Một số kỹ thuật định vi vô tuyến và ứng dụng trong dẫn đường theo ngữ cảnh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN T RƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VŨ THỊ MAI DUYÊN MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN VÀ

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

T RƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

VŨ THỊ MAI DUYÊN

MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN VÀ ỨNG DỤNG

TRONG DẪN ĐƯỜNG THEO NGỮ CẢNH

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 60480101

Luận văn Thạc sỹ Khoa học máy tính

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phạm Việt Bình

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan tất cả các kết quả được trình bày trong luận văn: “Một số

kỹ thuật định vị vô tuyến và ứng dụng trong dẫn đường theo ngữ cảnh” là công

trình nghiên cứu của riêng em, không sao chép từ bất kỳ một công trình nào khác Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn được sử dụng là trung thực, đã được kiểm chứng và chưa được công bố trong bất kỳ công trình của tác giả nào khác

Nếu sai em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 7 năm 2016

Học viên

Vũ Thị Mai Duyên

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Phạm Việt Bình –Nguyên Hiệu trưởng Trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông – Đại học Thái Nguyên là người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và hết lòng giúp đỡ em trong suốt thời gian làm luận văn này

Xin trân trọng cảm ơn tới Ban lãnh đạo, các thầy cô giáo trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông Thái Nguyên đã chia sẻ và động viên giúp em vượt qua mọi khó khăn để hoàn thành tốt công việc nghiên cứu của mình

Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và những người đã luôn ủng hộ, quan tâm, giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện tốt nhất và là chỗ dựa vững chắc giúp

em có thể hoàn thành luận văn

Cuối cùng em xin gửi lời chúc sức khỏe và thành công tới tất cả quý thầy

cô và gia đình cùng toàn thể các bạn

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 7 năm 2016

Học viên

Vũ Thị Mai Duyên

Trang 4

MỤC LỤC

Trang 5

2.2 Kỹ thuật định vị vô tuyến dựa vào tín hiệu GPS 24

2.2.2 Nguyên tắc định vị của hệ thống định vị GPS 30 2.3 Kỹ thuật định vị vô tuyến sử dụng tín hiệu Wi-Fi 35

2.3.4 Kỹ thuật định vị SVM (Support Vector Machine) [9] 43

2.3.6 Thách thức của hệ thống định vị không dây 45 2.3.6.1 Thách thức của kỹ thuật định vị bằng GPS 45 2.3.6.2 Thách thức của kỹ thuật định vị vô tuyến trong nhà 45

CHƯƠNG 3:ỨNG DỤNG KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ GPS XÂY DỰNG HỆ

Trang 6

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

GPS Global Posintioning System Hệ thống định vị toàn cầu

WAAS Wide Area Augmentation

IRNSS Indian Regional Navigational

Satellite System

Hệ thống vệ tinh dẫn đường khu vực Ấn Độ

RFID Radio Frequency Identification Nhận dạng tần số vô tuyến điện

NMEA National Marine Electronics

Association

Hiệp hội Hàng hải điện tử quốc gia

TDOA Time Difference of Arrival Sai khác thời gian đến

RSS Received Signal Strength Cường độ tín hiệu thu được SVM Support Vector Machine Máy vector hỗ trợ

SRM Structural Risk Minimization Cấu hình giảm thiểu rủi ro

Trang 7

Hình 1.9: Các nhóm phương pháp định vị vô tuyến trong nhà[3] 21

Hình 3.4: Thuật toán đọc vị trí hiện tại của thiết bị 53 Hình 3.5: Thuật toán đọc vị trí đối tượng tiếp cận 55 Hình 3.6: Thuật toán xác định thông tin ngữ cảnh 57

Hình 3.8: Kết quả định vị khi ở giảng đường C5 59 Hình 3.9: Kết quả định vị khi ở giảng đường C1 60 Hình 3.10: Kết quả định vị khi ở giảng đường C3 61

Trang 8

MỞ ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và công nghệ, đặc biệt

là trong lĩnh vực công nghệ điện tử và công nghệ thông tin đã tạo động lực thúc đẩy sản xuất, nghiên cứu và ứng dụng trên thiết bị di động trở lên ngày càng phổ biến trên thế giới, cũng như ở Việt Nam Bởi vậy, hàng loạt các hướng nghiên cứu trên thiết bị di động đang được triển khai, trong đó có hướng nghiên cứu phát triển

kỹ thuật định vị vô tuyến cho thiết bị đi động ở môi trường khác nhau (ngoài trời, trong nhà, hầm lò,…)

Bài toán định vị hay xác định vị trí thiết bị di động được xem là bài toán rất quan trọng trong hệ thống truyền thông di động Thông qua kết quả định vị sẽ cho phép chúng ta có thể xác định vị trí, tính khoảng cách để thực hiện các ứng dụng

và phát triển dịch vụ mới như xác định vị trí sản phẩm trong kho hàng, phát hiện

vị trí nhân viên y tế, bệnh nhân trong bệnh viện, phát hiện vị trí đối tượng thất lạc, hay dựa theo vị trí đáp ứng ngữ cảnh phù hợp, hay ứng dụng dò đường, cứu nạn, Nhờ đó, chúng ta tiết kiệm thời gian và chi phí trong cuộc sống hiện đại khi mà nhu cầu định vị ngày càng gia tăng cùng với sự phát triển của thế giới Bởi thế, trong nhiều năm qua, hệ thống định vị được phát triển và độ chính xác ngày càng cao thông qua việc phát triển hệ thống định vị toàn cầu (GPS - Global Postioning System) hay hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu (GNSS - Global Navigation Satellite System) Trong nhiều năm qua, hệ thống định vị vô tuyến được phát triển rất đa dạng và việc nghiên cứu nâng cao độ chính xác trong kỹ thuật định vị luôn được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu

Tuy nhiên, khi ở phạm vi nhỏ hay đối tượng cụ thể (tòa nhà, địa điểm lịch sử) thì độ chính xác vị trí của thiết bị di động so với đối tượng nhỏ này sẽ không xác định được hoặc thiếu chính xác Đặc biệt là khi ở môi trường trong nhà thì tín hiệu của hệ thống GPS gần như mất do bị che khuất Do đó, việc xác định vị trí

Trang 9

hay định vị thiết bị di động trong phạm vi hẹp hay ở môi trường trong nhà đang

là bài toán cần thiết được nghiên cứu nhằm nâng cao độ chính xác cho việc định

vị thiết bị di động trong nhà với môi trườngvô tuyến

Chính vì vậy, việc nghiên cứu một số kỹ thuật định vị vô tuyến như định vị dựa hệ thống định vị toàn cầu (GPS - Global Postioning System), định vị dựa vào

hệ thống wifi và ứng dụng trong hệ thống dẫn đường theo ngữ cảnh là vấn đề nghiên cứu có tính khoa học và ý nghĩa thực tiễn Do đó, em lựa chọn đề tài của luận văn là “Một số kỹ thuật định vị vô tuyến và ứng dụng trong dẫn đường theo ngữ cảnh” Đề tài tập trung nghiên cứu về một số kỹ thuật định tuyến vô tuyến và

từ đó làm nền tảng cơ sở cho việc cài đặt thử nghiệm hệ thống định vị ứng dụng cho dẫn đường theo ngữ cảnh

Luận văn gồm có 3 chương:

Chương 1 Tổng quan về định vị vô tuyến Chương này tìm hiểu tổng

quan về khái niệm, kiến trúc, đặc điểm, những vấn đề và ứng dụng của hệ thống định vị vô tuyến

Chương 2 Một số kỹ thuật định vị vô tuyến Chương này trình bày một

số kỹ thuật định vị vô tuyến, phân tích, đánh giá các kỹ thuật đó Trên cơ sở đó lựa chọn một kỹ thuật để cài đặt ở chương 3

Chương 3 Ứng dụng kỹ thuật định vị xây dựng hệ thống dẫn đường theo ngữ cảnh Chương này trình bày về quá trình cài đặt thuật toán định vị bằng

GPS, kết quả thử nghiệm và đánh giá

Cuối cùng là phần kết luận về kết quả thực hiện và hướng phát triển của luận văn

Trang 10

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN

1.1 Giới thiệu

Sự ra đời của nhiều loại phương tiện tiên tiến như máy bay, tàu vũ trụ đòi hỏi 1 kỹ thuật mà các hệ thống cũ không thể đáp ứng được đó là định vị trong không gian 3 chiều, đứng trước sự đòi hỏi đó chính phủ Mỹ đã tài trợ 1 chương trình nghiên cứu hệ thống định vị và dẫn đường trong vũ trụ Với Bộ quốc phòng

Mỹ là cơ quan thiết kế và điều khiển hệ thống định vị toàn cầu Trong nhóm tham gia điều hành dự án GPS cần phải kể đến Phd Ivan Getting và Bradford Parkinson

đã góp phần đáng kể trong dự án GPS là hệ thống bao gồm các vệ tinh bay trên quỹ đạo, thu thập thông tin toàn cầu và được xử lý bởi các trạm điều khiển trên mặt đất Ngày nay, khó hình dung rằng có một máy bay, một con tàu hay phương tiện thám hiểm trên bộ nào lại không lắp đặt thiết bị nhận tín hiệu từ vệ tinh Hệ GPS là hệ thống dẫn đường bằng vệ tinh do Hoa Kỳ kiểm soát và duy trì hoạt động, ngoài ra Nga và Trung Quốc cũng phát triển mở rộng có hệ thống định vị riêng cho mình

1.2 Các thành phần của hệ thống GPS [1]

Hệ thống GPS bao gồm ba thành phần: Trạm không gian (Space Segment), trung tâm điều khiển (Control Segment), và máy thu tín hiệu GPS (User Segment)

Trang 11

Hình 1.1: Mô hình quỹ đạo hệ thống định vị GPS[1]

1.2.1 Trạm không gian

Trạm không gian bao gồm 24 vệ tinh nhân tạo liên tục phát tín hiệu quảng

bá khắp toàn cầu và được ví như trái tim của toàn hệ thống Các vệ tinh được cấp nguồn hoạt động bởi các tấm pin mặt trời và được thiết kế để hoạt động trong vòng gần 8 năm Nếu các tấm pin mặt trời bị hỏng thì vệ tinh sẽ hoạt động nhờ các ắc quy dự phòng được gắn sẵn trên vệ tinh Ngoài ra trên vệ tinh còn có một

hệ thống tên lửa nhỏ để hiệu chỉnh quỹ đạo bay của vệ tinh Mỹ đã phóng vệ tinh GPS đầu tiên vào những năm 1978 và tiếp tục hoàn thiện việc phóng 24 vệ tinh lên quỹ đạo vào năm 1994

1.2.2 Trung tâm điều khiển

Gồm có 4 trạm thu tín hiệu phát đi từ vệ tinh (Monitor Station) và một trạm chủ (Master Control) để phát tín hiệu lên vệ tinh Bốn trạm thu được đặt ở các địa điểm khác nhau trên khắp thế giới: Một được đặt tại đảo Hawaii, một trên đảo Kwajalein (Thái Bình Dương); một được đặt trên đảo Diego Garcia (Ấn Độ Dương) và một trạm được đặt ở đảo Ascension (Đại Tây Dương) Trạm chủ được đặt tại trại Falcon của Không Lực Hoa Kỳ tại Bang Colorado Bốn trạm thu tín hiệu có nhiệm vụ thu tín hiệu chứa thông tin về quỹ đạo và thời gian từ vệ tinh gửi về sau đó gửi nhưng thông tin này cho trạm chủ Trạm chủ sẽ hiệu chỉnh những thông tin nhận được và gửi lại những thông tin đã được hiệu chỉnh lên vệ

Trang 12

tinh để điều chỉnh quỹ đạo bay và đồng bộ thời gian cho các vệ tinh cùng với thông tin về sự suy hao đường truyền

Hệ thống điều khiển mặt đất bao gồm các trạm trên mặt đất, chia thành trạm trung tâm và trạm con Các trạm con vận hành tự động, nhận thông tin từ vệ tinh, gửi tới cho trạm chủ Sau đó các trạm con gửi thông tin đã được hiệu chỉnh trở lại, để các vệ tinh biết được vị trí của chúng trên quỹ đạo và thời gian truyền tín hiệu Nhờ vậy, các vệ tinh mới có thể đảm bảo cung cấp thông tin chính xác tuyệt đối vào bất kỳ thời điểm nào

Hình 1.2: Phân bố các trạm điều khiển mặt đất [1]

1.2.3 Máy thu GPS

Đây là thành phần cuối cùng trong hệ thống GPS Vì tín hiệu từ vệ tinh GPS được phát quảng bá trên toàn bộ trái đất nên số lượng máy thu GPS là không giới hạn Máy thu GPS sẽ thu các tín hiệu mang thông tin về cự ly, thời gian, trễ truyền sóng được phát xuống từ 4 vệ tinh để xác định vị trí cũng như tốc độ của mình

1.2.4 Quỹ đạo vệ tinh GPS

Hệ thống GPS bao gồm 24 vệ tinh địa tĩnh, trong đó có 03 vệ tinh dành cho

dự phòng, trong tương lai Mỹ sẽ tiếp tục phóng thêm 04 vệ tinh GPS nữa lên quỹ đạo để bảo đảm dự phòng 1:3 cho toàn bộ hệ thống Vệ tinh GPS bay theo sáu quỹ đạo, mỗi quỹ đạo có 04 vệ tinh, mặt phẳng quỹ đạo bay nghiêng 550 so với

Trang 13

mặt phẳng xích đạo trái đất và các góc xuân phân của quỹ đạo lệch nhau số lần nguyên của 600 Vệ tinh GPS bay quanh trái đất với quỹ đạo tròn, có tâm trùng với tâm của trái đất với bán kính 26.500km (các bề mặt trái đất khoảng 20.200 km) và quay hết một vòng quanh trái đất trong nửa ngày thiên văn (tương đương 11,96 giờ)

1.3 Nguyên tắc hoạt động của GPS

Trong một ngày, các vệ tinh GPS di chuyển 2 vòng trái đất với quỹ đạo đã được lập sẵn và liên tục quảng bá tín hiệu vô tuyến (các thông tin đã được mã hóa) tới các máy thu GPS bao gồm thông tin thiên văn, mã giả ngẫu nhiên… Thông tin này có giá trị trong vài giờ cung cấp thông tin quỹ đạo của vệ tinh Với các thông tin trên máy thu GPS tính toán vị trí của vệ tinh tại mọi thời điểm

Mỗi một vệ tinh có mã giả ngẫu nhiên riêng biệt, mã này kết hợp với thông tin được mã hóa Cả vệ tinh lẫn máy thu đều tạo ra cùng một mã tại cùng thời điểm, và sử dung nó để tái cấu trúc dữ liệu Tuy nhiên do sự trễ truyền tín hiệu nên tin hiệu vệ tinh sẽ chậm sau tín hiệu máy thu khi nó tới trái đất.Thời gian này gọi là thời gian truyền Do đó, khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu có thể được tính theo công thức như sau:

- Distance = speed x (Travel time )

- Speed = speed of light (3 x 108 (m/s))

Máy thu GPS là thành phần thứ 3 của hệ thống GPS Nó có thể được bổ sung các phần mềm như máy tính cá nhân mà không cần cấu tạo lại phần cứng Khái niệm SDR không mới thể hiện khả năng có thể thực hiện nhiều quá trình của thiết bị điện tử số

Trang 14

Hình 1.3: Mô hình hoạt động GPS [1]

1.4 Độ chính xác của hệ thống GPS

Các máy thu GPS ngày nay cực kì chính xác, nhờ vào thiết kế nhiều kênh hoạt động song song của chúng Các máy thu 12 kênh song song (của Garmin) nhanh chóng khóa vào các quả vệ tinh khi mới bật lên và chúng duy trì kết nối bền vững, thậm chí trong tán lá rậm rạp hoặc thành phố với các toà nhà cao tầng Trạng thái của khí quyển và các nguồn gây sai số khác có thể ảnh hưởng tới độ chính xác của máy thu GPS Các máy thu GPS trong các ứng dụng dân sự như điện thoại di động có độ chính xác trung bình khoảng 15 mét Các máy thu mới hơn với khả năng WAAS (Wide Area Augmentation System) có thể tăng độ chính xác trung bình tới dưới 3 mét Người dùng cũng có thể có độ chính xác tốt hơn với GPS vi sai (DGPS) sửa lỗi các tín hiệu GPS để có độ chính xác trong khoảng

3 đến 5 mét Cục phòng vệ bờ biển Mỹ vận hành dịch vụ sửa lỗi này Hệ thống bao gồm một mạng các đài thu tín hiệu GPS và phát tín hiệu đã sửa lỗi bằng các máy phát hiệu Để thu được tín hiệu đã sửa lỗi, người dùng phải có máy thu tín hiệu vi sai bao gồm cả ăn-ten để dùng với máy thu GPS của họ

Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống GPS

Trang 15

- Khi các vệ tinh ở quá gần nhau, chúng sẽ khiến việc xác định vị trí chính xác trở nên khó khăn hơn

- Vì tín hiệu radio đi từ vệ tinh xuyên qua tầng điện ly và tầng đối lưu, tốc

độ cần thiết để tín hiệu truyền tới thiết bị nhận sẽ bị chậm đi

- Chướng ngại vật lớn như các dãy núi hay các tòa nhà cao tầng cũng làm cho thông tin sai lệch Dưới các tầng hầm hoặc đường hầm, tín hiệu nhận được sẽ rất yếu hoặc thậm chí không thu được tín hiệu từ vệ tinh

- Giữa thiết bị thu tín hiệu GPS của người dùng với vệ tinh có thể không hoàn toàn trùng khớp về mặt thời gian, và các vệ tinh đôi khi chạy lệch khỏi quỹ đạo

1.5 Đặc điểm tín hiệu GPS

Tín hiệu GPS được truyền ở 2 tần số trên băng UHF từ tần số cơ bản f0=10,23 MHz Hai tần số truyền tín hiệu của GPS là L1=154f0=1575,42 MHz

và L2=120f0=1227.60 MHz, với các bước sóng tương ứng lần lượt là ~19 cm và

~24.4 cm Tất cả những vệ tinh GPS đều phát cùng một cặp tần số sóng mang L1

và L2 Tuy nhiên, điều chế mã thì khác nhau đối với từng vệ tinh, do đó tối thiểu hóa một cách đáng kể can nhiễu vệ tinh

Hình 1.4: Phổ tín hiệu GPS [1]

Một vệ tinh có thể truyền tín hiệu radio ở nhiều mức tần số thấp khác nhau, được gọi là L1, L2 Những thiết bị nhận tín hiệu GPS bắt sóng L1, ở dải tần số UHF 1575,42Mhz, bắt sóng L2 ở tần số 1227.6 Mhz Một đài phát thanh FM thường cần có công suất chừng 100.000 watt để phát sóng, nhưng một vệ tinh

Trang 16

định vị toàn cầu chỉ đòi hỏi 20-50 watt để đưa tín hiệu đi xa 20.200 km.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 1,55 GHz) GPS dân sự dùng tần số L1 575,42 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

Hình 1.5: Nguyên lý hoạt động của hệ thống [1]

Nguyên lý hoạt động thể hiện qua hình 1.6 Với GPS, các tín hiệu từ các vệ tinh sẽ đi tới các vị trí chính xác của người dùng và được đo theo phép tam giác

Trang 17

đạc Để thực hiện phép tam giác đạc, GPS đo khoảng cách thông qua thời gian hành trình của bản tin vô tuyến từ vệ tinh tới một máy thu mặt đất Để đo thời gian hành trình, GPS sử dụng các đồng hồ rất chính xác trên các vệ tinh Một khi khoảng cách tới vệ tinh đã được đo thì việc biết trước về vị trí vệ tinh trong không gian sẽ được sử dụng để hoàn thành tính toán Các máy thu GPS trên mặt đất có một “cuốn niên giám” được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính của chúng để chỉ thị mỗi vệ tinh sẽ có mặt nơi nào trên bầu trời vào bất kỳ thời điểm nào Các máy thu GPS sẽ tính toán các thời gian trễ qua tầng đối lưu và khí quyển để tiếp tục làm chính xác hơn phép đo vị trí Để bảo đảm chắc chắn vệ tinh và máy thu đồng bộ với nhau, mỗi vệ tinh có bốn đồng hồ nguyên tử chỉ thời gian chính xác tới 3 ns, tức ba phần tỷ giây Nhằm tiết kiệm chi phí, các đồng hồ trong các máy thu dưới đất được làm ít chính xác hơn đôi chút Bù lại, một phép đo tầm hoạt động vệ tinh được trang bị thêm Phép đo lượng giác chỉ ra rằng, nếu ba số đo chính xác định

vị được vị trí một điểm trong không gian ba chiều thì một phép đo thứ tư có thể loại bỏ mọi độ chênh lệch thời gian nào đó Phép đo thứ tư này chỉnh lại sự đồng

bộ hoá không hoàn hảo của máy thu Khối mặt đất thu nhận tín hiệu vệ tinh đi tới với tốc độ bằng tốc độ ánh sáng Ngay như tại tốc độ như vậy tín hiệu cũng phải mất một lượng thời gian đáng kể mới tới được máy thu Sự chênh lệch giữa thời điểm tín hiệu được gửi đi và thời điểm tín hiệu được thu nhận với tốc độ ánh sáng cho phép máy thu tính được khoảng cách tới vệ tinh

Trang 18

Hình 1.6: Sơ đồ khối điều chế tín hiệu GPS [1]

Các mã được điều biến trên song mang theo phương thức điều chế BPSK:

- Với Tần số sóng mang L1 : 1.575,42 Mhz ( băng L )

- Mức công suất tối thiểu : - 160 dBw tại bề mặt trái đất

- Mã nhiễu giả ngẫu nhiên PRN C/A có tần số 1.203 Mhz, chu kỳ 1ms

- Sóng mang L1 được điều biến bằng cả hai mã ( mã C/A và P hoặc Y )

- Sóng mang L2 được điều biến bằng mã P hoặc mã Y

- Các mã được điều biến trên sóng mang theo phương thức điều chế BPSK Thông điệp vệ tinh dưới dạng dữ liệu số tốc độ 50b/s được cộng mô-đun 2 với mã C/A để điều chế trên sóng mang L1 Thông điệp vệ tinh sẽ được các máy thu giải mã và dùng để xác định vị trí theo thời gian thực

Trang 19

Hình 1.7: Sơ đồ giải điều chế tín hiệu GPS.[1]

Tín hiệu sóng mang GPS đi đến 2 bộ nhân, 2 bộ nhân để thực hiện giải điều chế Lọc vòng: lọc điện áp từ ngỏ của bộ nhân để đưa vào điều chỉnh tần số và pha của bộ dao dộng VCO

Bộ nhân thứ 3 mục đích để tìm kiếm sai pha giữa sóng mang 2 BPSK và sóng mang khôi phục Kết quả sai pha sẽ thể hiện bằng điện áp lỗi

Tốc độ đồng hồ (Clock rate): Mọi thành phần của tín hiệu GPS đều dựa trên tốc độ cơ bản của đồng hồ là 10.23 Mhz Trên thực tế, tốc độ đồng hồ vệ tinh được

cố ý đặt thấp hơn 4.45  10-10 so với giá trị danh nghĩa nói trên ( tức là 10.299.999,99545 Hz) để bù trừ các hiệu ứng tương quan trung bình bao gồm chênh lệch trung bình thế trọng trường giữa vệ tinh và người sử dụng

- Tần số Chip mã C/A là 1,023 Mhz

- Các chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên ( PRN ) của mã C/A đều được tạo bởi

bộ ghi dịch hồi tiếp 10 bit ( Feedback Shift Register ) Xung đồng hồ được đưa vào

bộ ghi dịch ở bit thứ nhất và nội dung của mã C/A được lấy ra ở bit thứ 10 Đặc tính riêng của bộ ghi dịch hồi tiếp phụ thuộc vào cách thức nhận thống tin vào tại

Trang 20

bit 1 Vệ tinh GPS sử dụng bộ ghi dịch hồi tiếp loại Tap (Tapped Feedback Shift Register)

Hình 1.8: Phương pháp tạo mã C/A.[1]

- Hoạt động của bộ ghi dịch hồi tiếp loại Tap mô tả như sau : Mã C/A được tạo bằng hai bộ ghi dịch hồi tiếp loại Tap 10 bit, bộ G1 có đa thức 1 + x3 + x10 và G2 có đa thức 1 + x2 + x3 + x6 + x8 + x9 + x10 Phương pháp lấy dữ liệu ra được thể hiện trong hình 2-3 là tạo mã C/A cho vệ tinh có mã nhiễu giả ngẫu nhiên PRN1 Thực chất phương pháp này là làm trễ mã PRN bằng cách chọn các cặp đầu

ra (Tap) khác nhau Các quan hệ thời gian liên quan đến mã C/A được mô tả trên hình 2-4 Nhiều cặp trị số Tap khác nhau được dùng để tạo ra một bộ đầy đủ gồm

32 mã nhiễu giả ngẫu nhiên

1.6 Một số hệ thống định vị khác

1.6.1 Hệ thống định vị toàn cầu Glonass

GLONASS là hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu của Liên bang Nga, tương

tự như GPS (NAVSTAR) của Hoa Kỳ hay Galileo của Liên minh châu Âu.Nền

Trang 21

của hệ là 24 vệ tinh, chuyển động trên bề mặt Quả Đất theo 3 mặt quỹ đạo với góc nghiêng 64,8°, và độ cao 19100 km.Vệ tinh đầu tiên của GLONASS được Liên Xô đưa lên quỹ đạo ngày 12 tháng 10 năm 1982, vào ngày 24 tháng 9 năm 1993hệ chính thức được đưa vào sử dụng

Các vệ tinh của hệ GLONASS liên tục phóng ra các tín hiệu định vị theo 2 dạng: tín hiệu định vị chính xác chuẩn (Ch) ở tần số L1 (1,6 GHz) và tín hiệu định

vị chính xác cao (C) ở tần số L1 và L2 (1,2 GHz) Thông tin, cung cấp bởi tín hiệu định vị Сh, mở cho tất cả người dùng trên nền toàn cầu và liên tục và đảm bảo khi dùng máy thu GLONASS, khả năng xác định:

- Các tọa độ ngang với độ chính xác 50-70 m (độ tin cậy 99,7%);

- Các tọa độ đứng với độ chính xác 70 m (độ tin cậy 99,7%);

- Các véc-tơ thành phần của vận tốc với độ chính xác 15 cm/s (độ tin cậy 99,7%)

- Thời gian chính xác với độ chính xác 0,7 mcs (độ tin cậy 99,7%)

Các độ chính xác này có thể tăng lên đáng kể, nếu dùng phương pháp định

vị vi phân và/hay các phương pháp đo bổ sung đặc biệt Vào thời điểm này nhóm vệ tinh gồm 17 làm việc trong hệ vệ tinh, còn 2 tạm thời không được dùng

và 2 chưa được đưa vào hệ Số lượng này chưa đủ để bao phủ toàn bộ bề mặt của trái đất, cụ thể là:

- Độ mở tích phân GLONASS trên Quả Đất: 80%

- Độ mở tích phân GLONASS trên Nga: 94%

- Đứt quãng tối đa của sự định vị trên Quả Đất: 2.4 giờ

- Đứt quãng tối đa của sự định vị trên Nga: 0.5 giờ

Trang 22

Cần tăng số lượng vệ tinh lên 18 trên lãnh thổ Nga để việc định vị liên tục được đảm bảo 100% Việc định vị liên tục thực sự trên toàn bộ khu vực của quả đất được bảo đảm trên nhóm quỹ đạo từ 24 vệ tinh

Các máy vũ trụ làm việc trong thời gian hiện tại gồm 6 vệ tinh

GLONASS-M có thời gian bảo hành tồn tại tích cực là 7 năm Các vệ tinh này, khác với các máy thế hệ trước, phóng 2 tín hiệu dành cho các nhu cầu dân dụng, cho phép tăng

độ chính xác của việc xác định vị trí Các vệ tinh “GLONASS-М” trong thành phần nhóm quỹ đạo sẽ nằm, như tối thiểu, đến năm 2015 Các thử nghiệm bay của các

vệ tinh thế hệ mới “GLONASS-K” với các đặc tính tốt hơn (thời gian bảo hành tăng lên 10 năm và tần số thứ 3 dành cho các nhu cầu dân dụng) cần được bắt đầu vào năm 2008

1.6.2 Galileo của Châu Âu

Galileo là một hệ thống dẫn đường vệ tinh hiện đang được xây dựng bởi Liên minh châu Âu (EU) và Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) Dự án € 20 tỷ được đặt theo tên nhà thiên văn học Ý Galileo Galilei Một trong những mục tiêu của Galileo là cung cấp một hệ thống định vị có độ chính xác cao khi mà các quốc gia châu Âu có thể phụ thuộc, độc lập từ Nga GLONASS, GPS của Mỹ, và Compass của Trung Quốc hệ thống, có thể được vô hiệu hóa trong thời gian chiến tranh hoặc xung đột Khi hoạt động nó sẽ sử dụng hai mặt đất hoạt động trung tâm gần Munich, Đức và ở Fucino, Italy

Galileo khác với GPS của Hoa Kỳ và GLONASS của Liên bang Nga ở chỗ

nó là một hệ thống định vị được điều hành và quản lý bởi các tổ chức dân dụng, phi quân sự Galileo theo kế hoạch sẽ chính thức hoạt động vào năm 2010, muộn

2 năm so với kế hoạch ban đầu

- 30 vệ tinh (27 vệ tinh hoạt động chính và 3 vệ tinh dự phòng)

- Độ cao quỹ đạo: 23.222 km (quỹ đạo tầm trung)

Trang 23

- Phân bố trên 3 mặt chính, góc nghiêng 56 độ

- Tuổi thọ thiết kế của vệ tinh: > 12 năm

- Trọng lượng vệ tinh: 675 kg

- Kích thước vệ tinh: 2,7 m × 1,2 m × 1,1 m

Hệ Galileo hoạt động trên những giải tần số khoảng 1250 MHz và 1570 MHz Những giải tần số vô tuyến này được chọn để thích hợp với những giải tần

số của hệ GPS (Global positioning system) nhằm hoạt động cùng với GPS và cũng

để tránh xâm phạm vào những giải tần số dành riêng cho các nhà Thiên văn vô tuyến dùng để nghiên cứu những bức xạ vũ trụ Bởi vì sự đo đạc thời gian phát tín hiệu vô tuyến từ các vệ tinh và thời gian thu tín hiệu tại các trạm trên mặt đất cần phải thật chính xác nên các vệ tinh cũng như các trạm trên trái đất phải được trang

bị đồng hồ nguyên tử và các đồng hồ phải khớp với nhau để quản lý toàn bộ hệ Galileo Hai trung tâm điểu khiển vệ tinh được đặt tại châu Âu và hàng chục trạm phát và thu tín hiệu được đặt rải rác trên toàn cầu Với dự án Galileo, Cộng đồng châu Âu tỏ ra có khả năng kỹ thuật cao có thể sánh vai cùng các cường quốc khác trong công việc chinh phục không gian vũ trụ với mục tiêu dân sự Khi Galileo được đưa vào hoạt động, sẽ chấm dứt độc quyền của GPS của Mỹ trong dịch vụ định vị bằng vệ tinh Dự án Galileo còn thu hút sự tham gia của những nước châu

Á đã có khả năng phóng vệ tinh lên Vũ trụ như Ấn Độ, Trung quốc và Nhật bản Thị trường định vị bằng vệ tinh đang phát triển về mặt kinh tế

Trang 24

Nó đã được cung cấp dịch vụ chuyển hướng, chủ yếu là cho các khách hàng ở Trung Quốc và khu vực lân cận, kể từ năm 2000 Thế hệ thứ hai của hệ thống, được gọi là Compass hoặc BeiDou-2 BeiDou-2 không phải là một phần mở rộng hiện

có BeiDou-1, mà là sẽ thay thế nó hoàn toàn Hệ thống mới sẽ là một chòm sao của

35 vệ tinh, trong đó bao gồm 5 vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh cho tính tương thích ngược với BeiDou-1, và 30 vệ tinh phi địa tĩnh (27 trong quỹ đạo trái đất trung bình và 3 trong quỹ đạo địa tĩnh nghiêng), sẽ cung cấp bảo hiểm đầy đủ của toàn cầu Sẽ có hai cấp độ dịch vụ được cung cấp dịch vụ miễn phí cho dân thường và dịch vụ được cấp phép chính phủ Trung Quốc và người sử dụng quân sự:

Các dịch vụ miễn phí sẽ có 10 mét theo dõi vị trí chính xác, sẽ đồng bộ hóa đồng hồ với độ chính xác của 10 ns, tốc độ đo lường trong phạm vi 0,2 m / s

Các dịch vụ được cấp phép sẽ được chính xác hơn so với các dịch vụ miễn phí, có thể được sử dụng để giao tiếp, và sẽ cung cấp thông tin về trạng thái hệ thống cho người sử dụng

Hệ thống mới sẽ là một chòm sao của 35 vệ tinh, trong đó bao gồm 5 quỹ đạo địa tĩnh (GEO) vệ tinh và 30 quỹ đạo trái đất trung bình (MEO) vệ tinh, mà sẽ cung cấp phạm vi bảo hiểm đầy đủ của toàn cầu Các tín hiệu khác nhau, được dựa trên các nguyên tắc CDMA và có cấu trúc phức tạp điển hình của Galileo hoặc GPS hiện đại hóa Tương tự như các hệ thống khác, GNSS sẽ có hai cấp độ của dịch vụ định vị: mở và hạn chế (quân sự) Các dịch vụ công ích được có sẵn trên toàn cầu để người dùng nói chung Khi tất cả các hệ thống GNSS hiện kế hoạch được triển khai, người dùng sẽ được hưởng lợi từ việc sử dụng một chòm sao tổng

số 75 + vệ tinh, trong đó đáng kể sẽ cải thiện tất cả các khía cạnh của định vị, đặc biệt là sẵn có của các tín hiệu trong các hẻm núi được gọi là đô thị ,thiết kế chung của hệ thống chuyển hướng Compass là Sun Jiadong, cũng là nhà thiết kế chung của người tiền nhiệm của nó, Beidou hệ thống dẫn đường Nó đã trở thành hoạt động ở Trung Quốc trong tháng mười hai năm 2011, với 10 vệ tinh trong sử dụng

Trang 25

Nó được lên kế hoạch để cung cấp các dịch vụ cho khách hàng trong khu vực châu Á-Thái Bình Dương vào năm 2012, và khách hàng toàn cầu khi nó hoàn thành vào năm 2020

Trong tháng 12 năm 2011, hệ thống đi vào hoạt động trên một cơ sở thử nghiệm đã bắt đầu cung cấp chuyển hướng, định vị và dữ liệu thời gian để Trung Quốc và khu vực lân cận miễn phí từ ngày 27 tháng 12 Trong quá trình chạy thử nghiệm này, hệ thống sẽ cung cấp chính xác vị trí trong vòng 25 mét, nhưng độ chính xác sẽ cải thiện như vệ tinh được đưa ra Khi hệ thống được chính thức khởi động, nó cam kết cung cấp thông tin người sử dụng chung vị trí chính xác đến 10m, tốc độ đo lường trong phạm vi 0,2 m mỗi giây, và cung cấp tín hiệu cho đồng bộ hóa đồng hồ chính xác đến 0,02 micro giây

1.6.4 IRNSS

The Indian Regional Navigational Satellite System (IRNSS) là hệ thống dẫn đường được xây dựng và quản lý bới Chính Phủ Ấn Độ Hệ thống đang được phát triển bởi Tổ chức nghiên cứu không gian Ấn Độ (ISRO) IRNSS sẽ là hệ thống điều hướng độc lập và tự trị trong khu vực mục tiêu một khu vực dịch vụ khoảng

1500 km quanh Ấn Độ Hệ thống sẽ được hoàn thành dưới sự kiểm soát của Ấn

Độ, với các khâu không gian, khâu mặt đất và người dùng nhận tất cả được xây dựng ở Ấn Độ

IRNSS được quy hoạch có 7 vệ tinh bổ sung với cơ sở hạ tầng mặt đất thích hợp Vì nó là truyền thống trong hệ thống GNSS, kiến trúc được mô tả tiếp theo trong ba phân đoạn khác nhau: các phân đoạn không gian, phân đoạn mặt đất và phân khúc người sử dụng

Các khâu không gian IRNSS: 3 của 7 vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh (GEOS) và chúng sẽ được đặt tại 34 º Đông, 83 º Đông và 131,5 º kinh độ Đông 4 vệ tinh có quỹ đạo đồng bộ ngày (GSO) trong quỹ đạo 24.000 km đỉnh cao và 250 km cận

Trang 26

điểm nghiêng 29 độ Hai của GSOs sẽ vượt qua đường xích đạo ở 55 º Đông và hai tại 111 Đông º Tuổi thọ của GEOS là 9,5 năm và 11 năm trong trường hợp của GSOs Khâu mặt đất IRNSS sẽ bao gồm:

- Trung tâm Kiểm soát IRNSS Space Craft (SCC)

- Trung tâm IRNSS Navigation (INC)

- IRNSS TTC các trạm Uplinking (IRTTC)

- Phạm vi IRNSS và trạm Monitoring Liêm (IRIMS)

- Thời gian Trung tâm IRNSS (IRNWT)

- IRNSS CDMA Khác nhau Stations (IRCDR)

- Khác nhau, Trạm Laser (ILRS)

- Mạng truyền số liệu (IRDCN) Khâu người dùng IRNSS người dùng được thực hiện của nhận IRNSS Chúng sẽ có tần số kép nhận hoặc tần số duy nhất với khả năng để được sửa chữa tầng điện ly Chúng sẽ có thể tiếp nhận và xử lý dữ liệu chuyển hướng từ chòm sao GNSS khác và bảy vệ tinh IRNSS sẽ liên tục được theo dõi bởi người nhận sử dụng

Độ chính xác của hệ thống là khoảng 20m ở trong lãnh thổ Ấn Độ và

1500-2000 m nếu ở nơi nào khác.Hệ thống được khởi động từ 5-2006 và sẽ hoàn thành trong vòng 6-7 năm

Mục tiêu của QZSS là các thiết bị di động, các dịch vụ viễn thộng (video, music, data) và thông tin vị trí

1.7 Định vị vô tuyến dựa vào cường độ tín hiệu RFID[7]

Những năm gần đây, công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) đã phát triển vượt bậc và thu hút sự quan tâm đặc biệt trong việc xây dựng một giải

Trang 27

thuật định vị phù hợp để ứng dụng thực tế hiệu quả Trong đó, có thể kể đến phương pháp xác định vịtrí Spot On, kỹthuật định vị Landmarc và Virtural Landmarc

RFID là công nghệ nhận dạng bằng sóng radio Công nghệ này cho phép các máy tính nhận biết các đối tượng thông qua hệ thống thu nhận sóng radio, từ đó có thể giám sát, quản lý và lưu vết từng đối tượng riêng rẽ khi chúng được di chuyển giữa các vị trí vật lý khác nhau

RFID không phải là phương pháp duy nhất giúp nhận dạng đối tượng Trước RFID người ta đã sử dụng rộng rãi một phương pháp khác, đó là mã vạch Ngày nay chúng ta có thể thấy mã vạch trên hầu hết các sản phẩm thương mại, từ đồ điện

tử, đồ điện gia dụng tới các thực phẩm đóng hộp Người ta sử dụng mã vạch trong các nhà máy, siêu thị… để quản lý nguồn gốc, thông tin, giá thành sản phẩm Sở

dĩ mã vạch được sử dụng rộng rãi như vậy là nhờ tính tiện lợi của nó Toàn bộ thông tin về một sản phẩm đều có thể thu được thông qua nội dung chứa trên mã vạch Việc đọc mã vạch được thực hiện dễ dàng và nhanh chóng nhờ có thiết bị đọc mã vạch Do vậy bên cạnh những tính năng tương tự với mã vạch, RFID còn

- Việc đọc mã vạch yêu cầu tác động của con người, thẻ RFID thì không

So với mã vạch, RFID có ưu thế vượt trội trong nhiều ứng dụng định vị, nhận dạng đối tượng và thu thập dữ liệu tự động Tuy nhiên, bên cạnh những ưu

Trang 28

thế mà RFID mang lại, chúng ta phải chịu một chi phí cao hơn so với sử dụng mã vạch Do vậy khi ứng dụng RFID, cần cân nhắc giữa lợi ích thu được và chi phí đầu tư để có thể đem lại hiệu quả đầu tư tốt nhất

1.8 Một số phương pháp định vị vô tuyến trong nhà

Hiện nay có nhiều phương pháp định vị, tùy thuộc vào từng lĩnh vực, ngành nghề mà các hệ thống định vị được thiết kế sao cho phù hợp với đặc điểm của từng phương pháp Nhìn chung, các phương pháp định vị hiện nay được chia thành các nhóm sau:

Hình 1.9: Các nhóm phương pháp định vị vô tuyến trong nhà[3]

Hồng ngoại, sóng vô tuyến, và siêu âm thanh là những công nghệ chính được sử dụng cho các hệ thống định vị trong nhà Các loại thiết bị cảm biến khác nhau được dùng để phát hiện các tín hiệu điện từ, các tín hiệu này có đặc trưng phụ

Trang 29

thuộc vào từng vị trí Một quá trình xử lý sẽ chuyển đổi các tín hiệu thành một số liệu đo lường khoảng cách hoặc góc để xác định vị trí Sau đó, các số liệu đo lường được xử lý bởi một thuật toán định vị để ước tính vị trí của thiết bị

1.9 Ứng dụng của hệ thống định vị

Kỹ thuật định vị trong hệ thống định vị được ứng dụng rất rộng rãi và ngày càng phổ biến trong xã hội hiện đại Việc ứng dụng công nghệ định vị không chỉ giúp cho nhà quản lý tốt hơn mà cộng đồng trở nên an toàn hơn Dưới đây là một

số minh họa ứng dụng dụng kỹ thuật định trong xã hội

1.9.1 Ứng dụng định vị trong quản lý giao thông

Việc phát triển hệ thống định vị trong giao thông giúp cho nhà quản lý nằm bắt được tình hình giao thông, mật độ giao thông, tốc độ giao thông, cũng như phát triển được các dịch vụ hỗ trợ, giúp đỡ tìm kiếm phương tiện giao thông trên

cả phương diện đường bộ, đường sắt và đường thủy

1.9.2 Ứng dụng định vị trong trợ giúp người thân

Trong xã hội hiện đại, việc xác định vị trí người thân và trợ giúp trong quá trình ở xa đang được quan tâm Thông qua hệ thống này, cùng với công nghệ phụ trợ người ta có biết được vị trí, mức độ an toàn về sức khỏe, cũng như hỗ trợ công tác tìm kiếm và dẫn đường khi bị lạc

1.9.3 Ứng dụng định vị quản lý kho hàng và hỗ trợ mua sắm

Trong các siêu thị lớn với nhiều hàng hóa và khu hàng rất đa dạng Việc quản lý vị trí và xác định được khu vực hàng hóa là cần thiêts cho cả người quản

lý và khách hàng Từ đó, giúp cho họ có được tra cứu, hướng dẫn nơi hàng hóa hiện có là điều quan trọng Điều này sẽ giúp cho việc tiết kiệm thời gian và hỗ trợ trong việc lựa chọn được mặt hàng ưng ý

1.9.4 Ứng dụng định vị quản lý động vật hoang dã

Trong khu vực rừng nguyên sinh, việc quản lý động vật quý hiếm thông qua hệ thống định vị giúp cho nhà quản lý năm bắt được tình hình di cư của chúng

Trang 30

Điều này giúp cho việc kiểm soát được sức khỏe, đảm bảo an toàn cho chúng Ứng dụng này đã trở nên phổ biến ở các nước phát triển

Trang 31

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN

2.1 Giới thiệu

Hiện nay, kỹ thuật định vị vô tuyến được chia thành hai nhóm là kỹ thuật định vị vô tuyến ngoài trời (outdoor) và kỹ thuật định vị vô tuyến trong nhà (indoor) Kỹ thuật định vị vô tuyến ngoài trời thường được sử dụng là kỹ thuật định vị dựa vào tín hiệu GPS Tức là thiết bị thu dữ tín hiệu GPS từ hệ thống định

vị vệ tinh Thông qua dữ liệu thu được người dùng biết vị trí kinh độ và vĩ độ của thiết bị đó Trong khi đó, kỹ thuật định vị vô tuyến trong nhà được sử dụng phổ biến trong môi trường khuất như trong tòa nhà, hầm lò (không thu được tín hiệu GPS),… Trong chương 2, em trình bày một số kỹ thuật định vị vô tuyến được sử dụng phổ biến hiện nay

2.2 Kỹ thuật định vị vô tuyến dựa vào tín hiệu GPS

2.2.1 Phân tích bản tin định vị NMEA 0183

Như chúng ta đã biết, kỹ thuật này dựa hoàn toàn vào bản tin định vị của

hệ thống GPS, tức là bản tin định vị NMEA 0183 Để tách được các thông số về tọa độ từ tín hiệu GPS phục vụ cho các phép đo xác định vị trí trên điện thoại di động, nhóm nghiên cứu sẽ tiến hành nghiên cứu, phân tích bản tin định vị NMEA

0183 NMEA (National Marine Electronics Association) là một giao thức giao tiếp chuẩn thường (được phát triển từ năm 1983) được sử dụng trong các hệ thống quan sát thời gian thực và tự động NMEA được phát triển bởi một nhóm các nhà sản suất, các nhà phân phối, các tổ chức giáo dục

Chuẩn NMEA sử dụng mã ASCII đơn giản, phương thức truyền tuần tự

Dữ liệu sẽ được truyền đi trong một "câu" theo một hướng duy nhất từ một máy phát (talker) đến một máy thu (listener) tại một thời điểm Trên cơ sở đó, người

Trang 32

ta cũng đã mở rộng để một máy phát có thể đến nhiều máy thu, cũng như một máy thu có thể nhận thông tin từ nhiều máy phát

NMEA chính là chuẩn giao tiếp cho các chip thu GPS trả ra toạ độ cho các thành phần khác, như là chip xử lý để tính ra toạ độ, hay thiết bị khác đang cần thông tin chuẩn này Để hiểu nhau, tất cả phần tử trong một hệ thống phải thống nhất với nhau từ trước.Đặc điểm chung của bản tin theo chuẩn NMEA Tín hiệu theo chuẩn NMEA được truyền đồng bộ theo một hướng hoặc phát, hoặc thu với các tham số:

- Tốc độ Baud: 4800

- Số bit dữ liệu: 8

- Bit dừng: 1 (hoặc nhiều hơn)

- Bit chẵn lẻ: Không dung

- Bắt tay: Không dùng

Một bản tin NMEA bao gồm nhiều “câu”, mỗi câu được bắt đầu bằng mã

“câu” và các thông tin mà “câu” cung cấp theo quy định biết trước

Sau đây là ý nghĩa của 26 “câu” trong đơn vị GPS

$GPMSK - Control for a Beacon Receiver

$GPMSS - Beacon Receiver Status

$GPAAM - Waypoint Arrival Alarm

$GPALM - GPS Almanac Data (Can also be received by GPS unit)

$GPAPB - Autopilot format "B"

$GPBOD - Bearing, origin to destination

$GPBWC - Bearing and distance to waypoint, great circle

$GPGGA - Global Positioning System Fix Data

$GPGLL - Geographic position, latitude / longitude

$GPGRS - GPS Range Residuals

$GPGSA - GPS DOP and active satellites

Trang 33

$GPGST - GPS Pseudorange Noise Statistics

$GPGSV - GPS Satellites in view

$GPHDT - Heading, True

$GPR00 - List of waypoints in currently active route

$GPRMA - Recommended minimum specific Loran-C data

$GPRMB - Recommended minimum navigation info

$GPRMC - Recommended minimum specific GPS/TRANSIT data

$GPRTE - Routes

$GPTRF - TRANSIT Fix Data

$GPSTN - Multiple Data ID

$GPVBW - Dual Ground / Water Speed

$GPVTG - Track made good and ground speed

$GPWPL - Waypoint location

$GPXTE - Cross-track error, Measured

$GPZDA - UTC Date / Time and Local Time Zone Offset

12 “câu” giải thích dành riêng cho đơn vị GPS

$HCHDG - Compass Heading

$PGRMB - DGPS Beacon Information

$PGRMC - Sensor Configuration Information

$PGRMC1 - Additional Sensor Configuration Information

$PGRME - Estimated Position Error

$PGRMF - GPS Position Fix Data

$PGRMI - Sensor Initialization Information

$PGRMM - Map Datum

$PGRMT - Sensor Status Information

$PGRMV - 3D Velocity Information

$PGRMZ - Altitude Information

Trang 34

$PSLIB - Tune DPGS Beacon Receiver Trong đó, $GPRMC mang gần như đầy đủ các thông tin trong việc xác định

vị trí Các thông tin mà “câu” $GPRMC cung cấp cho người sử dụng là:

- Thông tin về ngày, tháng, năm

- Thông tin về thời gian

- Thông tin về latitude

- Thông tin về longitude

- Thông tin về vận tốc

- Thông tin về hướng

Ví dụ về “câu” $GPRMC như sau:

$GPRMC,081836,A,3751.65,S,14507.36,E,000.0,360.0,130998,011.3,E

*62

$GPRMC,220516,A,5133.82,N,00042.24,W,173.8,231.8,130694,004.2,W*70

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Trong đó:

Trang 35

- Khung con thứ tư: Mới chỉ có những thông tin cảm biến trên 10 trong số

25 trang hiện có Nội dung của các trang này bao gồm một mô hình tầng điện ly,

số liệu giờ thế giới UTC, cờ để nhận biết những vệ tinh khác nhau Nếu trên quĩ đạo có nhiều hơn 24 vệ tinh và hệ thống chống lừa gạt được chuyển mạch ( khi mã

Y hoặc phiên bản bí mật của mã P thay thế mã P ), thì số lượng dữ liệu lịch thư và thông báo tình trạng hoạt động của vệ tinh vượt quá con số 24

- Khung con thứ năm: Bao gồm các dữ liệu lịch và tình trạng hoạt động của

24 vệ tinh đầu tiên trên quĩ đạo Dữ liệu lịch thư là một kiểu diễn giải sơ bộ về quĩ đạo vệ tinh, được dùng để xác định từng vệ tinh nằm ở vị trí nào trong chòm vệ tinh, thu nhận các tín hiệu từ vệ tinh nằm trên đường chân trời của người quan sát

Định dạng
Số trang	71
Dung lượng	1,97 MB