Nghiên cứu thiết kế bộ thu định vị chính xác tích hợp GPSINS

• Các kỹ thuật phân tích và thiết kế anten, kỹ thuật truyền phát thông tin vô tuyến • Một số bài viết trên các báo về công nghệ thu/phát vô tuyến GSM và công trình nghiên cứu về đặc tín

BÁO CÁO LUẬN VĂN THẠC SỸ

Đề tài: Nghiên cứu thiết kế bộ thu định vị chính xác tích hợp

GPS/INS

Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỮU TRUNG

Học viên thực hiện : ĐINH HẢI NAM

Lớp : 12BKTTT-VH

Hà Nội, 09-2014

 Cùng với sự phát triển của ngành công nghệ thông tin và ngành điện tử viễn thông, rất nhiều công nghệ mới đã ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin của mọi người

 Với mục đích nắm bắt và làm chủ công nghệ, luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu, phân tích và mô phỏng anten thu phát thiết bị đầu cuối, cụ thể tác giả sẽ đi vào thiết kế và mô phỏng một mẫu anten PIFA, ứng dụng cho hệ thống thu phát vô tuyến GSM

 Phân tính, tính toán các tham số của anten

 Sử dụng phần mềm để thực hiện mô phỏng

 Tối ưu hóa thiết kế dùng phần mềm

 Chế tạo mẫu và đo đạc thực

• Các kỹ thuật phân tích và thiết kế anten, kỹ thuật

truyền phát thông tin vô tuyến

• Một số bài viết trên các báo về công nghệ thu/phát vô

tuyến GSM và công trình nghiên cứu về đặc tính của anten PIFA

• Kỹ thuật mô phỏng để ứng dụng trong công tác

nghiên cứu và chế tạo

NỘI DUNG

Tổng quan về định vị điểm chính xác PPP GPS

Giới thiệu sơ lược

Tổng quan về hệ thống định vị quán tính INS

20.138km và nghiêng 55° so với mặt phẳng Xích đạo

Phần diều khiển : (Control Segment )

MCS làm nhiệm vụ theo dõi trạng thái của các vệ tinh, quản lý quỹ đạo vệ tinh và duy trì thời gian GPS Năm trạm thu số liệu có nhiệm vụ theo dõi các tín hiệu vệ tinh để kiểm soát và dự đoán quỹ đạo của chúng Ba trạm truyền số liệu có khả năng chuyển số liệu lên vệ tinh.

Phần sử dụng : (Use Segment)

Các máy thu GPS sẽ chuyển đổi các tín hiệu vệ tinh thành các thông số vị trí, vận tốc, và thời gian Để tính toán các thông số vị trí và thời gian, chúng ta cần ít nhất bốn vệ tinh

Tổng quan về định vị điểm chính xác PPP GPS

Phương pháp đo tín hiệu ở bộ thu GPS

Đo giả khoảng cách:

Đo giả sóng mang:

Đo dịch tần Doppler:

Sai số đồng hồ và quỹ đạo vệ tinh

Trễ tầng đối lưu

Tầng điện ly

Tổng quan về định vị điểm chính xác PPP GPS

Tổng quan về hệ thống định vị quán tính INS

Các hệ tọa độ trong hệ thống INS

Hệ tọa độ quán tính (i-Frame)

Gốc tọa độ: Tâm trái đất

Trục Xi: Hướng về điểm xuân phân

Trục Yi: Vuông góc với trục X và Trục Y và hợp thành một tam diện thuận với hai trục Xi, Yi

Trục Zi: Song song với trục quay của trái đất

Hệ tọa độ cố định tâm trái đất (ECEF hoặc e-frame)

Gốc tọa độ: Tâm trái đất

Trục Xe : Hướng về điểm giao giữa kinh tuyến gốc và đường xích đạo

Trục Ye : Vuông góc với trục X và Trục Y và hợp thành một tam diện thuận với hai trục Xe , Ye

Trục Ze: Song song với trục quay của trái đất

Tổng quan về hệ thống định vị quán tính INS

Các hệ tọa độ trong hệ thống INS

Hệ tọa độ định vị (LLF hoặc l-frame)

Gốc tọa độ: Trùng với tâm của cảm biến

Trục Xl: Chỉ về hướng đông

Trục Yl: Chỉ về phương bắc

Trục Zl: Vuông góc với đường kinh tuyến đi qua cảm biến và hướng lên

Hệ tọa độ gắn liền vật thể (b-frame)

Gốc tọa độ: Tâm của IMU

Trục Xb: Chỉ về bên phải của phương tiện

Trục Yb: Chỉ theo hướng di chuyển

Trục Zb: Vuông góc với trục X và Trục Y và hợp thành một tam diện thuận với hai trục Xb , Yb

Hệ tọa độ tâm trái đất và hệ

tọa độ trắc địa

Tổng quan về hệ thống định vị quán tính INS

Hệ tọa độ gắn liền vật thể

Tổng quan về hệ thống định vị quán tính INS

Hệ thống định vị quán tính INS

Các thành phần cơ bản của một hệ thống dẫn đường quán tính:

INS = IMU + Navigation computer

Trong đó INS: hệ thống dẫn đường quán tính (Inertial Navigation System)

IMU (có khi còn gọi là IRU) (đơn vị đo quán tính)

= Acc + Gyros +Acc: gia tốc kế (Accelerometer)

+Gyros: con quay (Gyroscope)

Navigation computer: Máy tính hàng hải làm nhiệm vụ chuyển đổi các hệ tọa độ, tính toán gia tốc trọng trường và thực hiện các thuật toán tích phân

Tổng quan về hệ thống định vị quán tính INS

Bộ xử lý INS

Sơ đồi thuật toán xử lý INS

Giải pháp tích hợp giữa INS và GPS

Phương pháp tích hợp GPS/INS

Hệ thống tích hợp chặt chẽ.

Giải pháp tích hợp giữa INS và GPS

Phương pháp tích hợp GPS/INS

Hệ thống tích hợp chặt lỏng GPS/INS

Bộ lọc Kalman

Giải pháp tích hợp giữa INS và GPS

Tích hợp định vị điểm chính xác GPS và INS

Hệ thống PPP GPS/INS theo phương pháp chặt chẽ

Tích hợp định vị điểm chính xác GPS và INS

Hệ thống PPP GPS/INS theo phương pháp lỏng

lý, triên khai mã nguồn thể hiện ứng dụng GPS/INS

trong dự đoán sai số vị trí của đối tượng.

Mô Phỏng – Kết quả

Sơ đồ khối bài toán mô phỏng

Sơ đồ khối mô phỏng tích hợp lỏng PPP GPS/INS

Mô Phỏng – Kết quả

Kết quả mô phỏng

Mô Phỏng – Kết quả

Kết quả mô phỏng

Mô Phỏng – Kết quả

Kết quả mô phỏng

Mô Phỏng – Kết quả

Kết quả mô phỏng

Mô Phỏng – Kết quả

Kết quả mô phỏng

Nhận xét:

Độ chính xác của hệ thống tích hợp GPS/INS cao hơn

cả độ chính xác của hệ thống GPS hay INS khi hoạt động độc lập khi sử dụng trong khoảng thời gian dài.

KẾT LUẬN

Đề tài “phân tích, thiết kế và chế tạo mẫu anten cho thiết bị

đầu cuối thông tin vô tuyến” đã hoàn thành với một số việc

như sau:

 Tìm hiểu lý thuyết chung và phân tích các tham số quan trọng trong thiết kế anten

 Tìm hiểu lý thuyết và các mô hình phân tích anten PIFA

 Mô phỏng anten PIFA đã được thiết kế ở trên bằng phần mềm HFSS để kiểm chứng lại các kết quả

Tuy nhiên, do điều kiện còn hạn chế nên luận văn chỉ dừng lại ở phần mô phỏng mà chưa tiến hành chế tạo thực, đây có thể là

hạn chế của đề tài

EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN !

ÊM