thiết kế bộ thu mềm cho các hệ thống dẫn đường sử dụng vệ tinh tiên tiến

THIẾT KẾ BỘ THU MỀM CHO CÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG SỬ DỤNG VỆ TINH TIÊN TIẾN TẠ HẢI TÙNG Bộ môn Truyền thông và Mạng máy tính Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông (Software Receiver Design for Modern Global Navigation Satellite Systems) Nội dung trình bày •  Tổng quan về công nghệ GNSS •  Các hệ thống GNSS tiên tiến •  Bộ thu mềm GNSS •  Các công nghệ xử lý tín hiệu tiên tiến •  Các kết quả ban đầu trong việc phát triển bộ thu mềm đa hệ thống GPS/Galileo •  Một số gợi ý về hướng nghiên cứu trong lĩnh vực GNSS 2 Tổng quan về công nghệ GNSS 3 Where am I? How do I get to my destination? These questions are as old as the history of mankind. Thời đồ đá Thời định vị theo thiên văn LORAN GNSS Thời định vị theo sóng radio Tổng quan về công nghệ GNSS 4 (x,y,z) •  Sử dụng vệ tinh để truyền sóng radio định vị •  Số vệ tinh tối thiểu: 3 Tổng quan về công nghệ GNSS Cách xác định khoảng cách 5 d = c × τ d: khoảng cách c: vận tốc ánh sáng : trễ truyền lan τ τ = t A S − t A u Truyền xung A, tại thời điểm t A S X/đ thời điểm xung A đến Rx t A u Ẩn số thứ 4 => Cần thêm 1 vệ tinh Tổng quan về công nghệ GNSS Xung định vị •  Mã trải phổ, giả ngẫu nhiên: –  Tính chất: Hàm tự tương quan ~ 1, tương quan chéo ~ 0 –  Họ mã: M-sequence, Gold code, and Kasami code, Memory code… –  Mỗi mã được gán duy nhất với 1 vệ tinh –  Ví du: GPS L1 C/A •  Chu kỳ mã: 1 ms; Độ dài mã: 1023 chip; Tốc độ truyền mã: 1.023Mcps; Độ phân giải: ~ 1 µs (293m) •  Sóng mang –  Tính chất: tần số dao động rất lớn (L1:1.575 GHz) => độ phân giải nhỏ (0.6ns hoặc 1.9m)=> độ chính xác rất cao (mm, cm, dm…) –  Đòi hỏi thuật toán xác định số nguyên chu kỳ phức tạp (integer ambiguity) 6 Tổng quan về công nghệ GNSS Tính toán PVT •  Giải hệ phương trình phi tuyến 4 ẩn số (x,y,z,δt u ) •  Phương pháp giải: –  Tuyến tính hóa bằng khai triển Taylor –  Sử dụng thuật toán Least Mean Square để giải phương trình tuyến tính 7 Tổng quan về công nghệ GNSS Các nguồn gây lỗi (1/2) •  Geometric Dilution Of Precision (GDOP): ảnh hưởng bởi yếu tố hình học đến chất lượng định vị: 8 Tổng quan về công nghệ GNSS Các nguồn gây lỗi (2/2) 9 Tổng quan về công nghệ GNSS Các ứng dụng của GNSS •  Thông dụng: –  Dẫn đường cho phương tiện giao thông –  Giám sát hành trình –  Lưu vết đối tượng –  Dịch vụ hướng vị trí (Location Based Services - LBS) •  Chuyên sâu: –  Trắc địa, bản đồ –  Giám sát môi trường –  Nghiên cứu về tầng khí quyển –  Phương tiện tự hành –  Đồng bộ thời gian trong các hệ thống viễn thông, giao dịch điện tử 10 [...]... Tổng quan về công nghệ GNSS Các hệ thống GNSS tiên tiến Bộ thu mềm GNSS Các công nghệ xử lý tín hiệu tiên tiến Các kết quả ban đầu trong việc phát triển bộ thu mềm đa hệ thống GPS/Galileo •  Một số gợi ý về hướng nghiên cứu trong lĩnh vực GNSS 11 Các hệ thống GNSS tiên tiến Kiến trúc chung (1/2) Các thành phần: Chức năng: 12 Các hệ thống GNSS tiên tiến Kiến trúc chung (2/2) 13 Hệ thống GPS (1/2) • ... GNSS tiên tiến Bộ thu mềm GNSS Các công nghệ xử lý tín hiệu tiên tiến Các kết quả ban đầu trong việc phát triển bộ thu mềm đa hệ thống GPS/Galileo •  Một số gợi ý về hướng nghiên cứu trong lĩnh vực GNSS 23 Bộ thu mềm GNSS Kiến trúc bộ thu Bộ thu truyền cứng ASIC Analog Hardware Digital Hardware Software Bộ thu mềm Analog Hardware Software Software 24 Bộ thu mềm GNSS •  Phần front-end 25 Bộ thu mềm GNSS... được thực hiện thông qua các mô-đun phần mềm triển khai trên các vi xử lý có thể lập trình được: –  DSP, FPGA, Embedded System, PC-based… 26 Ví dụ: bộ thu phần mềm N-Gene 27 Nội dung trình bày •  •  •  •  •  Tổng quan về công nghệ GNSS Các hệ thống GNSS tiên tiến Bộ thu mềm GNSS Các công nghệ xử lý tín hiệu tiên tiến Các kết quả ban đầu trong việc phát triển bộ thu mềm đa hệ thống GPS/Galileo •  Một... 2003: Hệ thống thử nghiệm với 3 vệ tinh –  2012: Hệ thống Beidou khu vực bao phủ lãnh thổ Trung Quốc –  2020: Hệ thống toàn cầu Beidou đi vào sử dụng •  Đặc điểm: –  Độ chính xác: vị trí: 10 m; thời gian: 0.2 ns; và vận tốc: 0.2 meter/second –  Hệ thống hoàn thiện sẽ bao gồm 35 vệ tinh 20 Hệ thống Beidou (2/2) 21 Các tín hiệu GNSS 22 Nội dung trình bày •  •  •  •  •  Tổng quan về công nghệ GNSS Các hệ thống. .. 12/2010: lần phóng 3 vệ tinh cuối cùng thất bại => lùi thời hạn hoàn thành đến 2011 18 Hệ thống GLONASS (2/2) •  Đặc điểm: –  24 vệ tinh trên 3 quỹ đạo ở độ cao 19,100km –  Tín hiệu “legacy”: •  Sử dụng công nghệ FDMA •  L1: cho dịch vụ dân dụng •  L2: cho dịch vụ quốc phòng –  Tín hiệu mới: •  Sử dụng công nghệ CDMA •  Bổ sung thêm tín hiệu dân dụng tại các tần số L1, L2, L3, L5 19 Hệ thống Beidou (1/2)... vực GNSS 28 Các công nghệ xử lý tín hiệu tiên tiến •  Các phương pháp phối hợp sau bộ tương quan •  Các phương pháp phối hợp đa kênh trên một tần số •  Các phương pháp phối hợp đa kênh trên nhiều tần số •  Hiện tượng tương quan chéo trong bộ tương quan sử dụng bộ lọc đối sánh 29 Các công nghệ xử lý tín hiệu tiên tiến Các p2 phối hợp sau bộ tương quan (1/4) •  Đặt vấn đề: x[n] + nW [n] Bộ tương quan... trung hòa: Hiệu quả kết hợp và độ phức tạp 31 Các công nghệ xử lý tín hiệu tiên tiến Các p2 phối hợp sau bộ tương quan (3/4) RM RM-1 RM-2 RM-3 RM-4 R2 R1 •  Phương pháp đề xuất: Phối hợp vi sai tổng quát (Generalized Differential Integration) 32 Các công nghệ xử lý tín hiệu tiên tiến Các p2 phối hợp sau bộ tương quan (3/4) Độ nhạy •  Phương pháp đề xuất cải thiện 2-dB Độ phức tạp: MAT 33 Các p2 phối hợp... –  1978: Vệ tinh đầu tiên được phóng lên quỹ đạo –  1983: Hệ thống phục vụ dân dụng –  2000: Nhiễu SA bị loại bỏ –  2000: GPS-III được công bố •  Phần không gian: –  2008: 31 vệ tinh tại độ cao 20.200km trên 3 mặt phẳng quỹ đạo –  8 vệ tinh xuất hiện đồng thời tại mọi thời điểm •  Phần điều khiển: –  1 trạm điều khiển trung tâm (+ 1 dự phòng) –  4 trạm ăng-ten mặt đất –  4 trạm giám sát 14 Hệ thống GPS... “legacy”: •  Dân dụng: L1 C/A •  Quốc phòng: L2 P(Y) –  Tín hiệu mới: •  Dân dụng: L1C, L2C, L5 (Safety of Life) •  Quốc phòng: M code 15 Hệ thống Galileo (1/2) •  Mốc thời gian: –  2003: Chương trình Galileo được EU thông qua, dự kiến hệ thống hoạt động 2010 –  2004: Kết thúc đàm phán cấu trúc tín hiệu với Mỹ –  2004: Phóng 2 vệ tinh thử nghiệm GioveA & B –  2009: Quyết định giảm số vệ tinh từ xuống... phục vụ cho cơ quan chính phủ, quân đội –  Search And Rescue: truyền thông 2 chiều phục vụ tìm kiếm, cứu hộ •  Tín hiệu: –  E1, E5(E5a/E5B), E6 17 Hệ thống GLONASS (1/2) •  Mốc thời gian: –  1976: Hệ thống được phát triển –  1995: Hệ thống hoàn thiện, nhưng không có đủ kinh phí duy trì hoạt động –  2001: Chương trình khôi phục GLONASS bắt đầu –  2007: gỡ bỏ các ràng buộc với người sử dụng dân dụng –  . quan về công nghệ GNSS •  Các hệ thống GNSS tiên tiến •  Bộ thu mềm GNSS •  Các công nghệ xử lý tín hiệu tiên tiến •  Các kết quả ban đầu trong việc phát triển bộ thu mềm đa hệ thống GPS/Galileo. THIẾT KẾ BỘ THU MỀM CHO CÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG SỬ DỤNG VỆ TINH TIÊN TIẾN TẠ HẢI TÙNG Bộ môn Truyền thông và Mạng máy tính Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông. Đồng bộ thời gian trong các hệ thống viễn thông, giao dịch điện tử 10 Nội dung trình bày •  Tổng quan về công nghệ GNSS •  Các hệ thống GNSS tiên tiến •  Bộ thu mềm GNSS •  Các công nghệ