Nghiên cứu và tiếp nhận công nghệ về hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu (GNSS) - Xây dựng phòng thí nghiệm Galileo ở Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Nội dung Ghi chú* 1 Khoa Điện tử - Viễn Nghiên cứu phát triển nền tảng cung cấp dịch vụ trên các mạng internet di động và cố định thế hệ mới và một số dịch vụ dựa trên thông tin vị t

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -oOo - -oOo -

NHIỆM VỤ KHCN CẤP NHÀ NƯỚC THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ VỚI NƯỚC NGOÀI

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NHIỆM VỤ

“Nghiên cứu và tiếp nhận công nghệ về hệ thống định vị vệ tinh toàn

cầu (GNSS) - Xây dựng phòng thí nghiệm Galileo ở

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội“

(Research and technology transfer in the field of Global navigation satellite systems

& GALILEO LAB at HUT)

Chủ nhiệm đề tài/dự án

(Ký tên)

PGS TS NGUYỄN VĂN KHANG

Cơ quan chủ trì đề tài/dự án

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

-oOo -

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

-oOo -

Hà Nội, ngày…… tháng …… năm 2012

BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN NHIỆM VỤ NGHỊ ĐỊNH THƯ

I THÔNG TIN CHUNG

1 Tên đề tài/dự án:

“Nghiên cứu và tiếp nhận công nghệ về hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu (GNSS) -

Xây dựng phòng thí nghiệm Galileo ở Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội“

(Research and technology transfer in the field of Global navigation satellite systems & GALILEO LAB at HUT)

Mã số đề tài, dự án: 08/2010/HĐ - NĐT

Thuộc: Nhiệm vụ Khoa học Công nghệ theo Nghị định thư với nước ngoài

2 Chủ nhiệm đề tài/dự án:

Họ và tên: Nguyễn Văn Khang

Ngày, tháng, năm sinh: 23-08-1959 Giới tính: Nam

Học hàm, học vị: PGS TS

Chức danh khoa học: Chủ tịch hội đồng khoa học Viện

Chức vụ: Giám đốc Viện Điện tử - Viễn thông, Trưởng Bộ môn Điện tử và KT máy

tính, ĐHBK Hà Nội

Điện thoại: Tổ chức: 04 - 38692242

Nhà riêng: (04)-35634565 Mobile: 0913219088 Fax: 04-38692241 E-mail: khangnv@mail.hut.edu.vn

Tên tổ chức đang công tác: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Địa chỉ tổ chức: Số 1 phố Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội

Địa chỉ nhà riêng: Ngõ 203B, Chùa Bộc, Hà Nội

3 Tổ chức chủ trì đề tài/dự án:

Tên tổ chức chủ trì đề tài: Đại học Bách khoa Hà Nội

Điện thoại: 04 - 38692136 Fax: 04 - 38692242

E-mail: qlkh@mail.hut.edu.vn

Website: http://www.hut.edu.vn/

Địa chỉ: Số 1 Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội

Họ và tên thủ trưởng tổ chức: GS TS Nguyễn Trọng Giảng

Số tài khoản: 301.01.007.1

Ngân hàng: Kho bạc Nhà nước Hai Bà Trưng Hà Nội

Tên cơ quan chủ quản đề tài: Bộ Giáo dục và Đào tạo

Thời gian (Tháng, năm)

Kinh phí (Tr.đ)

Ghi chú

(Số đề nghị quyết toán)

c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi:

Đối với đề tài:

4 Đoàn ra 440 440 440 400

- Lý do thay đổi (nếu có): Do điều kiện thực tế, khi nghiên cứu đã phát sinh thêm một số

công việc, vì vậy nhóm nghiên cứu đã xin điều chỉnh các hạng mục chi và đã được Bộ

Giáo dục và đào tạo (Cơ quan chủ quản; Công văn số: 6390/BGDĐT-KHCNMT) và Bộ

Khoa học công nghệ duyệt (theo công văn số: 3384/BKHCN-XHTN)

3 Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án:

Số

TT

Số, thời gian ban

Mã số: 08/ 2010/ HĐ-NĐT

6 Quyết định số: V/v: Thành lập hội đồng khoa học đánh giá

4 Tổ chức phối hợp thực hiện đề tài, dự án:

Nội dung

Ghi chú*

1 Khoa Điện tử - Viễn

Nghiên cứu phát triển nền tảng cung cấp dịch

vụ trên các mạng internet di động và cố định thế hệ mới và một số dịch vụ dựa trên thông tin

vị trí Tiếp nhận, nghiên cứu, phát triển, chuyển giao

và ứng dụng công nghệ định vị toàn cầu từ châu Âu vào thực tế xã hội Việt Nam

Đào tạo nguồn nhân lực bậc cao về chuyên ngành định vị toàn cầu tại nước ta

- 03 bài báo khoa học

- Máy thu định vị toàn cầu

- Quy trình công nghệ thiết

kế, mô phỏng máy thu Galileo/GPS dùng công nghệ SDR

2 Khoa Công nghệ thông

tin, Trường ĐHBK Hà

nội

Viện Công nghệ thông tin, Trường ĐHBK Hà nội

Thực hiện các nội dung liên quan đến xây dựng ứng dụng định vị và dẫn đường

Đào tạo nguồn nhân lực bậc cao về chuyên ngành định vị toàn cầu tại nước ta

- Phần mềm lấy số liệu từ máy thu GPS và điều khiển kênh truyền số liệu của thiết

bị thu phát vô tuyến điện

- Dịch vụ và ứng dụng GIS

3 Phòng Hợp tác quốc tế,

ĐHBK Hà nội

Phòng Hợp tác quốc tế, ĐHBK Hà nội

4 Viện ISMB thuộc

- Trao đổi thông tin khoa học và cùng sử dụng các kết quả nghiên cứu

- Thực hiện một số phép đo

- Chuyển giao công cụ mô phỏng

- Kết quả đo đạc thực hiện tại Italy

- Công cụ mô phỏng máy thu định vị toàn cầu

- Các thông tin chuyên môn trong lĩnh vực định vị toàn cầu Galileo

38031 Grenoble Cedex

1 - France

Phối hợp trao đổi thông tin khoa học về các vấn

đề và phương hướng tiếp cận vấn đề trong công nghệ SDR và siêu cao tần

- Phối hợp phát triển công nghệ SDR cho các hệ thống GNSS

Địa chỉ: Augusta-Allee 31, D-

Kaiserin-10589 Berlin, Germany

Hỗ trợ cài đặt và tối ưu hoá các module của hệ thống IMSOPENCORE được chuyển giao cho phía Việt Nam

- Phối hợp phát triển các dịch

vụ IMS, LBS

- Lý do thay đổi (nếu có):

5 Cá nhân tham gia thực hiện đề tài, dự án:

(Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá 10 người kể cả chủ nhiệm)

Số

TT

Tên cá nhân đăng ký

theo Thuyết minh

Tên cá nhân đã tham

Ghi chú*

1 PGS TS Nguyễn Văn

Khang

PGS TS Nguyễn Văn Khang

- Quản lý chung nhiệm vụ khoa học

- Nghiên cứu, chỉnh sửa và hoàn thiện quy trình thiết kế chế tạo máy thu tích hợp GNSS trên cơ sở công nghệ DSP và siêu cao tần

- Nghiên cứu chỉnh sửa giải pháp tổng thể và hiệu chỉnh thử nghiệm hệ thống hỗ trợ giám sát đối tượng ứng dụng GNSS và GIS

- Tổng hợp số liệu và hoàn chỉnh báo cáo tổng kết của đề tài

- Báo cáo tổng kết đề tài

- Bài báo đăng trong hội nghị khoa học quốc tế

Công tác đào tạo học viên cao học chuyên sâu về lĩnh vực SDR, Galileo

2 PGS TS Hà Mạnh Thư PGS TS Hà Mạnh

Thư

Hợp tác quốc tế Báo cáo đề xuất tiền khả thi của phòng

thí nghiệm quốc gia về Galileo LAB

3 PGS TS Nguyễn Hoàng

Lan

PGS TS Nguyễn Hoàng Lan

Phát triển ứng dụng GNSS trên cơ sở tích hợp với hạ tầng truyền thông cho

hệ thống giám sát và theo dõi đối tượng

Báo cáo về mô hình liên kết cơ sở dữ liệu và GIS

Phần mềm hệ CSDL tích hợp và dữ liệu đã được thu thập

4 TS Nguyễn Hữu Trung TS Nguyễn Hữu Trung - Nghiên cứu phát triển giải pháp bộ

thu dựa trên công nghệ SDR: Phân

hệ DSP

- Nghiên cứu thiết kế chế tạo phân hệ DSP cho máy thu tích hợp GPS/Galileo

Mô-đun phần cứng DSP trong maket máy thu GPS và Galileo

Kết quả thử nghiệm, số liệu thử nghiệm và báo cáo phân tích đánh giá

5 TS Vũ Văn Yêm TS Vũ Văn Yêm - Nghiên cứu phát triển giải pháp bộ

thu dựa trên công nghệ SDR: Phân

Phân hệ RF của máy thu Galileo/ GPS dùng công nghệ vô tuyến điều khiển

hệ cao tần

- Nghiên cứu thiết kế chế tạo phân hệ cao tần RF cho máy thu tích hợp GPS/Galileo và đo thử kiểm tra các tính năng của phần cao tần trong máy thu GPS/Galileo

bằng phần mềm SDR Báo cáo khoa học về mô hình hệ thống Các kết quả lý thuyết, kết quả

mô phỏng

6 TS Nguyễn Tài Hưng TS Nguyễn Tài Hưng Nghiên cứu thiết kế và xây dựng mô

hình hoạt động của hệ thống dự định xây dựng bao gồm phần lõi IMS và máy chủ ứng dụng

Hệ thống IMS lõi thử nghiệm và một

số công cụ phát triển dịch vụ Phần mềm nền tảng cung cấp các dịch

vụ dựa trên thông tin vị trí

7 TS Nguyễn Hữu Thanh TS Nguyễn Hữu Thanh Nghiên cứu và phát triển một nền

tảng cung cấp dịch vụ (service delivery platform) các mạng Internet

di động và cố định thế hệ mới

Bộ chỉ tiêu kỹ thuật nên tảng phát triển các dịch vụ LBS

8 TS Nguyễn Thúy Anh TS Nguyễn Thúy Anh Nghiên cứu các giải pháp cập nhật

vị trí phù hợp với điều kiện Việt Nam

Thiết kế chế tạo thử nghiệm phần cứng

- Thiết bị đầu cuối thu nhận tín hiệu truyền từ các thiết bị đầu cuối trên xe

về trung tâm

9 TS Ngô Hồng Sơn TS Ngô Hồng Sơn Xây dựng mô hình và giải pháp kết

hợp với CSDL định vị với hệ thống thông tin địa lý GIS và bản đồ số Thiết kế, xây dựng, cài đặt và thử nghiệm các mô đun xử lý dữ liệu và cập nhật dữ liệu định vị vào CSDL

từ bộ thu hoặc hạ tầng truyền thông

Báo cáo tổng thể về khảo sát và hình

và kiên trúc của hệ thống Phần mềm hệ CSDL tích hợp và dữ liệu đã được thu thập

Phần mềm tích hợp theo dõi và giám sát đối tượng

10 TS Đào Ngọc Chiến TS Đào Ngọc Chiến Hợp tác quốc tế, phòng thí nghiệm

Galileo LAB

Báo cáo đề xuất tiền khả thi của phòng thí nghiệm quốc gia về Galileo LAB

- Lý do thay đổi (nếu có):

1 Nội dung: Trao đổi các kinh

nghiệm nghiên cứu, đặc biệt là

các công cụ phát triển

Thời gian: 6/2010

Kinh phí: 108.255.000

Địa điểm: Torino Italy

Tên tổ chức hợp tác: Viện ISMB

Số lượng người: 2

Nội dung: Trao đổi các kinh nghiệm nghiên cứu, đặc biệt là các công cụ phát triển

Thời gian: 10/2010 Kinh phí: 108.255.000 Địa điểm: Torino Italy Tên tổ chức hợp tác: Viện ISMB

Số lượng người: 2

2 Nội dung: Thực hiện một số đo

đạc thực nghiệm và trao đổi các

kết quả nghiên cứu

Thời gian: 11/2011

Kinh phí: 290.747.512

Địa điểm: Torino Italy

Tên tổ chức hợp tác: Viện ISMB

Số lượng người: 5

Nội dung: Thực hiện một số đo đạc thực nghiệm và trao đổi các kết quả nghiên cứu

Thời gian: 06/2011 Kinh phí: 290.747.512 Địa điểm: Torino Italy Tên tổ chức hợp tác: Viện ISMB

Số lượng người: 5

- Lý do thay đổi (nếu có):

Về thời gian: Do một số nghiên cứu ở phía Việt Nam chậm hơn so với đối tác vì thiếu thiết bị đo đạc, đồng thời phía đối tác có kế hoạch thay đổi thời gian tổ chức hội nghị quốc tế nên thời gian các chuyến đi phải thay đổi phù hợp

Về tài chính: Do giá vé máy bay tăng, số ngày đi không theo đúng thuyết minh và do tỉ giá đô la tại thời điểm đi cao hơn lúc viết thuyết minh

7 Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị:

1 Nội dung: Công nghệ định vị

Galileo và những thách thức

Nội dung: Công nghệ định vị Galileo và những thách thức

2 Nội dung: Phân tích và thiết kế

máy thu tín hiệu định vị tích hợp

GPS/Galileo và giải pháp vô

tuyến điều khiển mềm SDR

Thời gian: 10/2011

Kinh phí: 12,9 triệu

Địa điểm: Đại học Bách Khoa Hà Nội

- Lý do thay đổi (nếu có): Không

8 Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:

(Nêu tại mục 15 của thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát trong nước và nước ngoài)

Người,

cơ quan thực hiện

Mô đun nghiên cứu thứ nhất: Nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm bộ thu tích hợp GPS/Galileo và nghiên cứu phát triển giải pháp bộ thu dựa trên công nghệ

SDR

I Nghiên cứu thiết kế chế tạo

phân hệ cao tần RF cho máy

thu tích hợp GPS/Galileo

Thực tế: như đã đề xuất

11/2011

1/2010-2/2012

4/2010 TS Vũ Văn Yêm,

Khoa Điện tử - Viễn thông

II Nghiên cứu thiết kế chế tạo

phân hệ DSP cho máy thu tích

hợp GPS/Galileo

Thực tế: như đã đề xuất

11/2011

1/2010-2/2012

4/2010 TS Nguyễn Hữu Trung, Khoa ĐTVT

1/2010-2/2012

4/2010 TS Nguyễn Hữu Trung, Khoa ĐTVT

- TS Vũ Văn

Yêm,

Khoa Điện tử - Viễn thông

Mô đun nghiên cứu thứ hai: Nghiên cứu tích hợp công nghệ GNSS với hạ tầng

truyền thông

III Phần 1: Thiết kế và lựa chọn

giải pháp vô tuyến để cập nhật

vị trí một đối tượng cần giám

sát

Thực tế: như đã đề xuất

11/2011

11/2011

6/2010-TS Nguyễn Thúy Anh, Khoa Điện tử - Viễn thông

11/2011

6/2010-TS Nguyễn Hữu Thanh, Khoa Điện tử - Viễn thông

TS Nguyễn Tài Hưng, Khoa Điện tử - Viễn thông

Mô đun nghiên cứu thứ ba: Phát triển ứng dụng GNSS trên cơ sở tích hợp với hạ tầng

truyền thông cho hệ thống giám sát và theo dõi đối tượng

V.1 Khảo sát phân tích yêu cầu và

cho bài toán giám sát đối

tượng, xây dựng mô hình và

kiên trúc tổng thể của ứng

dụng

Thực tế: như đã đề xuất

01.2010 – 06.2010

04.2010 – 12.2010

- PGS.TS

Nguyễn Thị Hoàng Lan, Viện CNTT&TT

- TS Ngô Hồng Sơn, Viện CNTT&TT V.2 Xây dựng mô hình và giải

1/2010-12/2010

4/2010 PGS.TS

Nguyễn Thị Hoàng Lan, Viện CNTT&TT

- TS Ngô Hồng Sơn, Viện CNTT&TT V.3 Thiết kế, xây dựng, cài đặt và

thử nghiệm các mô đun xử lý

1/2010-12/2010

4/2010 PGS.TS

Nguyễn Thị Hoàng Lan, Viện CNTT&TT

- TS Ngô Hồng Sơn, Viện CNTT&TT

- Lý do thay đổi: Không

III SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI, DỰ ÁN

1 Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:

Thực tế đạt được

thông minh trên DSP

Mẫu 03 mẫu - Hoạt động trên các băng

tần L1 (ứng với GPS và Galileo)

- Khả năng thu được tín hiệu vệ tinh GPS và tín hiệu mô phỏng Galileo

- Output data format:

NMEA0183 V3.0

- Độ nhạy thu -110 dBm

- Kết cấu mô-đun dễ mở rộng, phát triển ứng dụng, thuận tiện để thực hiện thí nghiệm, phát triển phần mềm tiện ích

- Kích thước hợp tiêu chuẩn kỹ thuật

Như dự kiến

2 Anten nhúng PCB hai

tần số

Mẫu 01 mẫu Không có trong kế hoạch Vượt yêu cầu

3 Anten xoắn băng rộng Mẫu 01 mẫu Không có trong kế hoạch Vượt yêu cầu

4 Bộ khuếch đại tạp âm

giám sát đối tượng

Mẫu 01 mẫu Không có trong kế hoạch Vượt yêu cầu

- Lý do thay đổi (nếu có): Không

Theo kế hoạch Thực tế đạt được

Hoàn thành 02 mô hình khác nhau:

- Mô hình mô phỏng lớp MAC và lớp mạng:

- Mô hình mô phỏng lớp Vật lý: dựa trên MATLAB

Hai mô hình trên có thể tương tác với nhau để đưa ra các

cơ chế tối ưu hóa đa lớp

02 mô hình trên

bổ trợ cho nhau, cho phép thực hiện và thử nghiệm các cơ chế tối ưu hóa đa lớp

để đảm bảo chất lượng dịch vụ và quản lý tài nguyên Kết quả

có độ chính xác cao

Số lượng, nơi công bố

ưu, nhược điểm của các giải pháp cung cấp LBS đã được nghiên cứu

và khả năng ứng dụng của nó trong hoàn cảnh Việt Nam, các khuyến nghị về bước phát triển tiếp theo

Như dự kiến

2 Sơ đồ nguyên lý máy thu

Galileo /GPS

Bộ bản vẽ thiết kế theo yêu cầu TCVN trong đó chỉ rõ đầy đủ các linh kiện trong máy thu Galileo/GPS

Như dự kiến

3 Bảng số liệu kết quả mô phỏng

toàn bộ máy thu Galileo/GPS

dùng công nghệ SDR

Trình bày dưới dạng đồ thị, bảng biểu các thông số

và đặc tính của hệ thống

Như dự kiến

5 Phần mềm lấy số liệu từ máy

thu GPS và điều khiển kênh

truyền số liệu của thiết bị thu

phát vô tuyến điện

Cho phép xử lý dữ liệu GPS và điều khiển kênh vô tuyến

Như dự kiến

6 04 bài báo khoa học:

1 A Novel Signal Acquisition

Method for GPS

Dual-Frequency L1 C/A and L2C

Receivers, Tạ Hải Tùng, Ngô

Hồng Sơn, ATC Conference,

2011, Đà nẵng

2 Vu Van Yem, Vu Van Hung,

Nguyen Van Khang and

Nguyen Huu Trung,

“Simulation and Performance

Analysis of Galileo Receiver

2012, Kuala Lumpur, Malaysia

3 Vu Van Yem, Nguyen Van

Khang and Nguyen Huu

Trung,”Consideration of Using

Electromagnetic Band Gap for

Antenna Design,” Accepted to

Gắn liền với các kết quả nghiên cứu của đề tài

Vượt kế hoạch

ATC Conference,

2011, Đà nẵng

PIERS 2012 progress In Electromagnetics Research

Symposium

PIERS 2012 progress In Electromagnetics Research

be presented at the PIERS

Electromagnetics Research

2012, Kuala Lumpur, Malaysia

4 Nguyen Tai Hung, Nguyen

Huu Thanh, Nguyen Giang

nam, Tran Ngoc Lan, Dinh

Thai Hoang, "IMS IPTV: An

7 Hỗ trợ đào tạo sau đại học

trong nước

Hỗ trợ đào tạo 04 học viên cao học chuyên sâu về lĩnh vực SDR, Galileo

Vượt kế hoạch

8 Báo cáo đề xuất tiền khả thi

của phòng thí nghiệm quốc gia

về Galileo LAB

Đề xuất phương

án xây dựng phát triển phòng thí nghiệm về công nghệ Galileo ở Việt Nam

Vượt kế hoạch

Đã thành lập Trung tâm hỗn hợp định vị toàn cầu quy mô Đông Nam Á tại Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

- Lý do thay đổi (nếu có): Không

d) Kết quả đào tạo:

Số lượng

Số

TT

Cấp đào tạo, Chuyên

hoạch

Thực tế đạt được

Ghi chú

(Thời gian kết thúc)

- Lý do thay đổi (nếu có): Không

đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp, quyền đối với giống cây trồng:

TT đăng ký Theo

kế hoạch

Thực tế đạt được

(Thời gian kết thúc)

2

- Lý do thay đổi (nếu có):

e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế

2 Đánh giá về hiệu quả do đề tài, dự án mang lại:

a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:

Nhiệm vụ này là một nhiệm vụ phức tạp, trong khi thực hiện nhiệm vụ, nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu tích hợp nhiều công nghệ khác nhau như công nghệ định vị toàn cầu (Galilleo, GPS, Glonas), công nghệ viễn thông và mạng không dây, công nghệ cung cấp dịch vụ hội tụ trong mạng viễn thông Trong số các công nghệ trên có khá nhiều công nghệ còn khá mới không chỉ ở Việt Nam mà còn trên thế giới, vì vậy các kết quả nghiên cứu trong nhiệm vụ này không chỉ có ý nghĩa về mặt thực nghiệm mà còn có ý nghĩa về mặt khoa học trong lĩnh vực công nghệ thông tin và truyền thông

Đề tài có triển vọng đóng góp một phần trong sự phát triển các thuật toán điều khiển

vi xử lý, các thuật toán tìm kiếm thông minh, tối ưu sử dụng trong hệ thống thông tin và định vị Ngoài ra còn có khả năng mở ra hướng nghiên cứu ứng dụng các dịch vụ của hệ thống thông tin đinh vị toàn cầu như Galileo sắp được phóng vào quỹ đạo trong thời gian tới

Đề tài còn là tiền đề cho việc mở ra nhiều ứng dụng quan trọng khác trong các lĩnh vực khác của nước ta như thuỷ sản, tìm kiếm cứu nạn…

b) Hiệu quả về kinh tế xã hội:

Về hiệu quả kinh tế xã hội, đề tài có một số lợi ích sau:

- Cùng với quá trình đô thị hóa và sự gia tăng mật độ phương tiện giao thông, vấn đề giao thông tại các đô thị lớn ở Việt Nam đang là một vấn đề lớn, thu hút sự quan

tâm của nhiều người Mục tiêu mà nhiệm vụ đặt ra là thử nghiệm và đưa ra các dịch

vụ nâng cao tính tiện lợi của các phương tiện giao thông công cộng, từ đó khuyến khích người dân sử dụng các dịch vụ này Nhiệm vụ này có thể coi là một đề án tiền khả thi cho việc hiện đại hóa và việc ứng dụng các hệ thống công nghệ thông tin và truyền thông vào lĩnh vực giao thông đô thị nói riêng cũng như trong các lĩnh vực khác của đời sống nói chung

- Board phần cứng là cơ sở tốt để đi đến chế tạo thử nghiệm và chuyển giao các hệ thống thu tiên tiến được áp dụng trong nhiều ứng dụng định vị khác nhau

- Ngoài ra, board phần cứng còn được sử dụng để làm các thí nghiệm cho học viên sau đại học ngành ĐTVT

- Các kiến thức thu nhận từ đề tài là cơ sở để giải các bài toán về tích hợp vụ IMS và dịch vụ LBS nhằm vào sự phát triển của mạng 4G trong thực tế

3 Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của đề tài, dự án:

Số

Thời gian thực hiện

Ghi chú

(Tóm tắt kết quả, kết luận chính, người chủ trì…)

I Báo cáo định kỳ

theo đúng tiến độ như đăng

ký

theo đúng tiến độ như đăng

ký

theo đúng tiến độ như đăng

ký

II Kiểm tra định kỳ Chủ nhiệm nhiệm vụ và tập

thể tác giả tiếp tục bám sát thuyết minh và hợp đồng, đảm bảo mục tiêu, nội dung, sản phẩm đề ra

III Đánh giá nghiệm thu cấp cơ

sở

28/12/2011 - Hoàn thành các nội dung

đăng ký

- Đề nghị nghiệm thu cấp Nhà Nước

IV Đánh giá nghiệm thu cấp nhà

nước

24/7/2012 - Phương pháp nghiên cứu

đầy đủ, hợp lý và xác thực

- Các sản phẩm khoa học công nghệ đầy đủ về chủng loại, số lượng và chất lượng; một số sản phẩm vượt mức đăng ký

- Báo cáo tổng hợp đầy đủ

- Đề nghị bộ KHCN xem xét công nhận kết quả đánh giá đề tài

1

MỤC LỤC

Danh mục hình vẽ 6 

Danh mục các bảng 10 

LỜI NÓI ĐẦU 12 

PHẦN I CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ CẦN GIẢI QUYẾT CỦA NHIỆM VỤ 14 

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHIỆM VỤ VÀ CÁC NỘI DUNG KHOA HỌC CẦN GIẢI QUYẾT 15 

1.1  Giới thiệu chung 15 

1.2  Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 15 

1.2.1  Tổng quan tình hình nghiên cứu ở trong nước thuộc lĩnh vực của nhiệm vụ 15  1.2.2  Tổng quan tình hình nghiên cứu ở ngoài nước của nhiệm vụ 18 

1.3  Mục tiêu và phương pháp tiếp cận của nhiệm vụ 19 

1.4  Phân tích các nội dung khoa học cần giải quyết 22 

1.5  Hợp tác trao đổi với đối tác nước ngoài 24 

1.6  Nội dung của báo cáo tổng hợp 26 

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS VÀ GALILEO VÀ PHÂN TÍCH KỸ THUẬT YÊU CẦU CỦA MÁY THU GPS/GALILEO27  2.1  Giới thiệu chung về các hệ thống định vị toàn cầu 27 

2.2  Cấu trúc của hệ thống GPS 30 

2.3  Phân hệ điều khiển 34 

2.4  Phân hệ người sử dụng 35 

2.5  Hệ thống Galileo 37 

2.5.1  Cấu trúc 38 

2.5.2  Các loại dịch vụ 38 

2.5.3  Đặc điểm dòng tín hiệu 39 

2.6  Thiết bị thu đồng thời GPS/Galileo 40 

2.6.1  Tại sao cần phải có thiết bị thu đồng thời GPS /Galileo? 40 

2.6.2  Một số thiết bị thu đồng thời GPS/Galileo 40 

2.6.3  Đặc điểm kỹ thuật bộ thu GPS/Galileo 47 

2.7  Kết luận 49 

CHƯƠNG 3. CẤU TRÚC TÍN HIỆU GNSS 51 

3.1  Các tín hiệu và dữ liệu GPS 51 

3.2  Lược đồ tín hiệu GPS 51 

3.3  2.3 Mã C/A 54 

3.4  Dịch tần Doppler 60 

2

3.5  Bản tin định vị 61 

3.5.1  Định dạng bản tin 61 

3.5.2  Dữ liệu trong bản tin định vị 63 

CHƯƠNG 4. CÁC LỖI VÀ LỆCH VỊ TRÍ TRONG CÁC HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GNSS 65  4.1  Đặt vấn đề 65 

4.2  Lỗi đồng hồ vệ tinh và máy thu 66 

4.3  Lỗi đa đường 67 

4.4  Trễ tầng điện ly 68 

4.5  Đo hình học vệ tinh (Dilution of Precision) 70 

4.6  Trễ tầng đối lưu 71 

4.7  Biến đổi tâm pha anten 72 

4.8  Nhiễu do đo lường máy thu 73 

4.9  Selective Availability 74 

4.10  Chống bắt trước AS (Anti Spoofing) 75 

4.11  Kết luận 75 

CHƯƠNG 5. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH XỬ LÝ TÍN HIỆU GPS THỰC HIỆN TRONG CÁC BỘ THU 76 

5.1  Mở đầu 76 

5.2  Khôi phục dữ liệu định vị 76 

5.3  Giải mã dữ liệu định vị 77 

5.3.1  Vị trí của trường mở đầu 77 

5.3.2  Tách dữ liệu định vị 79 

5.4  Tính toán vị trí vệ tinh 82 

5.5  Ước lượng khoảng giả 86 

5.5.1  Tập các khoảng giả đầu tiên 87 

5.5.2  Ước lượng các khoảng giả tiếp theo 88 

5.6  Tính toán vị trí máy thu 89 

5.6.1  Thời gian 89 

5.6.2  Tính tuyến tính của phương trình quan trắc 90 

5.6.3  Sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu 91 

5.6.4  Độ chính xác trong định vị thời gian thực 93 

5.7  Các hệ thời gian có liên quan tới GPS 94 

5.8  Các phép biến đổi tọa độ 96 

5.9  Phép ánh xạ UTM 97 

5.10  Suy giảm độ chính xác 98 

3

5.11  Hệ thống trắc địa thế giới (WGS) 1984 100 CHƯƠNG 6. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC IMS PHỤC VỤ QUY TRÌNH THIẾT KẾ LBS 102 6.1  Các yêu cầu đối với IMS 102 6.1.1  Phiên đa phương tiện IP 102 6.1.2  Chất lượng dịch vụ (QoS) 102 6.1.3  Internetworking 102 6.1.4  Chuyển vùng (Roaming) 103 6.1.5  Điều khiển dịch vụ 103 6.1.6  Phát triển dịch vụ 103 6.1.7  Đa truy nhập 104 6.2  Kiến trúc tổng quát IMS 104 6.2.1  Mạng truy nhập 105 6.2.2  Mạng lõi 105 6.2.3  Tầng dịch vụ 112 6.3  Triển khai kiến trúc IMS 113 6.4  Tổng quan về Parlay X và các giao diện liên quan 114 6.4.1  Giới thiệu về quá trình phát triển của Parlay/OSA và Parlay X 115 6.4.2  Các khái niệm trong kiến trúc Parlay 116 6.4.3  Parlay Gateway 129 PHẦN II QUÁ TRÌNH TRIỂN KHAI NHIỆM VỤ VÀ CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC134 CHƯƠNG 7. ĐỀ XUẤT KIẾN TRÚC CỦA BỘ THU GPS DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ

7.1  Mở đầu 135 7.2  Anten và mạch RF (RF front-end) 135 7.3  Hoạt động của một máy thu GPS 138 7.4  KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 142 7.4.1  Mô phỏng bộ tạo tín hiệu GPS 142 7.4.2  Bộ mô phỏng tín hiệu GPS 144 7.4.3  Mô phỏng thuật toán xử lý dữ liệu của bản tin định vị 148 7.4.4  Thuật toán và các hàm mô phỏng 153 7.4.5  Kết quả mô phỏng 159 CHƯƠNG 8. PHÂN TÍCH HỆ THỐNG SDR PHỤC VỤ THIẾT KẾ PHÂN HỆ DSP 161 8.1  Đặt vấn đề 161 8.2  Phân tích hệ thống 163 8.3  Lựa chọn các thành phần hệ thống 165 

4

8.4  Những lưu ý khi thiết kế 166 CHƯƠNG 9. THIẾT KẾ PHÂN HỆ XỬ LÝ TÍN HIỆU DSP 168 9.1  Thiết kế tổng quan module xử lý tín hiệu DSPM (Digital Signal Processing Module) 168 9.2  Bộ xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal Processor) 168 9.2.1  Đơn vị xử lý trung tâm (CPU): 168 9.2.2  Các loại bộ nhớ (Memory): 169 9.2.3  Tập hợp lệnh: 169 9.2.4  Các On-chip ngoại vi: 170 9.2.5  Cấu trúc bên trong của DSP: 171 9.2.6  Tổ chức bộ nhớ 172 9.2.7  Khối vi xử lý trung tâm (CPU) 173 9.2.8  Địa chỉ dữ liệu 175 9.2.9  Địa chỉ bộ nhớ chương trình 175 9.3  Thiết kế giao diện vào ra cho hệ thống 175 9.4  Thiết kế cổng nối tiếp giao tiếp với máy tính 176 CHƯƠNG 10.  THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG MỘT SỐ KHỐI CHÍNH TRONG BỘ THU GPS/GALILEO 178 

10.1  Thiết kế, mô phỏng anten vi dải cho hệ thống thu định vị vệ tinh toàn cầu GNSS

178 

10.1.1 Lựa chọn băng tần thiết kế 178 10.1.2 Những vấn đề thiết yếu của anten ứng dụng trong các hệ thống vệ tinh định

vị toàn cầu GNSS 179 10.1.3 Các yêu cầu về chất lượng anten GNSS 179 10.1.4 Tiểu chuẩn lựa chọn anten GNSS 182 10.1.5 Lý thuyết về anten vi dải 182 10.1.6 Thiết kế anten phân cực tròn với 2 băng tần E1 và E5a 191 10.2  Thiết kế LNA 195 10.2.1 Thiết kế 195 10.2.2 Kết quả mô phỏng 199 10.2.3 Đánh giá kết quả mô phỏng 202 10.3  Thiết kế bộ lọc 203 10.3.1 Thiết kế 203 10.3.2 Kết quả mô phỏng 206 10.3.3 Đánh giá kết quả 208 10.4  Kết luận 208 

5 KẾT LUẬN CHUNG 210 TÀI LIỆU THAM KHẢO 211 

6

Danh mục hình vẽ

Hình 2.1 Hệ thống GLONASS 28 Hình 2.2 Hệ thống Galileo 29 Hình 2.3 Chòm sao vệ tinh 32 Hình 2.4 Vệ tinh NAVSTAR 32 Hình 2.5 Quá trình điều khiển trong hệ thống GPS 34 Hình 2.6 Phân hệ điều khiển 35 Hình 2.7 Các máy thu GPS 36 Hình 2.8 Một số các ứng dụng của máy thu GPS 37 Hình 2.9 Sơ đồ chân chip Max 2769 41 Hình 2.10: Sơ đồ khối chip SE 4210L 42 Hình 2.11: Sơ đồ khối chip UBX-G5010,G5000/G0010 43 Hình 2.12: Sơ đồ khối LEA-5H và TIM-5H 46 Hình 2.13: Ảnh hưởng băng thông tới tỷ số C/No 48 Hình 3.1 Sơ đồ khối bộ tạo tín hiệu GPS 52 Hình 3.2 Cấu trúc tín hiệu L1 53 Hình 3.3 Điều chế BPSK trong tín hiệu GPS 53 Hình 3.4 Đồ thị cột của một ACF cho một chuỗi Gold 55 Hình 3.5 Bộ tạo mã C/A 56 Hình 3.6 Đặc tính tương quan của các mã C/A 60 Hình 3.7 Cấu trúc dữ liệu định vị trong GPS 62 Hình 3.8 Định dạng của hai từ TLM và HOW 63 Hình 3.9 Mã ID của các khung con 63 Hình 4.1 Lỗi và lệch vị trí GPS 65 Hình 4.2 Ảnh hưởng của phân tập đa đường 67 Hình 4.3 (a) Hình học vệ tinh tốt; (b) Hình học vệ tinh xấu 71 Hình 4.4 Kiểm tra đường gianh giới 0 để đánh giá khả năng của máy thu GPS 73 

7

Hình 4.5 Kiểm tra đường gianh giới ngắn để đánh giá khả năng của máy thu 74 Hình 5.1 Các điểm lấy mẫu 76 Hình 5.2 Tương quan giữa 33s dữ liệu định vị và mào đầu 8 bit 78 Hình 5.3 Hai từ đầu tiên của mỗi khung con 79 Hình 5.4 Mối quan hệ giữa thời gian GPS, Z-count và Z-count bị cắt trong từ HOW của

dữ liệu định vị 80 Hình 5.5 Các tham số quỹ đạo Kepler 82 Hình 5.6 Quỹ đạo elip với hệ tọa độ (ξ, η) 83 Hình 5.7 Tương quan giữa 12s dữ liệu với trường mở đầu 87 Hình 5.8 Thời gian truyền dẫn và điểm bắt đầu khung con cho bốn kênh 87 Hình 5.9 Chuyển đổi giữa (φ, λ, h) và các tọa độ Đề các (X, Y, Z) 96 Hình 5.10 Khoảng thiên đỉnh z và góc phương vị α trong hệ tọa độ (e, n, u) 97 Hình 5.11 Hình geoit của hệ thống WGS 84 100 Hình 6.1 Tổng quan kiến trúc IMS 105 Hình 6.2 Tổng quan kiến trúc IMS 109 Hình 6.3 P-CSCF đặt tại mạng khách 111 Hình 6.4 P-CSCF đặt tại mạng chủ 112 Hình 6.5 Sơ đồ các khối chức năng trong kiến trúc IMS 113 Hình 6.6 Tương tác giữa người dùng và ứng dụng nhìn từ phía người sử dụng 116 Hình 6.7 Tương tác giữa SCS và mạng theo tầm nhìn của người sử dụng 118 Hình 6.8 Phương thức dẫn đồng bộ 119 Hình 6.9 Phương thức truyền dẫn không đồng bộ 119 Hình 6.10 Phương thức dẫn không đồng bộ tập trung nhiều phản hồi 120 Hình 6.11 Phương thức dẫn không đồng bộ tạo nên nhiều phản hồi liên tiếp 121 Hình 6.12 Sơ đồ phiên giữa SCS, ứng dụng người dùng và Framework 123 Hình 6.13 Framework đóng vai trò làm điểm liên lạc đơn lẻ 126 Hình 6.14 Sơ đồ call flow hoạt động của Framework 127 Hình 6.15 Mối quan hệ giữa Parlay X API và Parlay API 128 

8

Hình 6.16 Mô hình tương tác giữa ParlayX và hạ tầng mạng viễn thông 129 Hình 6.17 Mô hình Parlay X 130 Hình 6.18 Cấu trúc SCS 131 Hình 7.1 Sơ đồ kiến trúc bộ thu GPS truyền thống và bộ thu phần mềm 135 Hình 7.2 Mạch thu RF trong bộ thu GPS 136 Hình 7.3 Một kênh máy thu 139 Hình 7.4 Đồ thị đồng bộ mã cho PRN số 21 140 Hình 7.5 Đồ thị đồng bộ mã cho PRN số 19 141 Hình 7.6 Sơ đồ mô phỏng bộ tạo mã C/A không có trễ 143 Hình 7.7 Sơ đồ mô phỏng bộ tạo mã C/A có trễ 143 Hình 7.8 Tương quan chéo giữa hai mã C/A thứ nhất và thứ hai và tự tương quan của

mã C/A thứ nhất 144 Hình 7.9 Bộ mô phỏng tín hiệu GPS hoàn chỉnh cho một vệ tinh 146 Hình 7.10 Bộ mô phỏng tín hiệu GPS được triển khai trong Simulink 148 Hình 7.11 Sơ đồ thuật toán của phương pháp lặp trong định vị GPS 154 Hình 7.12 Vị trí vệ tinh và máy thu GPS 160 

Hình 8.1 Kiến trúc SDR tổng quát 162 

Hình 8.2 Sơ đồ khối hệ thống vô tuyến phần mềm đề xuất 163 

Hình 9.1 Cấu trúc phần cứng của DSPM 168 

Hình 9.2 Cấu trúc phần cứng của TMS320C54x 172 Hình 10.1 Phổ tần số của hệ thống Galileo [8] 178 Hình 10.2 Băng tần L1, L5 của GPS và E1, E5a của GALILEO [9] 179 Hình 10.3 Cấu trúc của một anten vi dải [9] 183 Hình 10.4 Các hình dạng của Patch [10] 183 Hình 10.5 Minh họa trường của anten vi dải hình chữ nhật [10] 185 Hình 10.6 Tiếp điện bằng đường vi dải [10] 186 Hình 10.7 Tiếp điện bằng cách ghép qua khe hở [10] 187 Hình 10.8 Tiếp điện bằng cáp đồng trục [10] 187 

9

Hình 10.9 Tiếp điện đơn với sự nhiễu loạn trên miếng vá [9] 189 Hình 10.10 Tiếp điện đơn với các chốt ngắn mạch (mặt sau của anten) [9] 189 Hình 10.11 Anten vuông sử dụng hai port tiếp điện trực giao [9] 190 Hình 10.12 Mô hình 3D của cấu trúc đa lớp [9] 190 Hình 10.13 Cấu trúc anten hai lớp [11] 191 Hình 10.14 Tổn hao ngược của anten 193 Hình 10.15 Đồ thị phương hướng ở tần số trung tâm 1.1764GHz 193 Hình 10.16 Đồ thị phương hướng ở tần số trung tâm 1.5754GHz 194 Hình 10.17 Đồ thị trường khu xa ở tần số 1.5754GHz 194 Hình 10.18 Đồ thị trường khu xa ở tần số 1.1764GHz 195 Hình 10.19 Sơ đồ phân áp transistor 196 Hình 10.20: Xác định điểm phối hợp trở kháng 198 Hình 10.21: Mạch phối hợp trở kháng nguồn 199 Hình 10.22 Mạch phối hợp trở kháng tải 199 Hình 10.23: Kết quả mô phỏng sau phối hợp trở kháng 200 Hình 10.24: Hệ số tạp âm 200 Hình 10.25: Mạch LNA sau khi nối các đường truyền 201 Hình 10.26: Kết quả mô phỏng sau khi nối đường truyền 202 Hình 10.27: Mạch lọc thông thấp cơ bản tương đương 204 Hình 10.28: Mạch lọc mô phỏng bộ lọc bằng ADS 206 Hình 10.29: Kết quả mô phỏng hệ số phản xạ ngược của bộ lọc 207 Hình 10.30: Kết quả mô phỏng hệ số truyền đạt của bộ lọc 207 Hình 10.31: Hệ số tạp âm của bộ lọc 208 

10

Danh mục các bảng

Bảng 2.1 Độ ổn định của các đồng hồ 34 Bảng 2.2 Các loại máy thu GPS 36 Bảng 2.3 Đặc điểm tín hiệu gửi bởi vệ tinh Galileo 39 Bảng 2.4: Bảng so sánh các chip của Ublox 43 Bảng 2.5: Bảng so sánh các chip của Ublox 46 Bảng 3.1 Ấn định pha mã C/A 58 Bảng 5.1 Các phép toán mã hóa tính chẵn lẻ 79 Bảng 5.2 Sơ đồ giải mã cho các tham số lịch thiên văn trong dữ liệu định vị 81 Bảng 5.3 Các tham số lịch thiên văn 82 Bảng 5.4 Các tham số quỹ đạo Kepler: vị trí vệ tinh 82 Bảng 5.5 Các khoảng giả ban đầu cho tất cả các vệ tinh được theo dõi 88 Bảng 5.6 Độ lệch chuẩn điển hình cho phép đo khoảng giả 93 Bảng 5.7 Ngày tháng với các giây xen kẽ được cộng vào UTC để được GPST 95 Bảng 6.1 So sánh giữa Parlay/OSA và Parlay X 127 Bảng 6.2 Một số giao diện lập trình ứng dụng Parlay X 131 Bảng 7.1 Danh sách các hàm dùng trong mô phỏng 155 Bảng 7.2 Các tham số đầu vào của mô hình lịch thiên văn 155 Bảng 7.3 Các tham số đầu ra của mô hình lịch thiên văn 156 Bảng 7.4 Các tham số đầu vào của mô hình tầng điện li 157 Bảng 7.5 Các tham số đầu ra của mô hình tầng điện li 157 Bảng 7.6 Các tham số đầu vào của mô hình tầng đối lưu 157 Bảng 7.7 Các tham số đầu ra của mô hình tầng đối lưu 157 Bảng 7.8 Các tham số đầu vào của mô hình sai số độ lệch 158 Bảng 7.9 Các tham số đầu ra của mô hình sai số độ lệch 158 Bảng 7.10 Các tham số đầu vào của mô hình sai số tương đối 159 Bảng 7.11 Các tham số đầu ra của mô hình sai số tương đối 159 

12

LỜI NÓI ĐẦU

rong thời đại khoa học, kĩ thuật và công nghệ phát triển như vũ bão, hàng loạt các công nghệ mới đang được nghiên cứu và triển khai, đem lại những giá trị vô

cùng to lớn Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) từ khi

ra đời đã hỗ trợ con người trong việc xác định vị trí, hướng đi, xây dựng các loại bản đồ

và phục vụ nhiều nhiệm vụ quan trọng khác

Cùng với GPS của Mỹ thì Galileo đang được liên minh châu Âu triển khai và dự kiến vài năm tới sẽ chính thức cung cấp dịch vụ Do có chung các đặc điểm kỹ thuật với GPS, Galileo ra đời sẽ cho phép kết hợp cùng GPS để nâng cao chất lượng dịch vụ Tuy nhiên một yêu cầu đặt ra là làm sao để tích hợp cả hai công nghệ này vào trong một máy thu, một chiếc máy thu ưu việt hơn nhiều so với các máy thu GPS thông thường Động lực này thúc đẩy công nghệ mới SDR (Software-Defined Radio – hệ thống thông tin vô tuyến được định nghĩa bằng phần mềm) được triển khai Máy thu GNSS phần mềm có khả năng của một chiếc máy thu phần cứng truyền thống, ngoài ra còn cho phép tích hợp nhiều công nghệ, thay đổi và hiệu chỉnh các thông số dễ dàng, trong khi triển khai không quá phức tạp trên các mạch khả trình xử lý mạnh như DSP hay FPGA

Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu là công nghệ đang được đặc biệt quan tâm ở các nước công nghệ tiên tiến như Mỹ, châu Âu, Nhật bản, thậm chí là Trung quốc và Ấn độ Nhiều công nghệ liên quan đến lĩnh vực này là các công nghệ cao và không được phổ biến rộng rãi

Đề tài: Nghiên cứu và tiếp nhận công nghệ về hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu

(GNSS) - Xây dựng phòng thí nghiệm Galileo ở Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

(Research and technology transfer in the field of Global navigation satellite systems & GALILEO LAB at HUT) là nhiệm vụ hợp tác khoa học và công nghệ theo Nghị định thư

được ký với Bộ Khoa học công nghệ Việt Nam và cơ quan chủ quản là Viện Điện tử - Viễn thông, trường đại học Bách Khoa Hà Nội có hai nhiệm vụ trọng tâm:

1 Thực hiện các nghiên cứu khoa học trong khuôn khổ lĩnh vực định vị toàn cầu dưới sự hỗ trợ của các đối tác quan trọng trong lĩnh vực

2 Xúc tiến thành lập trung tâm hỗn hợp về định vị toàn cầu cấp trường quy mô toàn Đông Nam Á nhằm thúc đẩy và phát triển các hoạt động nghiên cứu khoa học và ứng dụng phục vụ phát triển kinh tế trong lĩnh vực này

T

13

Có thể nói, sau gần hai năm triển khai nhiệm vụ, nhóm thực hiện đề tài thuộc Viện Điện tử - Viễn thông đại học Bách Khoa Hà Nội dưới sự giúp đỡ của Các Bộ ngành chủ quản và liên quan đã đạt được nhiều kết quả khoa học và thành công trong việc phát triển trung tâm từ dự định ban đầu là Phòng thí nghiệm đến Trung tâm Hỗn hợp có quy mô tương đối lớn trong lĩnh vực này

Tuy nhiên, đây là lĩnh vực khó khăn, bên cạnh các thành công bước đầu, còn các vấn đề tồn tại và cũng mở ra nhiều hướng nghiên cứu khoa học và phát triển các ứng dụng kinh tế kỹ thuật phục vụ đắc lực cho an ninh quốc phòng và kinh tế xã hội nước ta Nhóm thực hiện đề tài trân trọng cảm ơn các Bộ ngành và cơ quan chủ quản đã tạo điều kiện và cũng xin được tiếp tục các nghiên cứu được chỉ ra trong phần các vấn đề tồn tại và hướng phát triển tiếp theo của nhiệm vụ

14

PHẦN I CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN

ĐỀ CẦN GIẢI QUYẾT CỦA NHIỆM VỤ

PHẦN I

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TỔNG QUAN

VỀ CÁC VẤN ĐỀ CẦN GIẢI QUYẾT CỦA

NHIỆM VỤ

15

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHIỆM VỤ VÀ CÁC NỘI

DUNG KHOA HỌC CẦN GIẢI QUYẾT

1.1 Giới thiệu chung

Công nghệ định vị dựa trên hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu (Global Navigation Satellite System – GNSS) là công nghệ cho phép xác định các thông tin vị trí của người

sử dụng tại bất kỳ điểm nào trên mặt đất Gần đây, do GNSS đóng vai trò quan trọng trong nhiều khía cạnh của cuộc sống, từ quốc phòng đến giao thông vận tải, cứu hộ cứu nạn, trắc địa bản đồ, dẫn đường hàng hải, hàng không v.v nên định vị toàn cầu đã và đang trở nên một phần quan trọng trong chiến lược không gian của nhiều quốc gia trên thế giới Các nước có nền kinh tế, công nghiệp vũ trụ và quốc phòng mạnh trên thế giới đều có xu hướng tự phát triển hệ thống định vị toàn cầu cho riêng mình Do đó, việc nghiên cứu các công nghệ như GNSS không chỉ có ý nghĩa về học thuật mà còn xuất phát

từ nhu cầu thực tế của đất nước ta

Viện Điện tử – Viễn thông, trường ĐHBK Hà nội là một trong các khoa viện hàng đầu trong cả nước về nghiên cứu khoa học và đào tạo trong lĩnh vực CNTT và truyền thông Các lĩnh vực nghiên cứu của Viện Điện tử - Viễn thông được trải khá rộng, từ lĩnh vực antenna, siêu cao tần, xử lý tín hiệu trong thông tin vô tuyến, đến mạng và các ứng dụng đa phương tiện Với sự giúp đỡ của các chuyên gia có kinh nghiệm của các đôi tác Ý và Đức, nhóm nghiên cứu tại Viện ĐTVT đã quyết định thực hiện nhiệm vụ Nghị định thư được hỗ trợ bởi chính phủ hai bên, tập trung vào nghiên cứu để đưa ra các giải pháp khoa học và xây dựng trung tâm định vị toàn cầu GNSS (Trung tâm NAVIS) có quy chế hoạt động như trung tâm hỗn hợp cấp trường quy mô toàn Đông Nam Á nhằm phát triển lĩnh vực GNSS

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ở trong nước thuộc lĩnh vực của nhiệm vụ

Hiện nay, thông qua các định hướng của Bộ Khoa học và Công nghệ, Việt Nam đã

và đang xem công nghệ vũ trụ nói chung, công nghệ định vị toàn cầu nói riêng là các công nghệ trọng tâm, cần tập trung nghiên cứu và đưa ra những sản phẩm phục vụ thiết thực cho nhu cầu kinh tế xã hội trong nước Các chính sách của Nhà nước trong lĩnh vực này thể hiện ở một số điểm sau:

1 Ngày 14/06/2006 Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số 137/QĐ-TTg phê

duyệt “Chiến lược nghiên cứu và ứng dụng công nghệ vũ trụ đến năm 2020”,

ra cần phải đặt trọng tâm vào nghiên cứu và ứng dụng công nghệ vũ trụ, trong đó

có công nghệ định vị toàn cầu

2 Các Bộ, Ban, Ngành như Bộ Tài nguyên và Môi trường, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Cục đo đạc bản đồ, đều ban hành những định hướng phát triển ngành có liên quan đến lĩnh vực định vị toàn cầu

3 Ngày 20/11/2006, Viện Công nghệ Vũ trụ thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam chính thức được thành lập Viện Công nghệ Vũ trụ có chức năng nghiên cứu vấn đề cơ bản có chọn lọc liên quan đến khoa học và công nghệ vũ trụ, nghiên cứu và phát triển công nghệ vệ tinh nhỏ, xây dựng và thực hiện chương trình khoa học công nghệ độc lập về công nghệ vũ trụ, xây dựng các dự

án PTN trọng điểm công nghệ vũ trụ Đặc biệt, lĩnh vực hoạt động của Viện có khá nhiều lĩnh vực liên quan đến Điện tử - Viễn thông và Công nghệ thông tin Trong điều kiện đặc thù của Việt Nam, các ứng dụng liên quan đến hệ thống định vị

vệ tinh toàn cầu có thể được triển khai trong rất nhiều lĩnh vực liên quan đến đời sống kinh tế và xã hội:

Trong quản lý môi trường và tài nguyên: Ứng dụng trong đo đạc bản đồ và thu thập các thông tin địa lý, quản lý đất đai và môi trường…

Trong tìm kiếm cứu nạn và quản lý rủi ro: Hỗ trợ định vị và tìm kiếm trong các trường hợp khẩn cấp như bão, động đất, lũ v.v., giám sát mực nước, tình trạng đất để chống lở đất, lũ …

Trong các dịch vụ xã hội: Quản lý vị trí của hệ thống giao thông như hệ thống xe buýt, xe cấp cứu, cứu hoả, điều hành hệ thống taxi…

Trong viễn thông: Phát triển các dịch vụ giá trị gia tăng mới như hệ thống cung cấp thông tin theo vị trí của hệ thống thông tin di động…

Trong nghiên cứu khoa học: Khảo cổ học, khoa học khí quyển và môi trường, địa chất và địa vật lý, hải dương học, nghiên cứu động vật hoang dã…

Trong quân sự: Xác định mục tiêu, tác chiến, điều khiển vũ khí…

Mặc dù nhu cầu về hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu tại Việt Nam hiện tại là rất lớn, nhưng có khá ít các cơ quan nghiên cứu chuyên sâu về hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu,

17

về cơ cấu thu nhận, xử lý tín hiệu Phần lớn các doanh nghiệp, viện nghiên cứu hiện nay chỉ tập trung vào phần ứng dụng của GNSS như bản đồ số, các ứng dụng trong trắc địa, trong giao thông vận tải v.v Có thể kể đến những cơ quan sau đang có các nghiên cứu

và triển khai về ứng dụng GNSS: Viện trắc địa bản đồ, Trường ĐH Mỏ Địa chất, Trường

ĐH Thủy lợi, Viện Viễn thám, Đại học Hàng hải Việt Nam, Viện Khí tượng Thủy văn, Công ty Vietmap, Công ty ROSSMAP, …

Trong các định hướng chuyên sâu về lĩnh vực GNSS, hiện Trường ĐHBK Hà Nội

đã và đang có nhiều hoạt động trong cả nghiên cứu và đào tạo liên quan đến định vị toàn cầu, điển hình như:

Mảng NCKH, tại Viện ĐT-VT và Viện CNTT&TT đã thành lập một số nhóm nghiên cứu trong các lĩnh vực liên quan đến hệ thống định vị toàn cầu như: Thông tin vô

tuyến (liên quan đến phần thu của GPS), điện tử ứng dụng và hệ thống nhúng (liên quan đến chế tạo phần cứng đầu thu GPS), mạng và dịch vụ (cho phép cung cấp dịch vụ định

vị vị trí cho người sử dụng GSM/UMTS), cơ sở dữ liệu (liên quan đến bản đồ số)

Ngoài ra còn phải kể đến các đề tài và dự án hợp tác Á - Âu của Trường ĐHBK Hà

Nội đã và đang triển khai trong lĩnh vực này như: (1) Dự án JEAGAL (Joint Asian education and application development program on GALILEO) hợp tác với EU;

European-(2) Đề tài “Tiền khả thi cho hệ thống thông tin mở rộng cho tàu đánh cá cỡ vừa và nhỏ tại

Việt nam” (Pre-feasibility study of an advanced communication systems for small and medium fishing boats in Vietnam) trong khuôn khổ hợp tác NCKH của Trường ĐHBK

Hà Nội với 6 trường đại học khác trong khu vực nói tiếng Hà Lan của Bỉ.; (3) Dự án PROGENY hợp tác với Ý trong giảng dạy một số môn học liên quan đến hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu của châu Âu

Đặc biệt, dự án SEAGAL (South East Asia centre on European GNSS for international cooperation and Local Development) do Cơ quan giám sát định vị toàn cầu châu Âu (GNSS Supervisory Authority- GSA) thuộc Ủy ban châu Âu (EC) tài trợ SEAGAL nằm trong khuôn khổ của Chương trình khung thứ 7 (Framework Programme

7 – FP7) của Ủy ban châu Âu FP7 là một chương trình hỗ trợ kinh phí cho các dự án

nghiên cứu của châu Âu trong giai đoạn từ 2007 - 2013 Đối tác của SEAGAL bao gồm

có 6 đơn vị: (1) Viện Istituto Superiore Mario Boella (ISMB), Ý; (2) Politecnico di Torino, Ý; (3) Universidad Politecnica de Catalunya, Tây Ban Nha; (4) Université de Franche-Comté, Pháp; (5) AIT, Thái Lan, và (6) Trường ĐHBK Hà Nội Mục đích của trung tâm là vạch ra kế hoạch triển khai một Trung tâm hợp tác GNSS châu Âu để hỗ trợ các nhu cầu về kỹ thuật, thương mại và đào tạo tại khu vực Đông Nam Á

18

Về đào tạo, tại Viện ĐT-VT đã thành lập một nhóm chuyên môn về chuyên ngành Điện tử Hàng không từ trên 15 năm qua, trong đó có môn học Kỹ thuật định vị và các môn học có liên quan như: Thông tin vệ tinh, Linh kiện điện tử trên máy bay, v.v

1.2.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu ở ngoài nước của nhiệm vụ

Có thể nhận ra một xu hướng chung hiện nay là các nước có nền kinh tế, công nghiệp vũ trụ và quốc phòng mạnh trên thế giới đều có chiến lược phát triển hệ thống định vị toàn cầu Hiện nay trên thế giới đang có một số hệ thống định vị toàn cầu sau:

Hệ thống GPS của Mỹ: Là hệ thống được phát triển bởi quân đội Mỹ trong thập kỷ

80 và 90 của thế kỷ trước GPS là hệ thống duy nhất có thể phủ sóng trên toàn thế giới Điều này có nghĩa rằng với một đầu thu GPS là có thể xác định được vị trí của bất kỳ điểm nào trên mặt đất Tuy nhiên GPS có một số hạn chế như sau:

GPS là hệ thống được phát triển bởi Bộ Quốc phòng Mỹ với mục đích phục vụ cho quân sự Từ năm 1993 GPS được phép đưa vào các ứng dụng dân sự Tuy nhiên Bộ quốc phòng Mỹ không cam kết cung cấp tín hiệu GPS cho các mục đích dân sự trong một số trường hợp đặc biệt, thí dụ như vùng đang xảy ra chiến tranh

Với các ứng dụng dân sự, độ chính xác của hệ thống GPS không cao với sai số tối

đa có thể lên đến 100 m

Hệ thống Galileo của châu Âu: Galileo là hệ thống định vị toàn cầu đang được phát triển bởi Liên hiệp châu Âu (EU) thông qua Cơ quan vũ trụ châu Âu (ESA) Hệ thống này có trị giá 3,4 tỷ Euro và sẽ phủ sóng toàn cầu vào năm 2013 So với GPS, hệ thống Galileo có những ưu điểm sau:

ƒ Do sử dụng các công nghệ mới, Galileo cho phép nâng cao độ chính xác với sai số khoảng 30 m bao gồm cả phép đo độ cao

ƒ Galileo cung cấp các dịch vụ định vị ở vĩ độ lớn (như ở Bắc cực và Nam cực) tốt hơn GPS

ƒ EU cam kết cung cấp dịch vụ Galileo miễn phí cho mục đích dân sự trong mọi trường hợp

Hệ thống GLONASS của Nga: Là hệ thống được phát triển từ thời Liên Xô (cũ)

Dự án này được khởi động từ năm 1976 với mục tiêu phủ sóng toàn cầu vào năm 1991 Việc này thực tế đã hoàn thành vào năm 1995, tuy nhiên cùng với sự sụp đổ của Liên Xô,

do tình hình kinh tế khó khăn, GLONASS nhanh chóng rơi vào tình trạng hư hỏng vì không được bảo trì, bảo dưỡng Kể từ năm 2001, Chính phủ Nga cam kết khôi phục lại

Một vài hệ thống khác: Ngoài các hệ thống trên, một số nước cũng đang thử nghiệm

và triển khai hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu Điển hình phải kể đến hệ thống IRNSS (Indian Regional Navigational Satellite System) của Ấn Độ IRNSS là hệ thống được phát triển bới Tổ chức nghiên cứu không gian Ấn Độ dưới sự quản lý của Chính phủ Ấn

Độ Ngoài ra còn có hệ thống QZSS (Quasi-Zenith Satellite System) của Nhật Bản Hệ thống QZSS không phải là hệ thống hoạt động độc lập mà chỉ là một phần bổ sung cho hệ thống GPS với vùng phủ sóng trên lãnh thổ Nhật Bản

Tại nhiều nước trên thế giới, ý tưởng đưa ra một giải pháp tích hợp để cung cấp các dịch vụ thông tin liên quan đến hệ thống giao thông công cộng đã bắt đầu được nghiên cứu và triển khai Điển hình là dự án Infopolis đang được triển khai thử nghiệm tại một

số thành phố ở châu Âu Trong dự án Infopolis, cơ sở hạ tầng thông tin và viễn thông phục vụ cho dịch vụ thông tin giao thông công cộng được tập trung nghiên cứu và phát triển Các dịch vụ thông tin liên quan đến người tham gia giao thông như thời gian đi và đến của các tuyến xe buýt được cập nhật theo thời gian thực và hiển thị trên các bảng chỉ dẫn ở các bến xe, trên xe, cũng như có thể được phân phối đến từng người sử dụng đơn lẻ qua hệ thống mạng máy tính hoặc điện thoại di động Nhược điểm chính của hệ thống Infopolis là nó không có một kiến trúc dịch vụ nền tảng cho các dịch vụ được cung cấp Bởi thế trong Infopolis khả năng hội tụ về dịch vụ, tính cước, khả năng tạo ra các dịch vụ mới một cách mềm dẻo đều khá hạn chế Mặt khác, một số dự án khác của Liên minh châu Âu hiện nay đang nghiên cứu giải pháp tổ hợp các nền tảng dịch vụ vào các hệ thống thông tin, điển hình là dự án EU IST e-Sense và Mobilife

1.3 Mục tiêu và phương pháp tiếp cận của nhiệm vụ

Như đã trình bày trong nội dung thuyết minh nhiệm vụ Hợp tác quốc tế theo nghị định thư, các mục tiêu cụ thể của nhiệm vụ bao gồm:

1 Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm máy thu định vị toàn cầu

2 Nghiên cứu đề xuất giải pháp máy thu dựa trên công nghệ vô tuyến điều khiển bằng phần mềm (SDR)

3 Nghiên cứu phát triển nền tảng cung cấp dịch vụ trên các mạng internet di động

và cố định thế hệ mới và một số dịch vụ dựa trên thông tin vị trí

Để đạt được các mục tiêu khoa học (mục tiêu 1-3) thì các tiếp cận và phương pháp nghiên cứu đã được thực hiện như trong thuyết minh nhiệm vụ như sau:

Cách tiếp cận:

Nhiệm vụ sẽ chủ yếu đề cập đến các kỹ thuật sử dụng trong các hoạt động nghiên cứu của nhiệm vụ Nhóm nghiên cứu dự định tiếp cận và tiến hành các bước nghiên cứu như sau:

Tìm hiểu các công trình, dự án nghiên cứu về định vị và giám sát vị trí từ xa đang được thực hiện trên thế giới, đặc biệt là các hệ thống giám sát áp dụng cho giao thông vận tải, vận chuyển hành khách công cộng như Infopolis, e-Sense, Mobilife của châu Âu Nhóm thực hiện nhiệm vụ phối hợp với các đối tác chiến lược bao gồm đối tác Ý, đối tác Đức Thông qua các hoạt động hội thảo (02 hội thảo), dự hội nghị, tổ chức hợp tác với

EU thu được các kết quả khả quan về sự phát triển của lĩnh vực định vị toàn cầu và ứng dụng trên thế giới, làm tiền đề cho sự phát triển tiếp theo là:

Dựa vào kết quả khảo sát ở trên kết hợp với kiến thức chuyên môn nhóm nhiệm vụ

sẽ nêu lên các vấn đề còn tồn tại, các nhược điểm mà các giải pháp hiện tại chưa giải quyết được hoặc không phù hợp với hoàn cảnh Việt Nam

Phát triển ý tưởng và các giải pháp kỹ thuật liên quan đến ba vấn đề sau:

1 Thiết kế máy thu tích hợp GPS và Galileo với các thuật toán xử lý tín hiệu được thực hiện trên các bộ DSP

2 Nghiên cứu giải pháp SDR cho các bộ thu

3 Nghiên cứu và phát triển một nền tảng cung cấp dịch vụ (service delivery platform) để cung cấp dịch vụ dựa trên vị trí đến các thuê bao di động và Internet

21

Dựa vào các thiết bị kiểm tra và thiết bị đo đã có của phía bạn, có thể đưa ra một mô hình chế thử phần cứng và phần mềm nhằm chứng minh tính khả thi của phương pháp mới

Phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng:

Trong nhiệm vụ này, phương pháp nghiên cứu dựa trên các hệ thống triển khai thực nghiệm đã được thực hiện ứng với từng mô-đun nghiên cứu như sau:

Mô đun nghiên cứu thứ nhất: Nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm bộ thu và nghiên cứu phát triển giải pháp bộ thu dựa trên công nghệ SDR

Máy thu là thành phần quan trọng trong các hệ thống thông tin vô tuyến Các máy thu vô tuyến điện hiện tại cũng như máy thu GPS thông dụng thực hiện việc giải điều chế tín hiệu, giải mã, xử lý để thu nhận các thông tin đã phát cũng như đưa ra các thông tin về

vị trí (máy thu GPS) cho người sử dụng thông qua các mô đun phần cứng truyền thống

Cho đến nay, các hệ thống thông tin vô tuyến được thiết kế theo hướng phần cứng HDR (Hardware-Defined Radio) vẫn đang được áp dụng một cách rộng rãi Tuy nhiên, các hệ thống này có ít hoặc đôi khi không có phần mềm điều khiển Chúng được bố trí cho hầu hết các thiết bị thuê bao nhận thông tin, có tuổi thọ ngắn và được thiết kế để thay thế hoặc dễ dàng bị loại bỏ Với nhu cầu ngày càng tăng về tài nguyên vô tuyến, những công nghệ mới, đang nhận được sự quan tâm đặc biệt từ các nhà khoa học, mong đợi sẽ mang lại độ linh hoạt cao hơn, cải thiện hiệu quả sử dụng Công nghệ có khả năng đáp ứng được mục tiêu này là công nghệ vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm (Software Defined Radio - SDR) được nhóm nghiên cứu áp dụng

Mô đun nghiên cứu thứ hai: Thiết kế và lựa chọn giải pháp vô tuyến cập nhật vị trí một đối tượng cần giám sát

Để cung cấp các dịch vụ dựa trên vị trí LBS (Location-Based Service), nhóm nghiên cứu đã xây dựng giải pháp để truyền tín hiệu vị trí của đối tượng đó về một trung tâm giám sát và điều khiển Ứng dụng điển hình là dịch vụ trợ giúp và hướng dẫn lộ trình của xe buýt, trong đó vị trí của tất cả các xe buýt đang hoạt động cần phải được cập nhật theo thời gian thực về trung tâm điều phối Xét về mặt học thuật, giải pháp vừa đề cập không phải là giải pháp mới Hiện trên thế giới đã có nhiều giải pháp khác nhau để cập nhật vị trí như thông qua các hệ thống thông tin có sẵn (TD: hệ thống GPRS của mạng GSM), sử dụng các modem không dây ở sóng UHF, VHF chế tạo chuyên biệt v.v Nhóm nghiên cứu đã thành công trong lựa chọn và phát triển một giải pháp phù hợp với điều kiện kỹ thuật ở trong nước