Trang 1 LÊ ĐỨC HOÀNG PHƯƠNGBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI--- LÊ ĐỨC HỒNG PHƯƠNGKỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀTRUYỀN THƠNGCÁC HỆ THỐNG HỖ TRỢ ĐỊNH VỊ GPS ĐẶT TRÊN KHÔNG GIAN,
LÊ ĐỨC HOÀNG PHƯƠNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ ĐỨC HOÀNG PHƯƠNG KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THƠNG CÁC HỆ THỐNG HỖ TRỢ ĐỊNH VỊ GPS ĐẶT TRÊN KHÔNG GIAN, ĐẶC BIỆT HỆ THỐNG CỦA NHẬT BẢN: QZSS LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THÔNG CH2011B Hà Nội – 2014 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131910101000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ ĐỨC HỒNG PHƯƠNG Chun ngành : Kỹ thuật máy tính truyền thông CÁC HỆ THỐNG HỖ TRỢ ĐỊNH VỊ GPS ĐẶT TRÊN KHÔNG GIAN, ĐẶC BIỆT HỆ THỐNG CỦA NHẬT BẢN: QZSS LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THƠNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Tạ Hải Tùng Hà Nội – 2014 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật máy tính truyền thông Lời Cam Đoan Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu tơi hồn tồn tơi tự làm hướng dẫn thầy giáo Tiến sỹ Tạ Hải Tùng Những kết nghiên cứu, thử nghiệm thực phòng nghiên cứu trung tâm NAVIS trường đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết trình bày luận văn hồn tồn trung thực chưa công bố cơng trình Các tài liệu tham khảo sử dụng luận văn dẫn nguồn (có bảng thống kê tài liệu tham khảo) đồng ý trực tiếp tác giả Nếu xảy điều không lời cam đoan trên, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm trước Viện Nhà trường Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Tác giả Lê Đức Hoàng Phương Luận văn thạc sỹ kỹ thuật máy tính truyền thơng Lời Cảm Ơn Để hồn thành khóa luận này, tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS Tạ Hải Tùng tận tình hướng dẫn suốt q trình viết khóa luận tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô Viện Công nghệ Thông tin & Truyền thông, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Với vốn kiến thức tiếp thu trình học tập nghiên cứu không tảng cho trình nghiên cứu khóa luận mà cịn hành trang q báu để tơi bước vào đời cách vững tự tin Tôi trân trọng cảm ơn bạn trung tâm nghiên cứu NAVIS trường đại học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ q trình thực đề tài Cuối cùng, tơi xin kính chúc Q Thầy cơ, Đồng nghiệp, Gia đình dồi sức khỏe thành công nghiệp cao quý Xin trân trọng cảm ơn! Học viên Lê Đức Hoàng Phương Luận văn thạc sỹ kỹ thuật máy tính truyền thơng MỤC LỤC Lời Cam Đoan Lời Cảm Ơn MỤC LỤC DANH SÁCH THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG LỜI NÓI ĐẦU TỔNG QUAN VỀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN Chương I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 Hệ thống định vị toàn cầu GPS 10 1.1 Tổng quan hệ thống định vị toàn cầu GPS 10 1.2 Cấu tạo hệ thống GPS 10 1.2.1 Phần không gian 11 1.2.2 Phần điều khiển 11 1.2.3 Phần người sử dụng 12 1.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống 12 Hệ thống hỗ trợ định vị QZSS 12 2.1 Tổng quan hệ thống 12 2.2 Phân đoạn không gian 13 2.3 Phân đoạn mặt đất 15 2.4 Tín hiệu QZSS 17 2.5 Tín hiệu sửa lỗi nâng cao chất lượng định vị L1-SAIF 18 2.6 Nguyên nhân gây sai số tin hỗ trợ 21 Chương II: Ứng dụng liệu QZSS nâng cao độ 29 xác định vị GPS 29 1.Định vị chưa sử dụng tín hiệu hỗ trợ 29 1.1 Khai phá tín hiệu QZSS (acquisition) 29 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật máy tính truyền thơng 1.2.Bám tín hiệu QZSS ( tracking) 30 1.3.Giải mã tin 32 Nâng cao chất lượng định vị sử dụng tín hiệu hỗ trợ L1 SAIF 36 2.1 Nguyên tắc hỗ trợ nâng cao chất lượng 36 2.2 Sửa lỗi đồng hồ 40 2.3 Sửa lỗi vị trí vệ tinh 40 2.4 Sửa lỗi tầng điện ly (IC) sửa lỗi nhanh (FC) 44 Chương III: Kết đạt 49 Dị tín hiệu (acquisition) 49 Bám tím hiệu (Tracking ) 50 3.Ví trị thu tin hiệu chỉnh 51 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật máy tính truyền thông DANH SÁCH THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT TỪ VIẾT TẮT TỪ NGUYÊN GỐC TIẾNG ANH GIẢI NGHĨA QZSS Quasi-Zenith Satellite System Hệ thống vệ tinh nằm JAXA Japan Aerospace Exploration Agency Cơ quan thám hiểm vũ trụ Nhật Bản IF Intermediate Frequency Tần số trung gian WAAS Wide Area Augumentation System Hệ thống dẫn đường diện rộng SAIF Submeter-class Augmentation with Integrity Function Tín hiệu vệ tinh truyền LEX L-Band Experiment Tín hiệu vệ tinh truyền MCS Master Control Station Trạm điều khiển MS Monitor Station Trạm giám sát TCS Tracking Control Station Trạm theo dõi kiểm soát TMS Time Management Station Trạm quản lý thời gian HEO Highly-inclined Elliptical to the Earth Quĩ đạo elip cao nghiêng so với trái đất FEC Fast Error Correction Sửa lỗi nhanh IC Ionospheric Delay Correction Trễ tầng điện ly GPS Global positioning system Vệ tinh định vị toàn cầu PRN Pseudo Random number Mã giả tạp âm giả ngẫu nhiên SV Space vehicle Vệ tinh khơng gian P Precise Chính xác LBS Location based service Dịch vụ dựa vị trí DGPS Differential global positioning system Hệ thống định vị vi phân toàn cầu LADGPS Local-Area Diffirential GPS WADGPS Wide-Area Diffirential GPS Hệ thống định vị vi phân toàn cầu cục Hệ thống định vị vi phân toàn cầu diện rộng Luận văn thạc sỹ kỹ thuật máy tính truyền thơng DANH MỤC HÌNH Hình 1: Vệ tinh Michibiki 14 Hình 2: Quĩ đạo vệ tinh theo dõi mặt đất 15 Hình 3: Vị trí phân bố trạm mặt đất 16 Hình 5: Cấu trúc tin SAIF 19 Hình 6: Sơ đồ xử lý tín hiệu 29 Hình 7: Sơ đồ thuật tốn Acquisition 30 Hình 8: Sơ đồ thuật tốn tracking 31 Hình 9: Các tham số Kepler quỹ đạo vệ tinh 32 Hình 10: Vị trí vệ tinh mặt phẳng xích đạo 34 Hình 11:Sơ đồ thuật tốn giải mã tin L1 SAIF[8] 39 Hình 12: Sơ đồ giải thuật tính giá trị hiệu chỉnh sai số đồng hồ quỹ đạo vệ tinh[8] 43 Hình 13: Nội suy trường hợp có bốn điểm bao quanh Ipp 47 Hình 14: Nội suy trường hợp có ba điểm bao quanh Ipp 48 Hình 15: Kết PLL tracking 50 Hình 16: Kết FLL tracking 51 Hình 17 : Các vị trí bắt đầu preamble A 52 Hình 18: Các vị trí bắt đầu preamble B 52 Hình 19: Các vị trí bắt đầu preamble C 52 Hình 20: Nội dung tin loại nhận 52 Hình 21: Nội dung tin loại nhận 53 Hình 22: Nội dung tin loại nhận 54 Hình 23: Nội dung tin loại 25 nhận 54 Hình 24: Nội dung tin loại 26 nhận 55 Hình 25: Sự biến thiên giả khoảng cách có thơng tin hiệu chỉnh khơng có thơng tin hiệu chỉnh ứng vệ tinh 58 Hình 26: Sai số định vị không sử dụng thông tin hỗ trợ sử dụng thông tin hỗ trợ 59 Hình 27: Vị trí thu 59 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật máy tính truyền thơng DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Vị trí trạm mặt đất 16 Bảng :Các tín hiệu QZSS 17 Bảng :Các loại tin L1 SAIF 20 Bảng 4: Cấu trúc tin 24 22 Bảng 5: Cấu trúc Partial Message với Velocity code 23 Bảng 6: Cấu trúc Partial Message với Velocity code 23 Bảng 7: Cấu trúc tin loại 2-5 25 Bảng 8: Cấu trúc tin loại 26 26 Bảng 9: Phần bố PRN 27 Bảng 10: Cấu trúc tin loại 52 28 Bảng 11: Cấu trúc tin loại 53 28 Bảng 12 : Các tham số Kepler 33 Bảng 13 : Cấu trúc channel_GPS 41 Bảng 14: Cấu trúc hàm IC_Calculator2 45 Bảng 15: Các giá trị sai số đồng hồ vị trí vệ tinh 55 Bảng 16: Các giá trị FC tương ứng với vệ tinh 56 Bảng 17: Các điểm bao IGP ứng với vệ tinh PRN sai số tầng điện ly tương ứng 56 Bảng 18: Các điểm bao IGP ứng với vệ tinh PRN 10 sai số tầng điện ly tương ứng 57 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật máy tính truyền thơng LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, giới thơng tin ngày phát triển cách đa dạng phong phú Nhu cầu thông tin liên lạc sống tăng số lượng chất lượng, địi hỏi dịch vụ ngành Viễn Thơng mở rộng Trong năm gần thông tin vệ tinh giới có bước tiến vượt bậc đáp ứng nhu cầu đời sống, đưa người nhanh chóng tiếp cận với tiến khoa học kỹ thuật Cùng với việc phát triển thông tin vệ tinh, hệ thống định vị dẫn đường phục vụ giao thông lại người ngày phát triển, có nhiều hệ thống vệ tinh định vị dẫn đường đời như: GPS Mỹ, Glonass Nga….Song song với việc phát triển hệ thống định vị dẫn đường có nhiều hệ thống hỗ trợ định vị đời như: WAAS Mỹ, EGNOS Châu Âu… Trong số đó, hệ thống hỗ trợ định vị Nhật Bản QZSS xây dựng bước hoàn thiện Hệ thống QZSS có vùng bao phủ rộng khắp trải dài từ Nhật Bản đến khu vực Đông Nam Á Châu Đại Dương, Việt Nam nằm vùng bao phủ hệ thống nên có khả thu tín hiệu từ vệ tinh QZSS Hiện hệ thống trinh xây dựng thử nghiệm nên việc nghiên cứu hệ thống cách thức truyền tín hiệu hệ thống giúp cho khai thác tiềm mà hệ thống mang lại, từ xây dựng ứng dụng giao thông, dẫn đường … phục vụ cho đất nước tương lai Trong luận văn này, tơi trình bày vấn đề hệ thống định vị toàn cầu, giải pháp nâng cao chất lượng định vị đặc biết hệ thống hỗ trợ định vị Nhật Bản QZSS