2.2.1. Phân tích bản tin định vị NMEA 0183
Như chúng ta đã biết, kỹ thuật này dựa hoàn toàn vào bản tin định vị của hệ thống GPS, tức là bản tin định vị NMEA 0183. Để tách được các thông số về tọa độ từ tín hiệu GPS phục vụ cho các phép đo xác định vị trí trên điện thoại di động, nhóm nghiên cứu sẽ tiến hành nghiên cứu, phân tích bản tin định vị NMEA 0183. NMEA (National Marine Electronics Association) là một giao thức giao tiếp chuẩn thường (được phát triển từ năm 1983) được sử dụng trong các hệ thống quan sát thời gian thực và tự động. NMEA được phát triển bởi một nhóm các nhà sản suất, các nhà phân phối, các tổ chức giáo dục.
Chuẩn NMEA sử dụng mã ASCII đơn giản, phương thức truyền tuần tự. Dữ liệu sẽ được truyền đi trong một "câu" theo một hướng duy nhất từ một máy phát (talker) đến một máy thu (listener) tại một thời điểm. Trên cơ sở đó, người
ta cũng đã mở rộng để một máy phát có thể đến nhiều máy thu, cũng như một máy thu có thể nhận thông tin từ nhiều máy phát.
NMEA chính là chuẩn giao tiếp cho các chip thu GPS trả ra toạ độ cho các thành phần khác, như là chip xử lý để tính ra toạ độ, hay thiết bị khác đang cần thông tin chuẩn này.... Để hiểu nhau, tất cả phần tử trong một hệ thống phải thống nhất với nhau từ trước.Đặc điểm chung của bản tin theo chuẩn NMEA. Tín hiệu theo chuẩn NMEA được truyền đồng bộ theo một hướng hoặc phát, hoặc thu với các tham số:
- Tốc độ Baud: 4800 - Số bit dữ liệu: 8
- Bit dừng: 1 (hoặc nhiều hơn) - Bit chẵn lẻ: Không dung - Bắt tay: Không dùng
Một bản tin NMEA bao gồm nhiều “câu”, mỗi câu được bắt đầu bằng mã “câu” và các thông tin mà “câu” cung cấp theo quy định biết trước.
Sau đây là ý nghĩa của 26 “câu” trong đơn vị GPS. $GPMSK - Control for a Beacon Receiver $GPMSS - Beacon Receiver Status $GPAAM - Waypoint Arrival Alarm
$GPALM - GPS Almanac Data (Can also be received by GPS unit) $GPAPB - Autopilot format "B"
$GPBOD - Bearing, origin to destination
$GPBWC - Bearing and distance to waypoint, great circle $GPGGA - Global Positioning System Fix Data
$GPGLL - Geographic position, latitude / longitude $GPGRS - GPS Range Residuals
$GPGST - GPS Pseudorange Noise Statistics $GPGSV - GPS Satellites in view
$GPHDT - Heading, True
$GPR00 - List of waypoints in currently active route
$GPRMA - Recommended minimum specific Loran-C data $GPRMB - Recommended minimum navigation info
$GPRMC - Recommended minimum specific GPS/TRANSIT data $GPRTE - Routes
$GPTRF - TRANSIT Fix Data $GPSTN - Multiple Data ID
$GPVBW - Dual Ground / Water Speed
$GPVTG - Track made good and ground speed $GPWPL - Waypoint location
$GPXTE - Cross-track error, Measured
$GPZDA - UTC Date / Time and Local Time Zone Offset 12 “câu” giải thích dành riêng cho đơn vị GPS
$HCHDG - Compass Heading
$PGRMB - DGPS Beacon Information
$PGRMC - Sensor Configuration Information
$PGRMC1 - Additional Sensor Configuration Information $PGRME - Estimated Position Error
$PGRMF - GPS Position Fix Data
$PGRMI - Sensor Initialization Information $PGRMM - Map Datum
$PGRMT - Sensor Status Information $PGRMV - 3D Velocity Information $PGRMZ - Altitude Information
$PSLIB - Tune DPGS Beacon Receiver
Trong đó, $GPRMC mang gần như đầy đủ các thông tin trong việc xác định vị trí. Các thông tin mà “câu” $GPRMC cung cấp cho người sử dụng là:
- Thông tin về ngày, tháng, năm. - Thông tin về thời gian.
- Thông tin về latitude - Thông tin về longitude - Thông tin về vận tốc. - Thông tin về hướng
Ví dụ về “câu” $GPRMC như sau:
$GPRMC,081836,A,3751.65,S,14507.36,E,000.0,360.0,130998,011.3,E *62 $GPRMC,220516,A,5133.82,N,00042.24,W,173.8,231.8,130694,004.2,W*70 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Trong đó: 1 220516 Time Stamp
2 A Validity - A-ok, V-invalid 3 5133.82 current Latitude 4 N North/South 5 00042.24 current Longitude 6 W East/West 7 173.8 Speed in knots 8 231.8 True course 9 130694 Date Stamp 10 004.2 Variation 11 W East/West 12 *70 checksum
Hình 2.1. Cấu trúc dữ liệu GPS. [1]
Mỗi khung con trong thông điệp được giao một nhiệm vụ mang một thông tin riêng
- Khung con thứ nhất: Bao gồm các hệ số dùng để hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh, các loại cờ khác nhau và niên hạn của dữ liệu.
- Khung con thứ hai và ba: Chứa các tham số lịch thiên văn phát tín (các tham số của quĩ đạo).
- Khung con thứ tư: Mới chỉ có những thông tin cảm biến trên 10 trong số 25 trang hiện có. Nội dung của các trang này bao gồm một mô hình tầng điện ly, số liệu giờ thế giới UTC, cờ để nhận biết những vệ tinh khác nhau. Nếu trên quĩ đạo có nhiều hơn 24 vệ tinh và hệ thống chống lừa gạt được chuyển mạch ( khi mã Y hoặc phiên bản bí mật của mã P thay thế mã P ), thì số lượng dữ liệu lịch thư và thông báo tình trạng hoạt động của vệ tinh vượt quá con số 24.
- Khung con thứ năm: Bao gồm các dữ liệu lịch và tình trạng hoạt động của 24 vệ tinh đầu tiên trên quĩ đạo. Dữ liệu lịch thư là một kiểu diễn giải sơ bộ về quĩ đạo vệ tinh, được dùng để xác định từng vệ tinh nằm ở vị trí nào trong chòm vệ
nhưng chưa được theo dõi. Nhờ đó, khi theo dõi được một vệ tinh, thì việc thu tín hiệu của các vệ tinh khác sẽ tương đối dễ dàng hơn.
Tín hiệu bắt đầu/kết thúc của tuần: Tại thời điểm bắt đầu/kết thúc của tuần Việc đánh số trang tuần hoàn của các khung con từ một đến năm phải được khởi động lại từ khung con thứ nhất mà không cần biết là khung con nào được truyền đi lần cuối cùng trước khi kết thúc hoặc bắt đầu của tuần.
Sự tuần hoàn của 25 trang của các khung con bốn và năm phải được khởi động lại từ trang đầu tiên của mỗi khung con mà không cần biết là trang nào được truyền đi lần cuối cùng trước khi kết thúc hoặc bắt đầu của tuần. Tất cả việc tải thông điệp và cắt bỏ trang chỉ diễn ra tại các giới hạn của khung (Module 30s).
Kiểm tra chẳn lẽ dữ liệu: Các từ 1 đến 10 của các khung con từ 1 đến 5 phải chứa 6 bits kiểm tra chẳn lẽ tại các vị trí LSB của nó. Thêm vào đó hai bits không mang thông tin phải được cung cấp tại hai bits 23 và 24 của từ thứ hai và từ thứ mười để cho mục đích tính toán tính chẳn lẽ.
Tại mỗi đầu khung con chiều dài 6s là hai từ đặc biệt gọi là từ Telemetry (TLM) và từ Hand-over (HOW). Từ HOW bao gồm "số đếm Z" và cứ mỗi 6s thay đổi một lần. Từ TLM chỉ thay đổi khi chịu tải hoặc liên lạc với các hoạt động của vệ tinh khác.
Từ Telemetry (TLM): Mỗi từ TLM dài 30 bit, xuất hiện mỗi 6s trong khung dữ liệu và là từ đầu tiên của mỗi khung. Dạng thức TLM được trình bày theo hình 2-6. Mỗi từ TLM sẽ bắt đầu bởi một từ mào đầu là mẫu đồng bộ cố định 8 bit theo sau bởi 16 bit dành riêng và 6 bit chẵn lẻ. Các bit dành riêng khi thích hợp có thể chứa các nội dung sau:
- Tình trạng tải dữ liệu lên vệ tinh. - Các thông điệp chuẩn đoán.