Luận án nghiên cứu giải pháp tích hợp hệ thống gnss ins trên thiết bị thông minh ứng dụng trong trắc địa bản đồ

1 Mở đầu Tính cấp thiết đề tài Công tác Trắc địa - Bản đồ (TĐBĐ) bao gồm đo đạc thể thông tin đối tượng mặt đất làm sở để thể thông tin khác gắn với mặt đất Kể từ năm 1960 Việt Nam, đồ thành lập phương pháp truyền thống bao gồm xây dựng mạng lưới khống chế tọa độ độ cao quốc gia làm sở cho công việc đo vẽ thành lập đồ gốc dựa phép đo máy đo chuyên dụng; in đồ để sử dụng cho nhiều mục đích khác Các máy đo chun dụng có độ xác cao sử dụng đo vẽ thành lập đồ có giá thành cao Với phát triển cơng nghệ máy tính, hình ảnh thu từ vệ tinh Hệ thống định vị tồn cầu - Global Positioning System (GPS) việc thành lập đồ trở nên dễ dàng Các máy thu GPS trở thành công cụ quan trọng để định vị, dẫn đường, tìm kiếm đối tượng quan tâm, gửi thông tin định vị tức thời, cập nhật thông tin không gian trợ giúp công tác TĐBĐ Các máy thu GPS cầm tay có chi phí thấp máy GPS chun dụng lại khơng đủ độ xác để xây dựng điểm khống chế trắc địa hay cơng việc địi hỏi độ xác cao Tuy nhiên, GPS cầm tay cơng cụ hữu ích để hỗ trợ định trợ giúp công tác TĐBĐ từ nhiều năm Cùng với phát triển cơng nghệ, điện thoại thơng minh, máy tính bảng, đồng hồ thông minh, gọi chung thiết bị thông minh đời trang bị hợp phần máy thu Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu - Global Navigation Satellite Systems (GNSS) cảm biến [10, 19] Trong thiết bị thơng minh kể Điện thoại thông minh (Smartphone), đối tượng nghiên cứu trang bị thành phần có hệ điều hành, phần cứng định vị cảm biến, thành phần thường xuyên cập nhật, nâng cấp cải thiện hiệu Một yếu tố quan trọng Smartphone người dùng tận dụng phần cứng trang bị sẵn, lập trình để tạo ứng dụng cài đặt vào Smartphone, làm cho Smartphone có thêm tính thiết bị để ứng dụng hiệu thực tế định vị tọa độ công tác TĐBĐ Nếu độ xác định vị tọa độ Smartphone đáp ứng số công việc cụ thể TĐBĐ sử dụng Smartphone phần mềm cài đặt để thay thiết bị định vị tọa độ chun dụng có độ xác tương đương, giúp rút ngắn thời gian, giảm chi phí cấu thành sản phẩm Đo đạc - Bản đồ Để đánh giá khả ứng dụng thiết bị thông minh TĐBĐ, NCS cộng tận dụng phần cứng GNSS trang bị sẵn để lập trình phần mềm định vị tọa độ thu thập liệu thực địa, tính chuyển tọa độ theo hệ quy chiếu lưới chiếu đồ, đồng thời làm thực nghiệm định vị xác định tọa độ điểm, tuyến đường đánh giá độ xác vị trí điểm thu iPhone Kết độ xác định vị tọa độ iPhone máy GPS cầm tay chun dụng tương đương, cơng trình khoa học NCS cộng công bố báo tạp chí khoa học quốc tế SCIE phân phối 02 ứng dụng App Store Smartphone ứng dụng thành công công tác TĐBĐ số công việc cụ thể như: đo cập nhật đối tượng địa vật, đối tượng đường giao thông, đối tượng đường địa giới hành chính, đối tượng rừng đất rừng cho đồ tỷ lệ 1:5.000 nhỏ hơn, đo diện tích rừng, trữ lượng rừng, tìm kiếm điểm khống chế trắc địa, tìm kiếm điểm khống chế ảnh Trên thực tế, phần cứng định vị GNSS trang bị sẵn Smartphone thời điểm 2009 2017 chưa có thay đổi đáng kể cơng nghệ nên độ xác định vị tọa độ chưa cao [1, 58] Vì vậy, phạm vi ứng dụng Smartphone TĐBĐ hạn chế, cần có nghiên cứu để cải thiện độ xác định vị tọa độ Smartphone Độ xác định vị GNSS Smartphone phụ thuộc vào số yếu tố phần cứng định vị GNSS, khả thu nhận tín hiệu vệ tinh, kỹ thuật giải pháp định vị Để cải thiện độ xác định vị Smartphone nâng cấp phần cứng định vị phần mềm xử lý, kết hợp phần cứng định vị mở rộng bên ngoài, hay tận dụng cảm biến quán tính trang bị sẵn Smartphone để xây dựng giải pháp định vị tích hợp GNSS/INS Việc nâng cấp phần cứng định vị phần mềm xử lý Smartphone hoàn toàn phụ thuộc vào nhà sản xuất cơng nghệ Cũng kết hợp phần cứng định vị mở rộng bên ngồi địi hỏi chi phí mua thiết bị mở rộng Việc tận dụng cảm biến quán tính trang bị sẵn Smartphone để xây dựng hệ thống tích hợp GNSS/INS giải pháp phù hợp trang bị thêm thiết bị mở rộng Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu • Mục đích luận án nghiên cứu giải pháp tích hợp GNSS/INS Smartphone để cải thiện độ xác định vị tọa độ • Đối tượng nghiên cứu GNSS, Hệ thống dẫn đường quán tính - Inertial Navigation System (INS) Smartphone; cảm biến gia tốc cảm biến tốc độ góc Smartphone • Phạm vi nghiên cứu nâng cao độ xác định vị tọa độ Smartphone ứng dụng số công tác TĐBĐ Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu luận án dựa nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm có đảm bảo kiến thức, tảng toán học chặt chẽ, phát triển phần mềm mô thực nghiệm để kiểm chứng đảm bảo độ tin cậy, tham khảo ý kiến chuyên gia lĩnh vực Điện tử viễn thông, Công nghệ thông tin TĐBĐ 4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài • Ý nghĩa khoa học – Bổ sung lý thuyết định vị tích hợp GNSS/INS Smartphone – Đưa sở khoa học giải pháp tích hợp GNSS/INS Smartphone ứng dụng TĐBĐ • Ý nghĩa thực tiễn – Những công bố khoa học độ xác định vị sử dụng Smartphone góp phần giảm chi phí mua sắm thiết bị chun dụng có độ xác tương đương – Rút ngắn thời gian, giảm chi phí cấu thành sản phẩm Đo đạc - Bản đồ – Đã nâng cao độ xác định vị Smartphone cách tích hợp GNSS/INS – Mở hướng nghiên cứu thực nghiệm tốn tích hợp GNSS/INS với chi phí thấp dễ áp dụng – Mở khả tính tốn chế tạo thu GNSS/INS Việt Nam Các luận điểm bảo vệ điểm luận án • Các luận điểm khoa học – Luận điểm 1: Smartphone có trang bị phần cứng GNSS hồn tồn có khả ứng dụng TĐBĐ – Luận điểm 2: Ước lượng sai số cảm biến quán tính Smartphone giải pháp phù hợp cho tốn tích hợp GNSS/INS để nâng cao độ xác định vị tọa độ Smartphone • Các điểm luận án – Đề xuất phương pháp chuẩn hóa ảnh hưởng tốc độ quay Trái Đất lên trục cảm biến tốc độ góc cho kỹ thuật hiệu chuẩn khơng cần thiết bị tham chiếu ngồi nhằm giải vấn đề tốc độ quay Trái Đất bị lẫn nhiễu cảm biến chi phí thấp cảm biến quán tính trang bị sẵn thiết bị thông minh – Mô-đun chức hiệu chuẩn cảm biến qn tính lập trình để thực trực quan Smartphone theo thời gian thực giúp dễ dàng hiệu chuẩn thực địa kiểm tra trước tiến hành đo – Phần mềm định vị GPS thu thập liệu thực địa phát triển hoàn thiện tảng iOS để ứng dụng Trắc địa - Bản đồ Kết cấu luận án Luận án gồm mở đầu, tổng quan, chương, kết luận kiến nghị nghiên cứu tiếp theo, danh mục cơng trình cơng bố tác giả, danh mục tài liệu tham khảo phụ lục Toàn nội dung luận án trình bày 133 trang, nội dung gồm 105 trang, 50 hình đồ thị, 13 bảng biểu, 60 tài liệu tham khảo Cơ sở tài liệu Luận án xây dựng dựa sở tài liệu từ nguồn thức quốc tế công bố ISI, Scopus hãng công nghệ Apple Inc., Google Inc., InvenSense Inc., Qualcomm Technologies, Inc., Chipworks Inc Tổng quan Smartphone làm thay đổi sống hàng triệu người dùng tồn giới có nhiều ứng dụng sáng tạo cho nhiều lĩnh vực đồng thời thu nhận, lưu trữ, cập nhật xử lý liệu máy tính cá nhân hay máy tính xách tay [2] Do Smartphone có khả xử lý liệu hiệu máy vi tính, đồng thời trang bị sẵn nhiều cảm biến [22, 25, 27], nên lập trình để tạo ứng dụng, làm cho Smartphone có thêm tính thiết bị Việc tạo ứng dụng chuyên ngành Smartphone giúp tiết kiệm chi phí khơng phải mua thiết bị chun dụng có độ xác tương đương, tạo điều kiện tiếp cận thông tin nhanh [6] Nhiều nghiên cứu ứng dụng thành công Smartphone lĩnh vực nông nghiệp [59], địa chất [20], quản lý nước [42], quản lý lưu lượng giao thông [8], giáo dục môi trường [50], y học [35] Trong khoa học Trái Đất có số cơng trình nghiên cứu sau: Jones cộng [58], tiến hành đánh giá độ xác vị trí điểm mặt số Smartphone phổ biến sử dụng Hệ thống tăng cường GPS - Assisted GPS (A-GPS) Các Smartphone chọn thử nghiệm đại diện hệ khác Dữ liệu tọa độ vị trí điểm thu thập cách cho sinh viên tình nguyện sử dụng Smartphone họ để định vị so sánh với điểm chuẩn đo phương pháp RTK Mục tiêu họ tạo kết ban đầu độ xác định vị Smartphone làm sở cho nghiên cứu Kết đánh giá độ xác cho thấy sai số vị trí điểm mặt trung bình tất loại Smartphone thử nghiệm ±67.47f eet (khoảng ±20m) Sai số trung phương vị trí điểm mặt cho tất sản phẩm thử nghiệm sử dụng hệ điều hành iOS (iPhone 4) ±44.79f eet (khoảng ±14m), sai số trung phương vị trí điểm mặt cho tất sản phẩm thử nghiệm sử dụng hệ điều hành Android ±207.25f eet (khoảng ±63m) Julián Tomaˇstík Jr cộng [45], đánh giá độ xác vị trí điểm GNSS thu từ Smartphone cho thu thập sử dụng liệu không gian rừng với thiết bị GNSS chuyên dụng khác Việc đánh giá độ xác tiến hành 74 điểm khu rừng, kim hỗn hợp (trong mùa non rụng) 17 điểm điều kiện khu vực thoáng Các trạm đo máy kinh vĩ dùng làm tài liệu tham chiếu cho tất vị trí điểm Độ xác vị trí ba Smartphone (mỗi loại với hai phiên hệ điều hành khác nhau) dùng để so sánh với thiết bị chuyên dụng Sai số trung phương vị trí điểm dao động từ ±4.96m đến ±11.45m mùa rụng ±1.90m đến ±2.36m điều kiện khu vực thống Sự khác biệt độ xác vị trí điểm mùa khơng đáng kể, khác rừng khu vực thoáng đáng quan tâm Sự khác biệt thiết bị đáng quan tâm điều kiện mùa rụng, thiết bị chun dụng có độ xác vị trí điểm cao nhiều so với tất thiết bị lại tất trường hợp thử nghiệm Một thử nghiệm khác, Smartphone sử dụng để định vị đo diện tích rừng bị thiệt hại gió Các kết thu từ GNSS Smartphone cho thấy diện tích trữ lượng gỗ có độ xác cao so với việc ước lượng thị giác Nhìn chung, kết cho thấy Smartphone sử dụng thành công cho số nhiệm vụ quản lý rừng, nơi có độ xác vị trí điểm ưu tiên cao Những nghiên cứu sử dụng hợp phần GNSS trang bị sẵn Smartphone nghiên cứu để nâng cao độ xác thực Mặc dù cơng nghệ phổ biến độ xác ngày cao, song lúc định vị GNSS có hiệu quả, đặc biệt mơi trường tín hiệu bị như: đường hầm, hẻm; tín hiệu nhiễu như: khu đô thị, khu rừng, làm cho việc định vị dẫn đường GNSS không liên tục ảnh hưởng đến độ xác Để giải giải vấn đề trên, việc nghiên cứu tích hợp GNSS/INS thực thành cơng tương đối hồn thiện cho số lĩnh vực sản phẩm thương mại chuyên dụng [43], GNSS/INS tích hợp vào thu LiDAR [14], hệ thống thành lập đồ di động [7], cải thiện độ xác thông số định hướng thu thời gian tín hiệu GPS sử dụng phương pháp khác [56], triển khai tích hợp GPS/INS phần cứng PC-box thời gian thực [54], nâng cao độ xác hệ thống dẫn đường tích hợp GNSS/INS, mơ hình hóa liệu cảm biến quán tính Grewal cộng tái lần thứ sách nói GNSS, INS tích hợp [41], sách cung cấp kiến thức lý thuyết thực tiễn hệ thống GNSS, INS lọc Kalman mơ hình tích hợp chúng Trong sách này, tác giả đề cập đến thuộc tính lý thuyết quan trọng thường bị bỏ qua trình xử lý giúp giải vấn đề thực tiễn cách hiệu Groves [15], xuất sách giới thiệu hệ thống định vị hệ thống định vị tích hợp, mơ tả ngun lý hoạt động vệ tinh, qn tính, nhiều cơng nghệ định vị khác, chất lượng lẫn toán học, cung cấp chi tiết định vị tích hợp Khả tích hợp GNSS/INS Smartphone hồn tồn khả thi mà Smartphone trang bị cảm biến quán tính [22, 27] Vấn đề tích hợp GNSS/INS cho Smartphone xem xét vài năm lại đây, số cơng trình khoa học tiêu biểu tóm tắt sau đây: Schindhelm cộng [29], nghiên cứu khả sử dụng iPhone cho hệ thống dẫn đường quán tính, nghiên cứu khảo sát quỹ đạo di chuyển iPhone quanh vịng trịn mét Kết là, có cải thiện độ xác áp dụng lọc Tuy nhiên, thử nghiệm cho thấy với việc sử dụng lọc việc xây dựng INS xác Smartphone thách thức lớn mà Smartphone trang bị cảm biến phổ thông với tỷ lệ nhiễu lớn Đối với việc thử nghiệm iPhone 4, tác giả cho kết chấp nhận thời gian ngắn, sau độ lệch cao nhiễu cảm biến Các tác giả cho rằng, họ thực lọc Kalman đa chiều để cải thiện độ xác Hạn chế nghiên cứu chưa ảnh hưởng loại nhiễu cảm biến giải pháp khắc phục Trong nghiên cứu Xiaoji cộng [38], sử dụng cảm biến qn tính iPhone cho dẫn đường ơ-tơ, tác giả báo cho hai cảm biến iPhone thực IMU hoàn chỉnh có đủ tính INS nhằm hỗ trợ xác định vị trí điện thoại, tức hệ thống dẫn đường tích hợp GPS/INS áp dụng Họ nghiên cứu ý tưởng sử dụng cảm biến quán tính iPhone tập đoàn Apple để tạo hệ thống tích hợp GPS/INS cho định vị dẫn đường ơ-tơ Các kết báo cảm biến qn tính iPhone dùng cho mục đích định vị dẫn đường ơ-tơ Nếu hiệu chuẩn phù hợp, cảm biến có đủ tính để coi IMU cho dẫn đường qn tính, tăng cường cho định vị GPS cách hàn gắn gián đoạn tín hiệu GPS ngắn làm giảm sai số thô định vị GPS Nghiên cứu đề xuất số hướng mở để phát triển tương lai như: cải thiện việc thu nhận liệu để bảo đảm độ ổn định lấy mẫu độ xác đồng hóa thời gian; nên sử dụng tọa độ GPS đơn điểm có độ nhạy cao iPhone việc điều chỉnh thông số phù hợp cần phải thực dựa liệu thử nghiệm đường theo khối; góc lệch trục lắp đặt iPhone bảng điều khiển ô-tô phải ước lượng cách tự động, giải thuật phù hợp cần phát triển; tích hợp GPS/INS cải thiện cách đưa vào nhiều thơng tin hỗ trợ (ví dụ cảm biến từ trường, cảm biến áp suất, đồng hồ công-tơ-mét, v.v), mở rộng tới tình dẫn đường khác, xe máy thuyền nhỏ Mặc dù tác giả ảnh hưởng nhiễu hệ thống cảm biến đưa giải pháp khắc phục cách hiệu chuẩn cảm biến không trình bày báo Các tác giả chưa đề cập đến ảnh hưởng nhiễu ngẫu nhiên cảm biến phương pháp xác định chúng Cũng nghiên cứu khác Xiaoji cộng [37], đề xuất ý tưởng việc sử dụng Smartphone trang bị sẵn cảm biến quán tính làm thiết bị thực nghiệm công nghệ định vị dẫn đường quán tính Trong 10 nghiên cứu mình, tác giả báo thiết kế loạt thực nghiệm sử dụng Smartphone mà không dùng thiết bị chuyên dụng khác Mohammed EL-Diasty cộng [12], khẳng định việc triển khai hệ thống định vị dẫn đường tích hợp GNSS/INS chủ yếu đặc trưng IMU việc làm giảm gián đoạn tín hiệu GNSS, nghĩa chúng phụ thuộc vào sai số cảm biến quán tính gây sai số cảm biến quán tính bao gồm sai số hệ thống sai số ngẫu nhiên Nói chung, sai số hệ thống ước lượng việc hiệu chuẩn để loại bỏ khỏi liệu thô Các sai số ngẫu nhiên nghiên cứu q trình ngẫu nhiên tuyến tính bậc cao Qua phân tích, đánh giá bàn luận cơng trình công bố liên quan mật thiết đến đề tài, đặc biệt cơng trình Xiaoji cộng [37, 38] đề xuất hướng nghiên cứu để phát triển tương lai phát biểu Mohammed EL-Diasty cộng [12], vấn đề tồn mà luận án phải tập trung giải xác định nguồn sai số thành phần sai số cảm biến quán tính gây Để giải vấn đề sai số cảm biến quán tính cần phải dựa vào mơ hình nhiễu cảm biến qn tính Mơ hình nhiễu cảm biến qn tính tài liệu [12, 15, 39, 41, 46], có thành phần nhiễu thống kê gây nên sai số ngẫu nhiên thành phần nhiễu tất định gây sai số hệ thống Cách tiếp cận lựa chọn hướng giải luận án là: (1) Hiệu chuẩn cảm biến quán tính Smartphone để xác định thành phần nhiễu tất định gây nên sai số hệ thống Các thành phần nhiễu tất định sử dụng để bù vào liệu đầu cảm biến; (2) Phân tích mơ hình hóa liệu cảm biến qn tính Smartphone để xác định thành phần nhiễu thống kê gây nên sai số ngẫu nhiên Các thành phần nhiễu thống kê sử dụng để đưa vào toán lọc định hướng AHRS tốn tích hợp GNSS/INS Nội dung mà luận án cần phải giải tập trung vào Chương trình bày luận án 105 [55] David Titterton and John Weston Strapdown Inertial Navigation Technology Vol 17 Institution of Engineering and Technology (IET), 2004 doi: 10.1049/pbra017e [56] Duc Tan Tran, Manh Ha Luu, Thang Long Nguyen, et al “Land-vehicle mems INS/GPS positioning during GPS signal blockage periods” Journal of Science, Vietnam National University, Hanoi 23.4 (2007), pp 243251 [57] Michael Trăobs and Gerhard Heinzel “Improved spectrum estimation from digitized time series on a logarithmic frequency axis” Measurement 39.2 (2006), pp 120–129 doi: 10.1016/j.measurement.2005.10.010 [58] Tyler W Jones, Luke Marzen, and Art Chappelka “Horizontal accuracy assessment of global positioning system data from common smartphones” Papers in Applied Geography 1.1 (2015), pp 59–64 doi: 10 1080 / 23754931.2015.1009304 [59] Lihua Zheng, Minzan Li, Caicong Wu, et al “Development of a smart mobile farming service system” Mathematical and Computer Modelling 54.34 (2011) Mathematical and Computer Modeling in agriculture (CCTA 2010), pp 1194–1203 issn: 0895-7177 doi: 10.1016/j.mcm.2010.11 053 url: http://www.sciencedirect.com/science/article/ pii/S0895717710005443 [60] Wen-Hong Zhu and Tom Lamarche “Velocity Estimation by Using Position and Acceleration Sensors” IEEE Transactions on Industrial Electronics 54.5 (2007), pp 2706–2715 doi: 10.1109/tie.2007.899936 I Phụ lục II Phụ lục A Dữ liệu hiệu chuẩn cảm biến gia tốc Cam bien gia toc (Up) 0.2 X Y Z X Y Z 0.8 Gia toc (g) -0.2 Truc X Cam bien gia toc (Down) 1.2 -0.4 0.6 -0.6 0.4 -0.8 0.2 -1 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 0.2 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 1.2 X Y Z X Y Z 0.8 Gia toc (g) Truc Y -0.2 -0.4 0.6 0.4 -0.6 0.2 -0.8 -1 -0.2 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 So mau 0.2 1.2 X Y Z X Y Z 0.8 -0.4 0.6 Truc Z Gia toc (g) -0.2 -0.6 0.4 -0.8 0.2 -1 -1.2 -0.2 500 1000 1500 2000 2500 So mau 3000 3500 4000 4500 1000 2000 3000 4000 5000 So mau Hình A.1: Dữ liệu hiệu chuẩn sáu vị trí cảm biến gia tốc 6000 III Phụ lục B Dữ liệu hiệu chuẩn cảm biến tốc độ góc Cam bien toc goc (Up) 0.025 X Y Z 0.02 X Y Z 0.02 0.015 Toc goc (rad/giay) 0.015 Truc X Cam bien toc goc (Down) 0.025 0.01 0.005 0.01 0.005 -0.005 -0.005 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 0.03 0.025 X Y Z 0.02 X Y Z 0.025 0.02 Toc goc (rad/giay) 0.015 Truc Y 0.01 0.005 0.015 0.01 0.005 0 -0.005 -0.005 -0.01 -0.01 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 So mau 0.03 0.025 X Y Z 0.02 X Y Z 0.025 0.02 Toc goc (rad/giay) 0.015 Truc Z 0.01 0.005 0.015 0.01 0.005 0 -0.005 -0.005 -0.01 -0.01 500 1000 1500 2000 So mau 2500 3000 3500 4000 1000 2000 3000 4000 5000 So mau Hình B.1: Dữ liệu hiệu chuẩn sáu vị trí cảm biến tốc độ góc 6000 IV Phụ lục C So sánh kết Sai so van toc N [m/s] 10 GNSS GNSS/INS -10 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Thoi gian [s] Sai so van toc E [m/s] 10 GNSS GNSS/INS -10 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Thoi gian [s] Sai so van toc D [m/s] GNSS GNSS/INS -2 -4 20 40 60 80 100 120 Thoi gian [s] Hình C.1: So sánh sai số vận tốc 140 160 180 V Sai so vi [m] 20 GNSS GNSS/INS -20 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Thoi gian [s] Sai so kinh [m] 20 GNSS GNSS/INS -20 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Thoi gian [s] Sai so cao [m] 50 GNSS GNSS/INS -50 20 40 60 80 100 120 Thoi gian [s] Hình C.2: So sánh sai số vị trí 140 160 180 VI Van toc N [m/s] 20 REF GNSS GNSS/INS -20 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Thoi gian [s] Van toc E [m/s] 20 REF GNSS GNSS/INS -20 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Thoi gian [s] Van toc D [m/s] REF GNSS GNSS/INS -2 -4 20 40 60 80 100 120 Thoi gian [s] Hình C.3: So sánh vận tốc 140 160 180 VII Vi [do] 21.07 REF GNSS GNSS/INS 21.068 21.066 21.064 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Thoi gian [s] Kinh REF GNSS GNSS/INS 105.782 105.78 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Thoi gian [s] Do cao 40 REF GNSS GNSS/INS 20 [m] [do] 105.784 -20 20 40 60 80 100 Thoi gian [s] Hình C.4: So sánh vị trí 120 140 160 180 VIII Phụ lục D Một số mã nguồn Matlab phát triển D.1 Mã nguồn mô-đun hiệu chuẩn cảm biến function SPCalibration %% numbersep Cac thiet lap co ban % Giai phong cac bien bo nho clearvars; % Dong tat ca cac cua so dang mo close all; % Xoa lich su cau lenh clc; %% numbersep Cac bien toan cuc 10 % Vi phong lab 11 phi = 21.07; 12 % Trong luc cuc bo (g) 13 g = 1.0; 14 % He so chuyen doi tu gia toc tu g sang miligal (mGal) 15 g2mGal = 980665.0; 16 % He so chuyen doi tu radian/giay sang do/gio 17 rps2dph = 206264.806247096; 18 % He so chuyen doi tu ty le sang ppm 19 s2ppm = 1e6; 20 % Toc quay trai dat (radian/giay) 21 omegae = 15.0141/rps2dph; 22 % Toc quay trai dat tai khu vuc thuc nghiem (radian/ giay) IX 23 wex = omegae*sind(phi); 24 %% numbersep Nap du lieu hieu chuan tu mat file 25 % iPhone Plus cua Chuyen 26 serial=’F2LNJH7TG5QQ_1945_70527’; 27 % iPhone Plus cua Doan 28 %serial=’FK1NTA7VG5QM’; 29 load(strcat(serial,’.mat’)); 30 % Cam bien gia toc 31 maxu = mean(axu(:,2:4),1); 32 maxd = mean(axd(:,2:4),1); 33 mayu = mean(ayu(:,2:4),1); 34 mayd = mean(ayd(:,2:4),1); 35 mazu = mean(azu(:,2:4),1); 36 mazd = mean(azd(:,2:4),1); 37 % Cam bien toc goc 38 mgxu = mean(gxu(:,2:4),1); 39 mgxd = mean(gxd(:,2:4),1); 40 mgyu = mean(gyu(:,2:4),1); 41 mgyd = mean(gyd(:,2:4),1); 42 mgzu = mean(gzu(:,2:4),1); 43 mgzd = mean(gzd(:,2:4),1); 44 %% numbersep Phuong phap Gauss-Newton cho cam bien gia toc 45 % Xac dinh lech, he so ty le va su khong truc giao tren moi truc 46 % Ma tran trang thai 47 Aa = [-g g 0 0 48 0 -g g 0 49 0 0 -g g X 50 1 1 1]; 51 % Ma tran 52 Ra=[maxu(1)+g maxd(1)-g mayu(1) mayd(1) mazu(1) mazd(1); 53 maxu(2) maxd(2) mayu(2)+g mayd(2)-g mazu(2) mazd(2); 54 maxu(3) maxd(3) mayu(3) mayd(3) mazu(3)+g mazd(3)-g ]; 55 % Ma tran so 56 Pa= eye(6); 57 % Thuat toan Gauss-Newton 58 Xa = (Ra*Pa*Aa’)*(Aa*Pa*Aa’)^-1; 59 % Vec to lech cua cam bien gia toc 60 ba = Xa(1:3,4)’; 61 % Ma tran he so ty le va su khong truc giao cua cam bien gia toc 62 Sa = Xa(1:3,1:3); 63 %% numbersep Phuong phap Gauss-Newton cho cam bien toc goc 64 % Ma tran trang thai 65 Ag = [wex -wex 0 0; wex -wex 0; 66 0 67 0 0 wex -wex; 68 1 1 1]; 69 % Ma tran 70 Rg=[mgxu(1) mgxd(1) mgyu(1) mgyd(1) mgzu(1) mgzd(1); 71 mgxu(2) mgxd(2) mgyu(2) mgyd(2) mgzu(2) mgzd(2); 72 mgxu(3) mgxd(3) mgyu(3) mgyd(3) mgzu(3) mgzd(3)]; 73 % Ma tran so 74 Pg= eye(6); 75 % Thuat toan Gauss-Newton XI 76 Xg = (Rg*Pg*Ag’)*(Ag*Pg*Ag’)^-1; 77 % Vec to lech cua cam bien toc goc 78 bg = Xg(1:3,4)’; 79 % Ma tran he so ty le va su khong truc giao cua cam bien gia toc 80 Sg = Xg(1:3,1:3); 81 %% numbersep In ket qua latex 82 % Chuyen tu g sang mGal 83 BA=round(ba*g2mGal) 84 % Chuyen tu ty le sang ppm 85 SA=round(Sa*s2ppm) 86 % Chuyen tu radian.giay sang do/gio 87 BG=round(bg*rps2dph) 88 % Chuyen tu ty le sang ppm 89 SG=round(Sg*s2ppm) 90 formatLatex = ’&%d &%d &%d &%d &%d &%d &%d &%d &%d &%d &%d &%d’; 91 latexAcce=sprintf(formatLatex,BA,SA(1,1),SA(2,2),SA(3,3) ,SA(1,2), 92 SA(1,3),SA(2,1),SA(2,3),SA (3,1),SA(3,2)) 93 latexGyro=sprintf(formatLatex,BG,SG(1,1),SG(2,2),SG(3,3) ,SG(1,2), 94 SG(1,3),SG(2,1),SG(2,3),SG (3,1),SG(3,2)) 95 %% numbersep Luu lai ket qua vao file mat 96 info.About=’Work 1: iPhone IMU Calibration’; 97 info.Author=’PhD Student: Chuyen Trung Tran, email: chuyentt@gmail.com’; XII 98 info.ba_print=’Cam bien gia toc bias in milligal (mGal)’ ; 99 info.bg_print=’Cam bien toc goc bias in deg/hour’; 100 info.Sa_print=’Cam bien gia toc scale factor and misalignment in ppm’; 101 info.Sg_print=’Cam bien toc goc scale factor and misalignment in ppm’; 102 info.name = serial; 103 info.ba=’Cam bien gia toc bias in (g)’; 104 info.bg=’Cam bien toc goc bias in rad/sec’; 105 info.Sa=’Cam bien gia toc scale factor & misalignment’; 106 info.Sg=’Cam bien toc goc scale factor & misalignment ’; 107 ba_print = round(ba*g2mGal); 108 bg_print = round(bg*rps2dph); 109 Sa_print = round(Sa*s2ppm); 110 Sg_print = round(Sg*s2ppm); 111 Calibration.info = info; 112 Calibration.ba = ba; 113 Calibration.bg = bg; 114 Calibration.Sa = Sa; 115 Calibration.Sg = Sg; 116 Calibration.ba_print = ba_print; 117 Calibration.bg_print = bg_print; 118 Calibration.Sa_print = Sa_print; 119 Calibration.Sg_print = Sg_print; 120 matfile=strcat(serial,’_Calibration’); 121 save(matfile,’-struct’,’Calibration’); 122 end XIII D.2 Mã nguồn hàm bù nhiễu function refine = Compensation(x, b, S) % Ham bu nhieu cam bien % Tham so dau vao % x - du lieu cam bien [x y z] hoac [time x y z] % b - lech [bx by bz] % S - he so ty le va khong truc giao [xx xy xz; yx yy yz; zx zy zz] % Ket qua tra ve: % refine - du lieu cam bien da bu nhieu tat dinh s=size(x); 10 refine = x; 11 if s(2) == 12 for k=1:length(x) 13 refine(k,2:4) = (x(k,2:4)-b)/(eye(3)+S); 14 end 15 else 16 for k=1:length(x) 17 refine(k,:) = (x(k,:)-b)/(eye(3)+S); 18 end 19 end 20 end D.3 Mã nguồn hàm tính trọng lực cục function lg = LocalGravity(phi,h) % Tinh gan dung luc cuc bo co cai chinh theo cao % Tham so vao: XIV % phi Vi do, don vi (Vi du: 21.07) % h Do cao thuy chuan, don vi met (Vi du: 10.0) % Ket qua tra ve: Trong luc cuc bo, don vi m/s^2 % Tai lieu tham khao: % International Gravity Formula 1967 (IGF) % Free Air Correction (FAC) which corrects for height above sea level 10 IGF = 9.780327*(1.0+0.0053024*sind(phi)*sind(phi) -0.0000058*sind(2.0*phi)*sind(2.0*phi)); 11 FAC = -3.086*10e-6*h; 12 lg = IGF+FAC; 13 end ... hợp trang bị thêm thiết bị mở rộng Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu • Mục đích luận án nghiên cứu giải pháp tích hợp GNSS/ INS Smartphone để cải thiện độ xác định vị tọa độ • Đối tượng nghiên. .. nghệ Cũng kết hợp phần cứng định vị mở rộng bên ngồi địi hỏi chi phí mua thiết bị mở rộng Việc tận dụng cảm biến quán tính trang bị sẵn Smartphone để xây dựng hệ thống tích hợp GNSS/ INS giải pháp. .. Để giải giải vấn đề trên, việc nghiên cứu tích hợp GNSS/ INS thực thành cơng tương đối hồn thiện cho số lĩnh vực sản phẩm thương mại chuyên dụng [43], GNSS/ INS tích hợp vào thu LiDAR [14], hệ thống