thiết kế bộ thu mềm cho các hệ thống dẫn đường sử dụng vệ tinh tiên tiến

Nội dung trình bày • Tổng quan về công nghệ GNSS • Các hệ thống GNSS tiên tiến • Bộ thu mềm GNSS • Các công nghệ xử lý tín hiệu tiên tiến • Các kết quả ban đầu trong việc phát triển bộ t

Trang 1

THIẾT KẾ BỘ THU MỀM CHO CÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG

SỬ DỤNG VỆ TINH TIÊN TIẾN

Trang 2

Nội dung trình bày

•  Tổng quan về công nghệ GNSS

•  Các hệ thống GNSS tiên tiến

•  Bộ thu mềm GNSS

•  Các công nghệ xử lý tín hiệu tiên tiến

•  Các kết quả ban đầu trong việc phát triển

bộ thu mềm đa hệ thống GPS/Galileo

•  Một số gợi ý về hướng nghiên cứu trong lĩnh vực GNSS

Trang 3

Tổng quan về công nghệ GNSS

3

Where am I? How do I get to my destination? These questions are as old

as the history of mankind

Trang 4

(x,y,z)

•  Sử dụng vệ tinh để truyền sóng radio định vị

•  Số vệ tinh tối thiểu: 3

Trang 5

Truyền xung A, tại thời điểm t A S

X/đ thời điểm xung A đến Rx t A u

Ẩn số thứ 4 => Cần thêm 1

Trang 6

Xung định vị

•  Mã trải phổ, giả ngẫu nhiên:

–  Tính chất: Hàm tự tương quan ~ 1, tương quan chéo ~ 0 –  Họ mã: M-sequence, Gold code, and Kasami code, Memory code…

–  Mỗi mã được gán duy nhất với 1 vệ tinh

Trang 7

– Tuyến tính hóa bằng khai triển Taylor

– Sử dụng thuật toán Least Mean Square để

giải phương trình tuyến tính

Trang 8

Các nguồn gây lỗi (1/2)

•  Geometric Dilution Of Precision (GDOP): ảnh hưởng bởi yếu tố hình học đến chất lượng định vị:

Trang 9

Các nguồn gây lỗi (2/2)

Trang 10

–  Lưu vết đối tượng

–  Dịch vụ hướng vị trí (Location Based Services - LBS)

•  Chuyên sâu:

–  Trắc địa, bản đồ

–  Giám sát môi trường

–  Nghiên cứu về tầng khí quyển

–  Phương tiện tự hành

–  Đồng bộ thời gian trong các hệ thống viễn thông, giao dịch điện tử

Trang 11

•  Các hệ thống GNSS tiên tiến

Trang 12

Các hệ thống GNSS tiên tiến

Kiến trúc chung (1/2)

Các thành phần: Chức năng:

Trang 13

Các hệ thống GNSS tiên tiến

Kiến trúc chung (2/2)

Trang 15

•  Dân dụng: L1C, L2C, L5 (Safety of Life)

•  Quốc phòng: M code

Trang 17

–  Safety of life: dịch vụ được bảo đảm

–  Public Regulated Navigation (Encrypted): phục vụ cho cơ quan chính phủ, quân đội

–  Search And Rescue: truyền thông 2 chiều phục vụ tìm kiếm, cứu hộ

•  Tín hiệu:

–  E1, E5(E5a/E5B), E6

Trang 18

– 12/2010: lần phóng 3 vệ tinh cuối cùng thất bại

=> lùi thời hạn hoàn thành đến 2011

Trang 19

•  Sử dụng công nghệ CDMA

•  Bổ sung thêm tín hiệu dân dụng tại các tần số L1, L2, L3, L5

Trang 20

Hệ thống Beidou (1/2)

•  Mốc thời gian:

– 2000 - 2003: Hệ thống thử nghiệm với 3 vệ tinh – 2012: Hệ thống Beidou khu vực bao phủ lãnh thổ Trung Quốc

– 2020: Hệ thống toàn cầu Beidou đi vào sử dụng

Trang 21

Hệ thống Beidou (2/2)

Trang 22

Các tín hiệu GNSS

Trang 23

•  Bộ thu mềm GNSS

Trang 24

Bộ thu mềm GNSS Kiến trúc bộ thu

Bộ thu truyền cứng ASIC

Bộ thu mềm

Trang 25

Bộ thu mềm GNSS

•  Phần front-end

Trang 26

Bộ thu mềm GNSS

•  Phần xử lý tín hiệu số được thực hiện

thông qua các mô-đun phần mềm triển

khai trên các vi xử lý có thể lập trình được:

– DSP, FPGA, Embedded System, PC-based…

Trang 27

Ví dụ: bộ thu phần mềm N-Gene

Trang 28

•  Các công nghệ xử lý tín hiệu tiên tiến

Trang 29

Các công nghệ xử lý tín hiệu tiên tiến

•  Các phương pháp phối hợp sau bộ tương quan

•  Các phương pháp phối hợp đa kênh trên

một tần số

•  Các phương pháp phối hợp đa kênh trên

nhiều tần số

•  Hiện tượng tương quan chéo trong bộ

tương quan sử dụng bộ lọc đối sánh

Trang 30

•  Đặt vấn đề:

Các p2 phối hợp sau bộ tương quan (1/4)

Trang 31

độ phân giải Doppler

• Bị ảnh hưởng bởi sự đổi chiều bit

• Không bị ảnh hưởng bởi sự đổi chiều bit

Phối hợp vi sai (differential)

Trang 32

•  Phương pháp đề xuất: Phối hợp vi sai tổng

quát (Generalized Differential Integration)

RM RM-1 RM-2 R

Trang 33

Độ nhạy

•  Phương pháp đề xuất cải

thiện 2-dB

Độ phức tạp: MAT

Trang 34

Các p2 phối hợp đa kênh trên một tần số

Đặt vấn đề

•  Tín hiệu GNSS thường bao gồm 2 kênh:

Kênh có dữ liệu (data) và Kênh không có

dữ liệu (kênh định vị -pilot) Vd: tín hiệu Galileo E1 OS

Trang 36

Phân tích lý thuyết

Trang 37

Đánh giá về độ nhạy Đánh giá về độ phức tạp

2.8 dB

Đánh giá hiệu năng

Trang 39

Phối hợp đa kênh trên nhiều tần số

–  Phương pháp kết hợp vi sai đã được chứng minh như một giải pháp trung hòa giữa độ nhạy và độ phức tạp

Giải pháp kết hợp vi sai trong phối hợp

đa kênh GPS L1/L2C

Trang 40

s

SMF Correlator

Trang 41

Kiến trúc “Feedback”

SMF Correlator

~

MGDC L2C (CM)

có của xử lý tín hiệu vi sai

-  Phối hợp thông tin từ 2 kênh

để nâng cao độ chính xác ước lượng

Trang 42

So sánh độ nhạy với các kiến

trúc trong bộ thu hiện tại So sánh độ nhạy với các

kiến trúc phối hợp đã có

Phối hợp đa kênh trên nhiều tần số Phân tích hiệu năng bộ thu (1/3)

Trang 44

Bám tín hiệu L1 Bám tín hiệu L2

Phối hợp đa kênh trên nhiều tần số Phân tích hiệu năng bộ thu (3/3)

Trang 45

•  Các kết quả ban đầu trong việc phát triển

bộ thu mềm đa hệ thống GPS/Galileo

Trang 46

Bộ thu mềm đa hệ thống GPS/Galileo

– Đón đầu hệ thống Galileo (dự kiến 2015)

– Phát triển giải pháp định vị phối hợp đa hệ thống – Làm chủ công nghệ chế tạo bộ thu GNSS

•  Nền tảng phát triển bộ thu: PC  hệ nhúng, DSP, FPGA

Trang 47

•  Tín hiệu miễn phí, cùng tần số:

–  GPS: L1 C/A

–  Galileo: E1 Open Service (OS)

•  Tín hiệu “thực” Galileo phát từ Hệ thống GATE (GALILEO Test and Development Environment) đặt tại Munich, Đức:

–  8 giả vệ tinh đặt trong khu vực 65 km 2

–  Phát các tín hiệu Galileo E1, E5, E6

–  Có khả năng mô phỏng kênh truyền tương tự như từ vệ tinh

Tín hiệu sử dụng:

Trang 48

Các mô-đun phát triển:

•  Prototype cho bộ front-end

•  Phần xử lý tín hiệu chạy trên máy PC

Kiến trúc bộ thu:

Trang 49

•  8 vệ tinh GPS được phát hiện:

SVN [9,15,12,17,22,27,25,30]

Kết quả GPS (1/2):

Trang 50

Kết quả GPS (2/2):

Kết quả từ bộ thu thương mại

Kết quả từ bộ thu mềm

Trang 51

•  6 vệ tinh Galileo được phát hiện:

Trang 52

Kết quả từ bộ thu mềm tín hiệu GPS

Kết quả từ bộ thu mềm tín hiệu Galileo

Kết quả Galileo (2/2):

Trang 53

Định vị phối hợp 2 hệ thống (1/2):

•  Hiện tượng “urban

canyon”  vô hiệu hóa

Trang 54

Định vị phối hợp 2 hệ thống (1/2):

Kết quả từ bộ thu mềm tín hiệu GPS

Kết quả từ bộ thu mềm tín hiệu Galileo

Sai số lớn do sự khác nhau giữa Hai hệ tọa độ GPS

và Galileo

Trang 55

Book Chapter:

[1] T H Ta, F Dovis, “Chapter: High Sensitivity Acquisition Techniques for GNSS signals”, Global

Navigation Satellite System, InTech Publisher, 10, 2011.

Journals

[2] T H Ta, M Pini, L L Presti, “Combined Acquisition Architectures for GPS Dual-Frequency L1C/A-L2C

Receivers”, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems (under review)

[3] T H Ta, F Dovis, D Margaria, and L L Presti, “Comparative Study on Joint Data/Pilot Strategies for

High Sensitivity Galileo E1 Open Service Signal Acquisition,” IET (previously IEE) Radar, Sonar and

Navigation, vol 4, Issue 6, pp 764–779, December 2010

[4] T H Ta, N Shivaramaiah, A Dempster, L L Presti, “Significance of Cell Correlations in GNSS Matched Filter

[5] T H Ta, S Qaisar, A Dempster, F Dovis, “Partial Differential Post Correlation Processing for GPS L2C Signal

In conference proceedings:

[6] T H Ta, S H Ngo: “A Novel Signal Acquisition Method for GPS Dual-Frequency L1 C/A and L2C

Receivers“ IEEE ATC 2011, Danang, Vietnam, August 2011 (under review)

[7] T H Ta, F Dovis, R Lesca, D Margaria, “Comparison of Joint Data/Pilot High-Sensitivity Acquisition Strategies

2008

[8] T H Ta, L Lo Presti, F Dovis, D Margaria, R Lesca, “Differential Data/Pilot Joint Acquisition Strategies for

[9] T H Ta, F Dovis, L L Presti, “A Differential Joint Data/Pilot Strategy for High Sensitivity Galileo E1 Signal

Vietnam, 6-9 October, 2008

[10] T H Ta, N Shivaramaiah, A Dempster, “Significance of Cell Correlations in Matched Filter GPS Acquisition

[11] S Qaisar, T H Ta, A Dempster, F Dovis, “Post Detection Integration Strategies for GPS L2C Signal

Tiêu đề	Thiết kế bộ thu mềm cho các hệ thống dẫn đường sử dụng vệ tinh tiên tiến
Tác giả	Tạ Hải Tùng
Trường học	Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông
Chuyên ngành	Truyền thông và Mạng máy tính
Thể loại	đề tài tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	55
Dung lượng	8,82 MB