TÌM HIỂU VỀ MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ SỬ DỤNG GPS

Trong cùng một thờiđiểm, ở một vị trí trên mặt đất nếu xác định được khoảng cách đến ba vệ tinh tốithiểu thì sẽ tính được tọa độ của vị trí đó.- Hệ thống vệ tinh GPS 24 vệ tinh tạo nên c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG -   -

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI TÌM HIỂU VỀ MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ SỬ DỤNG GPS

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: ĐỖ VĂN TUẤN SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN THỊ YẾN LỚP: D6-DTVT2

NHẬN XÉT CỦA ĐƠN VỊ THỰC TẬP

NHẬN XÉT CỦA KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

GPS Global Position System

LBS Location Based Service

GTVT Giao Thông Vận Tải

LORAN LOng RAnge Navigation

TACAN TACtical Air Navigation

LỜI MỞ ĐẦU

Sau 4 năm học trên giảng đường đại học là quãng thời gian sinh viên tíchlũy cho mình kiến thức nền tảng về lĩnh vực mình đang theo học Tuy nhiên, những

kiến thức đó là chưa đủ Đặc biệt là đối với sinh viên ngành Điện Tử - Viễn Thông

như chúng em Đây là ngành học có tính thực tế và ứng dụng thực tiễn rất lớn

Chính vì vậy, thời gian thực tập đóng một vai trò quan trọng trong việc giúpsinh viên có điều kiện tiếp xúc với thực tiễn, vận dụng được kiến thức đã học trênlớp vào thực tế một cách hiệu quả,củng cố kiến thức đã học trên lớp, biết phát huyđược thế mạnh của bản thân Đồng thời khoảng thời gian thực tập cũng cho sinhviên có được cái nhìn tổng quan về nghề nghiệp sau này cũng như môi trường, tácphong làm việc, các cách ứng xử trong các mối quan hệ tại cơ quan giúp cho sinhviên hội nhập được với môi trường làm việc tại doanh nghiệp tốt hơn sau khi ratrường và đi làm

Em nhận thấy rằng, quá trình thực tập của em tại Công Ty Cổ Phần Công

Nghệ Viview Việt Nam là một cơ hội tốt giúp em nâng tầm hiểu biết về chuyên

ngành và có thêm những kinh nghiệm thực tế quý báu

Quá trình thực tập, báo cáo thực tập là sự đúc kết những trải nghiệm, nhữngđiều em đã thấy, đã tìm hiểu, thu tập và học hỏi được trong quá trình tiếp xúc thực tếtại doanh nghiệp cùng với sự giúp đỡ tận tình của các anh chị tại cơ quan thực tập

Em xin trân thành cảm ơn!

Bài cáo cáo thực tập của em gồm 4 phần:

Phần I: Giới thiệu về công ty cổ phần công nghệ Viview Việt Nam

Phần II: Giới thiệu về hệ thống GPS

Phần III: Tìm hiểu về thiết bị định vị GPS của doanh nghiệp

Phần IV: Kết luận

PHẦN I GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG

NGHỆ VIVIEW VIỆT NAM

Công ty Cổ phần Công Nghệ Viview Việt Nam được thành lập vào năm

2014 với định hướng cung cấp các giải pháp, sản phẩm và dịch vụ liên quan đếnlĩnh vực an ninh

Với các sản phẩm trọng tâm là thiết bị định vị, giám sát cho xe máy, ô tô,máy công trình, con người và vật nuôi; Thiết bị giám sát hành trình; Thiết bị hợpchuẩn bộ GTVT; Thiết bị chống trộm; Mobile DVR; Cảm biến nhiên liệu

Hầu hết sản phẩm được nhập từ các nhà sản xuất có trình độ chuyên môn caotrong và ngoài nước, được kiểm nghiệm kĩ lưỡng bởi đội ngũ nhân viên nhiều kinhnghiệm của Viview Vì vậy các sản phẩm đảm bảo chất lượng và hầu như không cólỗi trong sử dụng với các phần mềm sử dụng dễ cài đặt và tiện lợi Qua nguồn thôngtin từ phía khách hàng và thị trường, Viview không ngừng cải tiến và đưa ra các sảnphẩm và dịch vụ mới để đảm bảo thỏa mãn tối đa nhu cầu của khách hàng, tạo đượccho khách hàng sự yên tâm tuyệt đối khi sử dụng sản phẩm của Viview

Với mục tiêu tăng trưởng thị phần và tạo ra sự lan toả nhận biết đối với thịngười tiêu dùng, Viview định hướng củng cố vị trí trong lĩnh vực phân phối cácthiết bị định vị Luôn chú trọng tới sự chuyên nghiệp trong phong cách làm việcnhằm tạo ra sự hài lòng cho mọi khách hàng đến với Viview Tiêu chí “Sự hài lòngcủa khách hàng là trên hết” là mục tiêu xuyên suốt mọi hoạt động của Viview

Mục đích của Viview được thể hiện thông qua hệ thống sứ mệnh, tầm nhìn,

và các giá trị cơ bản Việc hoạch định này mang ý nghĩa chiến lược của công ty

SỨ MỆNH

Đối với thị trường: Cung cấp các sản phẩm – dịch vụ tốt nhất với chi phí

thấp nhất; mang tính độc đáo và sáng tạo cao Bên cạnh giá trị chất lượng vượt trội,trong mỗi sản phẩm – dịch vụ đều chứa đựng những thông điệp văn hóa, nhằm thỏamãn tối đa nhu cầu chính đáng của khách hàng

Phòng giám đốc

Kiểm soát tài chính

Phòng kế toán – tài chính Phòng kinh doanh Phòng maketing Phòng kỹ thuật

Lập báo báo thống kê- báo cáo tài chínhChăm sóc, tiếp nhận phản hồi và hỗ tợ khách hàng hàngNhận đơn đặt hàngQuảng cáo, giới thiệu sản phẩmThiết kế, test sản phẩm mẫuLắp đặt, bảo dưỡng sản phẩm

Đối với cổ đông và đối tác: Đề cao tinh thần hợp tác cùng phát triển; cam

kết trở thành “Người đồng hành số 1” của các đối tác và cổ đông; luôn gia tăng các

giá trị đầu tư hấp dẫn và bền vững

Đối với nhân viên: Xây dựng môi trường làm việc chuyên nghiệp, năng

động, sáng tạo và nhân văn; tạo điều kiện thu nhập cao và cơ hội phát triển công

bằng cho tất cả nhân viên

Đối với xã hội: Hài hòa lợi ích doanh nghiệp với lợi ích xã hội; đóng góp

tích cực vào các hoạt động hướng về cộng đồng, thể hiện tinh thần trách nhiệm

công dân và niềm tự hào dân tộc

MỘT SỐ SẢN PHẨM CỦA CÔNG TY:

Hình I.1 Thiết bị định vị cho xe máy, ô tô

Hình I.2 Thiết bị định vị cầm tay

Hình I.3 Đồng hồ định vị GPS cho trẻ em TOROSI có sử dụng GPS

Hình I.4 Camera hành trình cảm biến

Hình I.5 Smart Camera - Clever Dog

PHẦN II GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG GPS

1. Hệ thống GPS là gì?

 GPS - Global Positioning System là hệ thống định vị vị trí được sử dụng từ năm

1995, do Mỹ xây dựng Hệ thống này được thiết kế và bảo quản bởi Bộ Quốc phòngHoa Kỳ, nhưng chính phủ Hoa Kỳ cho phép mọi người trên thế giới sử dụng nómiễn phí, bất kể quốc tịch

Hình II.1 Định vị GPS

Hình II.2 Vệ tinh nhân tạo

- Là hệ thống định vị dựa vào vị trí của các vệ tinh nhân tạo Trong cùng một thờiđiểm, ở một vị trí trên mặt đất nếu xác định được khoảng cách đến ba vệ tinh (tốithiểu) thì sẽ tính được tọa độ của vị trí đó.

- Hệ thống vệ tinh GPS 24 vệ tinh tạo nên các phân đoạn không Chúng thườngxuyên di chuyển, tạo ra hai quỹ đạo, hoàn thành trong vòng 24 giờ

- Các nước trong Liên minh châu Âu đang xây dựng Hệ thống định vị Galileo, cótính năng giống như GPS của Hoa Kỳ, dự tính sẽ bắt đầu hoạt động vào 12-2011.Hiện nay, rất nhiều thiết bị và ứng dụng đã và đang sử dụng hệ thống này Tuynhiên, chúng ta chỉ có thể sử dụng GPS của người Mỹ ở 1 mức độ nhất định, đủ đểdùng cho mục đích cá nhân mà thôi Ngoài ra hệ thống GPS còn cung cấp rất nhiềudịch vụ và thông tin dành cho các lĩnh vực khoa học, quân sự, hàng không, dự báothời tiết v.v

- Những vệ tinh GPS được chạy bằng năng lượng mặt trời Chúng có pin dự phòngtrên tàu để chạy trong trường hợp nhật thực, khi không có năng lượng mặt trời

 Hệ thống GPS gồm 3 phần:

- Phần không gian

Gồm 24 quả vệ tinh (21 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự trữ) nằm trên cácquỹ đạo xoay quanh trái đất Chúng cách mặt đất 12 nghìn dặm Chúng chuyểnđộng ổn định, hai vòng quỹ đạo trong khoảng thời gian gần 24 giờ Các vệ tinh nàychuyển động với vận tốc 7 nghìn dặm một giờ

Các vệ tinh trên quỹ đạo được bố trí sao cho các máy thu GPS trên mặt đất

có thể nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tinh vào bất kỳ thời điểm nào

Các vệ tinh được cung cấp bằng năng lượng Mặt Trời Chúng có các nguồnpin dự phòng để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng không có ánh sáng MặtTrời Các tên lửa nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định.Trên mỗi vệ tinh có trang bị 4 đồng hồ nguyên tử cesium (là loại đồng hồ cực kỳchính xác với sai số chỉ = )

Hình II.3 Phần không gian của hệ thống

- Phần kiểm soát

Mục đích trong phần này là hiện thị sự hoạt động của vệ tinh, kiểm soát vệtinh đi đúng theo quỹ đạo của chúng và xử trí các đồng hồ nguyên tử, truyền thôngtin cần phổ biến lên các vệ tinh, cập nhật 3 lần/ngày

Có tất cả 5 trạm kiểm soát được đặt rãi rác trên trái đất Bốn trạm kiểm soáthoạt động một cách tự động, và một trạm kiểm soát là trung tâm Bốn trạm nàynhận tín hiệu liên tục từ những vệ tinh và gữi các thông tin này đến trạm kiểm soáttrung tâm Tại trạm kiểm soát trung tâm, nó sẽ sửa lại data cho đúng và kết hợp vớihai anten khác để gữi lại thông tin cho các vệ tinh

- Phần sử dụng

Phần sử dụng là thiết bị nhận tín hiệu vệ tinh GPS và người sử dụng thiết bị này.Dưới đây là một số thông tin đáng chú ý về các vệ tinh GPS (còn gọi làNAVSTAR, tên gọi chính thức của Bộ Quốc phòng Mỹ cho GPS) :

o Vệ tinh GPS đầu tiên được phóng năm 1978

o Hoàn chỉnh đầy đủ 24 vệ tinh vào năm 1994

o Mỗi vệ tinh được làm để hoạt động tối đa là 10 năm

o Vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1500 kg và dài khoảng 17 bộ (5 m) với các tấmnăng lượng Mặt Trời mở (có độ rộng 7 m²)

o Công suất phát bằng hoặc dưới 50 watts

2 Phân loại hệ thống GPS

- Có hai hệ thống GPS chính đang được áp dụng trên tất cả smartphone hiện nay, đó

là A-GPS và GlONASS Trong đó A-GPS chính là hệ thống định vị của Mỹ với 24

vệ tinh nhân tạo (Nay đã lên tới 31), còn GLONASS được phát triển bởi Nga với 24

vệ tinh nhân tạo Cả hai hệ thống này sẽ giúp cho việc xác định vị trí trở nên chinhxác hơn

- Hệ thống định vị toàn cầu của Mỹ là hệ dẫn đường dựa trên một mạng lưới 24 quả

vệ tinh (Thực tế chỉ có 21 vệ tinh hoạt động, còn 3 vệ tinh dự phòng) được Bộ Quốcphòng Hoa Kỳ đặt trên quỹ đạo không gian Các hệ thống dẫn đường truyền thốnghoạt động dựa trên các trạm phát tín hiệu vô tuyến điện

o LORAN – (LOng RAnge Navigation) : là các hệ thống được biết nhiều nhất hoạtđộng ở dải tần 90-100 kHz chủ yếu dùng cho hàng hải,

TACAN – (TACtical Air Navigation) – dùng cho quân đội Mỹ

o VOR/DME – VHF (Omnidirectional Range/Distance Measuring Equipment) là biếnthể với độ chính xác thấp, dùng cho hàng không dân dụng.

- GPS và GLONAS đều được phát triển trước hết cho mục đích quân sự Nên mặc dùchúng 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 thỏa mãn được những yêu cầu an toàn cho dẫnđường dân sự hàng không và hàng hải, đặc biệt là tại những vùng và tại những thờiđiểm có hoạt động quân sự của những quốc gia sở hữu các hệ thống đó Chỉ có hệthống dẫn đường vệ tinh châu Âu Galileo (đang được xây dựng) ngay từ đầu đã đặtmục tiêu đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của dẫn đường và định vị dân sự

3. Các loại tín hiệu của GPS

- Các vệ tinh GPS phát hai tín hiệu vô tuyến công suất thấp giải L1 và L2 (Giải L làphầnsóng cực ngắn của phổ điện từ trải rộng từ 0,39 tới 1,55 GHz) GPS dân sựdùng tần số L1 1575.42 MHz trong giải UHF Tín hiệu truyền trực thị, có nghĩa làchúng sẽ xuyên qua mây,thuỷ tinh và nhựa nhưng sẽ không đi qua hầu hết các vậtthể rắn như các tòa nhà và các ngọn núi L1 chứa hai mã "giả ngẫu nhiên"(pseudorandom), đó là mã Protected (P) và mã Coarse/Acquisition (C/A) Mỗi một vệ tinh

có một mã truyền dẫn nhất định, cho phép máy thu GPS nhận dạng được tín hiệu.Mục đích của các mã tín hiệu này là để tính toán khoảng cách từ vệ tinh đến máythu GPS

- Tín hiệu GPS chứa ba mẩu thông tin khác nhau : mã giả ngẫu nhiên, dữ liệu thiênvăn và dữ liệu lịch

o Mã giả ngẫu nhiên đơn giản chỉ là mã định danh (ID) để nhận biết vệ tinh nào đangtruyền thông tin Có thể xem con số này trên trang vệ tinh đơn vị GPS, vì nó nhậndiện được vệ tinh nào mà nó đang nhận tín hiệu

o Dữ liệu thiên văn được truyền liên tục qua mỗi vệ tinh, cho máy thu GPS thông tinquan trọng về quỹ đạo của vệ tinh đó và các vệ tinh khác trong hệ thống Một phầnnày của tín hiệu cần thiết cho việc xác định vị trí

o Dữ liệu lịch được phát đều đặn bởi mỗi vệ tinh, chứa thông tin quan trọng về trạngthái của vệ tinh (lành mạnh hay không), ngày giờ hiện tại Phần này của tín hiệu làcốt lõi để phát hiện ra vị trí.

4 Hoạt động của hệ thống GPS

Hình II.4 Mô hình hoạt động của GPS

- Vị trí của 1 điểm trên mặt đất, sẽ là tham chiếu so với vị trí của các vệ tinh vàtrung tâm tín hiệu trung gian mặt đất Nguyên lý xác định toạ độ của hệ thống GPS

và GLONASS dựa trên công thức quãng đường = vận tốc x thời gian

o Tính khoảng cách tới vệ tinh.

Vào một thời điểm nào đó trong ngày, một vệ tinh bắt đầu truyền một chuỗi

ra chuỗi mã giống hệt, sau đó một chút mới nhận được chuỗi tín hiệu của vệ tinh.

Độ trễ này là khoảng thời gian truyền tín hiệu từ vệ tinh tới máy thu Nhân thời giantrễ này với vận tốc ánh sáng, máy thu tính ra quãng đường truyền tín hiệu Đây làkhoảng cách giữa máy thu và vệ tinh, với giả thiết tín hiện truyền theo đường thẳngvới vận tốc truyền không đổi

o Xác định vị trí vệ tinh.

Điều này không quá khó, vì mỗi máy thu đều cập nhật và lưu trữ định kỳ mộtbảng tra cứu (gọi là almanac data) vị trí gần đúng của từng vệ tinh chuyển động trênquỹ đạo vào bất kỳ thời điểm nào Một số yếu tố như lực hút của mặt trăng, mặt trờilàm lệch quỹ đạo của các vệ tinh đôi chút nhưng bộ quốc phòng Mỹ liên tục giámsát vị trí chính xác của các vệ tinh và truyền những hiệu chỉnh đến các máy thu GPSthông qua tín hiệu từ vệ tinh

Hình II.5 Một số loại sai số cơ bản

- Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạorất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất Đó là tín hiệu radio tần

số cao, công suất cực thấp Sóng radio chuyển động với tốc độ đều, tương đương

- Các máy thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chínhxác vị trí của người dùng Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu đượcphát đi từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng Sai lệch về thời gian cho biết máythu GPS ở cách vệ tinh bao xa Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinhmáy thu có thể tính được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử củamáy.

- Máy thu phải nhận được tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều(kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động Khi nhận được tín hiệu của ítnhất 4 vệ tinh 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 tinkhác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình, quãngcách tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa

- Để đo chính xác, cần phải chắc chắn là đồng hồ trên vệ tinh và trong máy thu phảiđồng bộ với nhau, chỉ cần chênh nhau 1 phần triệu giây là đã dẫn đến sai số khoảng

300 m Với độ chính xác như vậy, chỉ có thể là đồng hồ nguyên tử Nhưng đồng hồnguyên tử có giá quá cao, tới hàng chục ngàn đô la Mỹ, nên chỉ có thể trang bị chocác vệ tinh Với máy thu, người ta buộc phải chọn phương án giá rẻ, dùng đồng hồquartz thông thường Các đồng hồ quartz này được hiệu chỉnh liên tục dựa vào tínhiệu nhận được từ các vệ tinh để đồng bộ thời gian chính xác theo đồng hồ nguyên

tử trên vệ tinh Nhờ đó mà bốn mặt cầu giao nhau tại một điểm

Vậy là chúng ta đã biết cách mà một máy thu GPS tính toán vị trí của nó trênmặt đất dựa trên thông tin nhận được từ 4 vệ tinh địa tĩnh Qua quá trình thu nhậntín hiệu và xử lý thông tin, máy thu cho chúng ta biết vĩ độ, kinh độ và cao độ của vịtrí hiện thời Trên smartphone, những thông tin này được thể hiện thành điểm trênbản đồ

5. Nguồn lỗi tín hiệu GPS

Các yếu tố có thể làm suy giảm tín hiệu GPS và vì thế ảnh hưởng đến độchính xác bao gồm:

o Sự cản trở của tầng điện ly và tầng đối lưu: Các tín hiệu vệ tinh chậm lại khi nó

đi qua khí quyển Hệ thống GPS sử dụng một mô hình được xây dựng nhằm tínhtoán mức trung bình của sự chậm trễ để sửa chữa một phần nào cho loại lỗi này