- Từ đó phân tích để đƣa ra mô hình hỗ trợ định vị trong điều kiện máy thu không nhìn thấy các vệ tinh GPS. - 20 2.1 Tổng quan các hệ thống định vị sử dụng vệ tinh. - 34 2.3.2 Chuẩn SUPL hỗ trợ định vị vệ tinh. - 58 3.3.1 Kịch bản 1: Thu tín hiệu vệ tinh GPS khu vực không bị che khuất. - 58 3.3.2 Kịch bản 2: Thu tín hiệu vệ tinh GPS khu vực bị che khuất. - 64 3.3.3 Kịch bản 3: Bộ thu đƣợc cung cấp thông tin số hiệu vệ tinh. - 76 8 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Mô hình bộ thu đa kênh thu nhiều tín hiệu từ các vệ tinh GNSS. - 17 Hình 2.1: Mô tả hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GNSS [2. - 21 Hình 2.3: Hệ thống vệ tinh GPS. - 26 Hình 2.7: Không gian tìm kiếm quá trình khai phá tín hiệu với mỗi vệ tinh [1. - 27 Hình 2.8: Đồ thị 3 chiều hàm CAF khi tìm thấy vệ tinh. - 55 Hình 3.4: Kết quả trả về số hiệu vệ tinh khi kết nối tới Server A-GPS. - 56 9 Hình 3.5: Kết quả các vệ tinh khi kiểm tra bằng phần mềm Orbitron 3.71. - 59 Hình 3.8: Các vệ tinh GPS thu đƣợc trong bộ dữ liệu khi chƣa tăng độ nhạy. - 60 Hình 3.9: Các vệ tinh GPS thu đƣợc trong bộ dữ liệu khi đã tăng độ nhạy. - 61 Hình 3.10: Biểu đồ số lƣợng vệ tinh thu đƣợc khi chƣa tăng độ nhạy. - 63 Hình 3.11: Biểu đồ số lƣợng vệ tinh thu đƣợc khi đã tăng độ nhạy. - 65 Hình 3.15: Các vệ tinh GPS thu đƣợc trong bộ dữ liệu khi chƣa tăng độ nhạy. - 66 Hình 3.16: Các vệ tinh GPS thu đƣợc trong bộ dữ liệu khi đã tăng độ nhạy. - 68 Hình 3.17: Biểu đồ số lƣợng các vệ tinh thu đƣợc khi chƣa tăng độ nhạy. - 70 Hình 3.18: Biểu đồ số lƣợng các vệ tinh thu đƣợc khi tăng độ nhạy. - 71 Hình 3.21: Biểu đồ số lƣợng vệ tinh thu đƣợc khi chƣa có thông tin A-GPS. - 73 Hình 3.22: Biểu đồ số lƣợng vệ tinh thu đƣợc khi đã có thông tin từ A-GPS. - Hệ thống định vị vệ tinh GPS hoạt động ngoài trời (khi không bị che khuất) cho kết quả định vị rất tốt. - Luận văn thực hiện tìm hiểu và đánh giá phƣơng pháp hỗ trợ cho định vị vệ tinh GPS đó là phƣơng pháp hỗ trợ định vị A-GPS theo chuẩn SUPL. - Hiện tại phân đoạn Không gian có 32 vệ tinh (kể cả các vệ tinh dự phòng). - Về mặt lịch sử, các vệ tinh Block I đƣợc sử dụng để thử nghiệm các nguyên tắc hoạt động của hệ thống này. - Giải pháp Multi-GNSS: Multi-GNSS ReceiverCompass Galileo GLONASS GPS Hình 1.1: Mô hình bộ thu đa kênh thu nhiều tín hiệu từ các vệ tinh GNSS. - Giải pháp Multi-GNSS khác: Xây dựng các trạm thu mặt đất để thu tất cả các loại tín hiệu của các vệ tinh định vị GNSS trong tầm nhìn thấy. - Hệ thống này đƣợc áp dụng rộng rãi cho các điện thoại tích hợp chức năng định vị sử dụng vệ tinh GPS. - Hệ thống hoạt động dựa trên các Server A-GPS kết hợp với các trạm BTS, bộ thu và hệ thống vệ tinh định vị. - Do đó, Server sẽ biết đƣợc vị trí tƣơng đối của bộ thu, từ đó cung cấp cho bộ thu dữ liệu của các vệ tinh trong khu vực gần bộ thu. - Khi đã có thông tin hỗ trợ nhƣ mã PRN thì bộ thu sẽ tính toán ra vị trí nhanh hơn mà không cần phải duyệt qua 32 vệ tinh định vị GPS theo thông thƣờng. - Không định vị đƣợc trong điều kiện bộ thu không nhìn thấy bất kỳ một vệ tinh GPS nào (mất hoàn toàn sóng từ các vệ tinh GPS). - các giải pháp hỗ trợ định vị vệ tinh GPS. - Chƣơng sau, tác giả Luận văn sẽ trình bày chi tiết hơn về hệ thống định vị vệ tinh GPS và các ứng dụng của hệ thống. - tìm hiểu một số giải pháp hỗ trợ định vị vệ tinh GNSS, đi sâu vào giải pháp hỗ trợ định vị vệ tinh A-GPS. - tìm hiểu về hệ thống hỗ trợ định vị vệ tinh theo chuẩn SUPL. - 21 Hình 2.1: Mô tả hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GNSS [2]. - 2.1.1 Cấu trúc hệ thống GPS Hệ thống định vị vệ tinh GPS bao gồm ba thành phần chính. - 22 2.1.1.1 Phân hệ không gian Hình 2.3: Hệ thống vệ tinh GPS. - Bộ thu của ngƣời dùng đo thời gian trễ tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu. - Đỉnh này sẽ cho phép xác định tần số sóng mang của tín hiệu vệ tinh tƣơng ứng. - H0 giả thiết không có tín hiệu vệ tinh. - H1 giả thiết có tín hiệu vệ tinh. - Vị trí của các vệ tinh mà nó thu đƣợc dữ liệu. - Khoảng cách từ bộ thu tới vệ tinh. - 35 Tín hiệu GPS mà bộ thu thu đƣợc từ vệ tinh sẽ có dạng nhƣ sau. - Là các bản tin mà vệ tinh truyền đi. - Do vậy, việc xây dựng hệ thống hỗ trợ A-GPS ra đời nhằm đáp ứng các yêu cầu định vị của bộ thu khi mà bộ thu nằm trong vùng che khuất không nhìn thấy vệ tinh GPS. - Cung cấp cho bộ thu thông tin vị trí các vệ tinh trong vùng. - Hệ thống hỗ trợ định vị vệ tinh A-GPS có thể gồm nhiều Server tham chiếu đặt khắp nơi tạo thành một hệ thống mạng lƣới rộng lớn. - Hình 2.15 là một hệ thống A-GPS cơ bản, gồm có: Server A-GPS, trạm BTS, bộ thu và hệ thống vệ tinh. - Quá trình Server có thể cung cấp dữ liệu hỗ trợ bộ thu: Thứ nhất, xác định các vệ tinh GPS mà bộ thu có thể nhìn thấy. - Do đó, hệ thống Server A-GPS sẽ cung cấp cho bộ thu danh sách các vệ tinh mà nó có thể thấy đƣợc theo 2 cách. - Sau khi nhận các thông tin này các bộ thu sẽ tiến hành thu dữ liệu từ vệ tinh. - 2.3.2 Chuẩn SUPL hỗ trợ định vị vệ tinh 2.3.2.1 Khái niệm SUPL (Secure User Plane Location) là chuẩn để triển khai kĩ thuật hệ thống hỗ trợ A-GPS, sử dụng trong mô hình User-plane. - Almanac: Trƣờng này chứa dữ liệu niên lịch của tất cả các vệ tinh. - Dữ liệu này cho biết chu kì và vị trí của tất cả các vệ tinh trong một khoảng thời gian dài. - Bộ thu có thể sử dụng dữ liệu này để tính toán ra các vệ tinh mà bộ thu có thể nhìn thấy ở bất kì thời điểm nào. - Trạm thu data: Thu tất cả các tín hiệu từ các vệ tinh GPS trong tầm nhìn. - Trong trƣờng hợp bất lợi không thu đủ tín hiệu từ 04 vệ tinh thì máy thu sẽ gửi yêu cầu hỗ trợ định vị tới Server A-GPS. - 56 Hình 3.4: Kết quả trả về số hiệu vệ tinh khi kết nối tới Server A-GPS. - Hình 3.5: Kết quả các vệ tinh khi kiểm tra bằng phần mềm Orbitron 3.71. - 3.3.1 Kịch bản 1: Thu tín hiệu vệ tinh GPS khu vực không bị che khuất 3.3.1.1 Mục đích - Thu 01 bộ dữ liệu tín hiệu L1 từ các vệ tinh GPS bằng bộ thu GNSS Frontend Maxim. - 59 - Áp dụng phần mềm Acquisition sử dụng phƣơng pháp phối hợp không cố kết sau tƣơng quan để xác định các tín hiệu vệ tinh thu đƣợc. - Bộ thu GNSS của Trung tâm Navis (Frontend Maxim, ăng ten GPS và phần mềm drive của bộ thu Maxim cài đặt trên máy tính) để thu tín hiệu từ các vệ tinh GPS. - Trƣờng hợp 1: Đặt độ nhạy M=1, dò tìm đƣợc 06 vệ tinh GPS . - Correlation valuesDoppler shift (Hz)Delay (samples)PRN 4 Correlation valuesDoppler shift (Hz)Delay (samples)PRN 7 Correlation valuesDoppler shift (Hz)Delay (samples)PRN 17 Correlation valuesDoppler shift (Hz)Delay (samples)PRN 22 Correlation valuesDoppler shift (Hz)Delay (samples)PRN 24 Correlation valuesDelay (samples)PRN 28 Hình 3.8: Các vệ tinh GPS thu đƣợc trong bộ dữ liệu khi chƣa tăng độ nhạy. - 61 - Trƣờng hợp 2: Đặt độ nhạy M= 10, dò tìm đƣợc 06 vệ tinh GPS . - Correlation valuesDoppler shift (Hz)Delay (samples)PRN 4 Correlation valuesDoppler shift (Hz)Delay (samples)PRN 7 Correlation valuesDoppler shift (Hz)Delay (samples)PRN 17 Correlation valuesDoppler shift (Hz)Delay (samples)PRN 22 Correlation valuesDoppler shift (Hz)Delay (samples)PRN 24 Correlation valuesDoppler shift (Hz)Delay (samples)PRN 28 Hình 3.9: Các vệ tinh GPS thu đƣợc trong bộ dữ liệu khi đã tăng độ nhạy. - Sử dụng chƣơng trình dò tín hiệu Acquisition dùng phƣơng pháp phối hợp không cố kết sau tƣơng quan để xác định các tín hiệu vệ tinh thu đƣợc. - Trong cả hai Trƣờng hợp chƣơng trình Acquisition đều khai phá dữ liệu dò tìm thu đƣợc 06 vệ tinh GPS là các vệ tinh . - Trục Delay (samples): Hiển thị độ trễ mã trải phổ (độ trễ này là độ trễ đƣợc tính từ khi các vệ tinh GPS phát tín hiệu đến thời điểm máy thu thu đƣợc tín hiệu do 63 các vệ tinh GPS phát ra), từ độ trễ này bộ thu tính đƣợc thời gian truyền tín hiệu từ các vệ tinh GPS tới máy thu. - Trục Correlation values: Mô tả giá trị tƣơng quan, trong trƣờng hợp này bộ thu tín hiệu GPS thu đƣợc 03 vệ tinh do đó có xuất hiện các đỉnh của các vệ tinh này. - PRNCorrelation values123456789 Hình 3.10: Biểu đồ số lƣợng vệ tinh thu đƣợc khi chƣa tăng độ nhạy. - PRN123456789Correlation values Hình 3.11: Biểu đồ số lƣợng vệ tinh thu đƣợc khi đã tăng độ nhạy. - 3.3.2 Kịch bản 2: Thu tín hiệu vệ tinh GPS khu vực bị che khuất 3.3.2.1 Mục đích - Thu 01 bộ tín hiệu tần số L1 từ các vệ tinh GPS bằng bộ thu GNSS Frontend Maxim. - Áp dụng phần mềm Acquisition sử dụng phƣơng pháp phối hợp không cố kết sau tƣơng quan để xác định các tín hiệu vệ tinh thu đƣợc. - 3.3.2.3 Kết quả Thu đƣợc 01 bộ tín hiệu tần số L1 từ các vệ tinh GPS (realtestc2.bin dung lƣợng 203 MB. - Trƣờng hợp 1: Đặt độ nhạy M= 1, dò tìm đƣợc 03 vệ tinh GPS . - Correlation valuesDoppler shift (Hz)Delay (samples)PRN 27 Correlation valuesDoppler shift (Hz)Delay (samples)PRN 31 Correlation valuesDoppler shift (Hz)Delay (samples)PRN 32 Hình 3.15: Các vệ tinh GPS thu đƣợc trong bộ dữ liệu khi chƣa tăng độ nhạy. - 67 - Sử dụng chƣơng trình dò tín hiệu Acquisition dùng phƣơng pháp phối hợp không cố kết sau tƣơng quan để xác định các tín hiệu vệ tinh thu đƣợc. - Kết quả thu đƣợc 03 vệ tinh GPS là các vệ tinh [27, 31 và 32], với kết quả này không đủ điều kiện để định vị. - Các vệ tinh thu đƣợc trong trƣờng hợp này có giá trị tƣơng quan nhỏ, nền nhiễu cao. - Trục Delay (samples): Hiển thị độ trễ mã trải phổ (độ trễ này là độ trễ đƣợc tính từ khi các vệ tinh GPS phát tín hiệu đến thời điểm máy thu thu đƣợc tín hiệu do các vệ tinh GPS phát ra), từ độ trễ này bộ thu tính đƣợc thời gian truyền tín hiệu từ các vệ tinh GPS tới máy thu. - Trục Correlation values: Mô tả giá trị tƣơng quan, trong trƣờng hợp này bộ thu tín hiệu GPS thu đƣợc 03 vệ tinh [27, 31 và 32] do đó có xuất hiện các đỉnh của các vệ tinh này. - Trƣờng hợp 2: Đặt tăng độ nhạy M= 10, dò tìm đƣợc 06 vệ tinh GPS . - 68 Correlation valuesDoppler shift (Hz)Delay (samples)PRN 8 Correlation valuesDoppler shift (Hz)Delay (samples)PRN 16 Correlation valuesDoppler shift (Hz)Delay (samples)PRN 23 Correlation valuesDoppler shift (Hz)Delay (samples)PRN 27 Correlation valuesDoppler shift (Hz)Delay (samples)PRN 31 Correlation valuesDoppler shift (Hz)Delay (samples)PRN 32 Hình 3.16: Các vệ tinh GPS thu đƣợc trong bộ dữ liệu khi đã tăng độ nhạy. - Thu đƣợc 06 vệ tinh GPS là các vệ tinh sau và 32] đủ điều kiện để định vị. - PRNCorrelation values123456 Hình 3.17: Biểu đồ số lƣợng các vệ tinh thu đƣợc khi chƣa tăng độ nhạy. - PRNCorrelation values123456 Hình 3.18: Biểu đồ số lƣợng các vệ tinh thu đƣợc khi tăng độ nhạy. - 3.3.3.3 Kết quả - Trƣờng hợp 1: Thực hiện Acquisition, dò tìm (duyệt từ vệ tinh 1-32, đặt độ nhạy M= 10) với bộ dữ liệu đã thu, thu đƣợc 06 vệ tinh GPS . - Với Kịch bản này thông thƣờng bộ thu không cần gửi yêu cầu thông tin hỗ trợ đến Server A-GPS vì trong trƣờng hợp này bộ thu đã nhận đủ số lƣợng vệ tinh để định vị (06 vệ tinh GPS. - Trong trƣờng hợp bộ thu ở vị trí bất lợi nhƣ ở khu vực bị che khuất, can nhiễu mà bộ thu không thu đƣợc đủ số lƣợng vệ tinh GPS (04 vệ tinh) để định vị. - Trƣờng hợp 1: Trong điều kiện không đƣợc cung cấp các thông tin hỗ trợ từ Server A-GPS thu đƣợc 06 vệ tinh GPS . - PRNCorrelation values123456 Hình 3.21: Biểu đồ số lƣợng vệ tinh thu đƣợc khi chƣa có thông tin A-GPS. - Trƣờng hợp 2: Trong điều kiện đƣợc cung cấp mã PRN từ Server A-GPS thu đƣợc 06 vệ tinh GPS . - Correlation values PRN Hình 3.22: Biểu đồ số lƣợng vệ tinh thu đƣợc khi đã có thông tin từ A-GPS. - Thời gian thực hiện: Thời gian thực hiện dò tín hiệu khi bộ thu nhận đƣợc số hiệu vệ tinh (PRN) từ Server A-GPS là 32.1368 giây
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt