QUẢN LÝ XE SỬ DÙNG CÔNG NGHỆ GPS GSM

TÓM TẮT LUẬN VĂNMục tiêu chính của đề tài luận văn là ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh toàn cầu GPS để xây dựng một hệ thống quản lý thiết bị, phương tiện giao thông tương đối hoàn chỉnh. Kết hợp với mạng di động GSM, Internet và một hệ thống quản lý cảm biến đặt trên phương tiện để tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh có tính ứng dụng cao.Lý thuyết về GPS trong Luận văn này sẽ tập trung xây dựng hệ thống. Các phần thực hiện chính của đề tài là xây dựng một website giao diện người dùng kết hợp với Google Map, viết một chương trình quản lý và xử lý dữ liệu, tìm hiểu chế độ GPRS của modem Wavecom để ứng dụng vào hệ thống, tăng tính khả thi.Hệ thống quản lý giao thông ứng dụng GPS đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới tại các nước phát triển, ở Việt Nam một số công ty đã đưa vào sử dụng nhưng vẫn còn những hạn chế như giá thành, dữ liệu bản đồ… với sự hỗ trợ của Google Map thì việc nhúng bản đồ số trực tuyến vào website có thể giải quyết được những hạn chế trên.

BỘ MÔN VIỄN THÔNG

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

QUẢN LÝ XE

SỬ DÙNG CÔNG NGHỆ GPS/GSM

GVHD : ThS Ðinh Quốc Hùng SVTH : Trần Quang Hải 40500786

Bùi An Bình 40500188

- Tp Hồ Chí Minh, Tháng 1-2010 -

Số: /BKĐT

Khoa: Điện – Điện tử

Bộ Môn: Viễn Thông

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

1 Đầu đề luận văn: “ Quản lý xe sử dụng công nghệ GPS/GSM ”

2 Nhiệm vụ ( Yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):

3 Ngày giao nhiệm vụ luận văn:

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

5 Họ và tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn:

Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua Bộ Môn Ngày tháng năm 2010 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN: Người duyệt (chấm sơ bộ):

Đơn vị:

Ngày bảo vệ:

Điểm tổng kết:

Nơi lưu trữ luận văn:

PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN

(Dành cho người hướng dẫn)

1 Đề tài: “ Quản lý xe sử dụng công nghệ GPS/GSM ”

2 Họ tên người hướng dẫn: ThS ĐINH QUỐC HÙNG

3 Tổng quát về bản thuyết minh:

Số trang Số chương

Số bảng số liệu Số hình vẽ

Số tài liệu tham khảo Phần mềm tính toán

4 Tổng quát về các bản vẽ: - Số bản vẽ: bản A1 bản A2 khổ khác - Số bản vẽ tay: số bản vẽ trên máy tính:

5 Những ưu điểm chính của LVTN:

6 Những thiếu sót chính của LVTN:

7 Đề nghị: Được bảo vệ , Bổ sung thêm để bảo vệ , Không được bảo vệ  8 3 câu hỏi sinh viên trả lời trước Hội Đồng: a)

b)

c)

9 Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB): Điểm ………

Ký tên (ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, chúng em muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên, Thạc sĩ Đinh Quốc Hùng, trong thời gian vừa qua, đã hướng dẫn và giúp đỡ chúng em nghiên cứu từ đồ án 2, thực tập tốt nghiệp đến luận văn tốt nghiệp Những lời nhận xét, góp ý và hướng dẫn của thầy đã giúp chúng em có một định hướng đúng trong quá trình thực hiện đề tài, giúp chúng em nhìn ra được ưu khuyết điểm của đề tài

và từng bước khắc phục để ngày một tốt hơn

Chúng m xin cảm ơn thầy c trong khoa Điện – Điện tử, bộ m n i n th ng đã tận tình ch bảo, truyền đạt cho chúng m kiến thức chuyên ngành và cách làm việc nhóm, nghiên cứu đề tài để thực hiện tốt các đồ án m n h c và hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp

Cuối cùng chúng m xin cảm ơn bạn b đã h trợ, giúp đỡ, sát cánh cùng chúng

m trong suốt những năm h c đại h c Cảm ơn vì sự s chia, hy sinh và chăm sóc lớn lao của gia đình , người thân để chúng m vượt qua khó khăn trong những năm tháng ngồi trên giảng đường và để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Hồ Chí Minh, ngày 3 tháng 1 năm 2010

TRẦN QUANG HẢI BÙI AN BÌNH

TÓM TẮT LUẬN ĂN

Mục tiêu chính của đề tài luận văn là ứng dụng c ng nghệ định vị vệ tinh toàn cầu GPS để xây dựng một hệ thống quản lý thiết bị, phương tiện giao th ng tương đối hoàn ch nh Kết hợp với mạng di động GSM, Int rn t và một hệ thống quản lý cảm biến đặt trên phương tiện để tạo thành một hệ thống hoàn ch nh có tính ứng dụng cao

Lý thuyết về GPS đã được tìm hiểu trong Đồ Án 2 nên trong Luận ăn này sẽ tập trung xây dựng hệ thống Các phần thực hiện chính của đề tài là xây dựng một

w bsit giao diện người dùng kết hợp với Googl Map, viết một chương trình quản

lý và xử lý dữ liệu, tìm hiểu chế độ GPRS của mod m Wav com để ứng dụng vào hệ thống, tăng tính khả thi

Hệ thống quản lý giao th ng ứng dụng GPS đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới tại các nước phát triển, ở iệt Nam một số c ng ty đã đưa vào sủ dụng nhưng vẫn còn những hạn chế như giá thành, dữ liệu bản đồ… ới sự hổ trợ của Googl Map thì việc nhúng bản đồ số trực tuyến vào w bsit có thể giải quyết được những hạn chế trên

Nhóm sinh viên thực hiện TRẦN QUANG HẢI BÙI AN BÌNH

MỤC LỤC

Trang bìa i

Nhiệm vụ luận văn

Lời cảm ơn ii

Tóm tắt luận văn iii

Mục lục iv

Danh sách hình vẽ vii

Danh sách bảng biểu ix

Danh mục từ viết tắt x

Nội dung luận văn Phần mở đầu – GIỚI THIỆU CHUNG 1

Phần I – CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

Chương 1: Tổng quan về GPS 1.1 Sơ lược các phương pháp dẫn đường 6

1.1.1 Dẫn đường bằng mục tiêu (Pilotage) 6

1.1.2 Dẫn đường dự đoán (Dead reckoning) 6

1.1.3 Dẫn đường thiên văn học (Celestial navigation) 6

1.1.4 Dẫn đường vô tuyến (Radio navigation) 6

1.1.5 Dẫn đường quán tính (Inertial navigation) 6

1.2 Hệ thống định vị vệ tinh GPS 6

1.2.1 Quá trình xây dựng GPS 7

1.2.2 Sự hoạt động của GPS 9

1.2.3 Tín hiệu GPS 10

1.2.4 Nguốn lỗi của tín hiệu GPS 10

1.2.5 Các thành phần chính của GPS 11

Chương 2: Giải mã chuỗi NMEA 2.1 Định nghĩa và khái niệm 16

2.2 Thành phần chuỗi NMEA 16

2.3 Giải mã chuỗi 16

Chương 3: Modem Wavecom Fastrack Supreme 20 3.1 Giới thiệu chung 21

3.1.1 Power supply connector 21

3.1.2 Sub HD 15 pin connector 22

3.1.3 Antenna connector 23

3.1.4 IES connector 24

3.2 Tính chất và đặc điểm của modem 24

3.3 Board IESM-GPS+USB+I/O 27

3.3.2 Mini-B USB connector 29

3.3.3 16-Way IO socket 29

3.3.4 Tính chất và đặc điểm của board 30

Chương 4: Tìm hiểu hệ thống GPRS 4.1 Quá trình hình thành và phát triển của GPRS 32

4.2 Mục tiêu và lợi thế của GPRS 32

4.3 Đặc điểm của hệ thống GPRS 33

4.3.1 Một số đặc trưng về người dùng và mạng 33

4.3.2 Kiến trúc mạng GPRS 35

4.3.3 Mã hóa kênh trong GPRS 38

4.3.4 Quản lý phiên và quản lý di động 39

4.3.5 Nguyên tắc quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến và đa truy xuất 41

4.3.6 Kênh logic trong GPRS 43

4.3.7 Các chức năng logic của hệ thống GPRS 43

Phần II – XÂY DỰNG HỆ THỐNG 47

Chương 5: Nội dung và sơ đồ khối hệ thống 5.1 Tổng quan và chức năng 48

5.2 Sơ đồ khối 49

5.3 Vận hành 50

Chương 6: Website giao diện người dùng và Google Map 6.1 Giới thiệu các ngôn ngữ lập trình web 52

6.1.1 HTML 52

6.1.2 PHP 52

6.1.3 Javascript 53

6.1.4 Ajax 55

6.2 Google Map 57

6.2.1 Giới thiệu chung 57

6.2.2 Các chức năng được hổ trợ 58

6.3 Giao diện website và các chức năng 61

6.3.1 Tổng quan 61

6.3.2 Giải thuật lập trình 61

6.3.3 Các chức năng chính 63

6.4 Upload website lên Host 65

6.4.1 Giao thức FTP 65

6.4.2 Chương trình hổ trợ và quản lý 67

Chương 7: Chương trình xử lý dữ liệu 7.1 Kết nối Modem với máy chủ và thiết lập các chế độ 70

7.1.3 Thiết lập chế độ GPRS 72

7.1.4 Thiết lập chế độ SMS 74

7.1.5 Đánh giá 74

7.2 Chương trình xử lý dữ liệu 75

7.2.1 Nội dung 75

7.2.2 Giải thuật lập trình 76

HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH SÁCH HÌNH Ẽ

Hình 1.1 Hệ thống vệ tinh GPS

Hình 1.2 Các thành phần của hệ thống GPS

Hình 1.3 Thiết bị thu tín hiệu GPS

Hình 1.4 Sơ đồ khối máy thu GPS

Hình 1.5 Mô hình Control Segment

Hình 3.1 Modem Wavecom

Hình 3.2 Power supply connector

Hình 3.3 Sub HD 15 pin connector

Hình 6.1 Quá trình thông dịch trang PHP

Hình 6.2 So sánh ứng dụng web truyền thống (trái) với AJAX

Hình 6.3 Google Map

Hình 6.4 Tạo bản đồ đơn giản từ Maps API

Hình 6.5 Tạo đánh dấu trên bản đồ

Hình 6.6 Tạo thông tin địa điểm

Hình 6.7 Tìm địa điểm trên bản đồ

Hình 6.8 Tìm đường và đo khoản cách trên bản đồ

Hình 6.9 Giải thuật lập trình web

Hình 6.10 Tài khoản người dùng trên website

Hình 7.2 Các thông số kết nối

Hình 7.3 Thiết lập chế độ GPS cho Modem

Hình 7.4 Thiết lập chế độ GPRS cho Modem

Hình 7.5 Giải thuật lập trình xử lý dữ liệu

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 So sánh một số thông số kỹ thuật của ba hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu

Bảng 3.1 Power supply connector pin description

Bảng 3.1 Power supply connector pin description

Bảng 3.2 Sub HD 15-pin connector description

Bảng 3.3 Tính chất và đặc điểm của Modem

Bảng 3.4 Trạng thái làm việc của Modem

Bảng 3.5 Tính chất và đặc điểm của board IESM

Bảng 3.6 Trạng thái GPS của Modem

Bảng 4.1 Những thay đổi trong mạng GPRS

Bảng 4.2 Các kiểu mã hóa kênh truyền

Bảng 7.1 Các lệnh thiết lập GPS cho Modem

DANH MỤC TỪ IẾT TẮT

A

AJAX Asynchronous JavaScript and XML

APN Access Point Name

B

BSS Base Station System

BSC Base Station Controller

BSSGP Base Station System GPRS Protocol

BTS Base Transceiver Station

C

CDR Call Data Record

CGF Charging Gateway Functionality

D

DCE Data Communication Equipment

DOM Document Object Model

DTE Data Terminal Equipment

E

EDR Event Data Record

EDGE Enhanced Data For GSM Evolution

G

GIS Geographic Information System

GPIO General Purpose Input Output

GPRS General Packet Radio Service

GNSS Global Navigation Satellite System

GPS Global Positioning System

GGSN Gateway GPRS Support node

GSM Global System for Mobile

GAA GPRS Application Alliance

GTP GPRS Tunnel Protocol

HTML HyperText Markup Language

HSCSD High Speed Circuit Switched Data

HLR Home Location Register

LAN Local Area Network

LLC Logic Link Control

N

NMEA National Marine Electronics Association

P

PHP Personal Home Page

PDU Protocol Data Unit

PDP Packet Data Protocol

PDC Personal Digital Cellular

PDN Public Data Network

PLMN Public Land Mobile Network

PSTN Public Switched Telephone Network

SMA Sub Miniature version A RF connector

SNDCP Sub Network Dependent Convergence Protocol

T

TCP The Internet’s Transmission Control Protocol

GIỚI THIỆU CHUNG

Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GPS được phát triển bởi Hoa Kì và đến năm 1980 được phép phục vụ dân sự hoàn toàn miễn phí Từ đó đến nay lần lượt các thiết bị, hệ thống ứng dụng công nghệ GPS ra đời phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau trong cuộc sống như lâm nghiệp, giao thông vận tải, cầu đường, viễn thông…

Từ những thiết bị đơn giản đầu tiên chỉ giúp chúng ta xác định tọa độ tức thời thì đến nay công nghệ ứng dụng GPS đã phát triển thành những hệ thống cực kì tinh vi Các thiết bị cầm tay cá nhân tích hợp bản đồ số dùng định vị và dẫn đường tương đối chính xác, hay các nhà kinh doanh giao thông vận tải chỉ ngồi một nơi có thể quản lý toàn bộ hệ thống xe của mình Tất cả đều là những hệ thống quản lý chặt chẽ được xây dựng trên nền tảng GPS kết hợp các công nghệ truyền thông hiện đại như GSM, 3G, Internet

Ở các nước phát triển như Hoa Kì, Canada và các nước châu Âu, hệ thống giao thông công cộng đã hoàn toàn được quản lý bằng GPS, hạn chế kẹt xe, vi phạm giao thông, tai nạn… hệ thống xe buýt, xe rác hoạt động cực kì chính xác Tất cả thông tin đều được gửi về trung tâm

và được xử lý chặt chẽ Cùng với sự phát triển của hệ thống thông tin di động, chỉ với một tin nhắn GSM đơn giản gửi về tổng đài, các công ty, xí nghiệp, cá nhân có thể kiểm soát chặt chẽ hệt thống xe cơ quan, tài sản các nhân phục vụ cho công việc, cuộc sống

Ở Việt Nam, những năm gần đây các thiết bị GPS đã bắt đầu được sử dụng rộng rãi, chủ yếu để xác định vị trí, dẫn đường, có thể là thiết bị cầm tay hoặc gắn trên ô tô

Hệ thống quản lý xe dùng công nghệ GPS/GSM đã được vài công ty cung cấp như Bình An,Vietmap…Nhưng vẫn chưa được áp dụng rộng rãi do giá thành khá cao,chủ yếu chỉ một số công ty lớn như taxi MaiLinh đã áp dụng để quản lý đội xe taxi Hạn chế của hệ thống này ở Việt Nam là thiếu dữ liệu chi tiết để thiết lập bản đồ số, người sử dụng phải mua bản đồ số và thiết bị quản lý, làm nâng giá thành của hệ thống

Ý tưởng của đề tài là kết hợp công nghệ GPS-GSM-Internet để thiết lập một hệ thống quản

lý xe Ưu điểm của sự kết hợp này là giải quyết được bài toán về giá thành bản đồ số và thiết

bị quản lý, tất cả sẽ được thay bằng 1 trang web chuyên dụng kết hợp bản đồ có sẵn từ Google Map Người sử dụng chỉ cần một hộp đen chứa thiết bị thu tín hiệu GPS và gửi nhận SMS/GPRS gắn trên xe và một máy tính kết nối mạng internet là có thể sử dụng hệ thống dễ dàng

Quá trình thực hiện của đề tài bao gồm:

 Xây dựng một website chuyên dụng, nhúng bản đồ từ Google Map

 Xây dựng giao diện người dùng hợp lý hổ trợ các chức năng:

- Vị trí và lộ trình của thiết bị, thực hiện dẫn đường

- Thời gian di chuyển, dừng

- Thực hiện cảnh báo khi thiết bị vượt các định mức đã định trước

- Cung cấp các thông số cần thiết của thiết bị

 Viết chương trình quản lý và xử lý dữ liệu đồng thời kết hợp với hệ thống cảm ứng trên

xe để cung cấp các thông số khác như vận tốc, nhiệt độ, lượng xăng

Áp dụng các lý thuyết đã tìm hiểu ở Đồ Án 2 và tập trung xây dựng hệ thống, đề tài Luận Văn được chia làm 2 phần:

PHẦN 1 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 1: Tổng quan về GPS

Chương 2: Giải mã chuỗi NMEA

Chương 3: Modem Wavecom Fastrack Supreme 20

Chương 4: Tìm hiểu hệ thống GPRS

PHẦN 2 – XÂY DỰNG HỆ THỐNG

Chương 5: Nội dung và sơ đồ khối hệ thống

Chương 6: Website giao diện người dùng và Google Map

Chương 7: Chương trình xử lý dữ liệu

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 1 – Tổng quan về GPS

Chương 2 – Giải mã chuỗi NMEA

Chương 3 – Modem Wavecom Fastrack

Supreme 20

Chương 4 – Tìm hiểu hệ thống GPRS

1.1 Sơ lược các phương pháp dẫn đường 1.1.1 Dẫn đường bằng mục tiêu (Pilotage)

1.1.1 Dẫn đường dự đoán (Dead reckoning) 1.1.2 Dẫn đường thiên văn học (Celestial navigation) 1.1.3 Dẫn đường vô tuyến điện (Radio navigation) 1.1.4 Dẫn đường quán tính (Inertial navigation)

1.2 Hệ thống định vị vệ tinh GPS 1.2.1 Quá trình xây dựng GPS 1.2.2 Sự hoạt động của GPS 1.2.3 Tín hiệu GPS

1.2.4 Nguồn lỗi của tín hiệu GPS 1.2.5 Các thành phần chính của GPS

ội d ng ch nh

1.1 Sơ lược các phương pháp dẫn đường:

1.1.1 Dẫn đường bằng mục tiêu (Pilotage):

Phương pháp dẫn đường bằng mục tiêu là phương pháp dẫn đường và xác định vị trí phương tiện giao thông bằng những mục tiêu nhìn thấy Những mục tiêu nhìn thấy có thể là đỉnh ngọn núi, hải đăng, chập tiêu v.v… Phương pháp dẫn đường bằng mục tiêu là phương

pháp cổ xưa và đơn giản nhất

1.1.2 Dẫn đường dự đoán (D ad r ckoning):

Phương pháp dẫn đường dự đoán là phương pháp dẫn đường dựa vào vị trí xuất phát ban đầu, tốc độ di chuyển và hướng di chuyển để dự đoán vị trí của phương tiện Phương pháp này nếu không có ảnh hưởng của ngoại cảnh như dòng chảy, gió và sóng thì cho độ chính xác

cao

1.1.3 Dẫn đường thiên văn h c (Celestial navigation):

Phương pháp dẫn đường thiên văn học là dựa vào việc quan sát các thiên thể đã biết trên bầu trời như mặt trời, mặt trăng và các vì sao, sử dụng sextant để đo độ cao và góc độ giữa các thiên thể, dùng đồng hồ (thời kế) để đo thời gian và dùng lịch thiên văn để tính toán vị trí của tàu Phương pháp dẫn đường thiên văn học là phương pháp được sử dụng nhiều trong

ngành hàng hải

1.1.4 Dẫn đường vô tuyến điện (Radio navigation):

Phương pháp dẫn đường vô tuyến điện là phương pháp sử dụng thiết bị phát sóng vô tuyến điện từ một trạm phát cố định có vị trí đã biết, tại điểm thu sóng máy thu sẽ tính toán thời gian, khoảng cách và kết quả thu được vị trí máy thu sóng vô tuyến điện Phương pháp sử dụng GPS/GNSS cũng được coi là phương pháp vô tuyến điện, các vệ tinh hệ thống định vị toàn cầu được coi là các trạm phát vô tuyến điện, hay nói chính xác hơn ‘các trạm phát vô tuyến

điện ở trong vũ trụ’ (space-based radio wave transmitters)

1.1.5 Dẫn đường quán tính (Inertial navigation):

Phương pháp dẫn đường quán tính dựa trên hiểu biết vị trí, vận tốc và động thái ban đầu của phương tiện, từ đó đo tốc độ động thái và gia tốc rồi dùng phương pháp tích phân để tính toán ra vị trí của phương tiện Đây là phương pháp dẫn đường duy nhất không dựa vào nguồn tham khảo bên ngoài Nếu phương pháp dẫn đường vô tuyến chịu ảnh hưởng của sóng vô tuyến điện và không sử dụng được trong những khu vực không có sóng thì phương pháp dẫn đường quán tính có thể khắc phục được

1.2 Hệ thống định vị vệ tinh GPS:

Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System - GPS) là hệ thống xác định vị trí dựa trên các vệ tinh nhân tạo hoặc tên gọi mới ưa dùng hơn là Hệ thống vệ tinh dẫn đường

toàn cầu (Global Navigation Satellite Systems - GNSS)

GPS được thiết kế và bảo quản bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, GPS ban đầu chỉ dành cho các mục đích quân sự, nhưng từ năm 1980 chính phủ Mỹ cho phép sử dụng dân sự GPS hoạt

động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi trên Trái Đất, 24 giờ một ngày Không mất phí thuê bao hoặc mất tiền trả cho việc thiết lập sử dụng GPS

Hình 1.1: Hệ thống vệ tinh GPS 1.2.1 Quá trình xây dựng GPS:

- Vệ tinh GPS đầu tiên được phóng năm 1978

- Hoàn chỉnh đầy đủ 24 vệ tinh vào năm 1994

- 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 5m với các tấm năng lượng Mặt Trời mở rộng 7 m²

- Công suất phát bằng hoặc dưới 50 watts

Gần như đồng thời với lúc Mỹ phát triển GPS, Liên Xô cũng phát triển một hệ thống tương

tự với tên gọi GLONASS (Global Orbiting Navigation Satellite System) Các nước trong

Liên minh châu Âu cũng đang xây dựng Hệ thống định vị GALILEO, có tính năng giống như GPS của Hoa Kỳ, dự tính sẽ bắt đầu hoạt động năm 2011-2012

Cả GPS và GLONASS đều được phát triển trước hết cho mục đích quân sự Nên mặc dù chúng có cho dùng dân sự nhưng không hệ nào đưa ra sự đảm bảo tồn tại liên tục và độ chính xác Vì thế chúng không thoả mãn được những yêu cầu an toàn cho dẫn đường dân sự hàng không và hàng hải, đặc biệt là tại những vùng và tại những thời điểm có hoạt động quân sự của những quốc gia sở hữu các hệ thống đó Chỉ có hệ thống dẫn đường vệ tinh châu Âu Galileo (đang được xây dựng) ngay từ đầu đã đặt mục tiêu đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của dẫn đường và định vị dân sự

G1: 1602 + Kx0.5625

MHz G2: 1246 + Kx0.5625

MHz

K = –7~24 G2 = G1x7/9

E1: 1589.742 MHz E2: 1561.098 MHz E5: 1202.025 MHz E6: 1278.75 MHz C1: 5019.86 MHz

0.511 Mcps 5.11 Mcps

E1, E2: 2.046 Mcps E5: 10.23/1.023 Mcps E6: 20.46 Mcps

Thời gian

Sai số chủ

Thông điệp dẫn đường (navigation messages)

Ephemeris Yếu tố quỹ đạo Vị trí, tốc độ và gia tốc

QBSK E1, E2, C: 300 bps E5: 330 bps E6: 2500 bps

28 vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày 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 chính xác vị trí của người dùng Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng Sai lệch

về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao xa Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy

Máy thu GPS phải nối được với tín hiệu của ít nhất ba quả vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động Với bốn hay nhiều hơn số vệ tinh trong tầm nhìn thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao) Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông tin khác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình, quãng cách tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiều thứ khác

1.2.3 Tín hiệu GPS:

Các vệ tinh GPS phát hai tín hiệu vô tuyến công suất thấp giải L1 và L2 (Giải L là phần sóng cực ngắn của phổ điện từ trải rộng từ 0.39 tới 1.55GHz) GPS dân sự dùng tần số L1: 1575.42 MHz trong giải UHF Tín hiệu truyền trực thị, có nghĩa là chúng sẽ xuyên qua mây,

thuỷ tinh và nhựa nhưng không qua phần lớn các đối tượng cứng như núi và nhà

Tín hiệu GPS chứa ba mẩu thông tin khác nhau – mã giả ngẫu nhiên, dữ liệu thiên văn và

dữ liệu lịch Mã giả ngẫu nhiên đơn giản chỉ là mã định danh để xác định được quả vệ tinh nào là phát thông tin nào Có thể nhìn số hiệu của các quả vệ tinh trên trang vệ tinh của máy

thu Garmin để biết nó nhận được tín hiệu của quả nào

Dữ liệu thiên văn cho máy thu GPS biết quả vệ tinh ở đâu trên quỹ đạo ở mỗi thời điểm trong ngày Mỗi quả vệ tinh phát dữ liệu thiên văn chỉ ra thông tin quỹ đạo cho vệ tinh đó và mỗi vệ tinh khác trong hệ thống Dữ liệu lịch được phát đều đặn bởi mỗi quả vệ tinh, chứa thông tin quan trọng về trạng thái của vệ tinh (lành mạnh hay không), ngày giờ hiện tại Phần

này của tín hiệu là cốt lõi để phát hiện ra vị trí

1.2.4 Nguồn l i của tín hiệu GPS:

Những điều có thể làm giảm tín hiệu GPS và vì thế ảnh hưởng tới chính xác bao gồm:

- Giữ chậm của tầng đối lưu và tầng ion – Tín hiệu vệ tinh bị chậm đi khi xuyên qua tầng khí quyển

- Tín hiệu đa đường (multi path) – Điều này xảy ra khi tín hiệu phản xạ từ nhà hay các đối tượng khác trước khi tới máy thu, do đó tại máy thu tín hiệu sẽ bị thăng giáng rất mạnh

- Lỗi đồng hồ máy thu – Đồng hồ có trong máy thu không chính xác như đồng hồ nguyên

- Hình học che khuất – Điều này liên quan tới vị trí tương đối của các vệ tinh ở thời điểm bất kì Phân bố vệ tinh lí tưởng là khi các quả vệ tinh ở vị trí góc rộng với nhau Phân bố xấu xảy ra khi các quả vệ tinh ở trên một đường thẳng hoặc cụm thành nhóm

- Sự giảm có chủ tâm tín hiệu vệ tinh – Là sự làm giảm tín hiệu cố ý do sự áp đặt của Bộ Quốc phòng Mỹ, nhằm chống lại việc đối thủ quân sự dùng tín hiệu GPS chính xác cao Chính phủ Mỹ đã ngừng việc này từ tháng 5 năm 2000, làm tăng đáng kể độ chính xác của máy thu GPS dân sự (Tuy nhiên biện pháp này hoàn toàn có thể được sử dụng lại trong những điều kiện cụ thể để đảm bảo gậy ông không đập lưng ông Chính điều này

là tiềm ẩn hạn chế an toàn cho dẫn đường và định vị dân sự.)

Hình 1.4: Sơ đồ khối máy thu GPS

Sơ đồ khối máy thu

 Anten và bộ tiền lọc: dùng để thu và lọc thô nhiễu đầu vào sau chuyển tần số cao về trung tần để xử lý

 ADC: chuyển từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số,sau đó tín hiệu vào các kênh tín hiệu

 Acquisition: dò kênh, xác định tín hiệu đang xử lý được phát ra từ vệ tinh nào, Tracking: bám, Subframe identify: xác định định dạng khung dữ liệu

 Ephemesis & Pseudorange: Tính lịch vệ tinh và trị đo giả ngẫu nhiên, sau đó xác định vị trí các vệ tinh cuối cùng là tính toán ra vị trí của user

Tính chất và giá cả của GPS ghi nhận nói chung lệ thuộc vào chức năng mà bộ phận thu nhận có ý định Bộ phận thu nhận dùng cho ngành hàng hải và hàng không thường sử dụng cho tính năng giao diện với thẻ nhớ chứa bản đồ đi biển Bộ phận thu nhận dùng cho bản đồ khả năng chính xác rất cao và có giao diện người sử dụng cho phép ghi nhận dữ liệu nhanh chóng

- PDOP) của 6 vệ tinh hoặc ít hơn

Mỗi vệ tinh truyền trên 2 band tần số L, L1 có tần số 1575.42 MHz và L2 có tần số 1227.6 MHz Mỗi vệ tinh truyền trên cùng tần số xác định; tuy nhiên, tín hiệu mỗi vệ tinh thì thay đổi theo thời gian đến người sử dụng L1 mang mã P (precise (P) code) và mã C/A (coarse/acquisition (C/A) code) L2 chỉ mang mã P (P code)

Thông tin dữ liệu hàng hải được thêm các mã này Thông tin dữ liệu hàng hải giống nhau được mang cả 2 band tần số Mã P thì thường được mã hoá vì thế chỉ mã C/A thì có sẵn đến người sử dụng bình thường; tuy nhiên, một vài thông tin có thể nhận được từ mã P Khi mã hoá, mã P được hiểu như mã Y Mỗi vệ tinh có 2 số nhận dạng Đầu tiên là số NAVSTAR với nhận dạng trên thiết bị vệ tinh đặc biệt Thứ hai là số sv (the space vehicle (sv) number) Số này được ấn định để ra lệch phóng vệ tinh Thứ ba là số mã tiếng âm thanh (the pseudo-random noise-PRN) Đây chỉ là số nguyên mà nó được sử dụng để mã tín hiệu từ các vệ tinh

đó Một vài máy ghi nhận nhận biết vệ tinh mà chúng đang ghi nhận từ mã SV, hoặc mã khác

từ mã PRN

b) Hệ thống GLONASS (Nga)

Hệ thống GLONASS gồm 24 vệ tinh, 8 vệ tinh cho một quỹ đạo bay gồm 3 quỹ đạo Các

vệ tinh hoạt động với quỹ đạo có độ cao 19,100 km orbits ở góc nghiêng 64.8 độ và 11 giờ 15 phút/ quỹ đạo Mỗi vệ tinh truyền trên 2 nhóm tần số L (two L frequency groups) Nhóm L1

là tâm ở tần số 1609 MHz trong khi nhóm L2 được đăng ký ở tần số 1251MHz Mỗi vệ tinh truyền trên một cặp tần số duy nhất Tín hiệu GLONASS mang cả mã P (precise (P) code) và

mã C/A (coarse/acquisition (C/A) code) Mã P được mã hoá cho quân đội sử dụng trong khi

đó mã C/A thì có sẵn cho công dân sử dụng

Bộ phận điều khiển (Control S gm nt)

Bộ phận điều khiển gồm toàn bộ thiết bị trên mặt đất được sử dụng để giám sát và điều khiển các vệ tinh Bộ phận này thường người sử dụng không nhìn thấy, nhưng đây là bộ phận quan trọng của hệ thống Bộ phận điều khiển NAVSTAR, được gọi là hệ thống điều khiển hoạt động (operational control system (OCS)) gồm các trạm giám sát, một trạm điều khiển chính (master control station (MCS)) và anten quay

Hình 1.5: Mô hình Control Segment

Các trạm giám thụ động không nhiều hơn GPS nhận mà đường bay của các vệ tinh được nhìn thấy và do đó phạm vi tích luỹ dữ liệu từ tín hiệu vệ tinh Có 5 trạm giám sát thụ động, toạ lạc ở Colorado Springs, Hawaii, đảo Ascencion, Diego Garcia và Kwajalein Các trạm giám sát gởi dữ liệu thô về trạm MSC để xử lý

Trạm MCS dược toạ lạc ở Falcon Air Force Base, cách 12 dặm về phía đông của Colorado Springs, Colorado và được Mỹ quản lý Air Force's 2nd Space Operations Squadron (2nd SOPS) Trạm MCS nhận dữ liệu từ trạm giám sát trong thời gian 24 giờ/ngày và sử dụng thông tin này để xác định nếu các vệ tinh đang khoá hoặc lịch thiên văn thay đổi và để phát hiện thiết bi trục trặc Thông tin về tàu thuỷ di chuyển và lịch thiên văn được tính toán từ tín hiệu giám sát và chuyển đến vệ tinh một lần hoặc hai lần/ngày

Thông tin tính toán bởi trạm MCS, cùng với các mệnh lệnh duy trì thường xuyên được truyền bởi anten xoay trên mặt đất Anten này toạ lạc tại đảo Ascencion, Diego Garcia và Kwajalein Anten có đủ phương tiện để truyền đến vệ tinh theo đường liên kết sóng vô tuyến band S

Thêm vào đó chức năng chính của trạm MCS duy trì 24 giờ hệ thống bản tin điện tử với tình trạng và tin tức hệ thống sau cùng Công dân liên lạc cho vấn đề này với The United States Coast Guard's (USCG) Navigation Center (NAVCEN)

2.1 Định nghĩa và khái niệm 2.2 Thành phần chuỗi NMEA 2.3 Giải mã chuỗi

ội d ng ch nh

2.1 Định nghĩa và khái niệm:

NMEA (The National Marine Electronics Association) đã phát triển như một giao tiếp giữa các thiết bị điện tử hàng hải Chuẩn này cho phép các thiết bị hàng hải gởi thông tin đến máy tính và các thiết bị hàng hải khác

Hầu hết các chương trình máy tính đều cung cấp thông tin thời gian thực, vị trí và được chấp nhận ở dạng NMEA Các dữ liệu này gồm có PVT (Position,Velocity,Time) được tính toán bởi máy thu GPS Tất cả các chuỗi chuẩn đếu có hai kí tự dùng để xác định thiết bị (ví dụ máy thu GPS có từ GP) và ba kí tự sau đó dùng để xác định nội dung của chuỗi

Mỗi chuổi đều bắt đầu bằng kí tự ‘$’ và kết thúc là kí tự đầu dòng và không được nhiều hơn 80 kí tự Dữ liệu trong cùng một dòng ngăn cách nhau bằng dấu phẩy Các dữ liệu có thể khác nhau về độ chính xác trong tin nhắn Ví dụ: thời gian có thể được chỉ tới phần thập phân của giây hoặc tọa độ có thể được chỉ với 3 hay 4 số lẻ sau dấu thập phân Chương trình đọc dữ liệu chỉ nên dùng dấu phẩy để xác định các lĩnh vực mà không phụ thuộc vào vị trí cột Phần kiểm tra lỗi bao gồm một ‘*’ và hai số thập lục phân đại diện cho khối xét đoán 8 bit OR cuả tất cả các kí tự ở giữa, nhưng không bao gồm ‘$’ và ‘*’ Checksum là cần thiết cho vài chuỗi

2.2 Thành phần chuỗi NMEA:

NMEA bao gồm các chuỗi, từ đầu tiên gọi là loại dữ liệu dùng để giải thích chức năng của chuỗi Mỗi loại dữ liệu sẽ có tính duy nhất của nó và được xác định trong chuẩn NMEA Chuỗi GGA bên dưới cung cấp thông tin hỗn hợp Các chuỗi khác có thể lặp lại một vài thông tin nhưng cũng sẽ cung cấp thêm vài dữ liệu mới

Có rất nhiều chuỗi trong NMEA, một vài chuỗi đã ứng dụng tới máy thu GPS được chỉ ra bên dưới đây:

 GGA - Fix information

 GLL - Lat/Lon data

 GSA - Overall Satellite data

 GSV - Detail Satellite data

 RMC- Recommended Minimum data for GPS

 VTG - Vector track an Speed over the Ground

 ZDA - Date and Time

2.3 Giải mã chuỗi:

Các thông tin quan trọng nhất của chuỗi NMEA bao gồm GGA cung cấp Fix data hiện tại, RMC cung cấp thông tin GPS ngắn gọn, và GSA cung cấp dữ liệu trạng thái của vệ tinh

$GPGGA,123519,4807.038,N,01131.000,E,1,08,0.9,545.4,M, 6.9,M,,*47

GGA Global Positioning System Fix Data

123519 Fix taken at 12:35:19 UTC

4807.038,N Latitude 48 deg 07.038' N

01131.000,E Longitude 11 deg 31.000' E

1 Fix quality: 0 = invalid

6 = estimated (dead reckoning) (2.3 feature)

7 = Manual input mode

8 = Simulation mode

08 Number of satellites being tracked

0.9 Horizontal dilution of position

545.4,M Altitude, Meters, above mean sea level

46.9,M Height of geoid (mean sea level)

(empty field) time in seconds since last DGPS update

(empty field) DGPS station ID number

*47 the checksum data, always begins with *

GSA- GPS DOP và số vệ tinh hoạt động Chuỗi này cung cấp chi tiết bao gồm số vệ tinh

được dùng để tính toán và DOP DOP (dilution of precision) sai số chỉ ra hiệu quả của vệ tinh

về độ chính xác của số liệu Nó không có đơn vị, giá trị càng nhỏ càng tốt Trong 3D thì dùng

4 vệ tinh cho một điểm, tuy nhiên có thể thấp hơn

Có nhiều cách tính nhiễu ngẫu nhiên PRN làm ảnh hưởng tới khả năng biểu diển dữ liệu của vài chương trình.Ví dụ bên dưới chỉ ra có 5 vệ tinh được dùng để tính toán và vài vùng rỗng chỉ ra các vệ tinh không dùng để tính toán trong trường hợp này

$GPGSA,A,3,04,05,,09,12,,,24,,,,,2.5,1.3,2.1*39

GSA Satellite status

A Auto selection of 2D or 3D fix (M = manual)

3 3D fix - values include: 1 = no fix

2 = 2D fix

3 = 3D fix 04,05 PRNs of satellites used for fix (space for 12)

1.5 PDOP (dilution of precision)

1.3 Horizontal dilution of precision (HDOP)

2.1 Vertical dilution of precision (VDOP)

*39 the checksum data, always begins with *

GSV- Các vệ tinh nhìn thấy chỉ ra dữ liệu vệ tinh dựa trên các mặt nạ hay dữ liệu anamac

của nón Ngoài ra còn chỉ khả năng bám dẫn dữ liệu này Điều chú ý là chuỗi GSV chỉ có thể cung cấp dữ liệu cho 4 vệ tinh và cần vài chuỗi mới đầy đủ thông tin Điều đó hợp lý cho việc chuỗi GSV gồm nhiều vệ tinh hơn GGA trong khi GSV cũng gồm các vệ tinh không được dùng

46 SNR- higher is better for up to 4 satellites per sentence

*75 the checksum data, always begins with *

RMC- NMEA có những chuỗi cốt yếu chứa thông tin định vị PVT (Position,Velocity,

time) Nó được gọi là RMC the Recommended Minimum

$GPRMC,123519,A,4807.038,N,01131.000,E,022.4,084.4,230394,003.1,W*6A

RMC Recommended Minimum sentence C

123519 Fix taken at 12:35:19 UTC

A Status A=active or V=Void

4807.038,N Latitude 48 deg 07.038' N

01131.000,E Longitude 11 deg 31.000' E

22.4 Speed over the ground in knots

84.4 Track angle in degrees True

230394 Date - 23rd of March 1994

003.1,W Magnetic Variation

*6A The checksum data, always begins with *

GLL- Geographic Latitude and Longitude, được giữ lại từ chuỗi Loran và vài số liệu cũ

không thể gởi thông tin của thời gian và số liệu hoạt động nếu chúng cạnh tranh nhau trong dữ liệu Loran Nếu GPS tranh giành dữ liệu Loran, chúng có thể dùng tiền tố LC thay vì GP

$GPGLL,4916.45,N,12311.12,W,225444,A,*1D

GLL Geographic position, Latitude and Longitude

4916.46,N Latitude 49 deg 16.45 min North

12311.12,W Longitude 123 deg 11.12 min West

225444 Fix taken at 22:54:44 UTC

A Data Active or V (void)

*1D checksum data

VTG- Velocity làm tốt Máy thu GPS có thể dùng LC thay cho GP nếu nó tranh nhau

Loran ở ngõ ra

$GPVTG,054.7,T,034.4,M,005.5,N,010.2,K*48

VTG Track made good and ground speed

054.7,T True track made good (degrees)

034.4,M Magnetic track made good

005.5,N Ground speed, knots

010.2,K Ground speed, Kilometers per hour

xx local zone hours -13 13

yy local zone minutes 0 59

*CC checksum

Wavecom Fastrack Supreme 20

3.1 Giới thiệu chung 3.1.1 Power supply connector 3.1.2 Sub HD 15 pin connector 3.1.3 Antenna connector

3.1.4 IES connector 3.2 Tính chất và đặc điểm của Modem 3.3 Board IESM-GPS+USB+I/O

3.3.1 GPS antenna connector 3.3.2 Mini-B USB connector 3.3.3 16-Way IO socket 3.3.4 Tính chất và đặc điểm của board

ội d ng ch nh

3.1 Giới thiệu chung:

Có nhiều loại máy thu GPS: thiết bị GPS độc lập, kết nối với các thiết bị khác qua cổng COM (RS232) hay cổng USB; thiết bị GPS được tích hợp sẵn trên xe hơi hoặc các thiết bị hỗ trợ cá nhân như PC Pocket, Palm Máy thu càng chính xác thì giá thành càng cao

Modem Wavecom Fastrack Supreme 20 được sử dụng trong Luận Văn:

Hình3.1: Modem Wavecom 3.1.1 Power supply connector:

Bảng 3.1: Power supply connector pin description

Pin 3 và 4 dùng cho GPIO (General Purpose Input Output) Không dùng để cấp nguồn

3.1.2 Sub HD 15 pin connector:

Cổng Sub HD dùng để:

- Kết nối theo chuẩn RS232

- Cổng Audio (microphone và speaker)

- BOOT và RESET kết nối tín hiệu

Hình 3.3: Sub HD 15 pin connector

Bảng 3.2: Sub HD 15-pin connector description 3.1.3 Antenna connector:

Kết nối anten chuẩn SMA (Sub Miniature version A RF connector) phối hợp trở kháng

50Ω

Hình 3.4: Antenna connector 3.1.4 IES connector:

Gồm 50 pis trên board chủ của Modem dùng để kết nối với các board mở rộng GPS,USB,I/O,… Có 3 loại board mở rộng cho modem:

- IESM-GPS+USB+I/O

- IESM-GPS+USB

- IESM-GPS+I/O

Hình 3.5: IES connector

3.2 Tính chất và đặc điểm của Modem:

Được tóm tắt trong bảng sau:

Bảng 3.3: Tính chất và đặc điểm của Modem