Định vị và dẫn đường điện tử

Định vị và dẫn đường điện tử Thầy Hán Trọng Thanh viện điện tử viễn thông ĐH Bách Khoa Hà Nội

Bộ mônBộ môn Kỹ thuật Thông tinKỹ thuật Thông tin Hà nội, 11 - 2009 Email: httbkhn@yahoo.com Giảng viên: Hán Trọng thanhGiảng viên: Hán Trọng thanh Trường ðại Học Bách Khoa Hà NộiTrường ðại Học Bách Khoa Hà Nội Khoa ðiện tử Khoa ðiện tử Viễn thôngViễn thông ðịnh vị và dẫn ñường ñiện tửðịnh vị và dẫn ñường ñiện tử ( Electronics Positioning and Navigation )( Electronics Positioning and Navigation ) Hệ thống ñịnh vị toàn cầu Hệ thống ñịnh vị toàn cầu GPSGPS GGlobal lobal PPositioning ositioning SSystemystem ξξ 1. Giới thiệu chung1. Giới thiệu chung Tên ñầy ñủ của hệ thống: NAVSTAR GPS NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System Hệ thống ñịnh vị toàn cầu GPS → Hệ thống dẫn ñường vệ tinh GNSSGNSS GNSS = Global Navigation Satellite Systems -> satellite navigation systems that provide autonomous geo-spatial positioning with global coverage. - GNSS allows small electronic receivers to determine their location (longitude, latitude, and altitude). Receivers on the ground with a fixed position can also be used to calculate the precise time as a reference for scientific experiments. - As of 2009, the United States NAVSTAR Global Positioning System (GPS) is the only fully operational GNSS. - The Russian GLONASS is a GNSS in the process of being restored to full operation. - The European Union's Galileo positioning system is a GNSS in initial deployment phase, scheduled to be operational in 2013. - The People's Republic of China : regional Beidou navigation system -> the global Compass navigation system by 2015. 1. ðặc ñiểm của hệ thống GPS1. ðặc ñiểm của hệ thống GPS 1. Có ñộ chính xác cao. 2. Phủ sóng toàn cầu 24/24. 3. Là hệ thống thụ ñộng - passive system. 4. Vận hành trong mọi ñiều kiện thời tiết. 2. Cấu trúc hệ thống GPS2. Cấu trúc hệ thống GPS • Quỹ ñạo ở ñộ cao • 20 200 km • 1 vòng quay ≈ 12 giờ → Tính chính xác: theo phương ñứng, ngang và thời gian. → Tính sẵn có: tại 1 thời ñiểm thu ñược tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh → ðộ bao phủ: có thể thu ñược tín hiệu GPS tại mọi vị trí trên trái ñất. Ký hiệu: Vệ tinh GPS SV: Space Vehicle • Gồm 24+ vệ tinh satellites → 24 SV  6 mặt phẳng nghiêng 55° so với mặt phẳng xích ñạo.  Mỗi mặt phẳng gồm 4 SV - Có các SV tích cực và dự phòng.  Các SV liên tục phát quảng bá thông tin vị trí và thời gian trên hai tần số L1 và L2. Cấu trúc hệ thốngCấu trúc hệ thống Khâu không gian Khâu người dùng Khâu ñiều khiển Khâu không gian Khâu không gian hệ vệ tinhhệ vệ tinh • Liên tục phát quảng bá các bản tin dẫn ñường trên tín hiệu vệ tinh ñến máy thu GPS (mang thông tin vị trí của SV và thời ñiểm phát bản tin). • Duy trì thời gian tham chiếu với ñộ chính xác cao ( sai số từ 10 -12 ñến 10 -14 sec). • Nhận và lưu trữ các thông tin từ trạm ñiều khiển mặt ñất; • Thực hiện hiệu chỉnh quỹ ñạo vệ tinh và sai số ñồng hồ. Chùm vệ tinh GPSChùm vệ tinh GPS Chùm vệ tinh GPSChùm vệ tinh GPS GPS satellites are identified in diff ffff fferent ways: - position in the orbital plane [every satellite has a place (1, 2, 3, ), inside the six orbits - A, B, C, D, E or F], - NASA reference number, - international identification number, - PRN code (pseudorandom noise code), - space vehicle number (SVN) [...]... tinh g i v trí c a mình và th i ñi m chính xác phát b n tin d n ñư ng 3 Máy thu GPS nh n tín hi u t v tinh , xác ñ nh v trí v tinh và th i gian nh n ñư c b n tin d n ñư ng t i máy thu 4 5 V trí c a máy thu trên h t a ñ ñ a lý và th i gian chính xác ñư c tính toán t 4 v tinh trong t m quan sát Máy thu GPS tính toán th i gian truy n tín hi u d a trên s chênh l ch gi a th i ñi m phát và thu tín hi u Nguyên... tinh (v trí và th i gian) • Ki m tra tr ng thái c a toàn h th ng, các ñ ng h c a t ng v tinh c th • G i thông tin hi u ch nh qu ñ o v tinh và sai s ñ ng h lên các SV qua các upload station Khâu ñi u khi n SV • Theo dõi l ch v tinh và ñ ng h • Hi u ch nh qu ñ o và sai s ñ ng h • T o b n tin d n ñư ng m i 5 tr m theo dõi Monitor Stations Tr m ñi u khi n chính 1 MCS Master Control Station Tr m g i d... 1,420,405,751 10-15 30,000,000 years Khâu ñi u khi n Theo dõi và ñi u khi n Colorado Springs Hawaii Master Control Station Kwajalein Ascension Islands Diego Garcia Monitor Station Ground Antenna Control Segment: Monitor and Control Khâu ñi u khi n • Liên t c theo dõi các v tinh ñ x lý d li u nh n ñư c nh m tính toán các thông s l ch v tinh (v trí và th i gian) • Ki m tra tr ng thái c a toàn h th ng, các... Ionosphere effects – Troposphere effects – Multipaths – Receiver noise Các ngu n gây sai s ñ nh v v tinh Intuitive Concepts of XDOP RNP – Required Navigation Performance • Accuracy: ð chính xác gi a thông s ño và thông s th c • Integrity: kh năng c nh báo cho ngư i dùng khi h th ng không có kh năng d n ñư ng • Integrity risk: xác su t x y ra sai l i (do nguyên nhân b t kỳ) trong khi v n hành h th ng • Continuity:... ( Ground Antenna) Control Segment Khâu ngư i dùng GPS GPS receiver - Máy thu GPS là m t thi t b th ñ ng Ch th c hi n thu tín hi u v tinh mà không phát tín hi u - Sai s ño ñ c c a máy thu GPS tùy thu c vào d ch v ñ nh v ñư c s d ng (SPS ho c PPS) Information flow between segments Các d ch v • Dân s GPS : D ch v ñ nh v tiêu chu n SPS Standard Positioning Service – mã C/A t i t n s L1 – Sai s ño: • Theo... (xm,ym,zm); tm GPS Receiver ( xi − xm ) + ( yi − ym ) + ( zi − zm ) = [(∆ti − b ) × c ] 2 Trong ñó: 2 2 b: h s hi u ch nh sai s kho ng cách gi ∆ti = t m − ti c = 3 ×108 (m / s ) ξ 3 Tín hi u v tinh GPS và b n tin d n ñư ng GPS Signal in Space • GPS signals in the frequency domain GPS Signal in Space Signal structure Each signal consists of 3 components: Carrier RF sinusoidal signal with frequency fL1