Khai thác và sử dụng hiệu quả máy thu GPS navigator và những giải pháp nâng cao độ chính xác vị trí

LỜI CẢM ƠN Em xin cảm ơn nhà trường, Khoa Hàng hải tạo điều kiện cho chúng em học tập môi trường chuyên nghiệp với đội ngũ thầy giảng viên nhiệt tình, giàu kinh nghiệm nhiệt huyết giúp em tiếp thu kiến thức chuyên môn vững Em xin cảm ơn thầy giáo Thạc sỹ Phạm Văn Luân thầy cô khoa Hàng Hải tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện cho em suốt trình thực luận văn tốt nghiệp Cuối em xin cảm ơn tới gia đình động viên giúp đỡ em suốt thời gian học tập trường, cảm ơn anh chị khóa trên, bạn bè nhiệt tình chia sẻ kinh nghiệm, trao đổi góp ý để hoàn thành luận văn i LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan cơng trình nghiên cứu dựa lý thuyết thực tế riêng em hướng dẫn thầy giáo Thạc sỹPhạm Văn Luân Các số liệu, kết quả, hình ảnh nêu luận văn tốt nghiệp trung thực, khách quan chưa cơng bố cơng trình khác Mọi thơng tin, tài liệu trích dẫn luận văn ghi rõ nguồn gốc Sinh viên thực (ký ghi rõ họ tên) Hoàng Văn Tùng ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài CHƢƠNG 1: NGUYÊN LÝ XÂY DỰNG VÀ CẤU TẠO HỆ THỐNG GPS 1.1 Khái quát lịch sử hệ thống GPS 1.2 Cấu trúc hệ thống GPS 1.2.1 Khâu không gian (khâu vệ tinh) 1.2.2 Khâu điều khiển 1.2.3 Khâu máy thu (khâu người sử dụng) 1.3 Tín hiệu hệ thống GPS 1.4 Nguyên lý xác định vị trí máy thu hệ thống GPS 10 1.4.1 Nguyên lý đo khoảng cách hệ thống GPS 10 1.4.2 Xác định vị trí máy thu 12 CHƢƠNG 2: KHAI THÁC SỬ DỤNG MÁY THU GPS NAVIGATOR 15 2.1 Giới thiệu chung nút chức chúng 15 2.2 Cài đặt thông số ban đầu cho máy thu 16 2.2.1 Cài đặt thời gian 17 2.2.2 Cài đặt định dạng ngày tháng/thời gian 17 2.2.3 Cài đặt hệ trắc địa 18 2.2.4 Cài đặt đơn vị đo 18 2.2.5 Cài đặt lượng hiệu chỉnh sai số la bàn từ 19 2.2.6 Cài đặt đồng hồ thị tốc độ 20 2.3 Các chế độ hiển thị hình máy thu 20 2.3.1 Chế độ hình “Navigation information screen” 20 iii 2.3.2 Chế độ hình “Plotting Screen” 23 2.3.3 Chế độ hình “CDI Screen” 23 2.3.4 Chế độ hiển thị “GPS Information Screen” 25 2.3.5 Chế độ hiển thị “Waypoint Information Screen” 25 2.3.6 Chế độ hiển thị “Beacon Information Screen” 26 2.3.7 Chế độ hiển thị “Navigation Assistance Screen” 26 2.4 Chế độ hàng hải theo điểm 27 2.4.1 Khai báo điểm Waypoint 27 2.4.2 Sao chép thông tin điểm Waypoint 28 2.4.3 Xóa điểm waypoint 30 2.4.4 Kích hoạt chế độ hàng hải theo điểm 30 2.5 Chế độ hàng hải theo tuyến 32 2.5.1 Tạo tuyến hành trình 32 2.5.2 Chỉnh sửa tuyến hành trình có sẵn 34 2.5.3 Sao chép tuyến hành trình 34 2.5.4 Xóa tuyến hành trình 35 2.5.5 Kích hoạt khỏi chế độ hàng hải theo tuyến 36 2.6 Cài đặt loại báo động 38 2.6.1 Các báo động 38 2.6.2 Một số báo động phụ 39 2.7 Chức đánh dấu vị trí người rơi x́ ng nước (MOB _ Man Over Board) 41 2.8 Chức lưu trữ điểm sự kiê ̣n (EVT) 42 2.8.1 Thêm điểm kiện/đánh dấu 42 2.8.2 Hiển thị thông tin điểm kiện/ đánh dấu 43 2.8.3 Xóa điểm kiện/đánh dấu 43 CHƢƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CHO MÁY THU GPS 45 3.1 Các nguyên nhân dẫn tới sai số vị trí thu từ máy thu GPS 45 3.1.1 Sai số chuẩn thời gian vệ tinh 45 3.1.2 Sai số tính tốn quỹ đạo vệ tinh 45 3.1.3 Sự phát kèm theo sai số SA người quản lý hệ thống 46 iv 3.1.4 Sai số độ trễ tín hiệu truyền qua tầng điện ly 47 3.1.5 Sai số tốc độ truyền sóng 48 3.1.6Sai số độ trễ sóng truyền qua tầng đối lưu 49 3.1.7 Sai số đa đường truyền 50 3.1.8 Sai số nhiễu 51 3.1.9Sai số sử dụng hệ trắc đạc không đồng GPS hải đồ 51 3.2 Một số giải pháp nâng cao độ xác vị trí 52 3.2.1 Cài đặt thông số máy thu 52 3.2.2 Một số lưu ý trình sử dụng máy thu GPS 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 v MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Theo số liệu thống kê, ngày vận tải đường biển chiếm khoảng 80% tổng lượng hàng hoá luân chuyển giới, riêng Việt Nam 90% Ngành vận tải đường biển giới ngày phát triển với xu hướng ngày đại đa dạng Các cảng biển nước giới khai thác triệt để với quy mô số lượng tăng nhanh Ngày 23/06/1994 Việt Nam phê chuẩn “Công ước Quốc tế Liên hiệp quốc Luật biển 1982”, từ đến ngành hàng hải phát triển cách nhanh chóng số lượng chất lượng Chúng ta nhận thấy số lượng hàng hố xuất - nhập nước ta thơng qua đường biển ngày tăng Ngoài ra, đội ngũ thuyền viên nước ta nâng cao chun mơn nghiệp vụ ngày chiếm vị trí quan trọng dần giới đánh giá cao Có thể nói, với q trình hội nhập đất nước, ngành hàng hải góp phần khơng nhỏ vào nghiệp cơng nghiệp hố đại hố đất nước Điều phản ánh phần trình tăng trưởng kinh tế nước ta thời gian gần Bên cạnh đó, phải thừa nhận rằng, số vụ tai nạn đường biển số nhỏ Các vụ tàu bị mắc cạn, va chạm hay chìm đắm ln đe doạ đến an tồn sinh mạng tài sản thuyền viên công ty vận tải biển Những vụ tai nạn để lại hậu vô to lớn, thiệt hại kinh tế, ảnh hưởng xấu đến môi trường biển, đặc biệt sinh mạng thuyền viên Một nguyên nhân dẫn đến vụ tai nạn lỗi người sử dụng trang thiết bị dẫn đường, thuyền viên khai thác không lường trước, không đánh giá cách xác nguyên nhân dẫn đến sai số Mặc dù trang thiết bị dẫn đường ngày đại khai thác trang thiết bị có hiệu hay khơng lại phụ thuộc lớn vào trình độ hiểu biết người sỹ quan hàng hải tính cách hoạt động trang thiết bị Đề tài “Khai thác sử dụng hiệu máy thu GPS Navigator giải pháp nâng cao độ xác vị trí ’’sẽ đề cập đến phần quan trọng trình khai thác sử dụng hiệu máy thu GPS đưa nhìn đầy đủ tính cách sử dụng chi tiết giúp cho người biển nắm bắt khai thác hiệu tính máy thu GPS, đáp ứng xu ngày phát triển mở rộng vận tải biển Mục đích nghiên cứu đề tài Đề tài “Khai thác sử dụng hiệu máy thu GPS Navigator giải pháp nâng cao độ xác vị trí” thực với mục đích: - Đưa quy trình khai thác chức hàng hải máy thu GPS Navigator số khuyến nghị mang tính giải pháp nhằm nâng cao độ xác loại bỏ sai số cho máy thu GPS - Xây dựng quy trình khai thác sử dụng máy thu GPS Navigator phần mềm tin học Powerpoint giúp cho người sỹ quan hành hải làm quen với máy thu GPS Navigator lên tàu, đề tài tài liệu học tập tham khảo cho sinh viên ngành Điều khiển tàu biển học tập trường Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu lý thuyết hệ thống GPS nói chung máy thu GPS Navigator nói riêng Từ dựa sở thực hành thực tế để xây dựng phương pháp khai thác máy thu GPS Navigator cách hiệu Phạm vi nghiên cứu chủ yếu đề tài đưa quy trình khai khai thác hiệu máy thu GPS Navigator trình hàng hải Phƣơng pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết thực hành dựa sở khoa học liên quan đến khai thác sử dụng máy thu GPS nói chung máy thu GPS Navigator nói riêng Đồng thời đề xuất số phương pháp nâng cao độ xác làm giảm sai số trình sử dụng máy thu GPS Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Đề tài cung cấp cách tương đối đầy đủ lý thuyết hệ thống GPS giúp nâng cao hiểu biết người hệ thống GPS nói chung máy thu GPS Navigator nói riêng Đưa cách khai thác máy thu GPS Navigator giúp người tham khảo thực hành máy - Khi đề tài hoàn thành tài liệu tham khảo dành cho người biển sinh viên học tập tìm hiểu, làm quen, tiếp cận cách khai thác sử dụng máy thu GPS Navigator CHƢƠNG 1: NGUYÊN LÝ XÂY DỰNG VÀ CẤU TẠO HỆ THỐNG GPS 1.1 Khái quát lịch sử hệ thống GPS Sự đời phương tiện vận chuyển máy bay tàu vũ trụ đòi hỏi điều khiển thiết bị khơng gian ba chiều Những hệ thống dẫn đường vô tuyến điện trước dùng để dẫn tàuhiện trở thành lỗi thời không phù hợp cho việc điều khiển tàu Trước đòi hỏi độ xác cho vị trí xác định nhiều nhà khoa học phủ Mỹ tài trợ để thực nghiên cứu hệ thống dẫn đường, từ chế tạo thành cơng hệ thống định vị tồn cầu GPS hệ thống chuẩn phát triển quốc phòng Hoa Kỳ Đây chuẩn định vị nhờ vệ tinh với đầy đủ chức giới GPS sử dụng nhóm từ 24 đến 32 vệ tinh bay quỹ đạo trung bình với độ cao 20200km quanh Trái đất phát tín hiệu tới máy thu GPS nhằm xác định xác vị trí máy thu GPS Tên đầy đủ GPS NAVSTAR GPS vàđược quản lý “United States Air Force 50th Space Wing” GPS thường sử dụng dân hệ thống định vị điều hướng Vào khoảng sau năm 1920, giới xuất hệ thống vô tuyến dẫn đường tạo tiền đề cho việc phát triển hệ thống định vị tồn cầu Những hệ thống hàng hải vơ tuyến điện bao gồm: thiết bị có tầm hoạt động ngắn máy tìm phương, đèn hiệu vơ tuyến (radio beacons), radar thiết bị có tầm hoạt động dài hệ thống OMEGA, DECCA LORAN-C Những hệ thống dẫn đường chủ yếu sử dụng để dẫn tàu máy bay Hệ thống định vị toàn cầu GPS (NAVSTAR GPS - Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System) hệ thống vệ tinh có khả xác định vị trí tồn cầu với độ xác cao phát triển quốc phòng Hoa Kỳ khoảng đầu năm 1970 Đầu tiên, GPS xây dựng để phục vụ cho mục đích quân Sau chuyến bay 007 từ Hàn Quốc bị bắn hạ vào năm 1983 bay vào vùng cấm bay USSR, tổng thống Mỹ, Ronald Reagan đưa thị sử dụng GPS cho dân tiện ích chung Từ đó, GPS sử dụng rộng rãi hỗ trợ định vị tồn cầu, cơng cụ hữu dụng cho thiết kế đồ, đo đạc địa chất, nghiên cứu khoa học tiện ích cá nhân khác Hệ thống GPS thức hồn thành vào ngày 8-12-1993 với 24 vệ tinh Trong thực tế GPS có số lượng vệ tinh ln nhiều 24 vệ tinh 1.2 Cấu trúc hệ thống GPS GPS gồm khâu:  Khâu không gian (là vệ tinh GPS)  Khâu điều khiển (các trạm kiểm soát mặt đất)  Khâu sử dụng (gồm máy thu GPS dùng cho dân quân sự) Sơ đồ cấu trúc hệ thống GPS: Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống GPS 1.2.1 Khâu không gian (khâu vệ tinh) Tính đến năm 2012 khâu khơng gian hệ thống GPS bao gồm 32 vệ tinh nhân tạo Quỹ đạo chuyển động vệ tinh bay xung quanh trái đất quỹ đạo tròn, vệ tinh chuyển động mặt phẳng quỹ đạo Các mặt phẳng quỹ đạo sử dụng sai số S/A để giảm sai số số khu vực khoảng thời gian mà người biển trước 3.1.4 Sai số độ trễ tín hiệu truyền qua tầng điện ly Trái đất coi bao phủ tầng khí Tầng thứ từ mặt đất lên đến độ cao 10km gọi tầng đối lưu, phía tầng đối lưu tầng bình lưu kéo dài đến độ cao khoảng 50km, tầng điện ly nằm tầng bình lưu có độ cao phụ thuộc vào thời điểm khác ngày Sóng radio chịu ảnh hưởng tầng khí trên, tầng điện ly có tác động mạnh Tầng điện ly chứa nhiều phần tử bị ion hóa số lượng điện tử tự tương ứng Để nguyên tử giải phóng điện tử tạo thành ion cần có lượng, lượng lấy từ tia xạ cực tím (Ultraviolet-UV) Mặt trời Do nguồn xạ mạng có nhiều điện tử tự tầng điện ly Ảnh hưởng lớn tầng điện ly đến độ xác hệ thống GPS tình trạng trễ thời gian Nó làm cho thời gian truyền tín hiệu bị chậm vượt qua quãng đường tầng điện ly Trong độ xác GPS phụ thuộc nhiều vào việc đo thời gian thật xác nên độ trễ có tác động lớn tới độ xác hệ thống GPS Độ trễ thời gian phụ thuộc vào số yếu tố như: Tỉ lệ nghịch với bình phương tần số phát, tỉ lệ thuận với mật độ điện tử (Total electron content-TEC, đơn vị biểu thị mức độ ion hóa khí quyển) Cơng thức chung biểu diễn độ trễ thời gian sau: Δt = 𝐾.𝑇𝐸𝐶 𝑓2 Trong đó:  Δt: Độ trễ thời gian  f: Tần số phát vệ tinh  TEC: Mật độ điện tử tầng điện ly 47  K: Hằng số Do tia cực tím ion hóa phần tử phía bầu khí nên độ trễ thời gian lớn mặt trời chiếu sáng thấp mặt trời lặn Thực nghiệm cho thấy giá trị Δt lớn vào khoảng 15.00 thấp vào khoảng 05.00 Sai số gây lớn vào ban ngày Ngoài biến thiên ngày ra, sai số phụ thuộc vào mùa, đạt cực đại vào thời kỳ xuân phân Mặt khác sai số phụ thuộc vào hoạt động Mặt trời, thời kỳ Mặt trời có nhiều vệt đen giá trị Δt lớn đồng nghĩa với sai số lớn 3.1.5 Sai số tốc độ truyền sóng Sóng vơ tuyến truyền với vận tốc ánh sáng c ≈ 3.108 m/s Trong trình lan truyền từ vệ tinh xuống máy thu, vận tốc truyền sóng phụ thuộc vào yếu tố mơi trường truyền sóng Do tốc độ truyền sóng thực tế sai khác với tốc độ sử dụng tính tốn, dẫn đến việc sai số việc tính tốn vị trí Để giảm bớt sai số tốc độ sóng truyền người ta có phương pháp sau: - Phương pháp sử dụng hai tần số phát: Phương pháp đòi hỏi phải thu hai tần số L1 L2 Chỉ máy thu đặc biệt thu mã P tần số L2 chúng áp dụng kỹ thuật Phương pháp đo khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu theo đường truyền hai sóng mang L1 L2 Các khoảng cách khác dẫn đến độ trễ thời gian khác xác định công thức sau: R(f) = Rthật + sai số Với R(f) khoảng cách lệch với khoảng cách thật lượng phụ thuộc vào tần số, kỹ thuật loại trừ sai số xác định hai khoảng cách R(L1) R(L2) Còn sai số cho thấy sai số tỉ lệ nghịch với bình phương tần số Kết hợp hai phương trình khoảng cách đo hai tần số khác tính khoảng cách thật Phương pháp có ưu điểm: 48  Tính tốn sai số dựa vào liệu thực tế nên độ xác tương đối cao  Giảm bớt liệu tầng điện ly tin dẫn đường, liệu chiếm phần đáng kể tin dẫn đường - Tuy nhiên hầu hết máy thu dân thu hai tần số L1 L2 nên máy thu áp dụng phương pháp tính tốn sai số truyền sóng theo mơ hình tốn học Phương pháp quy sai số truyền qua tầng điện ly hàng ngày thành hàm số toán học Giá trị sai số xác định có dạng hàm cosin, gồm hệ số cực đại sai số, thời gian ngày, quãng thời gian dao động giá trị cực tiểu sai số Phép tính xác sai số đạt cực đại ngày Hệ số tính tốn phép tính phát cho máy thu tin vệ tinh dẫn đường Phương pháp xác so với máy thu kênh phương pháp máy thu dân 3.1.6Sai số độ trễ sóng truyền qua tầng đối lưu Do vùng khí sát mặt đất có mật độ khơng khí, nhiệt độ áp suất khơng đồng nên sóng truyền qua khu vực làm cho đường truyền sóng bị khúc xạ cong đi, quãng đường truyền sóng dài so với quãng đường thực, gọi tượng khúc xạ mặt đất Hiện tượng làm cho tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu bị trễ lại, vệ tinh độ cao thấp độ trễ lớn Các vệ tinh có độ cao nhỏ o có độ trễ lớn gây nên sai số lớn không sử dụng Các máy thu ngày nay, nhà sản xuất chế tạo thiết lập cho máy thu tự động loại bỏ vệ tinh có độ cao nhỏ 5o Người khai thác lựa chọn vệ tinh có độ cao lớn để đảm bảo nâng cao độ xác xác định vị trí 49 3.1.7 Sai số đa đường truyền Hình 3.2 Sai số đa đường truyền Sai số đa đường truyền sinh máy thu nhận tín hiệu hai thời điểm khác Tín hiệu thu trực tiếp từ vệ tinh, tín hiệu thứ hai tín hiệu truyền từ vệ tinh đến máy thu sau phản xạ qua bề mặt khác mặt boong tàu, mặt biển, máy bay, cơng trình lớn gần Người ta thiết kế tín hiệu GPS để giảm thiểu sai số đa đường truyền cụ thể: - Các tần số L1 L2 khuếch tán tia phản xạ, giảm bớt cường độ tín hiệu sóng phản xạ tới máy thu - Thiết kế ăn-ten cho nhận biết loại trừ sóng phản xạ ví dụ: Máy thu GPS tàu biển sử dụng anten có dạng đĩa kim loại phẳng nằm ngang với phận thu nằm tâm đĩa cho phép thu tín hiệu 5o phía mặt phẳng đĩa, tín hiệu phản xạ từ mặt boong tàu, mặt biển bị loại bỏ Ngồi theo tính chất sóng mang, tốc độ tín hiệu lớn hai mà P C/A đặc tính phương pháp tự động đồng pha giảm bớt ảnh hưởng sai số đa đường truyền Tổng hợp yếu tố giảm sai số đa đường truyền xuống mét 50 3.1.8 Sai số nhiễu Khi tàu hành trình gần bờ, khu cơng nghiệp chịu ảnh hưởng nhiều loại nhiễu VTĐ làm ảnh hưởng đến độ xác định vị Trong q trình tín hiệu truyền từ vệ tinh đến máy thu bị ảnh hưởng nhiễu gây méo tín hiệu dẫn đến sai lệch so với gốc, ảnh hưởng đến sai số xác định vị trí máy thu Để hạn chế sai số máy thu tự động đánh giá tỉ lệ nhiễu, mức độ tin cậy tin vệ tinh, qua tự động lựa chọn tin vệ tinh nhiễu đáng tin cậy để giúp nâng cao độ xác việc xác định vị trí máy thu Người sử dụng lựa chọn vệ tinh có tín hiệu bị nhiễu giới hạn mức độ nhiễu cho tin được sử dụng 3.1.9Sai số sử dụng hệ trắc đạc không đồng GPS hảiđồ Hệ thống trắc đạc chuẩn dùng cho hệ GPS hệ WGS-84 Hiện theo qui định, tất hải đồ chạy tàu phải lập sở hệ trắc đạc WGS-84 Do loại trừ sai số vị trí GPS Tuy nhiên số hải đồ cũ chưa chuyển sang hệ WGS-84 thao tác vị trí GPS lên hải đồ có sai số thao tác Một vài quốc gia có ngành hàng hải phát triển trì hệ trắc địa riêng họ tương đương với hệ WGS-84 như: hệ North American Datum 1983 (NAD83), hệ European Terrestrial Reference System 1989 (ETRS89) Như vậy, vị trí bề mặt Trái đất có nhiều tọa độ khác đặt hệ trắc địa khác Các vị trí khác cho sai lệch khác khác không theo qui luật định Trên giới, nhiều khu vực khơng có đầy đủ thơng tin để từ xây dựng hải đồ theo hệ WGS-84, số khu vực phải đợi kết khảo sát quyền địa phương Do đó, hải đồ cho khu vực phải xây dựng dựa hệ trắc điạ cũ có sắn trước đó, tên hệ 51 nêu lên tiêu đề hải đồ Nhiều hải đồ không xác định xác tương quan vị trí hải đồ với hệ trắc địa khác nên thường phải có dòng lưu ý tiêu đề hải đồ đó: “Sai lệch vị trí vệ tinh vị trí hải đồ khơng thể xác định được” hay “Sai lệch vị trí CÓ THỂ RẤT RÕ RÀNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN HÀNG HẢI” – “the differences between satellite-derived positions and positions on this chart can not be determined”, “differences MAY BE SIGNIFICANT TO NAVIGATION” 3.2 Một số giải pháp nâng cao độ xác vị trí Khi khai thác sử dụng máy thu GPS ta phải thật ý thân máy thu hệ thống tồn sai số trình bày bên trên, sử dụng cài đặt sai làm cho sai số vị trí lớn dẫn đến việc máy thu cho thông số tọa độ sai lệch so với thực tế Dưới số giải pháp giúp nâng cao độ xác vị trí sử dụng máy thu GPS 3.2.1 Cài đặt thông số máy thu Việc nhập lựa chọn thông số ban đầu cho máy thu quan trọng để máy cho vị trí thơng tin hàng hải khác Các thông số cần cài đặt cho máy bao gồm: a) Chọn chế độ định vị cho máy thu Máy thu cho phép xác định vị trí theo hai chế độ 2D 3D, tương ứng với chế độ định vị hai thông số (kinh độ, vĩ độ) thông số (kinh độ, vĩ độ độ cao) Với máy thu hàng hải, tàu hành trình biển ta chọn chế độ 2D, thơng số hình học vệ tinh kí hiệu HDOP (Horizontal Dilution of Precision) b) Lựa chọn hệ trắc địa phù hợp với hải đồ dùng Hệ trắc địa chuẩn cho hệ thống GPS WGS-84, hầu hết hải đồ xuất xây dựng dựa sở hệ trắc địa Khi vị trí tàu thu từ máy thu thao tác trực tiếp hải đồ Tuy nhiên số hải đồ, 52 nhiều nguyên nhân khác nhau, chưa chuyển sang hệ trắc địa WGS-84 thao tác vị trí GPS lên hải đồ gây sai số định Để khắc phục sai số này, hiệu chỉnh hệ trắc địa máy thu để máy thu tính toán theo hệ trắc địa phù hợp với hệ trắc địa hải đồ dùng Cụ thể máy thu tích hợp thơng số hiệu chỉnh hầu hết hệ địa khác giới Khi sử dụng hải đồ cần kiểm tra xem hệ trắc địa hải đồ để tránh gây sai số Một số hải đồ khơng có thơng tin rõ ràng việc sử dụng hệ trắc địa nào, trường hợp cần đặt hệ trắc địa máy thu WGS-84 Nếu hải đồ có thơng báo hiệu chỉnh vị trí thu máy thu định vị vệ tinh khu vực hải đồ thể theo Δφ Δλ cần hiệu chỉnh lại trước thao tác vị trí GPS lên hải đồ Trong trình chạy biển phải sử dụng nhiều tờ hải đồ khác nhau, đổi sang sử dụng tờ hải đồ khác cần xem xét lại hệ trắc địa tờ hải đồ có trùng với hệ trắc địa mà máy thu GPS sử dụng hay không Nếu không trùng cần cài đặt lại hệ trắc địa cho máy thu GPS cài đặt thơng số hiệu chỉnh cho phù hợp Ngồi ra, tàu nằm cầu chạy gần cầu cảng coi có tọa độ tức thời xác giống tọa độ cầu cảng máy thu lại cho giá trị khác với giá trị tiến hành hiệu chỉnh cách nhập trực tiếp sai số hiệu chỉnh tọa độ xác vào máy thu Khi tàu chạy khỏi vùng cầu cảng lượng hiệu chỉnh khơng ý nghĩa nên đặt lại giá trị hiệu chỉnh sai số c) Nhập múi tàu sử dụng Khi tàu hành trình chạy qua múi khác nhau, lần đổi tàu phải thay đổi lại số liệu múi máy thu GPS cho phù hợp 53 d) Nhập độ cao anten Đây thông số quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến độ xác vị trí máy thu Trong trình khai thác, hành trình tàu độ cao anten máy thu GPS so với mặt biển có thay đổi, lần thay đổi phải tính toán nhập lại độ cao anten vào máy thu để có thơng số vị trí xác Để tính tốn độ cao anten so với mặt biển ta thường làm sau: Khi lắp máy thu GPS lên tàu cần xác định xác độ cao anten so với ki tàu (H) ghi lại thông số Sau tùy theo mớn nước cảu tàu theo chuyến để tính độ cao anten gần theo công thức: Độ cao anten = H – mớn nước e) Lựa chọn giá trị giới hạn độ cao vệ tinh giới hạn giá trị DOP Giá trị DOP (Dilution of Precision) biểu thị tương quan mặt bố trí hình học vệ tinh khơng gian so với vị trí máy thu có tốt hay khơng Nếu trị số DOP nhỏ nghĩa tương quan hình học vệ tinh tốt độ xác định vị cao Lý tưởng giá trị DOP 1, trị số lớn sai số định vị lớn Ta đặt giới hạn trị số DOP mức đó, trị số DOP vượt mức máy thu tự động cắt bỏ vị trí xác định, tự động loại bỏ vệ tinh không cần thiết, tìm thu nhận vệ tinh khác để có thơng số DOP nhỏ cho vị trí có độ xác cao Tuy nhiên không nên cài đặt trị số nhỏ tránh tình trạng máy thu khơng tìm đủ số lượng vệ tinh cần thiết để xác định vị trí, tọa độ máy thu Thông thường máy GPS dùng hàng hải lựa chọn cài đặt trị số DOP khoảng 2.0 đến 3.0 Do chuyển động hàng ngày Trái đất chuyển động quay quanh Trái đất vệ tinh, Trái đất quan sát tượng vệ tinh mọc lặn giống thiên thể Tại thời điểm vệ tinh gần đường chân trời có độ cao nhỏ, khúc xạ khí có tác động mạnh đến đường truyền sóng so 54 với thời điểm vệ tinh có độ cao lớn nên sai số truyền sóng lớn dẫn đến độ xác định vị so với lúc vệ tinh có độ cao lớn Ngồi số lượng vệ tinh tầm nhìn anten máy thu nhiều, khoảng 10-14 vệ tinh ta loại bỏ bớt số vệ tinh có độ cao nhỏ có sai số đo khoảng cách lớn để tăng độ xác định vị mà đảm bảo đủ số lượng vệ tinh cần thiết để thu tín hiệu phục vụ xác định vị trí Để loại bỏ vệ tinh có độ cao thấp máy thu có chế độ đặt giới hạn độ cao vệ tinh, vệ tinh có độ cao lớn giá trị đặt trước lựa chọn để xác định vị trí Thơng thường ta chon khoảng giá trị 50 100 hợp lý đảm bảo yếu tố nên f) Cài đặt thông số cho phương thức định vị vi phân GPS (DGPS) Vi phân GPS (Differential GPS) giải pháp nâng cao độ xác định vị Đối với máy thu dân thu mã tín hiệu C/A độ xác coi đạt 50m áp dụng kỹ thuật vi phân GPS độ xác đạt tới 4m Do tàu chạy gần bờ hay luồng người ta thường sử dụng vị trí vi phân GPS Để sử dụng vi phân GPS máy thu phải thiết kế thu tín hiệu DGPS Nếu máy thu có chế độ tự động thu DGPS cần chuyển chức thu DGPS sang chế độ tự động Khi tầm hoạt động có trạm DGPS máy tự động thu nhận ảnh báo vị trí vị trí DGPS Thu tay: Trước hết ta phải tra cứu thông số tram DGPS, sử dụng Admiralty List of Radio Signal-Vol.2 (ALRS-Vol.2) Khi tra bảng để tìm trạm cần thiết thơng số quan trọng khoảng cách từ tàu ta tới trạm Khi tàu hành trình khỏi vùng bao phủ trạm DGPS cần phải tìm chọn lại trạm khác cho phù hợp Sau tra cứu danh mục, chọn trạm cần thiết sở gần vị trí tàu ta Để nâng cao độ xác tin cậy vị trí thu sử dụng vi phân GPS người sử dụng cần: - Nhập thông số tần số phát tốc độ liệu (Tx fx Tx rate) 55 - Nhập thông số Time out vào máy thu Tùy loại máy thu mà nhập thông số cho phép từ 10s đến 180s Nói chung nên chọn giá trị trung bình khoảng 100s, tín hiệu DGPS thời gian máy thu tự động trở lại chế độ GPS - Nhập thơng số tốc độ thu nhận tín hiệu DGPS Có vài giá trị cho sẵn để lựa chọn, giá trị phổ biến 4800 bps 3.2.2 Một số lưu ý trình sử dụng máy thu GPS Để đảm bảo máy thu GPS hoạt động tốt cho vị trí xác cần cung cấp nguồn điện ổn định phù hợp với điện áp quy định nhà sản xuất, tránh tình trạng máy thu bị chập chờn hoạt động không ổn định Hơn việc cung cấp dòng điện định mức ổn định góp phần giảm thiểu hỏng hóc cho mạch điện máy, tăng tuổi thọ máy thu, giảm sai số máy thu bị lỗi hay hư hỏng Thực tế tàu chạy biển, số vùng biển định, lý khác nên Bộ quốc phòng Mỹ chủ ý làm sai lệch tin vệ tinh Khi độ xác định vị khu vực khơng thể dự tính được, chí máy thu khơng xác định vị trí GPS Chúng ta biết lúc hay chỗ tồn sai số, sử dụng vị trí thu từ GPS ta khơng nên tin tưởng tuyệt đốinênthường xuyên kiểm tra so sánh với vị trí thu từ phương pháp xác định vị trí tàu khác Khi tàu hành trình gần bờ, khu công nghiệp chịu ảnh hưởng nhiều loại nhiều vơ tuyến điện làm cho độ xác định vị bị giảm sút Cần phải dự kiến mức độ sai số, không tuyệt đối tin tưởng hay dùng vị trí thu để xác định vị trí tàu, trừ vị trí thu phương pháp vi phân GPS.Chúng ta coi giá trị dùng để tham khảo, kết hợp với phương pháp xác định vị trí địa văn, thiên văn có mục tiêu để tránh bị sai số việc xác định vị trí tàu 56 Khi tàu hành trình thấy hình thị tọa độ GPS nhấp nháy khơng sử dụng vị trí thu khơng xác, máy thu khơng có đủ liệu để tính tốn vị trí tàu Trong điều kiện thời tiết xấu giơng bão, tín hiệu GPS bị suy giảm lúc máy thu cho vị trí tàu với độ xác khơng cao cần lưu ý sử dụng Trong trình hàng hải cần đánh dấu tọa độ điểm nguy hiểm máy GPS, tàu hành trình gần khu vực, điểm đánh dấu từ trước cần quan sát tương quan vị trí thu vị trí thực tế hải đồ để so sánh, không tuyệt đối tin tưởng vào GPS Khi tàu hành trình theo tuyến lưu từ trước máy thu GPS cần phải kiểm tra xem tọa độ điểm chuyển hướng nhập xác chưa, tránh tình trạng nhập sai gây nguy hiểm cho trình hàng hải điều động tàu Để đảm bảo an tồn ln có so sánh vị trí GPS vị trí dự tính hải đồ 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Luận văn đưa lý thuyết chung hệ thống GPS đồng thời trình bày cách khai thác sử dụng máy thu GPS Navigator, nêu chi tiết tính cụ thể cách tiếp cận sử dụng chúng Ngoài luận văn nêu loại sai số GPS phương pháp giảm thiểu, khắc phục sai số đó, đưa số phương pháp cài đặt, khai thác sử dụng máy thu để nâng cao độ xác định vị sử dụng Xây dựng chương trình mơ phần mềm PowerPoint giúp sinh viên, người sỹ quan làm quen với tính máy thu GPS Navigator KIẾN NGHỊ Hiện số lượng máy móc thực hành sử dụng giảng dạy hạn chế nên cần tiếp tục xây dựng phần mềm mô hoạt động máy móc giúp sinh viên làm quen trước, tự nghiên cứu tìm hiểu cách khai thác sử dụng 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Giáo trình Máy vơ tuyến điện hàng hải 1, Khoa Hàng Hải, Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam, 2014; Japan Radio Co.Ltd, Intruction Manual GPS Navigator; htttp://www.ion.org 59 NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN Tinh thần thái độ, cố gắng sinh viêntrong q trình thực hiệnLuận văn/khóa luận: Trong q trình thực luận văn, sinh viên có thái độ tinh thần cầu thị, ham học hỏi, tích cực, cầu mẫn; có lực nghiên cứu, có tư duy, tác phong nhanh nhẹn, bắt vấn đề nhanh, có khả giải vấn đề khoa học thực tiễn đặt liên quan đến nội dung đề tài Đánh giá chất lượng Luận văn/khóa luận tốt nghiệp (so với nội dung yêu cầu đề mặt: lý luận, thực tiễn, chất lượng thuyết minh vẽ): * Nội dung luận văn phù hợp với yêu cầu, mục đích đề tài đặt - Luận văn đưa nét sở lý thuyết hệ thống GPS nói chung, đồng thời đưa quy trình khai thác, sử dụng máy thu GPS-Navigator với tính ứng dụng bật so với loại máy thu GPS trước Phân tích nguyên nhân gây sai số sử dụng vị trí thu GPS, đưa khuyến nghị cho người sử dụng độ xác vị trí biện pháp giảm thiểu sai số để nâng cao độ xác cho vị trí xác định - Luận văn xây dựng phần hướng dẫn khai thác sử dụng máy thu GPS Navigator máy tính, làm tài liệu thực hành tham khảo máy tính góp phần hỗ trợ cho tình trạng thiếu máy GPS phòng thực hành Đồng thời kết luận văn dùng làm tài liệu học tập tham khảo khai thác sử dụng máy thu GPS-Navigator cho sinh viên ngành Điều khiển tàu biển thuyền viên ngành Boong tàu * Ưu điểm, nhược điểm nội dung hình thức luận văn: - Luận văn đạt yêu cầu, mục đích đặt “Khai thác sử dụng hiệu máy thu GPS Navigator giải pháp nâng cao độ xác vị trí”đáp ứng tiêu chí yêu cầu, sử dụng làm tài liệu cho sinh viên chuyên ngành Điều khiển tàu biển thuyền viên ngành Boong tàu - Luận văn trình bày mạch lạc, rõ ràng, mẫu luận văn tốt nghiệp Chấm điểm giảng viên hướng dẫn (Điểm ghi số chữ)Hải Phòng, ngàytháng năm 20 Giảng viên hướng dẫn 60 ĐÁNH GIÁ CỦA NGƢỜI PHẢN BIỆN Đánh giá chất lượng Luận văn/khóa luận tốt nghiệp mặt: thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý thuyết, vận dụng vào điều kiện cụ thể, chất lượng thuyết minhvà vẽ, mơ hình (nếucó) …: Chấm điểm người phản biện (Điểm ghi bằngsố chữ) Hải Phòng, ngày tháng năm 20 Ngườiphảnbiện 61 ... Khai thác sử dụng hiệu máy thu GPS Navigator giải pháp nâng cao độ xác vị trí thực với mục đích: - Đưa quy trình khai thác chức hàng hải máy thu GPS Navigator số khuyến nghị mang tính giải pháp. .. có hiệu hay khơng lại phụ thu c lớn vào trình độ hiểu biết người sỹ quan hàng hải tính cách hoạt động trang thiết bị Đề tài Khai thác sử dụng hiệu máy thu GPS Navigator giải pháp nâng cao độ xác. .. Nguyên lý xác định vị trí máy thu hệ thống GPS 10 1.4.1 Nguyên lý đo khoảng cách hệ thống GPS 10 1.4.2 Xác định vị trí máy thu 12 CHƢƠNG 2: KHAI THÁC SỬ DỤNG MÁY THU GPS NAVIGATOR