Bài giảng Thiết kế bộ thu mềm cho các hệ thống dẫn đường sử dụng vệ tinh tiên tiến - Tạ Hải Tùng

Bài giảng trình bày các nội dung: Tổng quan về công nghệ GNSS, các hệ thống GNSS tiên tiến, bộ thu mềm GNSS, các công nghệ xử lý tín hiệu tiên tiến, các kết quả ban đầu trong việc phát triển bộ thu mềm đa hệ thống GPS/Galileo, một số gợi ý về hướng nghiên cứu trong lĩnh vực GNSS. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Thiết kế bộ thu mềm cho các hệ thống dẫn đường sử dụng vệ tinh tiên tiến - Tạ Hải Tùng THIẾT KẾ BỘ THU MỀM CHO CÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG SỬ DỤNG VỆ TINH TIÊN TIẾN (Software Receiver Design for Modern Global Navigation Satellite Systems) TẠ HẢI TÙNG Bộ môn Truyền thông và Mạng máy tính Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông Nội dung trình bày •  Tổng quan về công nghệ GNSS •  Các hệ thống GNSS tiên tiến •  Bộ thu mềm GNSS •  Các công nghệ xử lý tín hiệu tiên tiến •  Các kết quả ban đầu trong việc phát triển bộ thu mềm đa hệ thống GPS/Galileo •  Một số gợi ý về hướng nghiên cứu trong lĩnh vực GNSS 2 Tổng quan về công nghệ GNSS Where am I? How do I get to my destination? These questions are as old as the history of mankind. Thời đồ đá Thời định vị theo thiên văn LORAN GNSS 3 Thời định vị theo sóng radio Tổng quan về công nghệ GNSS (x,y,z) •  Sử dụng vệ tinh để truyền sóng radio định vị •  Số vệ tinh tối thiểu: 3 4 Tổng quan về công nghệ GNSS Cách xác định khoảng cách d = c×τ d: khoảng cách c: vận tốc ánh sáng τ : trễ truyền lan S t Truyền xung A, tại thời điểm A u t X/đ thời điểm xung A đến Rx A τ =t −t S A u A Ẩn số thứ 4 => Cần thêm 1 5 vệ tinh Tổng quan về công nghệ GNSS Xung định vị •  Mã trải phổ, giả ngẫu nhiên: –  Tính chất: Hàm tự tương quan ~ 1, tương quan chéo ~ 0 –  Họ mã: M-sequence, Gold code, and Kasami code, Memory code… –  Mỗi mã được gán duy nhất với 1 vệ tinh –  Ví du: GPS L1 C/A •  Chu kỳ mã: 1 ms; Độ dài mã: 1023 chip; Tốc độ truyền mã: 1.023Mcps; Độ phân giải: ~ 1 µs (293m) •  Sóng mang –  Tính chất: tần số dao động rất lớn (L1:1.575 GHz) => độ phân giải nhỏ (0.6ns hoặc 1.9m)=> độ chính xác rất cao (mm, cm, dm…) –  Đòi hỏi thuật toán xác định số nguyên chu kỳ phức tạp (integer ambiguity) 6 Tổng quan về công nghệ GNSS Tính toán PVT •  Giải hệ phương trình phi tuyến 4 ẩn số (x,y,z,δtu) •  Phương pháp giải: –  Tuyến tính hóa bằng khai triển Taylor –  Sử dụng thuật toán Least Mean Square để giải phương trình tuyến tính 7 Tổng quan về công nghệ GNSS Các nguồn gây lỗi (1/2) •  Geometric Dilution Of Precision (GDOP): ảnh hưởng bởi yếu tố hình học đến chất lượng định vị: 8 Tổng quan về công nghệ GNSS Các nguồn gây lỗi (2/2) 9 Tổng quan về công nghệ GNSS Các ứng dụng của GNSS •  Thông dụng: –  Dẫn đường cho phương tiện giao thông –  Giám sát hành trình –  Lưu vết đối tượng –  Dịch vụ hướng vị trí (Location Based Services - LBS) •  Chuyên sâu: –  Trắc địa, bản đồ –  Giám sát môi trường –  Nghiên cứu về tầng khí quyển –  Phương tiện tự hành –  Đồng bộ thời gian trong các hệ thống viễn thông, giao dịch điện tử 10 Nội dung trình bày •  Tổng quan về công nghệ GNSS •  Các hệ thống GNSS tiên tiến •  Bộ thu mềm GNSS •  Các công nghệ xử lý tín hiệu tiên tiến •  Các kết quả ban đầu trong việc phát triển bộ thu mềm đa hệ thống GPS/Galileo •  Một số gợi ý về hướng nghiên cứu trong lĩnh vực GNSS 11 Các hệ thống GNSS tiên tiến Kiến trúc chung (1/2) Các thành phần: Chức năng: 12 Các hệ thống GNSS tiên tiến Kiến trúc chung (2/2) 13 Hệ thống GPS (1/2) •  Mốc thời gian: –  1978: Vệ tinh đầu tiên được phóng lên quỹ đạo –  1983: Hệ thống phục vụ dân dụng –  2000: Nhiễu SA bị loại bỏ –  2000: GPS-III được công bố •  Phần không gian: –  2008: 31 vệ tinh tại độ cao 20.200km trên 3 mặt phẳng quỹ đạo –  8 vệ tinh xuất hiện đồng thời tại mọi thời điểm •  Phần điều khiển: –  1 trạm điều khiển trung tâm (+ 1 dự phòng) –  4 trạm ăng-ten mặt đất –  4 trạm giám sát 14 Hệ thống GPS (2/2) •  Tín hiệu: –  Tín hiệu “legacy”: •  Dân dụng: L1 C/A •  Quốc phòng: L2 P(Y) –  Tín hiệu mới: •  Dân dụng: L1C, L2C, L5 (Safety of Life) •  Quốc phòng: M code 15 Hệ thống Galileo (1/2) •  Mốc thời gian: –  2003: Chương trình Galileo được EU thông qua, dự kiến hệ thống hoạt động 2010 –  2004: Kết thúc đàm phán cấu trúc tín hiệu với Mỹ –  2004: Phóng 2 vệ tinh thử nghiệm GioveA & B –  2009: Quyết định giảm số vệ tinh từ xuống 22. Giá thành: 22 tỷ EUR so với dự kiến 7.7 ban đầu. Hệ thống dự kiến hoạt động 2014(???) •  Đặc điểm so sánh với GPS: –  Phát thông tin về độ tin cậy –  Hệ thống dân dụng (???) 16 Hệ thống Galileo (2/2) •  Không gian: –  30 vệ tinh trên 3 mặt phẳng quỹ đạo tại độ cao 23.222 km •  Dịch vụ: –  Op ...