B GIÁO DỘ ỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ CAO TH TRANG Ị NGHIÊN C NH VỨU ĐỊ Ị B TƢ THẾ ẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐỊ Ị Ệ TINH GNSS ĐA ANTENNH V V LUẬN VĂN THẠC SĨ Ỹ Ậ K THU T Chuyên ngành K THU[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CAO THỊ TRANG NGHIÊN CỨU ĐỊNH VỊ TƢ THẾ BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ VỆ TINH GNSS ĐA ANTEN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PSG.TS NGUYỄN HỮU TRUNG HÀ NỘI - 2017 1708329998022202ca763-b28f-482e-b9cf-042d1a72fa18 1708329998022812a7b8c-7188-43cc-b141-50e5d2f16f0e 1708329998022a2ce14eb-d2a0-48aa-aefe-e7219a22c3c1 MC LC L I LI C II DANH MC CÁC T VIT TT III MC LC HÌNH NH IV LU V LÝ THUYT 1.1 Tng quan v lu 1.1.1 Tính cp thit 1.1.2 Các v cn gii quyt ca lu 1.1.3 Gii pháp 1.2 Tng quan v h thng v nh v toàn cu GNSS (GPS) 1.2.1 Gii thiu 1.2.2 Cu trúc h thng GPS 1.2.3 Cu trúc tín hiu GPS 1.2.4 Các ngun sai s GPS 11 1.2.5 Các ng dng ca h thnh v toàn cu GPS 13 NGUYÊN LÝ GNSS 18 2.1 18 2.1.1 Mã khong gi 18 2.1.2 Khong gi ca pha sóng mang 19 2.2nh v sai khác 19 2.2.1 20 2.2.2 Vi c hai) 21 2.2.3 Vi sai bc ba 22 2.3 c tính 23 2.3.1 Bìni thiu phi tuyn 23 2.3.2 B lc 25 2.4 Các mơ hình ngu nhiên 26 2.4.1 26 2.4.2 S 28 2.5 i bnh s nguyên 29 2.5.1 Làm tròn 30 2.5.2 Khng s nguyên 30 2.5.3 LAMBDA 31 NH VÀ MÔ PH GNSS 34 3.1 Nguyên lý v 34 3.1.1 Các khung tham chiu 34 3.1.2 Các mơ t vịng quay 37 3.1.3 Chuyi gia khung tham chiu 41 3.2 Các mơ hình ch 43 3.2.1 Mô hình chc cu 43 3.2.2 Mơ hình chn ch 44 3.2.3 Mô hình chi hn 44 3.3 Quá trình tin x lý 46 3.3.1 Tính tốn v trí v tinh 46 3.3.2 Mơ hình ngu nhiên 47 3.4 u phng 47 3.5 nh 48 3.6 La ch v -ten 48 3.7 S dng liên k 48 3.7.1 Gii pháp du ph hn ch 48 3.7.2 LAMBDA hn ch 50 3.7.3 Xác nhn bnh s nguyên 53 3.8 Mô ph GNSS 55 3.8.1 thu GNSS 55 3.8.2 Kt qu mơ ph GNSS da vào pha sóng mang 56 KT LUNG PHÁT TRI TÀI .65 TÀI LIU THAM KHO 66 PH LC 68 LỜI CAM ĐOAN Tên là: Cao Thị Trang Hc viên lp cao hc K thut Vin thông 2015B - i hc Bách Khoa Hà Ni tài “Nghiên cứu định vị tư phương thức định vị vệ tinh GNSS đa anten” t tìm hiu, nghiên cu thc hin i d ng dn ca thy giáo PGS.TS Nguyn Hu Trung Mi trích dn tài liu tham kho mà tơi s dng mà tơi s du có ghi rõ ngun gc Tơi xin hồn tồn chu trách nhim v l Hà Ni, tháng 09 7 Hc viên thc hin Cao Thị Trang I LỜI CẢM ƠN c tiên, xin bày t lòng bii PGS.TS Nguyn Hn ng dn, truyt nhng kin thc kinh nghim q báu giúp tơi hồn thành Bn lu Tôi xin gi li c i tp th thy, cô giáo Vin n t - Vii hc Bách Khoa Hà No mng t hc tp nghiên cy cô Vi ti hn khóa hc này, tu kin thun li cho hc viên sut trình hc tp thc hi tài Cui cùng, tơi xin bày t lịng bii tồn th n bè ng nghi ng viên tơi sut thi gian qua gng ht s i gian kin thc hn ch nên lui sai sót, tơi rt mong s b sung, góp ý ca thy Hc viên Cao Thị Trang II DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DCM Direction Cosine Matrix DLL Delay Lock Loop ECEF Earth Centre Earth Fixed EKF Extended Kalman Filter GLONASS GNSS Global Navigation Satelite System GPS Global Positioning System ICD Interface Control Document IMU Inertial Measurement Unit INS Inertial Navigation System LLI Loss of Lock Indicator MEO Medium Earth Orbit PLL Phase Lock Loop PPM Proportional Pulse Modulation QEP Quadratic Eigenvalue Problem RINEX Receiver Independent Exchange RMS Root Mean Square SNR Signal to Noise Ratio UAV Unmanned Aerial Vehicle III MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: H thng v t liên quan gia ba phn ca GPS .4 Hình 1.3: Qu o v tinh GPS Hình 1.4: V trí tru khin giám sát ca h thng GPS .7 Hình 1.5: Cu trúc tín hiu v tinh GPS .8 Hình 1.6: Cu trúc d liu v tinh GPS Hình 1.8: Các ngung khác gây sai s ly .11 -ten 19 Hình 2.2: Quan sát hình hc 29 thut toán LAMBDA .31 Hình 3.1: Khung thân .35 Hình 3.2: Trc khung cm bin, trc khung thân .35 Hình 3.3: Khung cp cc b 36 m m r 53 thu GNSS 55 giao din mô ph GNSS .56 Hình 3.7: Giao din làm vic 57 c phân tích tp RINEX 58 Hình 3.9; Bng thơng báo tng qt 59 Hình 3.10: Làm mn pha sóng mang 59 nh v -ten ch 59 Hình 3.12: Quá trình x lý sai khác .60 c tính ngun li c gia c-ten 61 bng phép bìni thiu 62 Hình 3.15: Ba tham s v nh da 62 IV LỜI MỞ ĐẦU Trong nhng n gn ây thông tin v tinh th gii có nhng bc tin vt bc áp ng nhu cu i sng, ngi nhanh chóng tip cn vi tin b khoa hc k thut Ngày nay, khoa hc - công ngh phát trin mnh m hàng lot công ngh mc nghiên cu, phát trin trin i nhng giá tr vô to ln i H thng v tinh nh v toàn cu GNSS/GPS (Global Navigation Satellite System) t tr i vinh v dng loi b , quan trc phc v nhiu m nhng yêu cu ngày cao ci s dng vic nâng cao tính xác ca dch v y nhiu công ngh m nh v bng nh v v -ten, nh v s dng h thng GNSS ng tn snh v s dng b thu GPS mems IMU Chính vy hc viên la ch tài “Nghiên cứu định vị tư phương thức định vị vệ tinh GNSS đa anten” , hc viên xin trình bày nhng v n cnh v -tenc, thut nh v , xây dng phn mm Matlab Ni dung lu lý thuyt nh mô ph GNSS có th hồn thành lu hy giáo PGS.TS Nguyn Hu Trung thy, cô ti hc Bách Khoa Hà N em sut trình thc hin lu gng ht si gian kin thc hn ch nên lu khi sai sót, em rt mong s b sung, góp ý ca thy cô! Em xin chân thành c Hà N V CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan luận văn 1.1.1 Tính cấp thiết Hin h thnh v s dng v c ng dng nhinh v v trí xác cng, s dng hàng , giao thông thông minh, giám sát t, cnh báo sóng thn,h có s phát trin ca cơng ngh thông tin vi nh c tin mnh m ca ngành vi t nhi thng nh v tồn cu GPS Cùng vi thi gian cơng ngh GPS ngày phát trin hoàn thin theo ching xác, hiu qu thun tin Vi mu mt nhánh phát trin ca công ngh vnh v v trí ca m xuc phép nghiên c tài “Nghiên cứu định vị tư phương thức định vị vệ tinh GNSS đa anten” Ngày nay, không ch riêng c phát tri phát trin vic s dng mt h thnh v rt quan trng c v quân s, dân s tt c c khác ca mt quc gia Vì vy vn cp thit t xây dng mt h thng giám sát nh v ca có th theo dõi cn thit 1.1.2 Các vấn đề cần giải luận văn Vi mt k mnh v bnh v v -ten vinh v v trí cng bt k v cn gii quyt ca lum: - Xây dng, thit k giao dinh v phn mm Matlab - Gii quyt ngun li gây - Phát hin s dch chuyn cn thit nu không gii quyc bt nh mt c t l thành cơng cao c gng tìm kim tham s b nh xác - Chi mà ngn li góc s - Gii quyt bnh s nguyên mt v phc tp 1.1.3 Giải pháp gii quyt v t ca luc la chn là: - Tìm hiu v GPS ng dng GPS - Tìm hiu v lp trình giao din GUI cơng c xây dng giao din mô ph GNSS - S dng phép vi sa gii quyt v v ngun li h thng - nh v mt cách xác cn gii quyt b nh s nguyên bng thut toán LAMBDA 1.2 Tổng quan hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GNSS (GPS) 1.2.1 Giới thiệu GPS (Global Positioning System) - h thng nh v tồn cu, h thng xác nh v trí da v trí ca v tinh nhân to Trong mt thi m, mt v trí mt t nu xác nh c khong cách n ba v tinh (ti thiu) s tính c to ca v trí GPS c thit k qun lý bi B Quc phịng Hoa K, ph Hoa K cho phép mi i s dng min phí, bt k quc tch t 1980, GPS hot ng mi u kin thi tit, mi Trái t, 24 gi mt ngày GPS h dn ng da mt mng i 24 v tinh c t qu o không gian, hot ng da trm phát tín hiu vơ tuyn n c bit nhiu nht h thng có tên gi LORAN (LOng RAnge Navigation) hot ng di tn 90-100 KHz ch yu dùng cho hàng hi, hay TACAN (Tactical Air Navigation) dùng cho quân i M bin th vi xác thp VOR/DME (Very High Frequency Omnidirectional Range/Distance Measuring Equipment) dùng cho hàng không dân dng Gn ng thi vi lúc M phát trin GPS, Liên Xô phát trin mt h thng t vi tên gi GLONASS Hin Liên minh châu Âu phát