TRƯỜNG ĐẠI HC HÀNG HI VIT NAM
KHOA CÔNG NGH THÔNG TIN
THUYT MINH
ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG
ĐỀ TÀI
XÂY DNG THIT B ĐẦU CUI THU PHÁT VÀ
ĐÓNG GÓI DỮ LIU CHO TÀU CÁ S DNG CÔNG
NGH ĐỊNH V TOÀN CU GPS
Ch nhiệm đề tài: NGUYN TRỌNG ĐỨC
Thành viên tham gia: NGÔ QUC VINH
Hi Phòng, tháng 5/2015
Thuyết minh đề tài Nghiên cu khoa hc
2
M ĐẦU
Hiện nay, trong nước đã nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến công
ngh định v v tinh phc v qun các trang thiết bị, phương tiện thường xuyên di
chuyn. Các ng dng này dựa trên sở các thiết b định v v tinh (GPS), các công
ngh cm biến( như cảm biến gia tc, cm biến rung động…) để đọc thông tin và x
ti ch. Khi cn x tp trung, thông tin đưc truyn v các trung tâm x để t
chc quản điều hành. Vic truyn nhn thông tin ch yếu được thc hin thông
qua h thống thông tin di động, điều này gii hn phm vi hot động cũng như tăng chi
phí vn hành ca h thng. Bên cạnh đó, tại các trung tâm, các phn mm ng dng h
thông tin đa cùng vi vic s a d liệu địa chưa thực s đưc ng dng sâu
sc và hiu qu.
Đề tài tập trung đưa ra th nghim gii pháp thông tin cho h thng qun
các tàu được trang b h thống đnh v GPS. Các d liệu được thu thp t module
GPS được đóng vào 1 khung bản tin 60 bytes được điều chế theo phương pháp
GMSK. Tín hiệu này được đưa vào bộ đàm, điều tần để gi v trung tâm. Ti trung
tâm, thông tin của tàu được x lý và hin th n trc quan và
d s dng, trung tâm có th gi các thông tin qun lý tr li cho tàu.
Ni dung ca bn báo cáo thuyết minh bao gm phn m đầu, 4 chương
phn kết luận. Chương I - Tng quan, tp trung vào vic phân ch các đặc t yêu
cu của bài toán; chương II - Thiết kế h thng, đưa ra hình, kiến trúc h thng;
chương III - Xây dng h thng, xây dng h thng v phn cứng cũng như phần mm
và chương cuối - chương IV là những đánh giá ban đầu cũng như hướng phát trin tiếp
theo ca h.
Thuyết minh đề tài Nghiên cu khoa hc
3
Chương 1. TNG QUAN
1.1. H thống định v toàn cu GPS (Global Positioning System)
Vào nhng thp niên 6070, B quc phòng M đã đầu tư nghiên cứu và xây
dng h thống định v toàn cu GPS (Global Positioning System) [1]. V tinh GPS đầu
tiên được phóng vào tháng 2 năm 1978. Đầu những năm 1990, GPS bắt đầu được s
dng trong dân s. Chính ph M dành riêng mức định v chính xác cao nht cho quân
đội, tuy nhiên h cũng đã phát triển mã thu thô C/A cho mc đích dân dụng. Điều này
giúp bt c ai cũng thể s dng GPS bt c đâu bất c khi nào. Nga, vi k
thut phóng v tinh khá tốt, Nga cũng đã xây dựng thành công h thng v tinh dn
đưng qu đạo toàn cu - GLONASS (Global Orbital Navigation Satellite System)
vào năm 1995. Hai hệ thống này ban đu phc v cho mục đích quân sự chính,
hiện nay đã được đưa vào sử dng cho các mục đích dân sự. Liên hiệp Âu Châu cũng
đã khởi công cho d án h thng v tinh dẫn đường toàn cu vi tên gi GALILEO
t tên ca nhà thiên văn học vt hc đại Galileo Galilei). Như vậy,
GPS/GNSS không ch dng li cho mục đích ng dng trong quân s còn cho các
mục đích dân sự như: dn tàu thy, dẫn máy bay, trụ, dẫn các phương tiện giao
thông trên mặt đất, xây dng, đặc bit lắp đặt các thiết b trên bin phc v ngành khai
thác du khí thy hi si, cm biến t xa... mang li hiu qu thiết thc. Trong thi
gian ti ba h thng GPS, GLONASS GALILEO s đưc tiếp tc cng c hoàn
thin và tích hợp cho độ chính xác cao.
H thng GPS bao gm ba thành phn chính:
Phân h Không gian.
Phân h Người s dng.
Phân h Điu khin.
Thuyết minh đề tài Nghiên cu khoa hc
4
Hình 1.1. Các thành phn ca GPS
2.1.1. Phân h không gian
Phân h không gian bao gm 24 v tinh hoạt động trên sáu qu đạo tròn cao
20200 km so vi mt đất vi góc nghiêng 55°, chu 12 gi (11 gi 58 phút). Các
v tinh được b trí trên qu đạo sao cho bt c thời điểm nào cũng có ít nht bốn đến
i v tinh th đưc nhìn thy bởi người s dng bt c đâu trên thế gii, nếu
xét góc ngng là 100.
2.1.2. Phân h người dùng
Phân h ngưi s dng bao gm tt c các máy thu GPS trên mặt đt cho phép
người dùng nhn tín hiu phát qung t v tinh tính toán thi gian, vn tc, ta
độ ca h mt cách chính xác. Máy thu của người dùng đo thời gian tr để tín hiệu đi
tới máy thu; đây là cách đo trc tiếp khong cách biu kiến ti v tinh. Các kết qu đo
thu thập đồng thi t bn v tinh được x để tính toán tọa độ, vn tc thi gian.
GPS cung cp hai cp dch v là Dch v Định v tiêu chun (SPS) Dch v Định v
chính xác (PPS).
2.1.3. Phân h điu khin
Phân h điu khin gm mt trạm điều khin ch Colorado Springs, Colorado
cùng năm trạm giám sát ( Colorado Springs, đảo Ascension, đảo Diego Garcia,
Hawaii đo Kwajalein) ba anten mặt đất đặt ri rác trên thế gii. Ba trm
Ascension, Diego Garcia Kwajalein dùng để trin khai tuyến lên, truyn thông tin
t mặt đất lên v tinh, bao gm các d liu lịch thiên văn mới, hiu chỉnh đồng h
các bn tin qung bá khác.
Thuyết minh đề tài Nghiên cu khoa hc
5
2.1.4. Cu trúc tín hiu GPS
Mi v tinh GPS phát mt tín hiu radio cao tn gm hai tn s sóng mang
được điều chế bi hai s mt bn tin dẫn đường. Hai tn s sóng mang này
đưc phát tn s 1575.42 MHz (sóng mang L1) 1227.60 MHz (sóng mang L2).
Theo đó, bước sóng tương ng 19 cm 24.4 cm; kết qu này được rút ra t quan
h gia tn s sóng mang vn tc ánh sáng trong không gian. Vic s dng hai tn
s trên cho phép sa mt li nghiêm trng ca GPS tr tầng điện ly. Tt c các v
tinh GPS đều phát cùng tn s sóng mang L1 L2. Tuy nhiên, điu chế khác
nhau cho các v tinh, vic này làm gim thiu s can nhiu tín hiu.
Hai GPS gi thu thô (mã C/A) thu chính xác (mã P). Mi
cha mt lung s nh phân 0 1 gi các bít hay các chip. Các này được gi
chung PRN chúng giống như tín hiu ngẫu nhiên. Nhưng thực tế, các này
đưc phát nh s dng mt thut toán. C/A ch được điều chế vào sóng mang L1,
trong khi đó, P được điều chế vào c sóng mang L1 L2. S điu chế này gi
điu chế ng pha, do pha của sóng mang được dịch đi 180o khi giá tr ca thay
đổi t 0 đến 1 hoc t 1 đến 0 .
C/A mt lung 1023 s nh phân (1023 s 1 0) t lp li mi giây.
Điều này nghĩa tốc độ chip ca C/A 1023 Mb/s. Nói cách khác, khong
thi gian ca mi bít xp x 1ms, tương đương với quãng đường 300m. Mi v tinh
đưc gán cho mt C/A duy nht, mã này cho phép máy thu GPS nhn dng v tinh
nào đang truyền mt c th. Khoảng cách đo được bng mã C/A kém chính xác
hơn so với P. Tuy nhiên, C/A ít phc tạp hơn đưc s dng cho mọi ngưi
dùng.
P mt chui nh phân dài, đưc lp lại sau 266 ngày .Nó cũng nhanh hơn
mã C/A 10 ln (tc đ bít ca nó là 10.23 Mb/s). Nhân thi gian vi s ln lp li, 266
ngày nhân tốc độ bit 10.23 Mb/s được lung P dài khong 2.35x1014 chip! Mã dài
266 ngày được chia thành 38 đoạn, mỗi đoạn dài 1 tuần. Trong đó, 32 đoạn được
gán cho các v tinh khác nhau. Mi v tinh truyn một đon mt tun duy nht ca mã
P, đoạn này đưc khi to vào 0 gi ngày ch nht hàng tuần. Sáu đoạn còn lại đ d
tr cho các mục đích khác. Như vậy, mi v tinh GPS thường được xác định bi mt
đon 1 tun duy nht ca P. d, mt v tinh GPS vi s nhn dng PRN 20
tc v tinh này được gán đoạn ca tun th 20 của PRN P. P ban đầu được
thiết kế ch yếu cho mục đích quân sự chính. Sau đó, được s dng cho tt c
người dùng vào ngày 31/1/1994. Vào thời điểm đó, P được mt hóa bng cách