Báo cáo bài tập lớn môn học vật lý 2 Đề tài gps & gprs

GPS 1.Định nghĩa GPS viết tắt của Global Pointing System, còn được biết đến là Hệ thống định vị toàn cầu, là một hệ thống định vị dùng để xác định vị trí và thời gian tại bất kỳ điểm nà

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG

 - -

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC: VẬT LÝ 2

ĐỀ TÀI: GPS & GPRS

NHÓM: 10

GV dạy lý thuyết: Trần Văn Lượng

GV dạy bài tập: Nguyễn Thị Minh Hương

Nhóm sinh viên thực hiện:

Chấm điểm bài tập lớn Vật lí 2:

TP Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2024

3 Phan Huỳnh Minh Đức 2310794

4 Phan Nguyễn Duy Linh 2311867

5 Phan Trịnh Minh Quang 2312805

File Điểm nộp và

gửi bài đúng yêu cầu (1 điểm)

Điểm hình thức (2 điểm)

Điểm nội dung (2 điểm)

Tổng điểm

File

powerpoint

File word

Tổng điểm

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành báo cáo này, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

Ban giám hiệu trường Đại Học Bách Khoa vì đã tạo điều kiện về lĩnh vực chuyên môn với hệ thống tài liệu đa dạng thuận lợi cho việc tìm kiếm, nghiên cứu thông tin.

Xin cảm ơn giảng viên bộ môn – Thầy Trần Văn Lượng

và cô Nguyễn Thị Minh Hương đã giảng dạy tận tình, chi tiết để chúng em có đủ kiến thức và vận dụng chúng vào phần bài tập lớn này.

Do chưa có nhiều kinh nghiệm làm đề tài cũng nhưnhững hạn chế về kiến thức, trong bài báo cáo chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được

sự nhận xét, ý kiến đóng góp, phê bình từ phía thầy cô để bài tiểu luận được hoàn thiện hơn.

Lời cuối cùng, em xin kính chúc thầy cô nhiều sức khỏe, thành công và hạnh phúc.

MỤC LỤC

GPS 4

1.Định nghĩa 4

2.Nguồn gốc ra đời 4

3.Nguyên lý hoạt động 4

4.Cơ sở lý thuyết 5

5.Thành phần của GPS 6

6.Ưu và nhược điểm của GPS 6

7.Ứng dụng của GPS 7

8.Kết luận 7

GPRS 8

1/Lịch sử hình thành 8

2/Khái niệm GPRS 8

3/Công dụng 8

4/Nguyên lí hoạt động 9

5/Ứng dụng 10

6/ Ưu điểm và nhược điểm 11

TÀI LIỆU THAM KHẢO 12

GPS

1.Định nghĩa

GPS (viết tắt của Global Pointing System), còn được biết đến là Hệ thống định vị toàn cầu, là một hệ thống định vị dùng để xác định vị trí và thời gian tại bất kỳ điểm nào trên bề mặt trái đất, hoạt động thông qua một mạng lưới gồm các vệ tinh nhân tạo đặt trong quỹ đạo Trái Đất

2.Nguồn gốc ra đời

GPS ban đầu được phát triển và triển khai bởi Quân đội Hoa Kỳ, ban đầu chỉ được dùng cho mục đích quân sự để cung cấp khả năng định vị toàn cầu, nhưng từ sau năm 1980 đã được chính phủ Hoa Kỳ cho phép sử dụng vào mục đích dân sự Ý tưởng đầu tiên về hệ thống định vị toàn cầu được đề xuất vào những năm 1950 và đầu những năm 1960 bởi Điều hành không gian tên lửa và vận tải vũ trụ Hoa Kỳ

3.Nguyên lý hoạt động

Các vệ tinh GPS phát hai tín hiệu vô tuyến công suất thấp dải L1 và L2 (dải L là phần sóng cực ngắn của phổ điện từ trải rộng từ 0,39 tới

1,55 GHz)

1 Dải L1

GPS dân sự dùng tần số L1 1575.42 MHz trong dải UHF Tín hiệu truyền trực thị, có nghĩa là chúng sẽ xuyên qua mây, thuỷ tinh và nhựa nhưng không qua phần lớn các đối tượng cứng như núi và nhà

2 Dải L2

Chứa hai mã “giả ngẫu nhiên” (pseudo random), đó là mã Protected (P)

và mã Coarse/Acquisition (C/A) Mỗi một vệ tinh có một mã truyền dẫn nhất định, cho phép máy thu GPS nhận dạng được tín hiệu Mục đích của các mã tín hiệu này là để tính toán khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu GPS

3 Tín hiệu GPS

Chứa ba mẩu thông tin khác nhau – mã giả ngẫu nhiên, dữ liệu thiên văn và dữ liệu lịch Mã giả ngẫu nhiên đơn giản chỉ là mã định danh để xác định được quả vệ tinh nào là phát thông tin nào Có thể nhìn số hiệu của các quả vệ tinh trên trang vệ tinh của máy thu Garmin để biết nó nhận được tín hiệu của quả nào

Dữ liệu thiên văn cho máy thu GPS biết quả vệ tinh ở đâu trên quỹ đạo ở mỗi thời điểm trong ngày Mỗi quả vệ tinh phát dữ liệu thiên văn chỉ ra thông tin quỹ đạo cho vệ tinh đó và mỗi vệ tinh khác trong hệ thống

Dữ liệu lịch được phát đều đặn bởi mỗi quả vệ tinh, chứa thông tin quan trọng về trạng thái của vệ tinh (lành mạnh hay không), ngày giờ hiện tại Phần này của tín hiệu là cốt lõi để phát hiện ra vị trí

4.Cơ sở lý thuyết

Định lý hai quỹ đạo (TLE – Two-Line Element Sets): Định lý này mô

tả quỹ đạo của các vệ tinh trong không gian, cho biết vị trí và vận tốc của chúng tại một thời điểm nhất định TLE được sử dụng để tính toán vị trí của các vệ tinh GPS và dự đoán vị trí của chúng trong tương lai Mỗi TLE bao gồm hai dòng văn bản có định dạng cố định, cung cấp thông tin

về các tham số như số ngày kể từ một điểm thời gian cố định, độ lệch của quỹ đạo so với hình tròn (excentricity), góc nghiêng của quỹ đạo

(inclination), góc của điểm nơi vệ tinh đi qua mặt phẳng xác định ngoại vi của hệ tọa độ, góc của điểm gần nhất đến Trái Đất, góc giữa vị trí hiện tại của vệ tinh và vị trí của nó trong quỹ đạo elip tròn, và tốc độ trung bình của vệ tinh Các TLE được cập nhật và phát hành định kỳ để cung cấp thông tin mới nhất và chính xác nhất về vị trí của các vệ tinh

Hệ thống vệ tinh (Satellite Constellation Geometry): Nói về cách các

vệ tinh trong hệ thống GPS phân bố trên quỹ đạo sao cho ít nhất 3 vệ tinh luôn có thể nhìn thấy từ bất kỳ điểm nào trên trái đất Điều này đảm bảo người dùng có thể nhận được tín hiệu từ ít nhất ba vệ tinh để xác định vị trí của mình

Tính chính xác của đồng hồ vệ tinh (Satellite Clock Accuracy): GPS

sử dụng các đồng hồ nguyên tử vô cùng chính xác trên các vệ tinh để đo thời gian Sự chính xác của đồng hồ này là quan trọng để tính toán

khoảng cách giữa vệ tinh và người dùng dựa trên thời gian mà tín hiệu di chuyển

Thời gian và định vị (Time and Position Fix): GPS sử dụng phép đo

thời gian để tính toán khoảng cách từ người dùng đến các vệ tinh Khi biết được khoảng cách từ ít nhất ba vệ tinh, GPS có thể xác định vị trí của một điểm trên bề mặt trái đất thông qua phép định vị

5.Thành phần của GPS

Phần không gian: Bao gồm 30 vệ tinh (27 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh

dự phòng) nằm trên các quỹ đạo xoay quan Trái Đất Chúng cách mặt đất 20.200 km, bán kính quỹ đaoh 26.600 km, chuyển động ổn định và quay hai vòng quỹ đạo trong khoảng thời gian gần 24 giờ với vận tốc 7 nghìn dặm một giờ (tương ứng với 11265,408 km/giờ) Các vệ tinh trên quỹ đạo được bố trí sao cho các máy thu GPS trên mặt đất có thể nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tinh tại bất kỳ thời điểm nào Các vệ tinh sử dụng năng lượng Mặt Trời và có nguồn pin dự phòng để duy trì hoạt động khi vệ tinh đi vào vùng không có ánh sáng Mặt Trời Các tên lửa nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh để giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định

Phần kiểm soát: Mục đích trong phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ đạo và thông tin thời gian chính xác Có 5 trạm kiểm soát đặt rải rác trên Trái Đất Bốn trạm kiểm soát hoạt động một cách tự động,

và một trạm kiểm soát là trung tâm Bốn trạm này nhận tín hiệu liên tục

từ những vệ tinh và gửi các thông tin này đến trạm kiểm soát trung tâm Tại trạm kiểm soát trung tâm, nó sẽ sửa lại dữ liệu cho đúng và kết hợp với hai an-ten khác để gửi lại thông tin cho các vệ tinh Ngoài ra, còn một trạm kiểm soát trung tâm dự phòng và sáu trạm quan sát chuyên biệt

Phần sử dụng: Là thiết bị nhận tín hiều vệ tinh GPS và người sử dụng

thiết bị này

6.Ưu và nhược điểm của GPS

Ưu điểm:

Định vị toàn cầu: GPS cho phép định vị vị trí và thời gian tại bất kỳ

điểm nào trên bề mặt trái đất, bao gồm cả khu vực xa xôi hoặc không có

cơ sở hạ tầng định vị khác Ngoài ra GPS hoạt động độc lập mà không cần kết nối điện thoại hay Internet, mặc dù các công nghệ này có thể tăng tính hữu ích của thông tin vị trí GPS

Chính xác: GPS có thể định vị với độ chính xác cao, trong khoảng vài

mét đến vài centimet, tùy vào điều kiện sử dụng và số lượng vệ tinh nhận được

Đa năng: GPS được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: điều hướng đường

bộ và hàng không, khoa học, dân dụng, công nghiệp, thể thao, giải trí

Tiết kiệm thời gian: Chủ yếu trong khi di chuyển, vì GPS cung cấp các

lộ trình tối ưu và thông tin về tình trạng giao thông cho người sử dụng

Dễ sử dụng: Các thiết bị GPS có giao diện thân thiện với người dùng và

dễ sử dụng, do đó cho phép người dùng dễ dàng định vị và điều hướng

Nhược điểm:

Phụ thuộc vào tín hiệu vệ tinh: Do GPS yêu cầu phải nhận được tín hiệu

từ ít nhất 3 vệ tinh để có thể định vị chính xác, nên khi sử dụng trong các

khu vực có chướng ngại vật như nhà cao tầng, rừng rậm hay địa hình núi non có thể gặp khó khăn

Nghịch lý tòa nhà cao tầng: Trong khu vực đô thị với nhiều nhà cao

tầng, tín hiệu GPS có thể bị phản xạ, từ đó làm giảm độ chính xác của việc định vị

Có thể bị can thiệp: Tín hiệu GPS có thể bị can thiệp hoặc làm giả bởi

các thiết bị phát sóng không dây khác như sóng radio, sóng radar hoặc các thiết bị giao thông thông minh

Độ trễ thời gian: Một số ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao về thời gian

có thể gặp vấn đề do độ trễ trong truyền tải tín hiệu GPS

7.Ứng dụng của GPS

Định vị và điều hướng Đường bộ: Điển hình là các ứng dụng như

Google Maps, Waze, Garmin cung cấp hướng dẫn chi tiết và định vị vị trí của người dùng trên bản đồ dựa trên tín hiệu GPS

Định vị và điều hướng Hàng hải: GPS được sử dụng để định vị tàu biển

và hướng dẫn hành trình hàng hải, đảm bảo an toàn cho việc điều hướng

Định vị và điều hướng Hàng không: GPS là một phần không thể thiếu

của hệ thông điều hướng hàng không, giúp định vị vị trí của máy bay và định hướng hành trình bay GPS cũng được sử dụng trong định vị các điểm kiểm soát không lưu trên không và máy bay không người lái

Thể thao và hoạt động ngoại khóa: GPS được sử dụng trong các thiết bị

đo lường như đồng hồ thông minh, đồng hồ GPS và các thiết bị theo dõi sức khỏe để đo lường quãng đường đã đi, tốc độ và vị trí trong các hoạt động như chạy bộ, đạp xe, leo núi và leo dốc

Quản lý và theo dõi hàng hóa: Các công ty vận tải và logistics sử dụng

GPS để quản lý và theo dõi lộ trình của hàng hóa, giúp tối ưu hóa quá trình vận chuyển và đảm bảo an toàn

Ứng dụng trong lĩnh vực Y tế: GPS được sử dụng để định vị vị trí của

xe cấp cứu và các dịch vụ cứu hộ, giúp cung cấp dịch vụ y tế nhanh

chóng và hiệu quả hơn trong trường hợp khẩn cấp

Ngoài ra còn các ứng dụng trong quân sự, khoa học, địa chất và nhiều lĩnh vực khác

8.Kết luận

GPS là một công nghệ quan trọng và hữu ích, là một phần không thể thiếu của cuộc sống hiện đại, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Tuy nhiên, người dùng cần phải nắm rõ các ưu, nhược điểm của GPS để có thể sử dụng GPS hiệu quả

GPRS

1/Lịch sử hình thành

GPRS (General Packet Radio Service) là một công nghệ truyền dẫn dữ liệu di động không dây được sử dụng trong các mạng di động Được giới thiệu vào cuối những năm 1990, GPRS cho phép truyền tải dữ liệu thông qua mạng di động với tốc độ thấp hơn so với các công nghệ di động hiện đại như 3G và 4G GPRS được sử dụng phổ biến cho điện thoại di động

và các thiết bị di động khác, cho phép truy cập Internet, gửi/nhận email, tin nhắn văn bản, và các ứng dụng dữ liệu khác GPRS là tiền đề quan trọng cho sự phát triển của các công nghệ di động tiên tiến hơn trong tương lai

2/Khái niệm GPRS

Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp (General Packet Radio Service) hay

GPRS, là một dịch vụ dữ liệu di động dạng gói dành cho những người dùng sử dụng Hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM) và điện

thoại di động IS-136 Nó cung cấp dữ liệu ở tốc độ từ 56 đến 114 kbps

3/Công dụng

GPRS có thể được dùng cho những dịch vụ liên quan đến truy cập

Giao thức Ứng dụng Không dây (WAP) như:

- Dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS);

- Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện (MMS);

- Các dịch vụ liên lạc Internet như email;

- Truy cập World Wide Web …

Ưu điểm của GPRS so với phương thức kết nối truyền thống thông qua chuyển mạch là dữ liệu truyền qua GPRS được tính theo từng megabyte, trong khi cách thức kết nối truyền thống qua chuyển mạch tính theo từng phút kết nối bất kể người dùng có thực sự đang sử dụng dung lượng hay đang trong tình trạng chờ Có nghĩa là, khi dùng dịch vụ GPRS người dùng sẽ chỉ trả phí cho dung lượng đăng tải cao hay thấp chứ không phải

đã kết nối trong bao lâu Nhờ đó giúp tiết kiệm chi phí kết nối, liên lạc Ngoài ra GPRS là một dịch vụ chuyển mạch gói nỗ lực tối đa, trái với chuyển mạch, trong đó một mức Chất lượng dịch vụ được bảo đảm trong suốt quá trình kết nối đối với người dùng cố định

Dịch vụ di động GPRS có thẻ sử dụng trên

các mạng di động không dây 2G và 3G Các hệ thống di động 2G kết hợp với GPRS thường được gọi là "2.5G", có nghĩa là, một công nghệ trung gian giữa thế hệ điện thoại di động thứ hai (2G) và thứ ba (3G)

4/Nguyên lí hoạt động

GPRSlà dịch vụ truyền tải mới cho hệ thống GSM, cải thiện một cách hiệu quả việc truy nhập vô tuyến tới các mạng truyền số liệu như X.25, Internet… bằng cách áp dụng nguyên lý gói vô tuyến để truyền số liệu của người sử dụng một cách hiệu quả giữa máy điện thoại di động tới các mạng truyền số liệu Các gói tin có thể truyền trực tiếp từ máy di động có chức năng GPRS tới các mạng chuyển mạch số liệu Dịch vụ

di động GPRS được sử dụng trên mạng di động không dây 2G và 3G

GPRS hoạt động dựa trên mạng GSM (Global System for Mobile Communications) và sử dụng phương thức truyền dữ liệu gói

(packet-switched) thay vì phương thức truyền dữ liệu dạng mạch

(circuit-switched) như các công nghệ trước đó Điều này cho phép GPRS truyền

dữ liệu theo dạng gói tin, giúp tối ưu hóa tài nguyên mạng và cải

thiện tốc độ truyền dữ liệu

GPRS sử dụng các kênh radio trong mạng GSM để truyền dữ liệu giữa điện thoại di động và mạng Dữ liệu được chia thành các gói tin nhỏ và được gửi qua mạng dưới dạng các gói tin riêng lẻ Khi dữ liệu đến đích, các gói tin này được ghép lại để tạo thành dữ liệu ban đầu

GPRS thêm một số tính năng cần thiết mới để hỗ trợ việc truyền các gói dữ liệu dựa trên IP từ đầu đến cuối Các tiêu chuẩn GSM đã tạo

ra GPRS, dẫn đến một cấu trúc với các thuộc tính, giao diện và hoạt động liên mạng được chỉ định để hỗ trợ chuyển vùng

Để mạng GPRS hoạt động ta cần sự hỗ trợ của:

+ Vệ tinh

+ Ăng ten thu sóng

+ Các cột phát sóng

+ Trạm/ hệ thống máy tính xủ lý dữ liệu

+ Nhà cung cấp dịch vụ GPRS

Một cổng kết nối với các mạng dữ liệu khác là GGSN (Gateway GPRS Support Node) GGSN chịu trách nhiệm cung cấp địa chỉ IP cho các thiết

bị đầu cuối di động trong suốt quá trình kết nối Nó kết nối với các mạng bên ngoài như một bộ định tuyến và một giao diện Nó chứa thông tin định tuyến di động GPRS, được sử dụng để định tuyến các gói thông qua đường trục nội bộ dựa trên IP đến GGSN thích hợp

GGSN cũng có thể hoạt động như một bộ lọc gói cho lưu lượng truy cập đến và ghi lại dữ liệu về giá liên quan đến các dịch vụ internet bên ngoài

5/Ứng dụng

GPRS được sử dụng rất rộng rãi trong đời sống vì nhiều các lợi ích mà

hệ thống này mang lại cho người dụng Đặc biệt là ở giai đoạn khi mà công nghệ mạng 3G, 4G chưa ra đời như hiện nay Rất nhiều các ứng dụng của GPRS trong cuộc sống được sử dụng như:

-Trong công nghiệp: GPRS được áp dụng giống như một phương thức truyền hoặc nhận dữ liệu vô tuyến từ xa thông qua các trạm điều khiển trung tâm, nó có thể giảm sát được năng lượng, nhiệt độ môi trường,

xử lý nước thải,…