giả có thể giảm xuống đến vài mét,
thậm chí trong cả môi trường phản xạ mạnh.

GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt


22

Hình 2.10: Ảnh hưởng của phân tập đa đường

GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt


23


Trong cùng một môi trường, có thể đánh giá lỗi đa đường bằng cách sử dụng
tương quan qua các ngày của phần dư dự đoán. Đây là do cấu trúc hình học vệ tinh
– vật phản xạ - anten lặp lại hằng ngày. Tuy nhiên, lỗi đa đường trong các phép đo
khoảng cách giả như nhau có thể xác định được nếu sử dụng quan sát 2 tần số.
Người ta vẫn chưa tìm ra một mô hình đa đường tổng quát tốt, chủ yếu là do cấu
trúc hình học vệ tinh – vật phản xạ - anten luôn thay đổi. Tuy nhiên, có nhiều ý

tưởng để làm giảm bớt ảnh hưởng của phân tập đa dường. Phương án dễ dàng nhất
là chọn vị trí quan sát không có vật hản xạ ở gần anten thu. Một phương pháp khác
để giảm ảnh hưởng của phân tập đa đường là sử dụng một anten có vòng chêm
( vòng chêm là một mặt phẳng có nhiều vòng kim loại đòng tâm làm suy hao tín
hiệu phản xạ). Vì tín hiệu GPS được sử dụng phân cực tròn quay phải trong khi tín
hiệu phản xạ quay trái, để làm giảm ảnh hưởng của phân tập đa đường cũng có thể
sử dụng anten vói một bộ phân cực phối hợp cho tín hiệu QPS ( quay phải). Tuy
nhiên, nhược điểm của phương pháp này là tín hiệu phân tập đa đường cũng có thể
trở thành phân cực quay phải nếu phản xạ hai lần.
Hình 2.11:Nhiểu đa đường

GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt


24

Khi đo khoảng cách đến mỗi vệ tinh, ta giả sử rằng tín hiệu vệ tinh được
truyền thẳng từ vệ tinh đến anten của máy thu. Nhưng trong thực tế ngoài tín hiệu
trực tiếp này anten máy thu còn nhận được các tín hiệu phản xạ đến từ mặt đất và
các vật thể gần anten qua nhiều đường gián tiếp khác nhau, xen nhiễu vào tín hiệu
trực tiếp, gây ra sai lệch về thời điểm đến của tín hiệu thực sự.
Nếu đường truyền gián tiếp dài hơn đáng kể so với đường truyền trực tiếp

(lớn hơn 10m) để hai mẫu tín hiệu trên tách rời nhau thì ảnh hưởng gây ra bởi nhiễu
đa đường về cơ bản có thể được khắc phục bởi các kỹ thuật xử lý tín hiệu.

.1.5.6 - Sai số do tầng điện ly (ionospheric error):

Hình 2.12:Sai số do tầng điện ly
Tầng điện ly có độ cao từ 50km 1000kmso với mặt đất là nơi xảy ra sự ion
hóa chất khí (do sự tác động của các tia bức xạ mặt trời như tia cực tím và tia X) và
có mật độ điện tử thay đổi theo độ cao. Tầng điện ly được chia thành nhiều lớp con

GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt


25

tùy theo mật độ điện tử như sau: lớp D (50km 90km); lớp E (90km 140km);lớp

F1 (140km 210km);lớp F2(210km 1000km). Trong đó lớp F2 có mật độ điện tử
cao nhất. Độ cao và độ dày các lớp thay đổi theo thời gian do ảnh hưởng thay đổi
bức xạ mặt trời và từ trường trái đất (ví dụ như lớp F1 biến mất vào ban đêm).
Tầng điện ly là một môi trường phân tán (dispersive medium) nên nó làm
gấp khúc (đổi hướng) hay thay đổi tốc độ của tín hiệu GPS. Sai số do làm gấp khúc
tín hiệu khi truyền tín hiệu qua 1 lớp con sẽ không đáng kể nếu góc ngẩng
(elevation angle) của bộ thu lớn hơn 5 0, nhưng sai số do tốc độ tín hiệu bị thay đổi
luôn là một sai số đáng kể. Tầng điện ly làm tăng tốc độ truyền pha sóng mang
nhưng làm giảm tốc độ mã PRN và dữ liệu định vị với cùng một biên độ. Nói cách
khác, tầng điện ly làm kéo dài thời gian truyền mã và dữ liệu định vị đồng thời rút
ngắn thời gian truyền pha sóng mang. Điều này có nghĩa là khoảng cách từ vệ tinh
đến bộ thu của người sử dụng trong phép đo pha của sóng mang sẽ ngắn hơn so với
khoảng cách thực tế,còn khoảng cách từ vệ tinh đến bộ thuqua phép đo mã sẽ dài

hơn so với khoảng cách thực tế.
Tác động của tầng điện ly đến tín hiệu GPS phụ thuộc vào mật độ electron tự
do TEC (Total Electron Content) dọc theo đường truyền tín hiệu GPS. Mật độ điện
tử tự do không cố định mà thay đổi theo từng thời điểm trong ngày (TEC có giá trị
lớn nhất lúc 2 giờ chiều và 10 giờ tối theo giờ địa phương và thấp nhất lúc nữa
đêm), thay đổi theo từng mùa trong năm (mùa đông lớn hơn mùa hè), thay đổi theo
chu kỳ tuần hoàn 11 năm của hệ mặt trời (hoạt động bức xạ của mặt trời đạt cực đại
theo chu kỳ 11 năm (gần nhất là năm 2001) và TEC cũng đạt giá trị cực đại, thay
đổi theo vị trí địa lý trên trái đất (một số vị trí đăc biệt trên trái đất có sự biến đổi
bất thường của TEC như vùng cận xích đạo, vùng cực quang và vùng cực).
Tác động của tầng điện ly đến tín hiệu GPS còn phụ thuộc vào tần số tín
hiệu. Ta đã biết là tầng điện ly tạo ra 1 khoảng delay khi tín hiệu truyền qua nó. Tần

GVHD:Ths Nguyễn Tuấn Kiệt