Từ năm 1990 cho tới nay công nghệ GPS đã được cải tiến khá nhiều để đạt được các thành tựu mới về độ chính xác và về mở rộng phạm vi kỹ thuật. Nói chung các thay đổi chủ yếu về kỹ thuật GPS là:
•Số lượng vệ tinh đã nâng từ 18 lên 32 tạo nên số lượng trị đo nhiều hơn trên mỗi điểm đo;
•Chất lượng tín hiệu vệ tinh tốt hơn nhiều lần, không gây các gián đoạn trong thu tín hiệu như trước đây;
•Máy thu được cải tiến về đồng hồ để nâng cao độ chính xác về thời gian;
•Antenna được cải tiến để có độ nhậy cao hơn và khắc phục các sai số nhiễu tín hiệu do môi trường, đặc biệt là các nhiễu do tín hiệu phản xạ từ các vật đặt quanh antenna;
•Phần mềm xử lý các base line được cải tiến để nâng cao việc hạn chế sai số do quỹ đạo vệ tinh, sai số của tầng bình lưu.
Các thành quả chủ yếu của công nghệ GPS được nâng cao từ năm 1990 cho đến nay như sau:
I.6.1 Nâng cao độ chính xác đo tĩnh thông qua các biện pháp hạn chế sai số đo Trong công nghệ GPS có một số nguồn sai số chủ yếu và các biện pháp khắc phục đã được áp dụng như sau:
Sai số do quỹ đạo vệ tinh: Đây là nguồn sai số khá lớn nhưng tác động chủ yếu vào toạ độ tuyệt đối xử lý theo phương pháp PseudoRange. Vì vậy, thông thường toạ độ tuyệt đối trong hệ WGS-84 quốc tế chỉ có thể xác định được với độ chính xác khoảng từ 10 m tới100 m. Toạ độ này có vai trò rất quan trọng trong việc tính toán gia số toạ độ ∆X, ∆Y, ∆Z của các base line. Nếu độ chính xác toạ độ tuyệt đối của một đầu base line tăng được từ 100m tới 2m thì độ chính xác của ∆X, ∆Y, ∆Z có thể tăng thêm được 1 dm. Chính vì vậy người ta cần có toạ độ gần đúng trong hệ WGS-84 tới cỡ 2 m để có được các base line có độ chính xác cao. Để khắc phục các sai số này người ta đã sử dụng các biện pháp sau:
Có được lịch vệ tinh chính xác tại thời điểm đo: Lịch vệ tinh chính xác có thể có được nếu yêu cầu NASA hoặc IGS cung cấp, nhưng cách này không tiện dùng vì phải chờ đợi trong thời gian không ngắn.
Quan trắc liên tục trong 24 giờ: tức là 2 vòng quỹ đạo của 32 vệ tính có thể hiệu chỉnh được lịch vệ tinh thông qua các phần mềm xử lý PseudoRange mới, độ chính xác đạt được tới 1 m. Độ chính xác này đã được thử nghiệm tại Việt nam và đã so sánh kết quả đo toạ độ tuyệt đối với kết quả lan truyền toạ độ theo các base line từ 1 điểm gốc toạ độ tuyệt đối cũng như với toạ độ đo nối với lưới IGS quốc tế.
Sử dụng hệ thống DGPS toàn cầu do OMNI STAR cung cấp theo công nghệ RTCM với các số hiệu chỉnh toạ độ được cung cấp từ hệ thống các trạm định vị cố định toàn cầu. Công nghệ này cũng đã được thử nghiệm tại Việt nam và cho độ chính xác đạt tới 1 m như lý thuyết đã dự báo.
Sai số do môi trường truyền sóng: Môi trường chuyền sóng gây nên 3 loại sai số chủ yếu trong quá trình sóng mang chuyển từ vệ tinh tới máy thu:
Sai số do tầng Ion gây ra: đây là sai số do hiện tượng khúc xạ tia sóng đi từ khoảng không vũ trụ vào tầng đầu tiên của khí quyển. Sai số này không gây ảnh hưởng lớn tới kết quả đo trong khoảng cách ngắn mà chỉ có ý nghĩa trên khoảng cách dài. Để khắc phục người ta đã sử dụng tần số thứ hai khi đo đạc trên khoảng cách dài.
Sai số do tầng đối lưu gây ra: đây là hiện tượng khúc xạ tia sóng đi trong lớp khí quyển gần mặt đất. Sai số này có tác động chủ yếu cho khoảng cách ngắn mà không đáng kể trên khoảng cách dài. Trước đây người ta yêu cầu đo nhiệt độ, áp suất, độ ẩm để tính số hiệu chỉnh. Đến nay các phần mềm đã sử dụng số hiệu chỉnh theo mô hình tầng đối lưu tạo độ chính xác cao hơn sử dụng các số hiệu chỉnh do nhiệt độ, áp suất, độ ẩm.
Sai số nhiễu tín hiệu do môi trường: sai số này có 2 nguồn gây ra: một là do các nguồn phát sóng ngắn quanh máy thu gây ra như các đài truyền hình và hai là do sóng GPS phản xạ từ các vật thể đặt quanh antenna. Để khắc phục sai số này người ta đã cải tiến các antenna có độ nhậy cao hơn, có khả năng chống nhiễu và đặt thêm các bộ lọc trong phần mềm (cả firmware và software).
Sai số do đồng hồ máy thu: Độ chính xác đồng hồ và đồng bộ thời gian giữa đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu có ý nghĩa rất quan trọng trong việc nâng cao độ chính xác kết quả đo GPS. Tất nhiên cải tiến đồng hồ máy thu là một việc có thể làm ngay được, ví dụ như lắp đặt các đồng hồ nguyên tử như trên vệ tinh, nhưng như vậy không ai chấp nhận được giá thành máy thu. Người ta chỉ có thể cải tiến các đồng hồ thạch anh trong máy thu để có khả năng ổn định hơn trong giai đoạn đã đồng bộ với đồng hồ vệ tinh.
Đến nay các nguồn sai số nói trên đã được khắc phục đáng kể, tạo được các base line có độ chính xác cao hơn nhiều so với giai đoạn 1990. Các trị đo GPS cạnh dài đã nâng được độ chính xác từ cỡ 1/20.000.000 vào giai đoạn 1990 đến 1/200.000.000 như hiện nay đạt được.
I.6.2 Nâng cao độ chính xác tính toán nhờ các thuật toán mới
Phương pháp xử lý số liệu góp phần rất quan trọng trong việc loại trừ các sai số đo. Người ta tập trung vào 2 giải pháp sau đây:
Trong xử lý số liệu GPS người ta quan tâm tới hiệu các trị đo có thể có được để loại trừ sai số, trong đó có hiệu bậc nhất là hiệu trị đo giữa các thời điểm thu tín hiệu của 1 vệ tinh, hiệu bậc hai là hiệu trị đo giữa các vệ tinh và hiệu bậc 3 là hiệu trị đo giữa các điểm mặt đất. Sử dụng hiệu bậc mấy để có một lời giải base line chứa sai số đo ít nhất là một quá trình đạt nhiều tiến bộ theo thời gian. Hãng GPS hàng đầu TRIMBLE đã đưa ra phần mềm TRIMVEC+ cho xử lý các base line trong giai đoạn 1990 - 1994, đến 1995 họ đã thay thế bằng phần mềm Wave Processor có hiệu quả cao hơn nhiều.
Vấn đề lọc nhiễu là một kỹ thuật phức tạp trong xử lý số liệu vệ tinh, theo thời gian người ta đã đưa ra các bộ lọc hoàn chỉnh hơn để sao cho trong trị đo chỉ còn nhiễu ngẫu nhiên. Trong phần mềm mới GPSurvey của hãng TRIMBLE đã đưa được vào nhiều bộ lọc mới tạo hiệu quả đáng kể trong xử lý các base line.
I.6.3 Nâng cao khả năng công nghệ của GPS
Trong việc thành lập các lưới trắc địa chúng ta chỉ quan tâm tới phương pháp đo tĩnh. Như trên giới thiệu, phương pháp này đã cho chúng ta một độ chính xác GPS
hiện nay cao hơn tới 10 lần cho đo tương đối và 100 lần cho đo tuyệt đối so với độ chính xác đạt được trong khoảng 5 năm trước đây. Ngoài ra công nghệ GPS đã được phát triển cho nhiều loại hình đo đạc khác nữa để áp dụng cho nhiêù mục tiêu khác nhau như:
• RTK cho đo động với thời gian thực giữa trạm tĩnh và trạm động đạt được độ chính xác tới 1 cm cho mục tiêu lập bản đồ tỷ lệ lớn;
• RTCM cho đo động với số hiệu chỉnh toạ độ được gửi từ trạm tĩnh tới trạm động đạt được độ chính xác cỡ 1 m cho mục tiêu lập bản đồ tỷ lệ trung bình;
• MSK cho đo động tương tự như RTK cho khoảng cách dài (tới 5000 km) đạt độ chính xác cỡ 1 m;
• Một số phương pháp Postprocessing Kinematic cho độ chính xác cỡ 1 dm .