Báo cáo đề tài Hệ thống định vị GPS

LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, thế giới thông tin ngày càng phát triển một cách đa dạng và phong phú. Nhu cầu về thông tin liên lạc trong cuộc sống càng tăng cả về số lượng và chất lượng, đòi hỏi các dịch vụ của ngành viễn thông cần mở rộng. Trong những năm gần đây thông tin vệ tinh trên thế giới đã có những bước tiến vượt bậc đáp ứng nhu cầu đời sống, đưa con người nhanh chóng tiếp cận với các tiến bộ khoa học kỹ thuật. Sự ra đời của nhiều loại phương tiện tiên tiến như máy bay, tàu vũ trụ đòi hỏi 1 kỹ thuật mà các hệ thống cũ không thể đáp ứng được đó là định vị trong không gian 3 chiều, và như vậy hệ thống định vị toàn cầu- GPS(Global Positioning System) ra đời. Việc ứng dụng công nghệ GPS trong các bài toán quản lý phương tiện giao thông đang trở nên phổ biến trên thế giới. Với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, GPS ngày càng được ứng dụng rộng rãi và có hiệu quả, mang lại giá trị gia tăng cao dựa trên nền tảng của các dịch vụ viễn thông. Ở Việt Nam, các ứng dụng của GPS đã bắt đầu được thử nghiệm trong các lĩnh vực lâm nghiệp, thuỷ lợi, giao thông… tuy nhiên các ứng dụng GPS mang tính tích hợp hệ thống, phục vụ các nhu cầu đặc thù xã hội vẫn chưa được phổ biến. Đặc biệt, việc áp dụng công nghệ GPS trong việc quản lý vị trí và hành trình các tàu đánh bắt cá xa bờ đang trở thành nhu cầu cấp thiết, phục vụ yêu cầu quản lý của các cơ quan nhà nước, hỗ trợ công tác tìm kiếm cứu nạn và cảnh báo thiên tai trên biển. Với mục đích khảo sát, nghiên cứu hệ thống định vị này, nhóm chúng em chọn đề tài “Hệ thống định vị GPS” cho bài tập lớn của mình. Nội dung đề tài gồm 3 chương chính: Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh. Chương 2: Hệ thống định vị toàn cầu GPS. Chương 3: Một số ứng dụng phổ biến của GPS. Trong quá trình tìm hiểu do khối lượng kiến thức đề tài lớn nên dễ xảy ra sai sót khi đưa vào đề tài. Vì vậy rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn. Nhóm thực hiện đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH Giới thiệu về sự ra đời và lịch sử phát triển của hệ thống GPS. Sự ra đời Sự ra đời của những phương tiện vận chuyển như máy bay, và những con tàu vũ trụ đòi hỏi điều khiển những thiết bị đó trong không gian ba chiều. Những phương pháp dẫn đường và những hệ thống dẫn đường vô tuyến điện như khái quát ở trên chỉ dùng cho việc dẫn dắt các tàu thủy đã trở thành lỗi thời và không phù hợp với việc điều khiển các thiết bị chuyển động trong không gian ba chiều vì những hệ thống đương thời chỉ xác định được vị trí theo 2 chiều không gian. Trước những đòi hỏi về kỹ thuật đó nhiều nhà khoa học đã được chính phủ Mỹ tài trợ để thực hiện nghiên cứu hệ thống dẫn đường dựa trên vũ trụ. Lịch sử phát triển Thập niên 1920: Ra đời hệ thống dẫn đường vô tuyến. Đầu Đại chiến thế giới 2: LORAN, hệ thống dẫn đường áp dụng phương pháp đo độ lệch thời gian của tín hiệu sóng vô tuyến, do Phòng thí nghiệm Bức xạ Đại học MIT (MIT Radiation Laboratory). LORAN cũng là hệ thống định vị trong mọi điều kiện thời tiết thực sự đầu tiên nhưng hai chiều(kinh độ và vĩ độ). Năm 1957: Vệ tinh Sputnik của Nga được phóng lên vũ trụ. Đại học MIT cho rằng tín hiệu vô tuyến điện của vệ tinh có thể tăng lên khi chúng tiếp cận trái đất và giảm đi khi rời khỏ trái đất và do vậy có thể truy theo vị trí từ mặt đất. Năm 1959: TRANSIT, hệ thống dẫn đường dựa trên vệ tinh hoạt động đầu tiên, do Phòng thí nghiệm vật lý ứng dụng Johns Hopkins phát triển dưới sự chỉ đạo của TS Richard Kirschner. Mặc dù khởi đầu Transit được chế tạo để hỗ trợ cho đội tàu ngầm của Mỹ nhưng những công nghệ này đã được phát triển có ích trở thành Hệ thống định vị toàn cầu. Vệ tinh Transit đầu tiên được phóng lên vũ trụ vào năm 1959. Năm 1960: Hệ thống dẫn đường đo hiệu thời gian ba chiều (kinh độ, vị độ và độ cao longitude, latitude and altitude) đầu tiên do Raytheon Corporation đề xuất theo yêu cầu của Air Force để làm hệ thống dẫn đường sẽ được sử dụng với (with a proposed ICBM) có thể đạt tới độ lưu động bằng chạy trên một hệ thống đường ray. Hệ thống dẫn đường được trình bày là MOSAIC (Mobile System for Accurate ICBM Control). Ý tưởng này bị hỏng khi chương trình Mobile Minuteman bị hủy bỏ vào năm 1961. Năm 1963: Tổng công ty Aerospace Corporation thực hiện nghiên cứu về hệ thống không gian làm cơ sở cho hệ thống dẫn đường cho phương tiện chuyển động nhanh theo ba chiều không gian. Việc nghiên cứu này trực tiếp dẫn tới khái niệm về hệ thống định vị toàn cầu. Khái niệm liên quan đến việc đo thời gian tới của tín hiệu sóng vô tuyến được phát đi từ vệ tinh có vị trí chính xác đã biết. Đo thời gian sẽ cho khoảng cách tới vị trí vệ tinh đã biết và lần lượt có thể xác định được vị trí của người sử dụng. Năm 1964 Timation, hệ thống vệ tinh hải quân, được phát triển dưới sự chỉ đạo của Roger Easton ở Phòng nghiên cứu Hải quan (Naval Research Lab, NRL) để cải thiện đồng hồ có tính ổn định cao, khả năng truyền thời gian, và dẫn đường 2 chiều. Hoạt động của Timation theo tiêu chuẩn thời gian chuẩn vũ trụ đã cung cấp cơ sở quan trọng cho hệ thống định vị toàn cầu. Vệ tinh Timation đầu tiên được phóng lên vũ trụ vào tháng 5 năm 1967. Năm1968: Bộ Quốc phòng Mỹ (DoD, Department of Defence, USA) thành lập một ủy ban gọi là Ủy ban Thự hiện Vệ tinh Dẫn đường (NAVSEC, Navigation Satellite Executive Committee) để phối hợp nỗ lực của các nhóm dẫn đường vệ tinh (Transit của Hải quân, Chương trình Timation, và SECOR của Quân đội, hay còn gọi là Hệ thống đồng tương quan khoảng cách chuỗi (Sequential Correlation of Range System). NAVSEC ký hợp đồng một số nghiên cứu để làm sáng tỏ khái niệm dẫn đường vệ tinh cơ bản. Những nghiên cứu này về một số vấn đề chính xung quanh khái niệm như lựa chọn tần số sóng mang (dải L đối lập với dải C), thiết kế cấu trúc tín hiệu, và lựa chọn định hình quỹ đạo vệ tinh. Năm 1969-1972 NAVSEC quản lý các thảo luận khái niệm giữa các nhóm dẫn đường vệ tinh khác nhau. APL Hải quân ủng hộ nhóm Transit mở rộng, trong khi NRL Hải quân ủng hộ cho Timation mở rộng, còn Air Force thì ủng hộ cho “chòm sao đồng bộ mở rộng”, tức dự án ‘Hệ thống 621B’. Tháng 4 năm 1973 Thứ trưởng Bộ Quốc phòng quyết định thiết lập một chương trình hợp tác ba dịch vụ để thống nhất những khái niệm khác nhau về định vị và dẫn đường thành một hệ thống Bộ quốc phòng hỗn hợp gọi là Hệ thống vệ tinh dẫn đường quốc phòng (Defense Navigation Satellite System). Air Force được chỉ định làm người quản lý (điều hành) chương trình. Hệ thống mới được phát triển qua văn phòng chương trình kết hợp (joint program office), với sự tham gia của tất cả quan chủng quốc phòng. Đại tá Brad Parkinson được chỉ định làm người chỉ đạo văn phòng chương trình kết hợp và được đặt trọng trách phát triển kết hợp khái niệm ban đầu về hệ thống dẫn đường dựa trên không gian (space-based navigation system) Tháng 8 năm 1973 Hệ thống đầu tiên được trình bày tới Hội đồng Thu nhận và Thẩm định Hệ thống Quốc phòng (Defense System Acquisition and Review Council, DSARC) bị từ chối thông qua. Hệ thống được trình lên DSARC được gói gọn trong Hệ thống 621B của Air Fore và không đại diện cho chương trình kết hợp. Mặc dù có người ủng hộ ý tưởng của hệ thống dẫn đường dựa trên vệ tinh mới nhưng Văn phòng Chương trình Kết hợp đã được thúc đẩy khẩn trương tổng quát hóa khái niệm bao gồm xem xét và yêu cầu tất cả các binh chủng quốc phòng. Ngày 17/12/1973 Một khái niệm mới được trình tới DSARC và được thông qua để thực hiện và cấp kinh phí là hệ thống NAVSTAR GPS, đánh dấu khởi đầu công nhận khái niệm (ý tưởng) (Giai đoạn I của chương trình GPS). Khái niệm mới thực sự là một hệ thống dàn xếp (thỏa hiệp – compromise system) do Đại tá Parkinson thương lượng đã kết hợp tốt nhất giữa tất cả những khái niệm và công nghệ dẫn đường vệ tinh có sẵn. Cấu hình hệ thống được thông qua bao gồm 24 vệ tinh chuyển động trong những quỹ đạo nghiêng chu kỳ 12 giờ đồng hồ. Tháng 6 năm 1974 Hãng Rockwell International được chọn làm nhà cung cấp vệ tinh cho chương trình GPS. Ngày 14 tháng 7 năm 1974 Vệ tinh NAVSTAR đầu tiên được phóng lên vũ trụ. Vệ tinh này được chỉ định là Vệ tinh Công nghệ Dẫn đường (NTS) số 1, về cơ bản đây là vệ tịnh Timation tân trang lại do NRL đóng. Vệ tinh thứ hai (là vệ tinh cuối cùng) của nhóm NTS được phóng vào năm 1977. Những vệ tinh này được sử dụng cho việc đề xuất đánh giá khái niệm (ý tưởng) và thực hiện những đồng hồ nguyên tử đầu tiên đã được phóng vào trong không gian (vũ trụ). Năm 1977: Thực hiện kiểm tra thiết bị người sử dụng ở Yuma, Arizona. Ngày 22/2/1978: Vệ tinh Block I đầu tiên được phóng. Toàn bộ 11 vệ tinh Block I được phóng trong khoảng thời gian 1978 và 1985 trên Atlas-Centaur. Những vệ tinh Block I do Rockwell International xây dựng được coi là những vệ tinh mẫu phát triển được dùng để kiểm tra hệ thống. Bị mất một vệ tinh do phóng trượt. 26/4/1980: Phóng vệ tinh GPS đầu tiên thực hiện những bộ cảm ứng Hệ thống phát hiện tiếng nổ hạt nhân hoạt động tổng hợp (Integrated Operational Nucluear Detonation Detection System (IONDS) sensors). Năm 1982: Bộ Quốc phòng thông qua quyết định giảm số vệ tinh của chòm vệ tinh GPS từ 24 xuống 18 tiếp theo sau tái cấu tạo lại chương trình chính do Quyết định 1979 của Văn phòng Thư ký Bộ Quốc phòng gây ra để cắt giảm kinh phí 500 triệu đô la (khoảng 30%) từ ngân sách cho giai đoạn năm tài chính FY81-FY86. Ngày 14/7/1983 Phóng vệ tinh GPS đầu tiên thực hiện hệ thống dò tìm tiếng nổ hạt nhân (NDS) mới hơn. Ngày 16/9/1983 Theo (the Soviet downing of Korean Air flight 007), tổng thống Reagan hứa cho GPS được sử dụng cho các máy bay dân dụng hoàn toàn miễn phí khi hệ thống đưa vào sử dụng. Sự kiện này đánh dấu sự bắt đầu lan tỏa công nghệ GPS từ quân sự sang dân sự. Năm 1984: Khảo sát trở thành một thị trường GPS thương mại đầu bảng được nâng cánh! Để bù cho số vệ tinh giới hạn có sẵn trong quá trình phát triển chòm vệ tinh, các nhà khảo sát đã chuyển qua số kỹ thuật nâng cao độ chính xác bao gồm kĩ thuật GPS Vi phân (DGPS) và kỹ thuật truy theo pha sóng mang (carrier phase tracking). Tháng 4 1985 Hợp đồng thiết bị người sử dụng chính đầu tiên được giao cho JPO. Hợp đồng bao gồm việc nghiên cứu, phát triển cũng như lựa chọn sản xuất các máy thu GPS dùng cho máy bay, tàu thủy và máy thu xách tay (gọn nhẹ). Năm 1987: Bộ Quốc phòng chính thức yêu cầu Bộ Giao thông (Department of Transport, DoT) có trách nhiệm thiết lập và cung cấp một văn phòng đáp ứng nhu cầu người sử dụng dân sự về thông tin GPS, dữ liệu và hỗ trợ kỹ thuật. Tháng 3/1988 Thư ký Air Force thông báo về việc mở rộng chòm GPS tới 21 vệ tinh cộng thêm 3 vệ tinh dự phòng. Ngày 14/2/1989: Vệ tinh đầu tiên của các vệ tinh Block II đã được phóng từ Cape Canaveral AFT, Florida, trên dàn phóng Delta II (Delta II booster). Phi thuyền con thoi (Space Shuttle) làm bệ phóng theo kế hoạch cho các vệ tinh Block II được Rockwell Intenational đóng. Tiếp theo tai nạn Challenger 1986, Văn phòng Chương trình Kết hợp (JPO) xem xét lại và đã sử dụng Delta II làm bệ phóng vệ tinh GPS. SA (Selective Availabity) và AS (Anti-spoofing). Ngày 21/6/1989: Hãng Martine Marietta (sau khi mua xong General Electric Astro Space Division vào năm 1992) được thắng hợp đồng xây dựng 20 vệ tinh bổ sung (Block IIR). Chiếc vệ tinh Block IIR đầu tiên sẵng sàng để phóng vào cuối năm 1996. Năm 1990: Hãng Trimble Navigation, nhà sản xuất bán máy thu GPS hàng đầu thế giới được thành lập năm 1978 hoàn thành loạt sản phẩm ban đầu. Ngày 25/3/1990: Do theo Kế hoạch Dẫn đường Vô tuyến Liên bang, lần đầu tiên khởi động (kích hoạt) SA (Selective Availability) làm giảm độ chính xác dẫn đường GPS có chủ định. Tháng 8/1990: SA được tắt đi trong chiến tranh vịnh Ba tư (Persian Gulf War). Những yếu tố đóng góp vào quyết định tắt SA bao gồm việc phủ sóng ba chiều có giới hạn được chòm NAVSTAR cung cấp trong quỹ đạo vào thời gian đó và sớ máy thu mã số chính xác (Precision (P)-code) trong bản kiểm kê của DoD. DoD đã mua hàng nghìn máy thu GPS dân dụng ngay sau đó không lâu đã dùng cho lực lượng liên minh trong cuộc chiến tranh. Hệ GPS là hệ thống bao gồm các vệ tinh bay trên quỹ đạo, thu thập thông tin toàn cầu và được xử lý bởi các trạm điều khiển trên mặt đất. Ngày nay, khó hình dung rằng có một máy bay, một con tàu hay phương tiện thám hiểm trên bộ nào lại không lắp đặt thiết bị nhận tín hiệu từ vệ tinh. Hệ GPS là hệ thống dẫn đường bằng vệ tinh do Hoa Kỳ kiểm soát và duy trì hoạt động. Những vệ tinh trị giá nhiều tỷ USD này bay phía trên trái đất ở độ cao 20.200 km (11.900 NM ), với tốc độ chừng 11.200 km/h, có nhiệm vụ truyền đi các tín hiệu radio tần số thấp tới các thiết bị thu nhận. Từ những năm đầu thập kỷ 80, các nhà sản xuất lớn chú ý nhiều hơn đến đối tượng sử dụng tư nhân. Trên các xe hơi hạng sang, những thiết bị trợ giúp cá nhân kỹ thuật số PDA (Personal Digital Assistant), được coi là một trang bị tiêu chuẩn, thể hiện giá trị của chủ sở hữu. Vệ tinh GPS đầu tiên được phóng năm 1978. Mỗi vệ tinh được làm để hoạt động tối đa là 10 năm. Vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1500 kg và dài khoảng 17 bộ (5m) với các tấm năng lượng Mặt Trời mở (có độ rộng 7 m²). Công suất phát bằng hoặc dưới 50 watts. Hệ thống dẫn đường vô tuyến (Radio Navigation) Nguyên lý hoạt động Áp dụng nguyên lý tính toán thời gian truyền sóng vô tuyến từ vệ tinh đến máy thu định vị đặt trên đối tượng cần xác định để xác định khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu định vị đó. Ta biết rằng tốc độ sóng vô tuyến trong không gian gần bằng vận tốc ánh sáng (3.108 m/s), nếu máy thu có thể xác định chính xác thời gian khi vệ tinh bắt đầu gửi đoạn tin và thời gian máy thu nhận được đoạn tin đó từ đó có thể xác định được khoảng cách giữa máy thu và vệ tinh theo biểu thức: R=c.∆T với R: khoảng cách thừ vệ tinh đến máy thu. (m) c : Vận tốc ánh sáng. (c= 3.108 m/s) T : Thời gian truyền sóng từ máy phát đên máy thu. (s) Như vậy để thực hiện thì phải đồng bộ chính xác giữa vệ tinh và máy thu GPS thì máy phát ở vệ tinh và máy thu GPS có các mã định thời giả ngẫu nhiên đồng nhất. Mỗi vệ tinh sẽ liên tục phát mã đồng bộ của chúng một cách chính xác, máy thu GPS sau khi thu được mã đồng bộ phát từ vệ tinh nó sẽ thực hiện so sánh với mã tạo ra để xác định thời gian truyền sóng. Hiệu số thời gian đó nhân với tốc độ truyền sóng sẽ cho ra kết quả khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh. Hình 1.3 mô tả quá trình so sánh mã của vệ tinh và mã của máy thu GPS để xác định thời gian truyền sóng.
Hình 1.3 Quá trình so sánh mã của vệ tinh và mã của máy thu GPS Đặc điểm của hệ thống Thiết bị đơn giản rẻ tiền, dễ thao tác. Tầm hoạt động bị hạn chế, độ chính xác không cao, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Thời điểm đo, nhiệt độ, độ ẩm của không khí ảnh hưởng tới quá trỡnh truyền lan súng điện từ. Vị trí cần xác định tọa độ, ảnh hưởng của địa hỡnh phức tạp tới sự lan truyền của tia sóng. Để tăng tầm hoạt động của hệ thống, người ta thường liên kết từng cụm gồm 3 trạm đèn hiệu vô tuyến thành từng chuỗi hệ thống. Khi đó độ phủ sóng của hệ thống rộng hơn một trạm đơn lẻ, thường vào khoảng 1000 dặm. Cơ sở của phép định vị bằng vệ tinh. Để xác định vị trí của một vật thể bằng vệ tinh (định vị điểm) ta cần sử dụng vệ tinh làm các điểm tham chiếu, nghĩa là ta cần tính được khoảng cách từ vật thể đến các vệ tinh này (Hình 1.3a). Ở đây ta đã biết trước vị trí rj của vệ tinh thứ j (phát ra tín hiệu) và muốn xác định vị trí Ri của anten thứ i (thiết bị thu tín hiệu vệ tinh) do đó ta cần phải đo vector cự ly eij ρ Ij giữa 2 vị trí nói trên (eij là vector đơn vị). Khi đó tùy thuộc vào cách thức đo vector cự ly, chúng ta có thể có những kỹ thuật định vị vệ tinh khác nhau và xác định được vị trí của anten thứ i theo công thức sau: Ri=rj -eij ρij
Hình 1.3a: Vị trí các vật thể được xác định qua 4 phép đo Do vị trí của vệ tinh thay đổi theo thời gian nên việc dự đoán một cách chính xác vị trí của vệ tinh rj(t) tại một thời điểm nào đó là rất khó khăn. Nhiệm vụ dự đoán quỹ đạo hay lịch thiên văn (ephemeris) của vệ tinh đòi hỏi phải có kiến thức đặc biệt về động lực học vệ tinh mà người vận hành hệ thống cần phải quan tâm. Giả sử ta bỏ qua sai số đồng hồ máy thu trên vật thể i và đo được cự ly từ vật thể i đến vệ tinh 1 là ρi1, nghĩa là vật thể i đang nằm trên một mặt cầu (S1) có tâm là vệ tinh 1 (C1) và bán kính là ρi1. Tiếp theo ta thực hiện phép đo cự ly từ vật thể i đến vệ tinh 2 và nhận được kết quả là ρi2, điều này cho chúng ta biết rằng vật thể i không chỉ nằm trên mặt cầu (S1) mà còn nằm trên mặt cầu (S2) cách vệ tinh 2 (C2) một khoảng cách là ρi2. Nói cách khác, vật thể i sẽ nằm trên đường tròn (O) do 2 mặt cầu (S1), (S2) cắt nhau tạo ra. Nếu chúng ta tiếp tục đo được cự ly từ vật thể i đến vệ tinh 3 là ρi3 thì vị trí chính xác của nó là một trong hai giao điểm P1, P2 của mặt cầu (S3) với đường tròn (O), như ở hình 1.3. Như vậy, bằng các phép đo cự ly từ vật thể i đến 3 vệ tinh, ta có thể xác định được 2 vị trí có thể có của nó trong không gian. Để xác định vị trí nào là vị trí thật ta có thể thực hiện 1 phép đo bổ sung, tuy nhiên 1 trong 2 vị trí tính được từ phép đo này sẽ cho một kết quả không phù hợp (hoặc là ở rất xa trái đất, hoặc là chuyển động với vận tốc vô cùng lớn) và do đó có thể bỏ qua mà không cần phải thực hiện phép đo này.Ba phép đo cự ly ở trên cho ta 3 phương trình độc lập với nhau cần thiết để xác định 3 ẩn số. 3 ẩn số này là tọa độ (x, y, z) của vật thể i trong không gian ba chiều.
Hình 1.3b: Định vị điểm bằng vệ tinh Khi kể đến sai số đồng hồ máy thu, tất cả các phép đo cự ly đồng thời đều bị lệch bởi giá trị sai số này. Do đó, trong bất kỳ một tập hợp các phép đo cự ly đồng thời nào, chúng ta cũng cần phải xác định đầy đủ 4 ẩn số (3 ẩn số vị trí, 1 ẩn số thời gian), nghĩa là cần 4 phương trình hay 4 phép đo cự ly đến vệ tinh để xác định vị trí duy nhất của vật thể. Nguyên lý đo cự ly trong phép định vị vệ tinh Mã giả ngẫu nhiên (Pseudo Random Code - PRC) Là thành phần cơ bản của GPS, gồm các mã số (digital code) rất phức tạp, hay nói cách khác nó là một chuỗi liên tiếp các xung nhị phân “0” và “1” (hình1.4). Hình 1.41: Mã giả ngẫu nhiên PRC Tín hiệu này phức tạp gần như là các nhiễu điện từ ngẫu nhiên nên được gọi là mã giả ngẫu nhiên. Nó có nhiệm vụ bảo đảm cho máy thu không đồng bộ ngẫu nhiên với tín hiệu khác. Ngoài ra, do mỗi vệ tinh có một mã PRC duy nhất riêng biệt nên điều này cũng bảo đảm rằng máy thu sẽ không tình cờ bắt được tín hiệu của vệ tinh khác, vì vậy các vệ tinh có thể sử dụng cùng tần số mà không làm nhiễu lẫn nhau. Không những vậy, việc sử dụng mã PRC này còn giúp cho quá trình xử lý và khuếch đại tín hiệu dựa trên lý thuyết thông tin được thực hiện dễ dàng hơn, giúp tối ưu hóa anten thu và tiết kiệm chi phí. Đo cự ly bằng sóng xung và sóng liên tục Các hệ thống đo cự ly thường dùng các tín hiệu xung hoặc các tín hiệu sóng liên tục. Mỗi phương pháp đều có những ưu khuyết điểm riêng và đều có thể sử dụng trong phép đo một chiều hoặc hai chiều. Hệ thống định vị vô tuyến toàn cầu là hệ thống đo cự ly một chiều có khả năng sử dụng cả hai loại: sóng xung và sóng liên tục. Nguyên lý đo cự li cơ bản Bằng cách xác định khoảng thời gian truyền tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu ta có thể tính toán được cự ly giữa chúng nhờ vào công thức: Cự ly = vận tốc x thời gian ( = c.t) Vấn đề ở đây là làm sao tính toán được thời gian truyền tín hiệu giữa chúng. Để thực hiện điều này chúng ta giả sử rằng cả vệ tinh và máy thu đều phát ra các mã PRC giống nhau vào cùng một thời điểm. Lúc này tại máy thu ta nhận được 2 phiên bản mã không đồng thời, 1 phiên bản mã của máy thu và 1 phiên bản mã từ vệ tinh sẽ đến trễ hơn một khoảng thời gian do phải trải qua một quảng đường khá xa từ vệ tinh đến máy thu. Như vậy dựa vào khoảng thời gian trễ trên ta có thể xác định được cự ly một cách dễ dàng.
Thời trễ được xác định bằng cách sử dụng nguyên lý tương quan tín hiệu ngẫu nhiên trong máy thu tương quan (correlator). Giả cự ly là cự ly đo được giữa vệ tinh và máy thu khi kể đến các sai số đồng hồ (đồng hồ máy thu và vệ tinh) cũng như các nguồn sai số