ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TR ĐẠ Ọ Ệ ---------- VŨ QUA TẠO NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM TÍCH HỢP GPS VÀ CẢM BIẾ TRÊ Đ ỆN THOẠ O Á P Ơ TIỆ Đ NG THỦY U V T Ạ S NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THU T Đ ỆN TỬ - VIỄN THÔNG Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Ộ – 2019 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TR ĐẠ Ọ Ệ ---------- VŨ QUA TẠO NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM TÍCH HỢP GPS VÀ CẢM BIẾ TRÊ Đ ỆN THOẠ O Á P Ơ TIỆ Đ NG THỦY U V T Ạ S NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THU T Đ ỆN TỬ - VIỄN THÔNG Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Ộ – 2019 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẦU Hiện nay, để xác định vị trí tàu/thuyền thì thiết bị chủ yếu là định vị vệ tinh ( Phổ biến nhất là GPS). Sai số của phương pháp định vị GPS chủ yếu là do 6 nguyên nhân dưới đây (không kể sai số nhân tạo SA đã được ra lệnh tắt): 1) Dữ liệu Ephemeris; 2) Đồng hồ vệ tinh; 3) Trễ ở tầng điện ly; 4) Trễ ở tầng đối lưu; 5) Nhiễu đa đường; 6) Máy thu (bao gồm cả phần mềm, tâm pha anten). Có thể thấy rõ trong những điều kiện thời tiết xấu thì tín hiệu GPS thường yếu thậm chí mất tín hiệu GPS làm cho quá trình định vị bị gián đoạn. Thông thường, để hỗ trợ cho GPS thì một trong những giải pháp đó là sử dụng hệ thống dẫn đường quán tính (INS).
INS có 2 ưu điểm nổi bật khi so sánh với các hệ thống dẫn đường khác là khả năng hoạt động tự trị và độ chính xác cao trong những khoảng thời gian ngắn. Sự kết hợp GPS và INS là lý tưởng nhất vì INS sẽ hỗ trợ cho GPS rất hiệu quả. Trái tim của hệ thống tích hợp này chính là bộ lọc tối ưu bộ lọc bù. Smartphone hay nói cách khác là điện thoại thông minh, đang trở nên rất phổ biến trong những năm trở lại đây.
Ban đầu điện thoại thông minh bao gồm các tính năng của điện thoại di động thông thường kết hợp với các thiết bị phổ biến khác như hệ thống định vị toàn cầu GPS, cảm biến la bàn từ, cảm biến quán tính (dùng để xây dựng hệ INS từ cảm biến này) đã được tích hợp sẵn trong máy. Thay vì phải trang bị các thiết bị đơn lẻ là la bàn điện tù, thiết bị giám sát hành trình dung thì học viên đề xuất sử dụng điện thoại thông minh như là một thiết bị tích hợp thông tin định vị, xác định vận tốc , hướng lái cho các phương tiện đường thủy. Trong luận văn này, mục tiêu là bước đầu xây dựng một ứng dụng phục vụ cho giao thông đường thủy nội địa nên luận văn chủ yếu hướng tới việc nghiên cứu thuật toán, cách sử dụng các công cụ bộ lọc, xử lý tín hiệu.Hơn nữa, do hạn chế về thời gian và cơ sở vật chất, các thí nghiệm kiểm thử và kết quả tạm thời được thực hiện trên đường bộ. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ả Ơ Xuất phát từ những ý nghĩa thực tế hỗ trợ các phương tiện giao thông đường thủy, luận văn là kết quả của quá trình nghiên cứu lý luận và thực tiễn của cá nhân tác giả dựa trên sự chỉ bảo, hướng dẫn tận tình của PGS.
Trần Đức Tân. Thầy đã không quản khó khăn, thời gian, công sức để giúp tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Đức Tân. Được thầy hướng dẫn là một vinh hạnh lớn của cá nhân tác giả, bởi lẽ thầy là một nhà giáo trẻ, mẫu mực, say mê nghiên cứu khoa học, là người có phương pháp nghiên cứu, có nhiều đóng góp cho sự nghiệp nghiên cứu khoa học.
Tôi c ng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo và bạn b trong lớp K23 chuyên ngành Kỹ thuật điện tử, Khoa Điện Tử – Viễn Thông, Trường Đại Học Công Nghệ, Đại Học Quốc Gia Hà Nội đã có những nhận x t, góp ý cho luận văn này của tôi. Tôi xin cảm ơn sự hỗ trợ một phần của đề tài khoa học mã số DT194031 trong quá trình tôi thực hiện luận văn này. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình tôi, cơ quan tôi đang công tác, những người đã tạo điều kiện cho tôi học tập và nghiên cứu. Gia đình là động lực cho tôi vượt qua những thử thách, luôn luôn ủng hộ và động viên tôi hoàn thành luận văn này.
2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com A ĐOA Tôi xin cam đoan luận văn này là sản phẩm của quá trình nghiên cứu, tìm hiểu của cá nhân dưới sự hướng dẫn và chỉ bảo của các thầy hướng dẫn, thầy cô trong bộ môn, trong khoa và các bạn b. Tôi không sao ch p các tài liệu hay các công trình nghiên cứu của người khác để làm luận văn này. Nếu vi phạm, tôi xin chịu mọi trách nhiệm. Hà Nội, ngày 25 tháng 5 năm 2019 HỌC VIÊN Vũ Quang Tạo 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC LỜI N I Đ U.
2 LỜI CAM ĐOAN. 3 DANH MỤC C C K HI U V CHỮ VI T TẮT. 6 DANH MỤC H NH ẢNH. 7 DANH MỤC BẢNG.
TỔNG QUAN VỀ LÝ THUY T. T M QUAN TRỌNG CỦA ĐỊNH VỊ TRÊN GIAO THÔNG ĐƯỜNG THỦY. TỔNG QUAN VỀ H THỐNG ĐỊNH VỊ TO N C U GPS .1 Lịch sử phát triển .2 Cấu trúc hệ thống GPS. NGUYÊN L ĐỊNH VỊ GPS.
Nguyên lý định vị tuyệt đối. Nguyên lý Định vị tương đối. Các nguồn sai số trong kết quả đo GPS. 17 CHƯ NG II.
C C TH NH PH N ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ỨNG DỤNG 21 2. TH NH PH N PH N CỨNG .1 Cảm biến gia tốc (Accelerometer) trên điện thoại. Cảm biến con quay hồi chuyển (Gyroscope) trên điện thoại. Cảm biến la bàn (Compass):.
TH NH PH N PH N MỀM. Hệ điều hành Android .2 Google APIs - Giao diện lập trình ứng dụng .3 Google Location Service API – Lấy vị trí trên thiết bị Android 26 2. Bộ lọc bù. Xác định va chạm .3 Lưu lại các hành trình đã đi.
C C TÍNH NĂNG CỦA H THỐNG. Định vị vị trí phương tiện. Lưu lại hành trình trong khoảng thời gian nhất định. Lưu lại lịch sử đường đi.
35 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Cảnh báo va chạm. 36 CHƯ NG III. K T QUẢ VÀ NHẬN XÉT.
KHẢO S T THỰC NGHI M BỘ LỌC BÙ. C C TÍNH NĂNG CỦA PH N MỀM ĐÃ ĐẠT ĐƯỢC. 51 HƯỚNG PHÁT TRIỂN. 52 TÀI LI U THAM KHẢO.
53 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com A Ụ Á ỆU V Ữ V ẾT T T Ký hiệu nghĩa Tiếng Anh nghĩa Tiếng Việt GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu TND Inland Waterway Thủy nội địa NAVSTAR Navigation Satellite Điều hướng về tinh thời gian Timing and Ranging và định vị ECEF Earth-Centered, Earth - Hệ tọa độ chuẩn địa tâm Fixed DOP Dilution of precision Suy giảm độ chính xác IIR Infinite Impulse Response Đáp ứng xung API Application Programming Giao diện lập trình ứng dụng Interface RMS Root Mean Square Căn bậc hai của tổng bình phương 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com A Ụ ẢNH Hình 1. 1: Giao thông đường thủy Việt Nam phức tạp. 2: Ứng dụng công nghệ GPS vào phương tiện đường thủy. 3: Các thành phần cơ bản của GPS.
4: Vệ tinh xung quanh trái đất. 5: Vị trí các trạm điều khiển và giám sát hệ thống GPS. 6: Vị trí các trạm điều khiển và giám sát hệ thống GPS. 7: Phương pháp định vị tương đối.
8: Hiện tượng đa truyền. 1: Mô hình cảm biến gia tốc của SmartPhone. 2: Khối lượng vật thể chuyển động sinh ra dòng điện. 3: Ba trục cảm biến gia tốc.
4: Ba hướng góc của cảm biến con quay hồi chuyển. 5: Cảm biến la bàn trên Android. 6: Thị phần các hệ điều hành điện thoại trên thế giới vào năm 2017. 7: Dịch vụ vị trí của Google “Google Location Serivices API”.
8: Mô hình bộ lọc bù. 9: Lưu đồ hoạt động của bộ lọc bù. 10: Lưu đồ thuật toán xác định va chạm. 11: Lưu đồ thuật toán lưu hành trình đã đi.
12: Xác định vị trí người dùng. 13: Bắt đầu và dừng lại ghi hành trình. 14: Vẽ lại hành trình đã đi. 15: Lưu lại lịch sử các hành trình.
16: Tính năng cảnh báo va chạm. 1: Góc hướng của thiết bị sau khi qua bộ lọc trong trường hợp đứng yên, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28). 2: Góc hướng của thiết bị sau khi đi qua bộ lọc bù trong trường hợp di chuyển trên đường thằng, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28). 38 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
3: Góc hướng của thiết bị sau khi đi qua bộ lọc bù trong trường hợp di chuyển trên đường tròn, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28). 4: Góc hướng của thiết bị sau khi đi qua bộ lọc bù trong trường hợp quay quanh tâm của thiết bị, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28). 5: Góc hướng của thiết bị sau khi đi qua bộ lọc bù trong trường hợp di chuyển trên hình chữ nhật quay 3 lần, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28). 6: Tín hiệu ba trục Ax, Ay, Az thu được từ cảm biến gia tốc trong điện thoại trước khi tiền xử lý.
Trạng thái lấy mẫu là điện thoại để yên trên mặt bàn, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28). 7: Tín hiệu ba trục Ax, Ay thu được từ cảm biến gia tốc trong điện thoại trước khi tiền xử lý. Trạng thái lấy mẫu là điện thoại để yên trên mặt bàn, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28). 8: Tín hiệu ba trục Ax, Ay, Az thu được từ cảm biến gia tốc trong điện thoại sau khi đi qua bước tiền xử lý.
Ba đường màu xanh, đỏ cam lần lượt là tín hiệu Ax, Ay, Az, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28). 9: Tín hiệu Ax, Ay thu được từ cảm biến gia tốc trong điện thoại sau khi đi qua bước tiền xử lý, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28) .