Thuật toán định vị lại GPS - WCDMA

Mục lục Mục lục. 1Mục Lục Hình Vẽ. 2Tóm tắt đồ án. 7Chương 1: Hệ thống vệ tinh định vị. 81.1 Khái niêm về vệ tinh định vị. 81.2 Lịch sử phát triển định vị. 81.3 Lịch sử và nguyên lý định vị vệ tinh. 111.4 Hệ thống vệ tinh GPS trong định vị. 121.4.1 Sơ lược hệ thống GPS. 121.4.2 Các thành phần của hệ thống GPS. 141.4.3 Nguyên tắc hoạt động của GPS. 161.4.4 Các khái niệm và định luật sử dụng trong công nghe GPS. 181.5 Tổng quan vệ tín hiệu GPS. 201.5.1 Tần số GPS. 201.5.2 Cấu tạo của tín hiệu GPS. 211.5.3 Cấu trúc của dữ liệu định vị GPS. 211.5.4 Quá trình tạo tín hiệu GPS. 221.6 Các mô phỏng trong hệ thống GPS. 231.6.1 Phần mềm MATLAB/SIMULINK.. 231.6.2 Mô hình hệ thống phát tín hiệu GPS trên vệ tinh. 261.6.3 Các thành phần máy thu tín hiêu GPS. 311.7 Các kết quả mô phỏng của hệ thống phát GPS. 331.7.1 Kết quả tạo mã C/A cho máy phát. 331.7.2 Kết quả mô phỏng dữ liệu định vị cho máy phát. 361.7.3 Kết quả mô phỏng mã P(Y) cho máy phát. 381.7.4 Kết quả mô phỏng sóng mang cho máy phát. 391.7.5 Kết quả kết hợp các thành phần của tín hiệu. 401.8 Mô phỏng máy thu GPS. 421.8.1 Các khối mô phỏng. 421.8.2 Kết quả mô phỏng máy thu. 45Chương 2:Hệ thống W-CDMA. 472.1 Giới thiệu chung về W-CDMA. 472.2 Các phương pháp định vị trong W-CDMA. 49Chương 3: Thuật toán định vị. 553.1 Thuật toán TDOA.. 553.2 Thuật toán định vị vệ tinh. 583.3 Phương pháp định vị kết hợp. 603.4 Đánh giá phương pháp mới. 61Kết Luận. 63

M c l c ục lục ục lục

Mục lục 1

Mục Lục Hình Vẽ 2

Tóm tắt đồ án 7

Chương 1: Hệ thống vệ tinh định vị 8

1.1 Khái niêm về vệ tinh định vị 8

1.2 Lịch sử phát triển định vị 8

1.3 Lịch sử và nguyên lý định vị vệ tinh 11

1.4 Hệ thống vệ tinh GPS trong định vị 12

1.4.1 Sơ lược hệ thống GPS 12

1.4.2 Các thành phần của hệ thống GPS 14

1.4.3 Nguyên tắc hoạt động của GPS 16

1.4.4 Các khái niệm và định luật sử dụng trong công nghe GPS 18

1.5 Tổng quan vệ tín hiệu GPS 20

1.5.1 Tần số GPS 20

1.5.2 Cấu tạo của tín hiệu GPS 21

1.5.3 Cấu trúc của dữ liệu định vị GPS 21

1.5.4 Quá trình tạo tín hiệu GPS 22

1.6 Các mô phỏng trong hệ thống GPS 23

1.6.1 Phần mềm MATLAB/SIMULINK 23

1.6.2 Mô hình hệ thống phát tín hiệu GPS trên vệ tinh 26

1.6.3 Các thành phần máy thu tín hiêu GPS 31

1.7 Các kết quả mô phỏng của hệ thống phát GPS 33

1.7.1 Kết quả tạo mã C/A cho máy phát 33

1.7.2 Kết quả mô phỏng dữ liệu định vị cho máy phát 36

1.7.3 Kết quả mô phỏng mã P(Y) cho máy phát 38

1.7.4 Kết quả mô phỏng sóng mang cho máy phát 39

1.7.5 Kết quả kết hợp các thành phần của tín hiệu 40

1.8 Mô phỏng máy thu GPS 42

1.8.1 Các khối mô phỏng 42

1.8.2 Kết quả mô phỏng máy thu 45

Chương 2:Hệ thống W-CDMA 47

2.1 Giới thiệu chung về W-CDMA 47

2.2 Các phương pháp định vị trong W-CDMA 49

Chương 3: Thuật toán định vị 55

3.1 Thuật toán TDOA 55

3.2 Thuật toán định vị vệ tinh 58

3.3 Phương pháp định vị kết hợp 60

3.4 Đánh giá phương pháp mới 61

Kết Luận 63

Mục Lục Hình V

Hình 1 1: Quỹ đạo của 5 vệ tinh tong hệ thống Transit 11

Hình 1 2: Mô hình định vị vệ tinh 12

Hình 1 3: Các thành phần của GPS 13

Hình 1 4: Mô hình hệ thống định vị vệ tinh GPS 14

Hình 1 5: Thành phần điều khiển 15

Hình 1 6: Hoạt động máy thu GPS với đồng thời 4 vệ tinh 16

Hình 1 7: Mô hình hoạt động GPS 17

Hình 1 8: Định vị với 1 vệ tinh 18

Hình 1 9: Định vị với 2 vệ tinh 18

Hình 1 10: Định vị với 3 vệ tinh 19

Hình 1 11:Đặc tính của tín hiệu vệ tinh GPS 20

Hình 1 12:Dữ liệu định vị 21

Hình 1 13: Tạo tín hiệu vệ tinh GPS 21

Hình 1 14:Tạo tín hiệu GPS tại vệ tinh 25

Hình 1 15: Tạo tín hiệu băng L1 26

Hình 1 16:Sơ đồ nguyên lý của bộ tạo mã C/A 27

Hình 1 17:Sự kết hợp các thành phần máy phát 29

Hình 1 18:Sơ đồ khối của máy thu GPS 30

Hình 1 19: Sơ đồ các khối chức năng máy thu 30

Hình 1 20: Khối tạo mã C/A sử dụng scope để theo dõi kết quả 32

Hình 1 21: Bộ đếm mã C/A 33

Hình 1 22: Bộ đếm mã C/A trong khoảng thời gian 1m/s 33

Hình 1 23:Bộ đếm mã C/A khi phóng to 34

Hình 1 24:Bộ đếm reset khi tới 1022 34

Hình 1 25: Sử dụng máy đo để lấy kết quả dữ liệu 35

Hình 1 26:Bộ đếm định vị 36

Hình 1 27:Bộ đếm chu kỳ định vị reset sau 20 bước 36

Hình 1 28:Bộ đếm định vị phóng to 37

Hình 1 29:Mã P(Y) ở 10.23 MHz 37

Hình 1 30:Sơ đồ khối tạo sóng mang 38

Hình 1 31:Sóng mang tại tần số 9.548MHz 38

Hình 1 32: Mô hình máy thu sau khi kết hợp các khối 39

Hình 1 33:Sóng mang tại tần số 9.548Mhz 40

Hình 1 34:Tín hiệu máy thu của 5 bit dữ liệu định vị đầu 40

Hình 1 35:Bộ tạo mã PRN 41

Hình 1 36:Bên trong của bộ tạo mã PRN 41

Hình 1 37:FFT tại tín hiệu I và Q 42

Hình 1 38:Mô hình tìm kiếm mã pha song song 43

Hình 1 39:Mô hình theo dõi sóng mang 43

Hình 1 40:Đỉnh của PRN 01 khi code pha là 0 44

Hình 1 41:Kết quả khi sóng mang đã bị tách 44

Hình 1 42:Tín hiệu sau khi sóng mang đã bị tách 45

Y Hình 2 1:Các phương pháp định vị dựa trên cell 49

Hình 2 2: Phương pháp đo OTDoA- IPDL 50

Hình 2 3: Cơ sở hạ tầng A-GPS 51

Hình 3 1:Nguyên tắc hình học của thuật toán 55

Hình 3 2: Mô phỏng việc xác định vị trí bằng TDOA 56

Hình 3 3:Trong không gian 3 chiều 57

Hình 3 4:GDOP của GPS khi không có thông tin hỗ trợ 61

Hình 3 5:GDOP của hệ thống lai giữa GPS và W-CDMA 61

Bảng các chữ viết tắt trong đồ án

GPS Global Positioning system Hệ thống định vị toàn cầu

Sai khác thời gian tới

Trải phổ chuỗi trực tiếp

oscillator

Bộ tạo giao động điều khiển điện áp

Transform

Biến đổi Fourier ngược

Center

Trung tân dịch vụ định vị thuê bao di động

Lời nói đầu

Cùng với quá trình phát triển của công nghệ, vệ tinh ngày càng được tối ưu vàphức tạp hơn Vệ tinh nói chung và GPS nói riêng là một trong những hệ thống thiết

bị định vị rất hiệu quả Tuy nhiên, một vấn đề chủ yếu thường gặp phải là khi ởnhững khu vực đô thị hay trong những tòa nhà,sử dụng vệ tinh sẽ không cho chúng

ta những kết quả thực sự chính xác Trong những năm qua,rất nhiều các nghiên cứu

đã được đưa ra để cải thiện nhược điểm này Ngược lại, hiện nay ở các thành phố,

hệ thống BTS của các mạng thông tin di động rất dày đặc, và khả năng định vị củaBTS trong khu vực đông dân cư cũng như trong các tòa nhà chính xác hơn so với vệtinh Nhược điểm của BTS là tại những nơi ít thuê bao, số lượng BTS ko đủ để cóthể định vị một cách chính xác nhưng vệ tinh lại có thể giải quyết được điều này Từnhững ưu nhược điểm của từng hệ thống như vậy, một hệ thống định vị có sự kếthợp giữa vệ tinh GPS và hệ thống thông tin di động tế bào W-CDMA sẽ giải quyếtđược vấn đề Khả năng định vị sẽ được nâng cao, tận dụng được hệ thống có sẵn(W-CDMA) nên chi phí ứng dụng sẽ không lớn Tuy nhiên, một vấn đề được đặt ra

là đi kèm với một hệ thống mới này, chúng ta cần có một thuật toán để tính toán vịtrí tương ứng với phần cứng của hệ thống.Trong đồ án này, em xin trình bày vềthuật toán áp dụng cho hệ thống định vị lai cũng như các mô phỏng về hệ thống vệtinh GPS và W-CDMA

Trong quá trình làm đề tài “Nghiên cứu thuật toán cho hệ thống định vị lai” em

đã được sự hướng dẫn chỉ bảo và giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong viện

điện tử viễn thông đặc biệt là phó giáo sư, tiến sĩ Đào Ngọc Chiến.

Em xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy giáo hướng dẫn phó giáo sư tiến sĩ

Đào Ngọc Chiến, bộ môn hệ thống viễn thông, viện điện tử viễn thông,Trường đại

học bách khoa Hà Nội, và các thầy cô giáo trong khoa điện tử viễn thông đại họcbách khoa Hà Nội đã có những giúp đỡ kịp thời cũng như những ý kiến quý báugiúp em hoàn thành đồ án

Tóm t t đ án ắt đồ án ồ án

Trong những thập kỉ gần đây, vệ tinh được sử dụng rộng rãi trong các thiết bịtruyền thông cho mục đích thương mại cũng như quân sự, đặc biêt là trong lĩnh vựcđịnh vị dẫn đường Trong nhiều năm, những nỗ lực để cải thiện độ chính xác định

vị đã được thực hiện Một trong những phương pháp phổ biến nhất là kết hợp giữanhiều hệ thống định vị với nhau như Wifi-GPS….Trong khi nghiên cứu tại trungtâm navis, em có đọc được một bài báo về cải thiện độ chính xác trong định vị của

vệ tinh thông qua hệ thống thông tin di động Trong đồ án này, em xin được trìnhbày các nghiên cứu cũng như mô phỏng về thuật toán của hệ thống định vị lai sử

dụng phần mềm mô phỏng MATLAB/SIMULINK Đồ án bao gồm 3 chương, Hệ

thống GPS và các kết quả mô phỏng sẽ được đưa ra ở chương 1, Ở chương 2 hệthống W-CDMA và các phương pháp định vị trong mạng tế bào được giớithiệu.Các thuật toán TDOA và định vị cho vệ tinh được giới thiêu ở chương 3 vàcác kết quả mô phỏng

Abstract

In recent decades, satellite has been widely utilised by many communication devices for commercial and military purposes, especially in navigation area.In many years, a lots of efforts have been done to improve the accuracy for

location.One of the most popular method is the combination of many navigation systems such as Wifi-GPS…When researching in NAVIS centre, I read an article about the advance the precise in GPS system using cellular radio networks.In this thesis, I have shown the researching and simulating result of algorithm for hybrid positioning system My thesis include 3 chapter, in the first chapter GPS system andresults of modulation are shown.W-CDMA system and positioning methods in cellular network are mentioned.TDOA and positioning algorithm in GPS and some graph are given out

Ch ương 1: Hệ thống vệ tinh định vị ng 1: H th ng v tinh đ nh v ệ thống vệ tinh định vị ống vệ tinh định vị ệ thống vệ tinh định vị ịnh vị ịnh vị

1.1 Khái niêm v v tinh đ nh v ề vệ tinh định vị ệ thống vệ tinh định vị ịnh vị ịnh vị

Định vị được hiểu là một môn khoa học để xác định vị trí bao gồm kinh

độ, vĩ độ, độ cao của một đối tượng thông qua việc thu thập dữ liệu bằng cácphương tiện Những phương tiện này không có sự tiếp xúc trực tiếp với đốitượng Nói cách khác, định vị vệ tinh là thu thập các thông tin từ xa sau đótính toán đưa ra các thông số định vị Do đặc thù thuật toán xác định vị trícủa vệ tinh nên các vệ tinh định vị thường được bố trí thành một hệ thốngGNSS như:

 GPS Mỹ

 GLONASS Nga

 GALILEO Liên minh Châu Âu

 B c Đ u Trung Qu c.ắc Đẩu Trung Quốc ẩu Trung Quốc ốc

Đường kinh tuyến gốc sử dụng trên thế giới là đường kinh tuyến đi qua Đài quan sátHoàng gia (Royal Observatory) ở Greenwich, Anh Quốc.

Khi con người di chuyển từ vùng này đến vùng khác bằng thuyền chạy trênbiển, những người đi biển thuở ban đầu đi dọc theo bờ biển để tránh bị lạc Sau đó

họ biết cách ghi hướng đi của họ theo các vì sao trên trời họ sẽ đi ra biển xa hơn.Những người Phoenicians cổ đại đã sử dụng Sao Bắc Cực (North Polar) dẫn đường

để thực hiện chuyến đi từ Egypt và Crete Theo Homer, nữ thần Athena đã nói vớiOdysseus khi điều khiển con tàu Navis trong chuyến đi từ Đảo Calypso rằng “hãy

để chòm sao Đại Hùng phía bên trái mạn thuyền” Thật không may, những vì saochỉ có thể nhìn được vào ban đêm và khi có thời tiết đẹp trời trong sáng Con ngườicũng đã biết dùng những ngọn đèn biển - những ngọn hải đăng (lighthouses) – lấyánh sáng để dẫn đường, giúp những người đi biển vào ban đêm và cảnh báo nguyhiểm

Tiếp theo, trong lịch sử ngành hàng hải (marine navigation) người ta sử dụng labàn từ (magnetic compass) và sextant Kim la bàn luôn chỉ hướng cực bắc, và chochúng ta biết “hướng mũi tàu” (heading) chúng ta đang đi Bản đồ của người đi biểnthời kì thám hiểm thường vẽ hướng đi giữa các cảng chính và những nhà hàng hảigiữ khư khư những bản đồ đó cho riêng mình

Sextant sử dụng những chiếc gương có thể điều chỉnh được đo góc độ chínhxác của các vì sao, mặt trăng và mặt trời trên đường chân trời Từ những góc đo này

và sử dụng cuốn sách Lịch thiên văn hàng hải (The Nautical Almanac) chứa đựngcác thông tin vị trí của mặt trời, mặt trăng và các ngôi sao người ta có thể xác địnhđược vĩ độ trong thời tiết đẹp, vào cả ban ngày lẫn ban đêm Tuy nhiên những người

đi biển không thể xác định được kinh độ Ngày nay nếu nhìn vào những tấm hải đồrất cũ, chúng ta đôi khi có thể thấy vĩ độ của bờ biển rất chính xác nhưng kinh độ cókhi sai lệch đến hàng trăm hải lý Đây là một vấn đề rất nghiêm trọng trong thế kỷthứ 17 mà chính phủ Anh Quốc đã phải thành lập lên một Ban đặc biệt xác địnhkinh độ Ban này đã tập hợp nhiều nhà khoa học nổi tiếng để tìm cách tính kinh độ.Ban này đưa ra phần thưởng 20.000 bảng Anh, tương đương với số tiến ngày nay

khoảng 32.000 đô la Mỹ, nhưng thời đó món tiền này có lẽ có giá trị hơn rất nhiều,cho những người nào có thể tìm được cách xác định kinh độ với sai số trong vòng

30 hải lý

Phần thưởng đã mang lại thành công Câu trả lời là phải biết được chính xácthời gian khi đo độ cao bằng sextant Ví dụ, theo Lịch thiên văn Greenwich dự đoánrằng mặt trời lên cao nhất (vào thiên đỉnh người quan sát) vào lúc chính ngọ (buổitrưa), tức là 12 giờ trưa Nếu có một đồng hồ trên tàu, khi rời cảng (nước Anh), làmđồng bộ thời gian của đồng hồ này với thời gian Greenwich Tàu chạy về phía tây

Ví dụ, lúc 2 giờ chiều trong ngày, khi sử dụng sextant đo độ cao của mặt trời thì lúc

đó vị trí mặt trời sẽ tương đương với thời gian 2 giờ phía tây của Greenwich Nhưchúng ta đã biết, ngày nay lấy kinh tuyến gốc là Greenwich, kinh độ được tính 180

độ theo phía đông, và 180 độ theo phía tây tương ứng với 12 múi giờ phía đông và

12 múi giờ phía tây Biết được giờ đo chúng ta sẽ tính được kinh độ.v ào năm 1761,một người thợ đồ gỗ mỹ thuật tên là John Harrison (1639-1776) đã phát minh mộtđồng hồ dùng trên tàu có tên gọi là Thời kế có sai số 1 giây trong một ngày Vàothời gian đó một Thời kế đo thời gian có độ chính xác như thế là một điều khôngthể ngờ được! Trong hai thế kỉ tiếp theo, sextants và thời kế đã được sử dụng kếthợp với nhau để xác định vị trí của tàu biển (vĩ độ và kinh độ)

Đầu thế kỉ 20, người ta đã phát minh ra một số hệ thống dẫn đường vô tuyếnđiện và sử dụng rộng rãi trong Chiến tranh thế giới thứ 2 Các tàu chiến và máy bayquân sự của quân đồng minh và phát xít đã sử dụng những hệ thống dẫn đường vôtuyến điện trên mặt đất, những công nghệ tiên tiến nhất thời đó

Một số hệ thống dẫn đường vô tuyến trên mặt đất vẫn còn đến ngày nay Mộthạn chế của phương pháp sử dụng sóng vô tuyến điện được phát trên mặt đất là chỉ

có hai lựa chọn: 1) hệ thống rất chính xác nhưng không bao phủ được vùng rộnglớn, 2) hệ thống bao phủ được một vùng rộng lớn nhưng lại không chính xác Sóng

vô tuyến tần số cao (như sóng TV vệ tinh) có thể cung cấp vị trí chính xác nhưng

chỉ có thể bao phủ vùng nhỏ hẹp Sóng vô tuyến tần số thấp (như sóng đài FM,frequency modulation, sóng chính xác.

1.3 L ch s và nguyên lý đ nh v v tinh ịnh vị ử phát triển định vị ịnh vị ịnh vị ệ thống vệ tinh định vị

Những hệ thống tiền than dựa chủ yếu trên các hệ thống như DECCA, LORAN

và định vị sóng OMEGA những hệ thống sử dụng máy phát sóng vô tuyến thay cho

vệ tinh Những hệ thống định vị này phát gửi quảng bá xung vô tuyến từ một trạmgốc đã xác định,được truyền lan bằng các xung lặp từ một số các trạm con Thờigian trễ giữa khi nhận và khi gửi tín hiệu ở trạm con được kiểm soát cẩn thận, chophép máy thu so sánh trễ lúc nhận và trễ lúc gửi Từ đó,khoảng cách của mỗi trạmcon sẽ được xác định và đưa ra một vị trí Hệ thống định vị vệ tinh đầu tiên làTransit, một hệ thống được triển khai bởi quân đội Mỹ ở những thập niên 60 Hoạtđộng của Transit dựa trên hiệu ứng Doppler: Các vệ tinh di chuyển theo các đườngđặc biệt và gửi quảng bá tín hiệu của chúng trên các tần số phổ biến Tần số thuđược sẽ có một chút khác biệt so với tần số quảng bá do sự di chuyển của vệ tinhđối với máy thu Bằng cách xác định sự thay đổi tần số trong một khoảng thời gianngắn, máy thu có thể ác định được vị trí của nó đối với một hoặc nhiều vệ tinh, sựkết hợp của một vài phép tính toán như vậy cùng với quỹ đạo của vệ tinh đã đượcxác định sẽ cho ta một vị trí cụ thể trên mặt đất Một phần của bản tin quảng bá vệtinh bao gồm dữ liệu chính xác về quỹ đạo Để đảm bảo độ chính xác, USNO liêntục theo dõi sự chính xác trong quỹ đạo của vệ tinh Khi quỹ đạo của một vệ tinhchệch hướng, USNO sẽ gửi thông tin điều chỉnh cho vệ tinh Thông tin quảng básau cùng từ một vệ tinh đã chỉnh sửa sẽ bao gồm thông tin chính xác nhất về quỹđạo mà nó mới cập nhật Những hệ thống hiện đai thì trực tiếp hơn Vệ tinh gửiquảng bá một tín hiệu bao gồm dữ liệu quỹ đạo (từ đó có thể tính ra vị trí của vệtinh) và thời gian chính xác tín hiệu được truyền đi Thông tin quỹ đạo được truyền

đi cùng bản tin dữ liệu được chèn đè lên một mã đáp ứng như nhiễu thời gian Các

vệ tinh sử dụng một đồng hồ nguyên tử để duy trì sự đồng bộ của tất cả các vệ tinh

trong máy phát với thời gian thu được xác định bởi đồng hồ đặt trong máy thu, do

đó ta tính được thời gian truyền tới vệ tinh Các phép đo như vậy có thể thực hiệnđòng thời với các vệ tinh khác nhau,cho phép xác định vị trí trong thời gian thựcphù hợp với phép đo ba cạnh tam giác Mỗi một phép đo khoảng cách, không quantâm đến hệ thống đang được sử dụng những nơi mà máy thu nằm trên một mặt cầu

ở khoảng cách đã đo từ vệ tinh Bằng cách sử dụng một vài phép đo như vậy và tìmmột điểm nơi chúng giao nhau, một vị trí sẽ được xác định Tuy nhiên,trong trườnghợp máy thu di chuyển nhanh, vị trí của tín hiệu di chuyển khi tín hiệu được nhận từvài vệ tinh Hơn nữa,tín hiệu vô tuyến sẽ chậm đi một chút khi đi qua tầng điện ly,

sự trễ này thay đổi theo góc của vệ tinh đối với máy thu do sự thay đổi khoảng cáchcủa tầng điện ly Những sự tính toán cơ bản này cố gắng tìm ra đường tiếp tuyếntrực tiếp ngắn nhất tới bốn mặt cầu có tâm là 4 vệ tinh Máy thu định vị vệ tinhgiảm lỗi bằng cách sử dụng kết hợp tín hiệu từ nhiều vệ tinh và sử dụng các côngnghệ tiên tiến như lọc Kalman để giảm nhiễu và không làm thay đổi dữ liệu trongđánh giá vị trí, thời gian, và vận tốc

Hình 1 1: Quỹ đạo của 5 vệ tinh tong hệ thống Transit

1.4 H th ng v tinh GPS trong đ nh v ệ thống vệ tinh định vị ống vệ tinh định vị ệ thống vệ tinh định vị ịnh vị ịnh vị

1.4.1 S l ơng 1: Hệ thống vệ tinh định vị ược hệ thống GPS c h th ng GPS ệ thống vệ tinh định vị ống vệ tinh định vị

Bộ quốc phòng Mỹ thiết kế hệ thống định vị sử dụng sóng vô tuyến với tên gọiNAVSTAR GPS được phòng lên từ năm 1978 Hệ thống được điều hành bởi lựclượng không quân Hoa Kỳ cung cấp thông tin định vị với độ chính xác cao Mụctiêu ban đầu của hệ thống là cho phép lực lượng bộ binh, cơ giới, máy bay và tàuchiến xác định vị trí chính xác của họ ở những nơi không xác định trên toàn thếgiới Tuy nhiên, GPS có thể sử dụng cho rất nhiều ứng dụng, trong những năm 80,

Mỹ đã ứng dụng GPS và mục đích khoa học và thương mại GPS sử dụng nguyên lý

phép đo ba cạnh tam giác, trong đó nhiều phép đo khoảng cách sẽ được thực hiệncho phép máy thu tính toán được một vị trí.

Hình 1 2: Mô hình định vị vệ tinh

Hệ thống định vị toàn cầu GPS sử dụng tín hiệu từ các vệ tinh trong không gian

để xác định vị chí của vật thể trên trái đất GPS là một trùm 24 vệ tinh quỹ đạo quayxung quanh trái đất ở độ cao khoảng 20,000km, trong một ngày sẽ thực hiện 2 vòngquay quang trái đất Vị trí hiện tại,thời gian và vận tốc có thể được xác định bởi cácmáy thu GPS xử lý tín hiệu được phát từ vệ tinh Một máy thu GPS sẽ được sử dụng

để xử lý các tín hiệu vô tuyến

Máy thu sẽ chuyển tín hiệu nhận được từ vệ tinh thành các thông tin như :

Hệ thống GPS hiện tại bao gồm 3 thành phần chính.Những thành phần này làphần không gian (SS), phần điều khiển (CS), phần người dùng (US).

Hình 1 3: Các thành phần của GPS

Thành phần không gian gồm có những vệ tinh GPS hay là các phương tiện

không gian (SV) theo như các nói trong GPS Chúng được cung cấp năng lượng từnhững tấm pin mặt trời, những tấm pin mặt trời này luôn được điều chỉnh hướng vềphía mặt trời và anten của vệ tinh hướng về phía trái đất Các vệ tinh này quay hếtmột vòng trái đất trên mặt phẳng quỹ đạo trong khoảng 12 tiếng (4 vệ tinh nằmtrong một mặt phẳng).Có 6 mặt phẳng quỹ đạo với góc nghiêng tương đối so vớiđường xích đạo trái đất là 55 độ Cấu trúc như vậy là để đảm bảo rằng đối tượngđược định vị ở bất kì đâu trên trái đất cũng có tầm nhìn thẳng trực tiếp đến ít nhất 4

vệ tinh ở bất kì thời điểm nào

Khi quỹ đạo của các vệ tinh thay đổi, quan hệ hinh học giữa chúng cũng thay đổi để đảm bảo cấu trúc ban đầu của quỹ đạo Vệ tinh phát ra tín hiệu vô tuyến được

mã hóa cho máy thu GPS giải mã để xác định các thông số quan trọng của hệ thống

Hình 1 4: Mô hình hệ thống định vị vệ tinh GPS.

Thành ph n đi u khi n ần điều khiển ều khiển ển có nhiệm vụ giám sát khả năng hoạt động và tình

trạng của thành phần không gian Phần điều khiển bao gồm hệ thống các trạm điềuchỉnh đặt khắp nơi trên thế giới, 6 trám giám sát, 4 trạm anten và một trung tâmđiều khiển Trạm giám sát tính toán tín hiệu mà các vệ tinh gửi vệ trạm chủ Trạmgiám sat nhận các dữ liệu từ vệ tinh và gửi chúng về trạm chủ, tại đây thông tin quỹđạo, đòng hồ của vệ tinh (thông tin thiên văn) sẽ được hiệu chỉnh gửi tới vệ tinhthông qua trạm anten Nó cũng tránh cho vệ tinh không bị trôi dạt và quỹ đạo đượcgiới hạn Nhưng dữ liệu này sẽ được vệ tinh quảng bá cho phần người sử dụng

Hình 1 5: Thành phần điều khiển

Thành ph n ng ần điều khiển ười dùng i dùng bao gồm các anten và vi xử lý thu để thu và giải mãcác tín hiệu vệ tinh nhằm đưa ra các thông số vị trí, vận tốc và độ chính xác về thời

gian Từ đó tính toán ra tọa độ và thời gian GPS có thể cung cấp dịch vụ không giới

han cho người dùng Phần lớn các máy thu GPS hiện nay đều được thiết kế nhiềukênh song song, có từ 5 đến 12 mạch thu

1.4.3 Nguyên t c ho t đ ng c a GPS ắt đồ án ạt động của GPS ộng của GPS ủa hệ thống GPS

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

Hình 1 6: Hoạt động máy thu GPS với đồng thời 4 vệ tinh

Mỗi môt vệ tinh có mã giả ngẫu nhiên riêng biệt, mã này kết hợp với thông tinđược 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 thờigian truyền Do đó, khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu có thể được tính theo côngthức 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 xung cácphần mềm như máy tính cá nhân mà không cần cấu tại lại phần cứng Khái niệmSDR không mới thể hiện khả năng có thê thực hiện nhiều quá trinh của thiết bị điện

tử số

Hình 1 7: Mô hình hoạt động GPS

1.4.4 Các khái ni m và đ nh lu t s d ng trong công nghe GPS ệ thống vệ tinh định vị ịnh vị ật sử dụng trong công nghe GPS ử phát triển định vị ục lục

Phép đo ba c nh tam giác ạnh tam giác là phương pháp xác định vị trí tương đối của vật thể sử dụng nguyên tắc hình học của tam giác Vị trí được xác định dựa trên phép đạc tam giác :

Biết vị trí của mỗi vệ tinh

Hình 1 9: Định vị với 2 vệ tinh.

phạm vi định vị chỉ còn lại 2 điểm Mặt cầu thứ 3 sẽ cắt đường trón là giao của 2mặt cầu A và B

Hình 1 10: Định vị với 3 vệ tinh.

Hi u ng thay đ i doffler ệu ứng thay đổi doffler ứng thay đổi doffler ổi doffler ứng dụng trong GPS để xác định vận tốc của máy thu.

Một cặp vệ tinh và máy thu GPS đều nằm trong trường lực hấp dẫn của trái đất vàtín hiệu GPS truyền đi với tốc độ ánh sáng Sự chuyển động tương đối của vệ tinh

và máy thu là yếu tố chính gây ra hiệu ứng doppler.Vận tốc quỹ đạo của các vệ tinhGPS vào khoảng 3.8 km/s, sóng điện từ được truyền đi với vận tốc ánh sáng.Nhưvậy sẽ có sự thay đổi tần số tín hiệu khi tới máy thu Nếu khoảng cách giữa máy thu

và vệ tinh càng tăng thì độ dịch tần càng giảm Ngược lại, nếu như khoảng cách nàygiảm thì độ dịch tần này càng tăng.

1.5 T ng quan v tín hi u GPS ổng quan vệ tín hiệu GPS ệ thống vệ tinh định vị ệ thống vệ tinh định vị

1.5.1 T n s GPS ần của hệ thống GPS ống vệ tinh định vị

Tín hiệu GPS được truyền trên băng UHF Băng UHF có giải từ 500 MHz đến

3 GHz.Tất cả các thành phần của tín hiệu đều được chuyển hóa từ đầu ra của đồng

hồ nguyên tử có độ ổn định cao Đồng hồ tạo ra các xung hình sin với tần sốf0=10.23MHz Tần số được taọ ra từ đồng hồ được xem như tần số cơ bản Đểtruyền các mã khoảng cách và bản tin định vị từ vệ tinh xuống máy thu, chúng phảiđược điều chế trên tần số sóng mang, f0.Tín hiệu GPS có 2 băng, tần số của băngL1 là 1575.42 MHz và băng L2 là 1227.60 MHz.Mã C/A, mã P(Y) và thông tinđịnh vị được truyền trên băng L1 Băng L2 chỉ truyền dữ liệu định vị và mã P(Y).

1.5.2 C u t o c a tín hi u GPS ấu tạo của tín hiệu GPS ạt động của GPS ủa hệ thống GPS ệ thống vệ tinh định vị

Hình 1 11:Đặc tính của tín hiệu vệ tinh GPS

Được tạo ra dựa trên các mã Gold Mã P(Y) cũng được tạo ra từ Gold code, cácchuỗi 0 1 được mã hóa và có tần số là 10.23MHz Dữ liệu đinh vị cũng ở dưới dạng

số với tốc độ bit là 50bit/s Dữ liệu định vị đặt trong giao diện điều khiển củaGPS(ICD) Mã C/A cũng như dữ liệu định vị đều được điều chế bằng phương phápBPSK và DSSS DSSS là một dạng của CDMA vì tất cả các vệ tinh sử dụng cùngtần số sóng mang nhưng khác mã.

1.5.3 C u trúc c a d li u đ nh v GPS ấu tạo của tín hiệu GPS ủa hệ thống GPS ữ liệu định vị GPS ệ thống vệ tinh định vị ịnh vị ịnh vị

Với tốc độ bit là 50bps và chu kỳ 30s, thông tin định vị bao gồm 1500 bit Bảntin định vị có 25 khung dữ liệu Mỗi khung này lại được chia thành 5 khung nhỏgồm 300 bit với chu kỳ 6s.Như vậy, sẽ mất khoảng 30s để nhận một khung dư liệu

và 12.5 phut để nhận toàn bộ tín hiệu

Hình 1 12:Dữ liệu định vị

1.5.4 Quá trình t o tín hi u GPS ạt động của GPS ệ thống vệ tinh định vị

Việc tạo ra tín hiệu GPS được đưa ra ở hình dưới Mã C/A và mã P(Y) được kếthợp với thông tin định vị thông qua bộ cộng 2 Nguyên lý hoạt động XOR đượctrình bày ở bảng dưới

Hình 1 13: Tạo tín hiệu vệ tinh GPS

Mã C/A điều chế cùng dữ liệu được đáp ứng cho hai bộ điều chế cho tần sốbăng L1 Ở đây, các tín hiệu được điều chế trên tin hiệu sóng mang theo phươngpháp BPSK.Hai mã được điều pha và vuông góc với nhau tức là mỗi mã lệch phanhau 90 độ Hai tín hiệu L1 này được cộng thêm vào để đưa ra tín hiệu hoàn chỉnh.Dịch vụ định vị tiêu chuẩn chỉ dựa trên tín hiệu mã C/A

Tín hiệu truyền từ vệ tinh k có thể viết bằng công thức sau:

s k(t )=√2 Pc [Ck(t) + Dk(t)] cos(2 fπf L1t) + √2 Ppl 1 [Pk(t) + Dk(t)] sin(2 fπf L1t)+

√2 Ppl 2 [Pk(t) + Dk(t)] sin(2 fπfL2t)

Trong đó :

Pc, Ppl1, và Ppl2 là năng lượng của tín hiệu với mã C/A và mã P

Ck là chuỗi mã C/A đặt cho vệ tinh thứ k.

Pk là chuỗi mã P(Y) đặt cho vệ tinh thứ k.

Dk là chuỗi dữ liệu định vị

fL1 và fL2 là tần số sóng mang của băng 1 và băng 2.

1.6 Các mô ph ng trong h th ng GPS ỏng trong hệ thống GPS ệ thống vệ tinh định vị ống vệ tinh định vị

MATLAB là một ngôn ngữ lập trình hiệu năng cao cho công nghệ tính toán Nó

kết hợp việc tính toán, mô phỏng và lập trình trong môi trường dễ dàng sử dụng mà

ở đó các vấn đề và giải pháp được nói rõ trong các chú thích toán học tương

tự.Matlab thường ứng dụng trong:

• Toán và tính toán

• Mô hình, mô phỏng, và thiết kế nguyên mẫu

• Phân tích dữ liệu, khảo sát

• Đưa ra các độ thị khoa học và kỹ thuật

ma trận theo dự án của LINPACK và EISPACK

MATLAB được phát triển trong nhiều năm để đáp ứng nhu cầu của người

dùng.Trong các trường đại học, đó là các công cụ tiêu chuẩn để giới thiệu và các cách giải quyết tiên tiến trong toán học, khoa học và kỹ thuật Trong công nghiệp, MATLAB có những công cụ nghiên cứu hiệu suất cao, phát triển và phân tích

Trong MATLAB, các giải pháp ứng dụng cụ thể được gọi là toolbox.Toolbox rất quan trọng với phần lớn người dùng, nó cho phép bạn học và ứng dụng các côngnghệ cụ thể.Toolbox là một tập hợp toàn diện các hàm trong matlab(M-files) dùng

mở rộng môi trường trong matlab để giải quyết hệ thống các vấn đề cụ thể Toolboxbao gồm các lĩnh vực như xử lý tín hiệu, hệ thống điều khiển, mạng, fuzzy logic, sóng, mô phỏng và nhiều phần khác

Hệ thống MATLAB bao gồm 5 phần chính :

Ngôn ngữ matlab.Đây là ngôn ngữ ma trận mảng bậc cao với luồng điều khiển,

các hàm, cấu trúc dữ liệu, đầu vào đầu ra, các đặc điểm lập trình hướng đối tượng

Môi trường làm việc MATLAB.Đây là một bộ các công cụ và các tiện ích mà

người dùng tương tác với MATLAB.Nó bao gồm các tiện ích để thiết kế các biến trong workspace và các dữ liệu nhập xuất.Ngoài ra còn có các công cụ để phát triển,quản lý, kiểm tra lỗi, và sơ lược về M-files, các ứng dụng MATLAB

Xử lý độ thị Đây là hệ thống đồ thị của matlab.Nó bao gồm các lệnh bậc cao

cho mô phỏng dữ liệu 2 chiều và 3 chiều, xử lý ảnh, các đồ thị minh họa và trình bày.Trong đó cũng có các lệnh bậc thấp cho phép chỉnh sửa độ thị theo ý muốn

Thư viện hàm toán học MATLAB Đây là một tập hợp khổng lồ các thuật toán

từ những hàm đơn giản như cộng tổng, sin, cos, cho tới các hàm phức tạp hơn như nghịch đảo ma trận, lấy trị riêng ma trận, hàm Bessel, và biến đổi Fourier

Giao diện ứng dụng lập trình MATLAB Đây là một thư viện cho phép bạn viết

chương trình bằng C và Fortran để tương tác với MATLAB Nó bao gồm các tiện ích để gọi thủ tục từ MATLAB

SIMULINK một chương trình đi kèm với MATLAB, một hệ thống tương tác

để mô phỏng các hệ thống tuyến tính và phi tuyến tinh Đây là chương trình đồ họa

sử dụng chuột cho phép người sử dụng mô hình hệ thống bằng cách vẽ các khối trênmàn hình và kéo thả động Nó làm việc các hệ thống tuyến tính, phi tuyến, lien tục theo thời gian, gián đoạn theo thời gian, đa biến

Để mô hình hóa, Simulink cung cấp một giao diện đồ họa người dùng (GUI) để xây dựng các mô hình như khối biểu đồ, sử dụng các thao tác kéo thả Với giao diện này, bạn có thể vẽ các mô hình giống như bạn sử dụng but chì và giấy.Đây là một tiến bộ rất lớn so với các phần mềm mô phỏng trước, nó yêu cầu bạn đưa vào các công thức và các công thức khác nhau theo ngôn ngữ hoặc chương trình.Simulink bao gồm một thư viện hoàn chỉnh, các tài nguyên, linh kiện tuyến tinh, phi tuyến tính, và các thiết bị nối Phần mềm sẽ giúp người dùng có thể chỉnh sửa và tạo ra

các khối mới Vệ thông tin các khối mà bạn tạo, xem hướng dẫn.

Các mô hình có tính kế thừa, vì thế bạn có thể xây dựng các mô hình sử dụng các tiếp cận từ dưới lên hoặc từ trên xuống Có thể xem xét hệ thống ở mức cao, các tiếp cận này cung cấp sự hiểu biết làm thế này mà các khối được tổ chức và tương tác với nhau

Sau khi tìm được ra các mô hình, bạn có thể mô phỏng chúng, lựa chọn phương pháp kết hợp, cả sử dụng bảng lựa chon trong simulink và nhập lệnh vào

MATLAB.Các lựa chọn thuận tiện cho công việc tương tác, trong khi ứng dụng dòng lệnh rất hữu ích trong việc chạy mô phỏng khối Sử dụng các khối máy đo và hiển thị, bạn có thể quan sát được kết quả mô phỏng trong khi mô phỏng đang chạy.Hơn nữa, bạn có thể thay đổi các thông số và nhìn xem điều gì sẽ xảy ra Kết quả mô phỏng có thể được đưa và MATLAB

Công cụ phân tích mô hình bao gồm công cụ tuyến tính hóa và sắp xếp, có thể được truy cập từ các dòng lệnh MATLAB, cộng thêm rất nhiều các công cụ trong MATLAB và các ứng dụng trong toolbox Do Matlab và simulink được tích hợp, bạn có thể mô phỏng, phân tích, và sửa lại mô hình trong cả hai môi trường

1.6.2 Mô hình h th ng phát tín hi u GPS trên v tinh ệ thống vệ tinh định vị ống vệ tinh định vị ệ thống vệ tinh định vị ệ thống vệ tinh định vị

Dưới đây là mô hình tạo tín hiệu trên vệ tinh GPS Các khối được mô phỏng sử dụng SIMULINK bao gồm :

-Khối tạo tần số 1227.6 MHz và 1575.42 MHz

-Khối điều chế BPSK

-Bộ suy hao 3dB và 6dB

-Khối lệch pha 90 độ

-Khối tạo Mã C/A

-Khối tạo mã P(Y)

-Khối tạo dữ liệu định vị

mang L2, nên tín hiệu băng L2 không cần thực hiển trên mô hình máy phát này Cấu trúc của mã P(Y) phức tạp hơn và được bảo mất hơn đối với ứng dụng dân sự hơn nữa mã P(Y) không liên quan đến các thuật toán tìm kiếm và theo dõi vì vậy trong mô phỏng này, mã P(Y) được đơn giản hóa.Mã số, được sử dụng cho các dịch vụ định vị chính xác, được mã hóa để ngăn ngừa sự giả mạo.Điều này có thể cho độ chính xác của một vài mét Mỗi vệ tinh C / A code là khác nhau (sinh thông qua một máy phát điện Pseudo Random Number) để các vệ tinh có thể được xác định duy nhất và các thông tin của nó phân biệt với phần còn lại.

Hình 1 15: Tạo tín hiệu băng L1.

Tín hi u v tinh th c t g m có 4 y u t :ệu vệ tinh thực tế gồm có 4 yếu tố: ệu vệ tinh thực tế gồm có 4 yếu tố: ực tế gồm có 4 yếu tố: ế gồm có 4 yếu tố: ồm có 4 yếu tố: ế gồm có 4 yếu tố: ốc

- Mã C/A

- Mã P(Y)

- D li u đ nh v ữ liệu định vị ệu vệ tinh thực tế gồm có 4 yếu tố: ịnh vị ịnh vị

- Nhi u.ễu

B t o mã C/A ộng của GPS ạt động của GPS

B t o mã C/A có th mô ph ng d a trên mô hình bên dộ tạo mã C/A có thể mô phỏng dựa trên mô hình bên dưới: ạo mã C/A có thể mô phỏng dựa trên mô hình bên dưới: ể mô phỏng dựa trên mô hình bên dưới: ỏng dựa trên mô hình bên dưới: ực tế gồm có 4 yếu tố: ưới: Sơ đồ nguyên lý i:

bộ tạo mã C/A dựa trên nguyên lý của mã Gold gồm có 2 thanh ghi dịch G1 và G2 Những thanh ghi dich này có kích thước 10 bit tạo ra một chuỗi dài 1023

Hình 1 16:Sơ đồ nguyên lý của bộ tạo mã C/A

Hai kết quả của 2 thanh ghi dịch sẽ được kết hợp với nhau thông qua bộ cộng 2

để tạo ra mã C/A có độ dài 1023.Bộ tạo mã chỉ làm việc nếu đa thức có thể tạo ra

mã có độ dài tối đa.Sau mỗi một chu kỳ 1023, các thanh ghi đặt lại từ đầu, bắt đầu tạo mã lại từ đầu Thanh ghi G1 luôn có cấu hình hồi tiếp với đa thức 𝑓(x)=1+ x3+

x10, nghĩa là trang thái 3 và 10 được hồi tiếp lại đầu vào.Tương tự như vậy, thanh ghi G2 có đa thức 𝑓(x)=1+ x2+ x3+ x6+ x8+ x9+ x10

Để tạo ra sự khác biệt giữa các mã C/A cho từng vệ tinh, đầu ra của hai thanh ghi dịch được kết hợp bằng các cách rất đặc biệt Thanh ghi G1 luôn cung cấp đầu

ra của nó cho bộ cộng nhưng thanh G2 đưa 2 trạng thái của nó tới bộ cộng để tạo đầu ra.Cách chọn các trạng thái cho bộ cộng 2 gọi là sự chọn pha

Trong đồ án này, dữ liệu định vị trong thực tế không được sử dụng trong mô phỏng, tín hiệu dữ liệu định vị mặc định được mô phỏng như là các tín hiêu số xen

kẽ các giá trị 1 và -1.Dữ liệu định vị được truyền trên tần số sóng mang L1 với tốc

độ bit là 50bps và được kết hợp cùng với mã C/A và mã P(Y)

Dữ liệu định vị cũng được tính toán trước và được lưu lại vào một file dùng chokhởi tạo File tính toán trước có thể được sử dụng để đưa vào bảng tra cứu.Dữ liệu được thiết kế là giả ngẫu nhiên cho đặc tính của hệ thống

S t o mã P(Y) ự tạo mã P(Y) ạt động của GPS

Tương tự như dữ liệu định vị, Mã P(Y) cũng được mô phỏng như là các tín hiệu

số xen kẽ các giá trị 1 và -1 với tần số là 10.23 Mhz

Sự tạo mã P(Y) có cùng nguyên tắc như mã C/A nhưng tạo mã P(Y) người ta dùng 4 thanh ghi dịch 12 bit Tuy nhiên trong cấu trúc hệ thống, nên lưu ý rằng mã P(Y) có thể được thực thi như xung vuông

Đi u ch ề vệ tinh định vị ế

Băng L1 của GPS được truyền tại tần số 1575 MHz và bằng một thiết bị đầu cuối cao tần, Tần số thường được chuyển đổi từ cao tần xuống tần số thấp hơn để

xử lý Điều này là để đưa tần số xuống dải tần phù hợp cho việc chuyển đổi tín hiệu

từ dạng tương tự sang dạng số(ADC) Tần số thấp hơn gọi là trung tần(IF).Ở mức

độ mạch xử lý, các linh kiện chủ động như transistor trở nên thiếu ổn định khi độ tăng ích lớn Để giảm tối thiểu nhược điểm xử lý tín hiệu ở tần số cao, việc chuyển đổi tần số trở nên cần thiết Lý do chính để xử dụng trung tần là để cải thiện sự lựa chọn tần số.Việc lọc tần số cần thiết và nhiễu luôn là một nhiệm vụ hết sức khó khăn Bộ lọc có sự lựa chọn tốt hơn tại tần số thấp hơn khi băng thông trở nên hẹp hơn Tại tần số thấp thì việc lấy tần số cần thiết là dễ dàng hơn.Ta có thể sử dụng máy tạo dao động để đưa tần số xuống

S k t h p tín hi u trong máy phát GPS ự tạo mã P(Y) ế ợc hệ thống GPS ệ thống vệ tinh định vị

Các thành phần tín hiệu GPS được kết hợp :

- Mã C/A được kết hợp với dữ liệu định vị (Part 1).

- Mã P(Y) được kết hợp với dữ liệu định vị (part 2)

- Phần 1 được điều chế lên sóng mang sử dụng phương pháp BPSK

- Phần 2 được điều chế sóng mang quay pha 90 độ cũng sử dụng phương pháp

BPSK

- Phần 1

- Mã C/A được nhân với dữ liệu định vị Ở phần trước trên cả hai tín hiệu, chúng được tạo ra trong chuỗi dữ liệu nhị phân bao gồm các giá trị 1 và -1 Sau quá trình nhân, tín hiệu được điều chế lên sóng mang được tạo ra bởi sóng cos trong bộ tạo dao động điều khiển điện áp(VCO)

1.6.3 Các thành ph n máy thu tín hiêu GPS ần của hệ thống GPS

Các khối cơ bản của máy thu GPS bao gồm:

- Khối biến đổi trung tần.

- Khối giải điều chế

Sẽ được đưa ra trong mô hình dưới đây

Hình 1 18:Sơ đồ khối của máy thu GPS

Các tác v c a máy thu GPS đụ của máy thu GPS được đưa ra trong mô hình dưới đây: ủa máy thu GPS được đưa ra trong mô hình dưới đây: ược đưa ra trong mô hình dưới đây:c đ a ra trong mô hình dư ưới: i đây:

Hình 1 19: Sơ đồ các khối chức năng máy thu

Về cơ bản, Máy thu phải có khả năng thu được các tín hiệu từ máy phát.Việc xác định được vệ tinh có thể nhìn thấy được thực hiện ở phần thu nhận Phần điều chỉnh được chia thành hai phần bao gồm phần điều chỉnh mã và phần điều chỉnh sóng mang.Hai thành phần hiệu chỉnh này có khả năng giải điều chế của tín hiệu phát

Quá trình đánh giá ban đầu về pha code và tần số dopplẻ được gọi là sự thu nhận tín hiệu Cơ bản, mã C/A và sóng mang được tạo ra cho vệ tinh Máy thu tạo

ra tín hiệu tương ứng với các tín hiệu thu và các giá trị tương ứng được được đánh giá để đưa ra quyết định vệ tinh nào có thể nhìn thấy Có ba loại thu nhận dữ liệu: i) Tìm kiếm nối tiếp.

ii) Tìm kiếm tần số song song trong không gian

iii) Tìm kiếm code pha song song

Một trong ba phương pháp trên sẽ được lựa chọn để thiết kế thu nhận

Sự lựa chọn cách cách tìm kiếm thu nhận dữ liệu phụ thuộc vào các tiêu chuẩn sau:

- Ảnh hưởng của quá trình chuyển hóa bit dữ liệu

- Khả năng thu nhận thành công

- Nhu cầu tính toán

Ba yếu tố trên sẽ xác nhận tốc độ và độ chính xác của việc thu nhận Với yêu cầu trong việc xử lý nhanh , tìm kiếm code pha song song sẽ được lựa chọn

Mục tiêu của tìm kiếm pha code song song là đưa ra mối quan hệ tương quan giữa tín hiệu đầu vào và mã giả khoảng cách Thay vì nhân dữ liệu đầu vào với một

mã giả khoảng cách như đã thực hiện ở phương pháp tìm kiếm nối tiếp, sẽ thuận tiện hơn nếu đưa ra mối tương quan tuần hoàn giữa đầu và mã giả khoảng cách mà không thay đổi code pha.Tìm kiếm code pha song song sử dụng ưu điểm nhanh hơncủa xử lý song song để tìm kiếm Khi miền tần số tương quan tuần hoàn được tìm thấy, miền thời gian cũng có thể được tìm ra nhờ biến đổi IFT Tín hiệu đầu vào được nhân với các tín hiêu sóng mang được tạo ra tại máy thu Khi nhân với sóng mang sẽ được tín hiêu I và khi nhân với sóng mang lệch pha 90 độ sẽ thu được tín hiêu Q Tín hiệu I và Q được kết hợp với nhau để tạo ra một tín hiệu đầu vào phức tạp hơn

X(n)= I(n) + j Q(n)

Mã giả khoảng cách được tạo ra được chuyển đổi vào miền tần số và kết quả là

số phức liên hợp