Download miễn phí Đề tài Công nghệ giám sát và quản lý phương tiện giao thông GPS tracking
MỞ ĐẦU . 1
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS . 2
1.1.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN . 2
1.2. CẤU TRÚC HỆ THỐNG GPS . 3
1.2.1.Phần không gian (space segment). 4
1.2.2. Phần điều khiển (control segment) . 5
1.2.3. Phần người sử dụng (user segment). 6
1.3.CÁC THẾ HỆ VỆ TINH VÀ MẠNG LưỚI VỆ TINH GPS HIỆN TẠI . 6
1.3.1. Các thế hệ vệ tinh . 6
1.3.2. Mạng lưới vệ tinh GPS hiện tại . 7
1.4. CẤU TRÚC TÍN HIỆU GPS . 8
1.4.1 Tần số cơ bản . 8
1.4.2. Các thông tin điều biến . 8
1.4.3. Các loại sóng tải của hệ thống GPS . 9
1.4.4. Các thông báo vệ tinh. . 9
1.4.5. Vệ tinh khoẻ hay không khoẻ (Healthy or Unhealthy) . 10
1.4.6. Vệ tinh hoạt động hay không hoạt động . 10
1.4.7. Độ chính xác dự báo đo khoảng cách (URE) . 10
1.5. CÁC TRỊ ĐO GPS. 11
Chương 2 NGUYÊN LÝ ĐỊNH VỊ GPS . 14
2.1. ĐỊNH VỊ TUYỆT ĐỐI . 14
2.1.1. Biểu thức cơ bản để tính khoảng cách . 14
2.1.2. Tính khoảng cách . 16
2.2. ĐỊNH VỊ TưƠNG ĐỐI . 19
2.2.1.Sai phân bậc một . 20
2.2.2. Sai phân bậc hai . 20
2.2.3. Sai phân bậc ba . 20
2.3. CÁC NGUỒN SAI SỐ TRONG KẾT QUẢ ĐO GPS . 21
2.3.1 Sai số do đồng hồ. . 21
2.3.2 Sai số quỹ đạo vệ tinh. . 21
2.3.3 Ảnh hưởng của tầng Ion . 22
2.3.4 Ảnh hưởng của tầng đối lưu . 22
2.3.5 Tầm nhìn vệ tinh và sự trượt chu kỳ . 23
2.3.6 Hiện tượng đa tuyến. 23
2.3.7. Sự suy giảm độ chính xác (DOPs) do đồ hình các vệ tinh . 24
2.3.8 Tâm pha của anten . 25
2.4. NGUYÊN LÝ ĐO GPS ĐỘNG . 26
2.4.1 Nguyên lý chung về đo GPS động . 26
2.4.2 Giải pháp kỹ thuật trong đo GPS động: . 26
2.4.3 Các phương pháp đo GPS động . 28
2.5. TỌA ĐỘ VÀ HỆ QUI CHIẾU . 30
2.6. XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ MÁY THU . 31
2.6.1. Xác định tọa độ kinh vĩ: . 31
2.6.2. Hiệu ứng Doppler lên máy thu: . 32
Chương 3 CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ VÀ GIÁM SÁT PHưƠNG TIỆN GIAO
THÔNG GPS TRACKING . 34
3.1. CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG GPS TRACKING . 34
3.1.1.Mô hình của một hệ thống GPS tracking: . 34
3.1.2. Các chức năng chính: . 36
3.2. CÁC PHưƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG GPS
TRACKING . 36
3.2.1.Hoạt động off-line: . 37
3.2.2.Hoạt động on-line: . 37
3.3. MÁY THU ĐỊNH VỊ VỆ TINH GPS . 38
3.3.1.Cấu trúc và hoạt động: . 39
3.4. HỆ THỐNG GPS TRACKING KẾT HỢP KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN
BẰNG SÓNG RADIO VHF/UHF . 41
3.4.1. Mô hình hệ thống: . 41
3.4.2. Cấu hình và hoạt động: . 41
3.4.3. Các chức năng: . 43
3.5. HỆ THỐNG GPS TRACKING KẾT HỢP THÔNG TIN DI ĐỘNG
GSM . 44
3.5.1. Mô hình hệ thống: . 44
3.5.2.Cấu hình và hoạt động: . 44
KẾT LUẬN . 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 51
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
ết bằng giá trị hiện thời của đồng hồ trên máy phát (Tt), vềmặt lý tưởng thì Ts = Tt (như vậy có nghĩa là trên thực tế thì cứ tại thời điểm
Tt máy phát mới phát tín hiệu đi).
Bên máy thu khi thu được tín hiệu nó sẽ xem thời gian thu được tín
hiệu là bao nhiêu được xác định nhờ đồng hồ máy thu (Tr), ta giả sử đồng hồ
máy thu đồng bộ với bên máy phát, khi đó khoảng cách giữa 2 máy phát và
máy thu sẽ được xác định bằng:
ρ = v.(Tr – Ts)
Trong đó:
v : là vận tốc truyền tín hiệu.
ρ : là khoảng cách giữa máy phát và máy thu.
Khi đó, việc xác định vị trí của máy thu sẽ như Hình 2.1:
Hệ phương trình toạ độ máy thu:
Công nghệ giám sát và quản lý phƣơng tiện giao thông GPS tracking
Sinh viên: Nguyễn Thị Thanh Loan – Lớp ĐT1001 15
Hình 2.1. Xác định vị trí máy thu
Trong đó:
Xs, Ys, Zs : tọa độ thực của vệ tinh (đã biết), trong hệ trục tọa độ Oxyz.
(i = 1,2,3,…)
X, Y, Z : tọa độ thực của máy thu (chưa biết), trong hệ trục tọa độ
Oxyz.
ρi : khoảng cách đo được từ vệ tinh đến máy thu.
Oxyz : hệ tọa độ chuẩn để xác định vị trí của máy phát và máy
thu.Trong GPS thì đó là hệ tọa độ ECEF.
Trên thực tế thì sẽ tồn tại sai số ∆tt giữa Ts và Tt; đồng hồ máy thu
không đồng bộ với đồng hồ máy phát;…
Do đó trên thực tế cần thu tín hiệu 4 vệ tinh để xác định toạ độ điểm đo
trong không gian 3 chiều. biểu thức toán học của việc định vị như sau:
ρi =
atm
Ttc
rsrsrs
D ZZYYXX (
222
(2.1)
Trong đó :
- Xr, Yr, Zr là toạ độ không gian 3 chiều của vị trí Anten máy thu
Công nghệ giám sát và quản lý phƣơng tiện giao thông GPS tracking
Sinh viên: Nguyễn Thị Thanh Loan – Lớp ĐT1001 16
- c là tốc độ truyền sóng ( tốc độ ánh sáng)
-
t
là độ lệch tuyệt đối đồng hồ máy thu
-
T
là độ lệch tuyệt đối đồng hồ vệ tinh
-
atm
là sai số do khí quyển
- là tổng hợp các sai số khác
Với 1 vệ tinh có thể thành lập được một phương trình kiểu (2.1) Với 3
ẩn số Xr, Yr, Zr là toạ độ điểm cần đo và ẩn số thứ 4 là độ lệch tương đối đồng
hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu thì tại mỗi điểm cần đo cần thu tín hiệu ít nhất
4 vệ tinh khoẻ thì toạ độ điểm đo mới xác định được.
Trong thực tế thì sự không đồng bộ giữa máy phát và máy thu gây ra
sai lệch lớn nhất và không có phương pháp nào để hiệu chỉnh, còn sai lệch
giữa ∆tt là nhỏ không đáng kể và luôn được hiệu chỉnh nhờ các trạm mặt đất
2.1.2. Tính khoảng cách
Có 2 cách tính xác định khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu : dựa vào
mã (C/A hay P) và dựa vào pha sóng mang.
2.1. 2.1. Đo khoảng cách theo tín hiệu code
Trong trường hợp này, máy thu nhận mã phát đi từ vệ tinh, so sánh với
tín hiệu tương tự mà máy thu tạo ra nhằm xác định được thời gian tín hiệu lan
truyền vệ tinh tới máy thu và từ đó khoảng cách từ máy thu đến các vệ tinh
được xác định bằng công thức sau:
tctcD .
(2.2)
Trong đó:
c là vận tốc lan truyền sóng = 299792458 m/s
t là thời gian truyền tín hiệu
t
là lượng hiệu chỉnh do sai số sự không đồng bộ đồng hồ máy thu và
vệ tinh
là lượng hiệu chỉnh do môi trường
Việc xác định theo trị đo Code có thẻ diễn tả như hình 2.2
Công nghệ giám sát và quản lý phƣơng tiện giao thông GPS tracking
Sinh viên: Nguyễn Thị Thanh Loan – Lớp ĐT1001 17
Hình 2.2.Sơ đồ cơ chế xác định thời gian truyền tín hiệu GPS
Do chính sách làm giảm độ chính xác định vị của chính phủ Mỹ bằng
sự tác động nhiễu SA làm sai lệch đén các tín hiệu vệ tinh nên với các trị đo
C/A Code vị trí điểm đo có độ chính xác vị trí điểm 30m với độ tin cậy 95%.
Từ ngày 20/5/2000, chính phủ Mỹ đã bỏ tác động SA đến tín hiệu vệ tinh nên
độ chính xác định vị với trị đo Code có thể đạt tới 30m, với độ chính xác định
vị như trên các trị đo này sử dụng định vị trong việc dẫn đườn, đo đạc những
đối tượng có độ chính xác thấp.
2.1. 2.2. Đo khoảng cách theo pha sóng tải
Sóng tải được phát đi từ vệ tinh có chiều dài bước sóng không đổi. nếu gọi
là chiều dài bước sóng thì khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu GPS sẽ là:
.ND
Trong đó: N là số nguyên lần bước sóng
là phần lẻ bước sóng
Trị đo pha chính là phần lẻ của bước sóng bằng cách đo độ di pha giữa
sóng tải thu được và sóng tải do máy thu tạo ra. Phần lẻ này có thể đo được
với độ chính xác cỡ khảng 1 % vòng pha tương đương vài mm ( hình 2.3)
Biểu thức xác định độ di pha:
atm
NTtcR )(
(2.3)
Trong đó:
ZZYYXX rsrsrsR
222
R là khoảng cách đúng từ vệ tinh đến máy thu
Xs, Ys, Zs là tọa độ không gian 3 chiều vị trí antren máy thu
Công nghệ giám sát và quản lý phƣơng tiện giao thông GPS tracking
Sinh viên: Nguyễn Thị Thanh Loan – Lớp ĐT1001 18
Xr, Yr, Zr là tọa độ không gian 3 chiều của vị trí anten máy thu
c là tốc độ truyền sóng
t
là độ lệch đồng hồ máy thu
T
là độ lệch đồng hồ vệ tinh
là bước sóng của sóng tải
N là số nguyên lần bước sóng từ vệ tinh đến anten máy thu
atm
là sai số khí quyển
Giải pháp này cho kết quả định vị chính xác hơn giải pháp chỉ dùng trị
đo Code. Khó khăn chính là xác định số nguyên lần bước sóng giữa Anten
máy thu và vệ tinh. Một khi máy thu bắt được tín hiệu của một vệ tinh nào đó
nó sẽ đếm số bước sóng trôi qua sau thời điểm đó, do vậy điều cần thiết duy
nhất là tính được số đa trị nguyên ban đầu.
Tuy nhiên nếu việc thu tín hiệu vệ tinh bị gián đoạn – sự cố trượt chu
kỳ xảy ra số nguyên đa trị bị thay đổi, cần xác định lại
Sự trượt chu kỳ phát sinh do vật cản, do tín hiệu yếu, anten di động
nhanh hay tác động mạnh của tầng ion.
Sự trượt chu kỳ phải được loại trừ để xác định số nguyên lần bước sóng
tín hiệu GPS trong biểu thức (2.3)
Hình 2.3. Trị đo pha và số nguyên đa trị
Công nghệ giám sát và quản lý phƣơng tiện giao thông GPS tracking
Sinh viên: Nguyễn Thị Thanh Loan – Lớp ĐT1001 19
Để xác định số nguyên lần bước sóng có nhiều phương pháp:
1/ Phương pháp hình học dựa trên sự thay đổi hình học vệ tinh trong
khi đo để giải số nguyên lần bước sóng đồng thời với tọa độ anten
2/ So sánh trị đo pha và trị đo Code
3/ Trị đo dải rộng cho bước sóng 86,2 cm để xác định số nguyên đa trị
nhưng kém chính xác hơn
4/ Sử dụng sai phân bậc 3
5/ Phương pháp hàm số ambiguity kỹ thuật OTF xác định nhanh số đa
trị trong khi an ten di động ngay sau khi bị mất tín hiệu vệ tinh. Phương pháp
này được áp dụng với máy 2 tần số.
2.2. ĐỊNH VỊ TƢƠNG ĐỐI
Như ta đã biết, do ảnh hưởng của sai số vị trí của các vệ tinh trên quỹ
đạo, do sai số đồng hồ và các yếu tố môi trường truyền song khác dẫn đến độ
chính xác định vị điểm đơn đạt từ 100m đến 30m trong hệ tọa độ WGS 84.
ngay cả khi chính phủ Mỹ loại bỏ nhiễu SA thì việc định vị tuyệt đối chính
xác nhất cũng chỉ đạt tới con số vài chục mét. Vì vậy khi đòi hỏi trị đo có độ
chính xác cao cần sử dụng phép định vị tương đối.
Trong kiểu đo này hai Anten cùng hai máy thu tương ứng được đặ...