Nghiên cứu ứng dụng biến đổi wavelet vào khối bám tín hiệu trong máy thu GNSS để giảm ảnh hưởng của hiện tượng đa đường

- LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng biến đổi wavelet vào khối bám tín hiệu trong máy thu GNSS để giảm ảnh hưởng của hiện tượng đa đường” Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Văn Khang Học viên thực hiện : Nguyễn Đình Hoàng Lớp : ĐTVT 2014 A MSHV : CA140066 Hà Nội LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, sự bùng nổ và phát triển vƣợt bậc của các ngành khoa học đã góp phần lớn vào việc nâng cao chất lƣợng cuộc sống cho con ngƣời.
- Những nhu cầu trên đã thúc đẩy các nhà khoa học, các nhà quản lý tìm tòi và nghiên cứu để đƣa ra một công cụ nhằm đáp ứng các nhu cầu đó, giúp họ có thể khai thác các tài nguyên dễ dàng nhƣ các thông tin về khoa học, giáo dục, chính trị, kinh tế, văn hóa … Nhằm đáp ứng cho các mục đích dẫn đƣờng cũng nhƣ xác định vị trí một cách chính xác, nhanh chóng và thuận tiện, một số quốc gia và tổ chức quốc tế trên thế giới đã xây dựng nên các hệ thống định vị dẫn đƣờng có độ chính xác cao để thay thế cho các phƣơng pháp định vị dẫn đƣờng truyền thống nhƣ: GPS, GLONASS, GALILEO… Chính vì những yếu tố đó mà tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng biến đổi wavelet vào khối bám tín hiệu trong máy thu GNSS để giảm ảnh hưởng của hiện tượng đa đường” làm luận văn tốt nghiệp.
- Luận văn là một cái nhìn tổng quan, khái quát về GNSS cũng nhƣ tập trung đi sâu vào nghiên cứu phƣơng pháp biến đổi sóng con nhằm ƣu việt hóa hệ thống.
- 2 Nội dung của luận văn bao gồm 3 chƣơng: Chương 1: Tổng quan lý thuyết về biến đổi sóng con và hiện tƣợng đa đƣờng Chương 2: Các giải pháp làm giảm ảnh hƣởng của hiện tƣợng đa đƣờng Chương 3: Ứng dụng biến đổi sóng con trên máy thu GNSS Với thời gian có hạn cũng nhƣ là hạn chế về tài liệu, vì vậy việc khai thác hệ thống gặp rất nhiều khó khăn và không thể đề cập đƣợc đầy đủ.
- năm 2016 Sinh viên thực hiện Nguyễn Đình Hoàng 3 TÓM TẮT LUẬN VĂN Với yêu cầu ngày càng cao để định vị chính xác trong môi trƣờng tín hiệu yếu, việc nghiên cứu bộ thu GNSS có độ nhạy cao và tiên tiến đã trở nên rất cần.
- Kỹ thuật thu thập tín hiệu GNSS thông thƣờng đƣợc xem là không đủ khi thu đƣợc tín hiệu là quá yếu.
- Trong luận văn này, tôi đã tập trung chủ yếu vào thuật toán giảm nhiễu sóng con áp dụng trong việc thu tín hiệu GNSS yếu.
- Bên cạnh đó quá trình giảm nhiễu sóng con đƣợc thực hiện khi tín hiệu đƣợc độc lập trong trình tự thời gian, do đó công việc của tôi đã đƣợc thực hiện dựa trên việc thu tƣơng quan truyền thống.
- Thứ nhất, sự tƣơng quan và phƣơng pháp tƣơng quan khác biệt đƣợc sử dụng để có đƣợc những tín hiệu rất yếu.
- Kết quả cho ra tốt cho các tín hiệu thấp hơn so với phƣơng pháp thu khác.
- 10 1.1.1 Hệ thống định vị vệ tinh.
- 29 2.1.Ảnh hƣởng của tín hiệu và những thông số về lỗi đa đƣờng.
- 50 3.3.2 Ảnh hƣởng giảm nhiễu của tín hiệu NC mạnh.
- 54 3.3.3 Ảnh hƣởng giảm nhiễu của tín hiệu DF mạnh.
- 55 3.3.4 Tín hiệu DF yếu sau giảm nhiễu.
- 1 Hình ảnh vệ tinh quay quanh Trái Đất.
- 7 Tín hiệu tới phía thu theo L đƣờng.
- 3 Các hàm tự tƣơng quan không kết hợp đối với các tín hiệu điều chế khác nhau trong kênh tĩnh hai đƣờng.
- 4 Các hàm tự tƣơng quan cho tín hiệu GPS L1 C/A đƣợc điều chế BPSK trong các bề rộng băng tần front-end khác nhau.
- 4 Phƣơng pháp NC cho tín hiệu mạnh.
- 5 Phƣơng pháp DF cho tín hiệu mạnh.
- 6 Mẫu tín hiệu mạnh.
- 7 Phƣơng pháp NC cho tín hiệu yếu.
- 8 Phƣơng pháp DF cho tín hiệu yếu.
- 9 Mẫu tín hiệu yếu.
- 10 Tín hiệu NC mạnh trƣớc giảm nhiễu.
- 11 Tín hiệu NC mạnh sau giảm nhiễu.
- 12 Phƣơng pháp giảm nhiễu sóng con cho tín hiệu NC mạnh.
- 13 Tín hiệu DF mạnh trƣớc giảm nhiễu.
- 14 Tín hiệu DF mạnh sau giảm nhiễu.
- 15 Phƣơng pháp giảm nhiễu sóng con cho tín hiệu DF mạnh.
- 16 Tín hiệu DF yếu trƣớc giảm nhiễu.
- 17 Tín hiệu DF yếu sau giảm nhiễu.
- 18 Phƣơng pháp giảm nhiễu sóng con cho tín hiệu DF yếu.
- 57 8 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Từ đầy đủ Nghĩa của từ BPSK CBOC CNSS DF DLL EGNOS FFT GAGAN GNSS Binary Phase Shift Keying Composite Binary Offset Carrier Compass Navigation Satellite System Differential correlation Delay-Locked Loop European Geostationary Navigation Overlay Service Fast Fourier Transform GPS and GEO Augmented Navigation system Global Navigation Satellite System Điều chế pha nhị phân Điều chế sóng mang bù nhị phân tổng hợp Hệ thống định vị dẫn đƣờng la bàn Sự tự tƣơng quan vi phân Vòng lặp khóa trễ Dịch vụ dẫn đƣờng vệ tinh bao phủ toàn Châu Âu Biến đổi Fourier nhanh Hệ thống dẫn đƣờng bổ sung cho GPS và GEO Hệ thống vệ tinh dẫn đƣờng toàn cầu GPS GSM HRC IRNSS MEDLL Global Positioning System Global System for Mobile Communication High Resolution Correlator Indian Regional Navigation Satellite System Multipath Estimating Delay Lock Loop Hệ thống định vị toàn cầu Hệ thống thông tin di động toàn cầu Bộ tự tƣơng quan phân giải cao Hệ thống vệ tinh định vị của Ấn Độ Vòng lặp khóa trễ ƣớc lƣợng kênh đa đƣờng 9 MGD MTLL MSAS NC NIGCOMSAT PIT PT QZSS Multiple Gate Delay Mean Time to Lose Lock Multi-functional Satellite Augmentation System Coherent/non-coherent integration Nigerian communication satellite Point In Time Peak Tracking Quasi-Zenith Satellite System Trễ đa cổng Thời gian mất khóa trung bình Hệ thống bao phủ vệ tinh đa chức năng Phép tính tích phân kết hợp Vệ tinh viễn thông Ni-giê-ri-a Kỹ thuật dò đƣờng theo tín hiệu đỉnh Hệ thống vệ tinh định vị của Nhật Quasi-Zenith RMSE Root Mean Square Error Sai số toàn phƣơng trung bình RSSML Reduced Space Search Maximum Likelihood Ƣớc lƣợng khả năng cực đại khi giới hạn không gian SBME Slope-based Multipath Estimator Bộ ƣớc lƣợng kênh đa đƣờng theo sƣờn xung SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu TK Teager Kaiser Bộ điều khiển Teager Kaiser UWB Ultra Wide Band Băng thông siêu rộng WAAS Wide Area Augmentation System Hệ thống bao phủ khu vực diện rộng 10 CHƢƠNG 1.
- TỔNG QUAN LÝ THUYẾT BIẾN ĐỔI SÓNG CON VÀ HIỆN TƢỢNG ĐA ĐƢỜNG 1.1 Máy thu GNSS Các hệ thống định vị vệ tinh và tƣơng lai của các máy thu GNSS Hình 1.1 Hình ảnh vệ tinh quay quanh Trái Đất 1.1.1 Hệ thống định vị vệ tinh GNSS là chữ viết tắt của hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu (Global navigation satellite systems).
- Ngày nay hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GPS của Mỹ, GLONASS của Nga là những hệ thống định vị hoạt động đầy đủ.
- Bên cạnh đó, hệ thống Galileo của Châu Âu cũng đang phát triển và dự kiến hoạt động vào năm 2014, hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu Compass đƣợc phát triển trên cơ sở hệ thống định vị vệ tinh khu vực Bắc Đẩu của Trung Quốc cũng đang có những bƣớc tiến quan trọng để trong tƣơng lai không xa có 4 hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu hoạt động.
- Thêm vào đó, một số hệ thống định vị vệ tinh khu vực và hệ thống định vị vệ tinh cơ sở mở rộng đã và đang đƣợc triển khai nhƣ hệ thống QZSS của Nhật Bản, IRNS của Ấn Độ, MSAS, GAGAN.
- Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu a.
- Hệ thống GPS (Global Positioning System) Hệ thống GPS của Mỹ lúc ban đầu đƣợc cấu thành bởi 24 vệ tinh (21 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự phòng) nằm trên 6 mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh trung bình MEO với bán kính trục lớn khoảng 26559,7km, độ nghiêng của mặt phẳng này so với mặt phẳng xích đạo là 550.
- Mặc dầu GPS ban đầu chỉ dành cho các mục đích quân sự, nhƣng từ năm 1980 chính phủ Mỹ cho phép sử dụng dân sự thay đổi hệ thống các tần số sử dụng nhƣ ngày nay.
- Do đó, chắc chắn có những tín hiệu chỉ dành riêng cho quân đội Mỹ và đồng minh.
- Vệ tinh GPS đầu tiên đƣợc phóng vào năm 1978, các vệ tinh đầu tiên hoạt động trên quỹ đạo vào năm 1989.
- Các khả năng hoạt động đầu tiên đạt đƣợc của hệ thống là vào năm 1993 và đƣợc hoàn thiện vào năm 1995.
- Vào tháng 11 năm 2006 đã có 30 vệ tinh hoạt động trên quỹ đạo.
- Mặc dầu các dịch vụ này chất lƣợng tƣơng đối tốt, Mỹ vẫn dự tính việc hiện đại hoá các tín hiệu để nâng cao chất lƣợng để phục vụ cho cả hai mục đích sử dụng dân sự và quân sự.
- Chính vì vậy mục tiêu đó, kế hoạch hiện đại hoá hệ thống GPS đƣợc phân tách thành: Các vệ tinh khối IIR-M đã đƣợc phóng lên quỹ đạo vào ngày 16 tháng 12 năm 2005: Thế hệ này đƣa thêm vào tín hiệu dân sự thứ hai L2C.
- 12 Các vệ tinh khối IIF: Tín hiệu dân sự thứ ba L5 đƣợc đƣa vào các vệ tinh khối IIF.
- Các vệ tinh khối III: Các vệ tinh này đƣợc thiết kế phục vụ tƣơng lai phát triển cả phần mặt đất và không gian.
- Nó sẽ có các khả năng nhƣ làm giảm các nguồn nhiễu, tăng độ an toàn, độ chính xác đƣợc nâng cao, bảo đảm việc định vị, độ tƣơng thích hệ thống cao.
- Tín hiệu dân sự thứ tƣ L1C sẽ đƣợc đƣa vào các vệ tinh khối này.
- Vệ tinh đầu tiên của khối III sẽ đƣợc phóng lên quỹ đạo vào năm 2013 và nó sẽ phát huy các khả năng hoạt động đầy đủ vào khoảng năm 2020.
- Hệ thống GLONASS Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GLONASS của Nga giống nhƣ hệ thống GPS của Mỹ hay Galileo của Liên minh Châu Âu.
- Hệ thống gồm có 24 vệ tinh chuyển động trên 3 mặt phẳng quỹ đạo với góc nghiêng 64,8° và độ cao 19100 km.
- Mỗi vệ tinh bay một vòng quanh quỹ đạo trong khoảng thời gian là 11 giờ 15 phút.
- Khoảng cách của các vệ tinh đảm bảo cho việc liên tục thực hiện truyền các thông tin trên toàn cầu của bề mặt trái đất và gần trái đất.
- Tại thời điểm tháng 1 năm 2007 chỉ có 9 vệ tinh của hệ thống GLONASS hoạt động phát tín hiệu trong không gian.
- Thêm vào đó, 7 vệ tinh phục vụ cho mục đích giao thông nằm trên quỹ đạo nhƣng tạm thời không hoạt động, không phát bất kỳ tín hiệu nào.
- Vào tháng 12 năm 2007, Nga đã phóng thêm 3 vệ tinh GLONASS-M lên quỹ đạo.
- Kế hoạch dự kiến ban đầu năm 2001, hệ thống này sẽ đi hoạt động đầy đủ vào năm 2011.
- Để thực hiện kế hoạch tham vọng này một khoản ngân quỹ đã đƣợc dành cho sự phát triển của hệ thống từ năm 2007 đến năm 2011.
- Thêm vào đó, để đạt đƣợc sự hoạt động đầy đủ của hệ thống, năm 2010, Nga mong muốn hoàn tất hệ thống GLONASS 13 nhƣ là hệ thống GPS của Mỹ và Galileo của Châu Âu.
- Với việc phóng tên lủa đƣa 3 quả vệ tinh lên quỹ đạo vào ngày 25 tháng 12 năm 2008, hệ thống định vị GLONASS đã phủ kín toàn bộ lãnh thổ Nga.
- Nhƣ là hệ thống GPS, hệ thống GLONASS luôn đƣợc hiện đại hoá.
- Ngoài các tín hiệu ở dải sóng L1, Nga đã thiết lập tín hiệu thứ 2 dùng cho mục đích dân sự L2 đƣợc đặt trên vệ tinh GLONASS-M vào năm 2003.
- Tín hiệu dân sự thứ 3 là L3 trên vệ tinh GLONASS-K vào năm 2008.
- Ngoài ra, tín hiệu L5 cũng đã đƣợc nhắc đến trong một số tài liệu với hệ thống này.
- Hệ thống Galileo Galileo là hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu của Châu Âu, với thiết kế để cung cấp độ chính xác cao, bảo đảm dịch vụ định vị toàn cầu phục vụ các mục đích dân sự.
- Hệ thống này sẽ tích hợp với hệ thống GPS và hệ thống GLONASS với một mức độ nhất định - ngoại trừ dịch vụ cung cấp độ chính xác cao thời gian thực của các hệ thống.
- Hệ thống Galileo đƣợc triển khai đầy đủ sẽ có 30 vệ tinh trong đó 27 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự phòng, có vị trí trong 3 vòng tròn quỹ đạo trung bình của Trái đất với bán trục lớn 29601,297 kilomet và nghiêng một góc 560 so với mặt phẳng xích đạo.
- Khi hoạt động đầy đủ, các tín hiệu của hệ thống Galileo sẽ phủ từ 75 độ Bắc đến 75 độ Nam.
- Hệ thống Galileo cùng với hệ thống COSPAS-SARSAT cung cấp phục vụ các mục đích nghiên cứu về thảm hoạ của các vùng và dịch vụ tìm kiếm cứu nạn.
- Vệ tinh đầu tiên của hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu của Châu Âu là GIOVE-A đƣợc phóng vào năm 2005.
- Vệ tinh GIOVE-B đƣợc phóng vào năm 2007.
- Hai vệ tinh này là hai vệ tinh thí nghiệm.
- Giai đoạn ban đầu của hệ thống Galileo bao gồm 4 vệ 14 tinh.
- Trong khoảng 2 đến 3 năm sau đó, 26 vệ tinh tiếp theo đƣợc phóng lên quỹ đạo.
- Hệ thống Galileo đang trong giai đoạn hoàn chỉnh và theo dự kiến hệ thống sẽ hoạt động đầy đủ vào khoảng năm 2013-2014.
- Vào năm 2004 sự hợp tác giữa Mỹ và Liên minh Châu Âu về hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu đã đi đến thoả thuận về các khả năng hoạt động các tín hiệu trong dịch vụ mở ở dải sóng ở tần số L1C của hệ thống GPS và E1 của hệ thống Galileo.
- Với sự hợp tác này, vào dự kiến năm 2014 sẽ có khoảng 80% các máy thu GNSS hoạt động trên toàn cầu sẽ thu đƣợc tín hiệu của hệ thống Galileo.
- Hệ thống CNSS (Compass Navigation Satellite System) CNSS là một hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu của Trung Quốc.
- Nhƣ là hệ thống GPS, GLONASS và Galileo, hệ thống sẽ cung cấp hai dịch vụ định vị: một dịch vụ dành cho khách hàng và một dịch vụ dành cho giao thông và truyền thông.
- Hệ thống Compass bao gồm 30 vệ tinh quỹ đạo trung bình và 5 vệ tinh địa tĩnh với vị trí tại 58,750 Đông, 800 Đông, 110,50 Đông, 1400 Đông, 1600 Đông.
- Mỗi vệ tinh phát 4 tần số sóng mang cho các tín hiệu định vị.
- Các tín hiệu định vị này đƣợc điều chỉnh bao gồm dữ liệu về mã lịch vệ tinh, thời gian và với một độ rộng dải tần đủ để cung cấp cần thiết việc định vị chính xác mà không cần sự trợ giúp đến 2 lần truyền hoặc tích hợp với Doppler.
- Trung Quốc đã đƣa 3 vệ tinh kiểm tra lên quỹ đạo trong khoảng từ năm 2000 đến 2003.
- Với việc phóng 2 vệ tinh Bắc Đẩu vào năm 2007, sự hoạt động của hệ thống đã bao trùm toàn bộ lãnh thổ Trung Quốc và các phần lãnh thổ của các nƣớc láng giềng vào năm 2008 trƣớc khi hệ thống này trở thành hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu.
- Mục đích của Trung Quốc phát triển hệ thống này thành hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu rất rõ ràng nó đƣợc phản ánh trong các chính sách của chính phủ Trung Quốc 15 và cuối năm 2006 là độc lập phát triển các công nghệ ứng dụng và sản phẩm trong việc cung cấp các dịch vụ về đạo hàng, định vị và thời gian.
- Trong tờ thời báo của Trung Quốc ngày 13 tháng 11 năm 2006 đăng thông tin Hệ thống Compass có thể bắt đầu hoạt động vào năm 2012 nếu chính phủ có sự quan tâm thích đáng.
- Hệ thống định vị vệ tinh khu vực a.
- Hệ thống IRNSS (Indian Regional Navigational Satellite System) IRNSS là một hệ thống định vị khu vực của Ấn Độ với từ 7 đến 11 vệ tinh-3 vệ tinh địa tĩnh (GAGAN) và các vệ tinh khác đƣợc đặt ở gần quỹ đạo này.
- Các vệ tinh địa tĩnh hoạt động tại kinh độ 340 Đông, 830 Đông và 1320 Đông, trong khi đó các vệ tinh khác bay ngang qua xích đạo tại kinh độ 550 Đông (2 vệ tinh) và 1110 Đông (2 vệ tinh).
- Hệ thống IRNSS hoạt động sẽ bao phủ hoàn toàn đất nƣớc Ấn Độ và các khu vực liền kề.
- Theo dự kiến, hệ thống này sẽ đi vào hoạt động vào khoảng năm 2013-2014.
- Hệ thống QZSS (Quasi-Zenith Satellite System ) Hệ thống QZSS là hệ thống định vị và dẫn đƣờng khu vực của Nhật Bản với mục tiêu là các thiết bị di động, các dịch vụ viễn thông và thông tin định vị.
- Hệ thống này là một trong số kế hoạch phát triển mạng lƣới vệ tinh nhằm giảm sự lệ thuộc vào mạng GPS của Mỹ và làm tăng độ chính xác của GPS trên nƣớc Nhật.
- QZSS đƣợc thiết kế gồm có 3 vệ tinh và bảo đảm rằng tại bất kỳ thời điểm nào cũng có ít nhất 1 trong 3 vệ tinh luôn bay phía trên nƣớc Nhật.
- Mỗi vệ tinh truyền 4 tần số sóng mang cho các tín hiệu định vị.
- Các tín hiệu định vị này tƣơng tự nhƣ hệ thống CNSS đƣợc điều chỉnh bao gồm dữ liệu về mã lịch vệ tinh, thời gian và với một độ

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt