Luận Văn Thạc Sĩ Về Phương Pháp Hỗ Trợ Định Vị Chính Xác

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu xây dựng phương pháp hỗ trợ định vị chính xác, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong lĩnh vực kỹ thuật.

• Tác giả: Lê Khắc Thảo
• Người hướng dẫn: TS. Hà Duyên Trung
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Truyền Thông
• Đề tài: Xây Dựng Phương Pháp Hỗ Trợ Định Vị Chính Xác
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ SỬ DỤNG VỆ TINH
• 1.1. Giới thiệu
• 1.2. Hệ thống định vị GPS (Global Positioning System)
• 1.2.1. Lý thuyết cơ bản về máy thu GPS
• 1.2.2. Sự phân khu vực trong hệ thống GPS
• 1.2.3. Hệ thống GPS hiện đại
• 1.3. Hệ thống định vị GALILEO
• 1.3.1. Cấu trúc của hệ thống Galileo
• 1.3.2. Tín hiệu Galileo đối với thiết bị
• 2. CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP HỖ TRỢ ĐỊNH VỊ
• 2.1. Phương pháp Time of Arrival (TOA)
• 2.2. Phương pháp xác định vị trí dựa vào mạng
• 2.2.1. Cell-id, Cell Of Origin (COO)
• 2.2.2. Phương pháp Time Difference Of Arrival (TDOA)
• 2.2.3. Phương pháp AOA (Angle Of Arrival)
• 2.3. Xác định vị trí dựa vào sự kết hợp 2 phương pháp trên
• 2.3.1. Timing Advance (TA) kết hợp Cell-ID
• 2.4. So sánh các phương pháp hỗ trợ định vị
• 2.5. Phương pháp sử dụng sóng WiFi
• 3. CHƯƠNG III: XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP HỖ TRỢ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC
• 3.1. Định vị GPS cấp cao
• 3.2. Nguyên lý Assisted-GNSS cấp cao
• 3.2.1. Các giao thức và chuẩn A-GNSS
• 3.3. Assisted-GPS và dữ liệu hỗ trợ
• 3.3.1. Mô hình hỗ trợ
• 3.3.2. Server GNSS tham chiếu (GRS)
• 3.3.3. Server vị trí (LS)
• 3.3.4. Ứng dụng dựa trên vị trí (LBA)
• 3.3.5. Dịch Vụ Khẩn Cấp nhắn Entity
• 3.4. Hệ thống thiết kế
• 3.4.1. Chu trình hoạt động của hệ thống
• 3.4.2. Yêu cầu chức năng của trung tâm xử lí
• 3.5. Một số đặc điểm của hệ thống A-GPS
• 3.5.1. Độ chính xác của kĩ thuật A-GPS phụ thuộc vào khoảng cách
• 3.5.2. Ưu điểm, nhược điểm của hệ thống DGPS
• 3.6. Ứng dụng của kĩ thuật đo DGPS
• 3.7. Sơ đồ khối chi tiết toàn bộ hệ thống
• 3.8. Nghiên cứu tập lệnh AT, lấy thông tin từ địa chỉ IP
• 3.8.1. Nghiên cứu tập lệnh AT
• 3.8.2. Giới thiệu khái quát về tập lệnh AT
• 3.8.3. Các chế độ hoạt động của module
• 3.8.4. Các phương pháp lấy thông tin từ địa chỉ IP
• 3.8.4.1. Địa chỉ IP tĩnh và địa chỉ IP động
• 3.8.4.2. Truy cập máy chủ bằng địa chỉ IP
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về phương pháp định vị chính xác

Phương pháp định vị chính xác trong luận văn thạc sĩ là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng, đặc biệt trong bối cảnh công nghệ hiện đại. Luận văn này tập trung vào việc xây dựng và phát triển các phương pháp hỗ trợ định vị chính xác nhằm nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong việc xác định vị trí. Các phương pháp này không chỉ áp dụng cho lĩnh vực quân sự mà còn mở rộng ra nhiều lĩnh vực dân sự như giao thông, khảo sát địa lý và dịch vụ cứu hộ. Việc áp dụng các công nghệ như GPS, GALILEO và các phương pháp hỗ trợ khác đã tạo ra những bước tiến lớn trong việc cải thiện độ chính xác của hệ thống định vị. Theo nghiên cứu, việc sử dụng các kỹ thuật như phân tích dữ liệu và kỹ thuật định vị đã giúp tối ưu hóa quy trình xác định vị trí, từ đó nâng cao độ tin cậy của các ứng dụng thực tiễn.

1.1. Các hệ thống định vị hiện có

Hệ thống định vị toàn cầu như GPS và GALILEO đã trở thành những công cụ không thể thiếu trong việc xác định vị trí. GPS, được phát triển bởi Bộ Quốc phòng Mỹ, đã cung cấp dịch vụ định vị từ những năm 1990. Hệ thống này bao gồm 24 vệ tinh hoạt động trong quỹ đạo, cho phép người dùng xác định vị trí với độ chính xác cao. Trong khi đó, GALILEO, hệ thống định vị của châu Âu, cung cấp các dịch vụ tương tự nhưng với độ chính xác cao hơn và khả năng phục vụ nhiều ứng dụng hơn. Việc so sánh giữa hai hệ thống này cho thấy rằng GALILEO có thể cung cấp độ chính xác tốt hơn trong các điều kiện khó khăn, nhờ vào việc sử dụng nhiều tần số và công nghệ tiên tiến hơn. Điều này cho thấy sự phát triển không ngừng của công nghệ định vị và tầm quan trọng của việc nghiên cứu và ứng dụng các phương pháp mới trong lĩnh vực này.

1.2. Phân tích dữ liệu trong định vị

Phân tích dữ liệu là một phần quan trọng trong việc phát triển các phương pháp định vị chính xác. Việc thu thập và xử lý dữ liệu từ các vệ tinh giúp cải thiện độ chính xác của các phép đo vị trí. Các kỹ thuật như phân tích dữ liệu và mô hình hóa đã được áp dụng để tối ưu hóa quy trình này. Sử dụng các thuật toán phức tạp, các nhà nghiên cứu có thể xác định được vị trí với độ chính xác cao hơn, đồng thời giảm thiểu sai số do các yếu tố bên ngoài như thời tiết hay địa hình. Điều này không chỉ có ý nghĩa trong lĩnh vực quân sự mà còn trong các ứng dụng dân sự như giao thông thông minh, cứu hộ và cứu nạn. Việc áp dụng các công nghệ mới trong phân tích dữ liệu sẽ tiếp tục mở ra nhiều cơ hội cho sự phát triển của các phương pháp định vị chính xác trong tương lai.

II. Các phương pháp hỗ trợ định vị

Các phương pháp hỗ trợ định vị hiện nay rất đa dạng và phong phú. Chúng bao gồm các kỹ thuật như Time of Arrival (TOA), Time Difference of Arrival (TDOA) và Angle of Arrival (AOA). Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với từng ứng dụng cụ thể. Ví dụ, phương pháp TOA thường được sử dụng trong các hệ thống yêu cầu độ chính xác cao, trong khi TDOA lại thích hợp cho các ứng dụng cần xác định vị trí trong môi trường đô thị phức tạp. Việc so sánh và phân tích các phương pháp này giúp xác định được phương pháp nào là tối ưu nhất cho từng tình huống cụ thể. Ngoài ra, việc kết hợp nhiều phương pháp khác nhau cũng có thể mang lại kết quả tốt hơn, giúp cải thiện độ chính xác của hệ thống định vị.

2.1. Phương pháp Time of Arrival TOA

Phương pháp Time of Arrival (TOA) là một trong những kỹ thuật phổ biến nhất trong lĩnh vực định vị chính xác. Kỹ thuật này dựa trên việc đo thời gian mà tín hiệu từ vệ tinh truyền đến máy thu. Bằng cách biết được tốc độ ánh sáng, người ta có thể tính toán được khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu. Phương pháp này có độ chính xác cao, tuy nhiên, nó cũng phụ thuộc vào việc đồng bộ hóa thời gian giữa các thiết bị. Nếu thời gian không được đồng bộ chính xác, sai số trong việc xác định vị trí có thể xảy ra. Do đó, việc sử dụng các thiết bị đồng hồ chính xác là rất quan trọng trong phương pháp TOA. Nghiên cứu cho thấy rằng việc cải thiện độ chính xác của đồng hồ có thể giúp nâng cao độ chính xác của phương pháp này, từ đó cải thiện hiệu quả của các ứng dụng thực tiễn.

2.2. Phương pháp Time Difference of Arrival TDOA

Phương pháp Time Difference of Arrival (TDOA) là một kỹ thuật khác được sử dụng trong định vị chính xác. Kỹ thuật này không yêu cầu đồng bộ hóa thời gian giữa các thiết bị, mà thay vào đó, nó dựa vào sự chênh lệch thời gian mà tín hiệu từ các vệ tinh đến máy thu. Bằng cách đo thời gian mà tín hiệu đến từ ít nhất ba vệ tinh, người ta có thể xác định được vị trí của máy thu. Phương pháp TDOA thường được sử dụng trong các ứng dụng như định vị trong môi trường đô thị, nơi mà tín hiệu có thể bị phản xạ và gây ra sai số. Nghiên cứu cho thấy rằng việc kết hợp TDOA với các phương pháp khác có thể giúp cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống định vị.

III. Xây dựng phương pháp hỗ trợ định vị chính xác

Việc xây dựng phương pháp hỗ trợ định vị chính xác là một quá trình phức tạp, đòi hỏi sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn. Các phương pháp như Assisted-GNSS và A-GPS đã được phát triển nhằm cải thiện độ chính xác và tốc độ của quá trình định vị. Những phương pháp này sử dụng dữ liệu hỗ trợ từ các máy chủ để cung cấp thông tin về vị trí và thời gian, từ đó giúp giảm thiểu sai số trong quá trình xác định vị trí. Việc áp dụng các công nghệ mới như Internet of Things (IoT) và big data cũng đã mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển các phương pháp hỗ trợ định vị chính xác. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tích hợp các công nghệ này có thể giúp cải thiện đáng kể độ chính xác và hiệu quả của hệ thống định vị.

3.1. Nguyên lý Assisted GNSS

Nguyên lý Assisted-GNSS là một trong những phương pháp tiên tiến trong lĩnh vực định vị chính xác. Phương pháp này sử dụng dữ liệu hỗ trợ từ các máy chủ để cải thiện độ chính xác và tốc độ của quá trình định vị. Bằng cách cung cấp thông tin về vị trí và thời gian từ các máy chủ, người dùng có thể xác định vị trí của mình nhanh chóng và chính xác hơn. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng Assisted-GNSS có thể giúp giảm thiểu thời gian khởi động và cải thiện độ chính xác trong các điều kiện khó khăn, như trong môi trường đô thị đông đúc. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc phát triển và ứng dụng các phương pháp hỗ trợ trong lĩnh vực định vị.

3.2. Các giao thức và chuẩn A GNSS

Các giao thức và chuẩn trong A-GNSS đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính tương thích và hiệu quả của hệ thống định vị chính xác. Việc sử dụng các giao thức chuẩn giúp các thiết bị khác nhau có thể giao tiếp và hoạt động cùng nhau một cách hiệu quả. Nghiên cứu cho thấy rằng việc phát triển các giao thức mới có thể giúp cải thiện độ chính xác và tốc độ của quá trình định vị. Đồng thời, việc áp dụng các chuẩn quốc tế cũng giúp nâng cao tính khả thi và độ tin cậy của các ứng dụng trong thực tiễn. Điều này cho thấy sự cần thiết phải tiếp tục nghiên cứu và phát triển các giao thức và chuẩn trong lĩnh vực định vị.

Nội dung chính

## Tổng quan nghiên cứu

Công nghệ định vị vệ tinh toàn cầu (GNSS) đã trở thành một ngành công nghiệp có doanh số hàng chục tỷ USD mỗi năm, với sự phát triển mạnh mẽ nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người trong nhiều lĩnh vực. Từ năm 1995, khi hệ thống GPS của Mỹ và GLONASS của Nga chính thức đi vào hoạt động, nhu cầu định vị và dẫn đường đã được giải quyết một cách cơ bản. Hệ thống GPS hiện có 29 vệ tinh hoạt động, cung cấp dịch vụ định vị 3D với độ chính xác cao, phục vụ cho các ứng dụng quân sự và dân sự như khảo sát, bản đồ, xây dựng, dẫn đường hàng không, viễn thông, và nhiều lĩnh vực khác.

Tuy nhiên, việc thu nhận tín hiệu GPS trong các môi trường phức tạp như khu đô thị đông đúc, trong nhà hoặc dưới tán cây rậm rạp vẫn còn nhiều hạn chế do tín hiệu yếu và hiện tượng đa đường truyền. Do đó, nghiên cứu xây dựng phương pháp hỗ trợ định vị chính xác nhằm nâng cao độ chính xác và khả năng thu nhận tín hiệu trong các điều kiện khó khăn là rất cần thiết. Mục tiêu của luận văn là phát triển một phương pháp hỗ trợ định vị chính xác, kết hợp các kỹ thuật định vị vệ tinh và mạng viễn thông, áp dụng trong phạm vi Việt Nam và các khu vực có điều kiện tương tự.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các kỹ thuật định vị vệ tinh GPS, Galileo, các phương pháp hỗ trợ định vị như Cell-ID, Timing Advance, TDOA, AOA, và công nghệ WiFi. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cải thiện độ chính xác định vị, giảm thời gian xác định vị trí, và mở rộng khả năng ứng dụng trong các dịch vụ định vị dựa trên vị trí (LBS), góp phần phát triển hạ tầng viễn thông và công nghệ định vị tại Việt Nam.

## Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

### Khung lý thuyết áp dụng

- **Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu (GNSS):** Bao gồm GPS, Galileo, GLONASS, Beidou, với nguyên lý đo khoảng cách dựa trên thời gian truyền tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu. GPS cần ít nhất 4 vệ tinh để xác định vị trí trong không gian ba chiều.
- **Phương pháp hỗ trợ định vị trong mạng viễn thông:** Bao gồm Cell-ID (Cell Of Origin), Timing Advance (TA), Time Difference Of Arrival (TDOA), Angle Of Arrival (AOA), giúp xác định vị trí thiết bị di động dựa trên tín hiệu từ các trạm BTS.
- **Công nghệ WiFi định vị:** Sử dụng cường độ tín hiệu nhận được (RSSI) từ các điểm truy cập WiFi để xác định vị trí trong môi trường trong nhà hoặc khu vực đô thị.
- **Mô hình hỗ trợ định vị Assisted-GPS (A-GPS):** Kết hợp dữ liệu từ server hỗ trợ để giảm thời gian xác định vị trí và tăng độ chính xác, đặc biệt trong môi trường tín hiệu yếu.

Các khái niệm chính bao gồm: trilateration, multilateration, mã C/A và P code trong GPS, tín hiệu L1 OS của Galileo, kỹ thuật lọc và khuếch đại tín hiệu, xử lý tín hiệu băng cơ sở, và các thuật toán định vị dựa trên mạng.

### Phương pháp nghiên cứu

- **Nguồn dữ liệu:** Thu thập dữ liệu từ các hệ thống GPS, Galileo, mạng viễn thông GSM/GPRS/WCDMA, và mạng WiFi tại các khu vực đô thị và nông thôn ở Việt Nam.
- **Phương pháp phân tích:** Sử dụng mô phỏng và thực nghiệm để đánh giá độ chính xác của các phương pháp định vị, so sánh hiệu quả giữa các kỹ thuật hỗ trợ định vị như Cell-ID, TA, TDOA, AOA, A-GPS và WiFi.
- **Cỡ mẫu:** Thực nghiệm với khoảng X thiết bị thu GPS và thiết bị di động tại nhiều vị trí khác nhau, bao gồm cả trong nhà và ngoài trời.
- **Timeline nghiên cứu:** Nghiên cứu được thực hiện trong vòng 12 tháng, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, phân tích, phát triển phương pháp và thử nghiệm thực tế.

Phương pháp nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng mô hình hỗ trợ định vị chính xác, phát triển thuật toán kết hợp dữ liệu từ vệ tinh và mạng viễn thông, đồng thời thử nghiệm trong điều kiện thực tế tại Việt Nam.

## Kết quả nghiên cứu và thảo luận

### Những phát hiện chính

- **Độ chính xác của các phương pháp hỗ trợ định vị:** A-GPS đạt độ chính xác từ 3m đến 10m, vượt trội so với Cell-ID (khoảng 100m), Timing Advance (khoảng 100m), và AOA (50m). WiFi định vị trong nhà có thể đạt độ chính xác dưới 10m.
- **Thời gian xác định vị trí:** A-GPS giảm thời gian xác định vị trí xuống còn vài giây so với GPS truyền thống mất đến vài phút, nhờ dữ liệu hỗ trợ từ server.
- **Khả năng hoạt động trong môi trường tín hiệu yếu:** Phương pháp kết hợp A-GPS và WiFi giúp cải thiện khả năng định vị trong các khu vực đô thị đông đúc và trong nhà, nơi tín hiệu vệ tinh bị che khuất.
- **Ứng dụng thực tế tại Việt Nam:** Các dịch vụ LBS dựa trên công nghệ định vị vệ tinh và mạng viễn thông đã được triển khai tại một số thành phố lớn, với độ chính xác và hiệu quả ngày càng được nâng cao.

### Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của sự khác biệt về độ chính xác giữa các phương pháp là do cơ chế đo và xử lý tín hiệu khác nhau. A-GPS tận dụng dữ liệu hỗ trợ từ server giúp máy thu nhanh chóng xác định vị trí, giảm thiểu ảnh hưởng của tín hiệu yếu và đa đường truyền. Trong khi đó, Cell-ID và TA phụ thuộc nhiều vào mật độ trạm BTS và môi trường địa lý, dẫn đến độ chính xác thấp hơn.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả nghiên cứu phù hợp với xu hướng phát triển công nghệ định vị toàn cầu, đồng thời phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam. Việc kết hợp các phương pháp định vị vệ tinh và mạng viễn thông, cùng với công nghệ WiFi, tạo ra giải pháp toàn diện, nâng cao độ chính xác và khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh độ chính xác và thời gian xác định vị trí của các phương pháp, cũng như bảng tổng hợp các ứng dụng thực tế và hiệu quả tại Việt Nam.

## Đề xuất và khuyến nghị

- **Phát triển hệ thống A-GPS tích hợp:** Triển khai rộng rãi hệ thống A-GPS tại các nhà mạng viễn thông để nâng cao độ chính xác và giảm thời gian định vị, hướng tới mục tiêu độ chính xác dưới 10m trong vòng 1-2 năm.
- **Tăng cường hạ tầng mạng WiFi:** Đầu tư mở rộng mạng WiFi công cộng tại các khu vực đô thị và trong nhà, hỗ trợ định vị chính xác trong môi trường tín hiệu vệ tinh yếu, thực hiện trong 3 năm tới bởi các cơ quan quản lý đô thị và nhà cung cấp dịch vụ Internet.
- **Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS hoàn chỉnh:** Phối hợp giữa các cơ quan nhà nước và doanh nghiệp để xây dựng hệ thống thông tin địa lý (GIS) chính xác, phục vụ cho các dịch vụ định vị và quản lý tài nguyên, hoàn thành trong 5 năm.
- **Đào tạo và nâng cao năng lực chuyên môn:** Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về công nghệ định vị vệ tinh và mạng viễn thông cho cán bộ kỹ thuật và nghiên cứu viên, nhằm đảm bảo vận hành và phát triển bền vững các hệ thống định vị.
- **Khuyến khích nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới:** Hỗ trợ các đề tài nghiên cứu phát triển công nghệ định vị đa phương thức, tích hợp GNSS, mạng viễn thông và cảm biến khác để nâng cao độ chính xác và khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực như giao thông, an ninh, và cứu hộ.

## Đối tượng nên tham khảo luận văn

- **Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật truyền thông:** Nắm bắt kiến thức chuyên sâu về công nghệ định vị vệ tinh, các phương pháp hỗ trợ định vị và ứng dụng thực tế.
- **Doanh nghiệp viễn thông và công nghệ thông tin:** Áp dụng các giải pháp định vị chính xác để phát triển dịch vụ LBS, nâng cao chất lượng dịch vụ và trải nghiệm khách hàng.
- **Cơ quan quản lý nhà nước và đô thị:** Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng hạ tầng GIS, quản lý giao thông, an ninh và phát triển đô thị thông minh.
- **Ngành công nghiệp khai thác mỏ, xây dựng và giao thông vận tải:** Ứng dụng công nghệ định vị chính xác trong quản lý thiết bị, điều khiển máy móc và tối ưu hóa hoạt động sản xuất.

Mỗi nhóm đối tượng có thể khai thác luận văn để nâng cao hiệu quả công việc, phát triển sản phẩm và dịch vụ, đồng thời đóng góp vào sự phát triển bền vững của ngành công nghệ định vị tại Việt Nam.

## Câu hỏi thường gặp

1. **Phương pháp hỗ trợ định vị nào cho độ chính xác cao nhất?**  
   A-GPS cung cấp độ chính xác từ 3m đến 10m, vượt trội hơn so với các phương pháp như Cell-ID hay TA, nhờ sử dụng dữ liệu hỗ trợ từ server giúp giảm thời gian và tăng độ chính xác.

2. **Tại sao tín hiệu GPS yếu trong khu đô thị?**  
   Tín hiệu vệ tinh bị che khuất bởi các tòa nhà cao tầng, hiện tượng đa đường truyền và suy hao tín hiệu trong nhà làm giảm chất lượng thu nhận, ảnh hưởng đến độ chính xác định vị.

3. **WiFi định vị hoạt động như thế nào?**  
   WiFi định vị dựa trên cường độ tín hiệu nhận được từ các điểm truy cập WiFi, phù hợp với môi trường trong nhà hoặc khu vực đô thị, giúp nâng cao độ chính xác khi tín hiệu vệ tinh yếu.

4. **Làm thế nào để kết hợp các phương pháp định vị?**  
   Kết hợp A-GPS với các phương pháp mạng như Cell-ID, TA và WiFi giúp tận dụng ưu điểm từng phương pháp, cải thiện độ chính xác và khả năng hoạt động trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau.

5. **Ứng dụng của công nghệ định vị tại Việt Nam hiện nay?**  
   Công nghệ định vị được ứng dụng trong đo đạc bản đồ, quản lý giao thông, dịch vụ LBS cho điện thoại di động, kiểm soát tốc độ tàu, và các lĩnh vực khai thác mỏ, xây dựng, góp phần phát triển kinh tế và xã hội.

## Kết luận

- Luận văn đã xây dựng thành công phương pháp hỗ trợ định vị chính xác, kết hợp công nghệ GNSS và mạng viễn thông, phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam.  
- Độ chính xác của phương pháp A-GPS và WiFi định vị được cải thiện rõ rệt, đáp ứng yêu cầu dịch vụ định vị hiện đại.  
- Nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả ứng dụng công nghệ định vị trong nhiều lĩnh vực như an ninh, giao thông, khai thác mỏ và quản lý đô thị.  
- Đề xuất các giải pháp phát triển hạ tầng và đào tạo nhân lực nhằm thúc đẩy ứng dụng rộng rãi công nghệ định vị chính xác.  
- Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thử nghiệm thực tế, hoàn thiện hệ thống GIS và mở rộng nghiên cứu tích hợp đa phương thức định vị.

Hành động tiếp theo là phối hợp với các nhà mạng, cơ quan quản lý và doanh nghiệp để triển khai ứng dụng phương pháp hỗ trợ định vị chính xác, góp phần phát triển công nghệ định vị tại Việt Nam và khu vực.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ SỬ DỤNG VỆ TINH 1.1 Giới thiệu Việc định vị và dẫn đường dựa vào vệ tinh đã bắt đầu vào năm 1970. Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu là một hệ thống vệ tinh xác định vị trí địa lý của người sử dụng ở bất kỳ nơi nào trên trái đất. Một hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu là một máy thu điện từ nhỏ có khả năng tính toán được vị trí của người sử dụng bao gồm: Kinh độ, vĩ độ và độ cao so với mặt nước biển.

Nguyên tắc để đo được các thông số vị trí này là đo khoảng thời gian tín hiệu truyền từ các vệ tinh. Hiện nay, có một số hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu khác nhau trên thế giới là United States NAVSTAR (NAVstar System with Timing and Ranging), hệ thống định vị GPS, hệ thống định vị ở Nga (GLONASS), hệ thống định vị Châu Âu (GALILEO), hệ thống dẫn đường của Trung Quốc (Beidou), hệ thống dẫn đường của Ấn Độ (IRNSS), Nhật Bản (QZSS).1 Hệ thống định vị GPS (Global Positioning System). Chương trình GPS được tán thành vào năm 1973, chương trình được phát triển bởi bộ quốc phòng của Mỹ (DoD). Vệ tinh đầu tiên được phóng vào năm 1978.

Tháng 8 năm 1993, GPS gồm 24 vệ tinh trong quỹ đạo và đến tháng 12 năm đó, năng lực hoạt động ban đầu được thành lập. Hệ thống GPS ngày nay gồm 29 vệ tinh trong quỹ đạo chuyển động. Mặc dù mục đích chính của GPS là các ứng dụng quân sự, nhưng ngày nay ứng dụng của GPS đã được mở rộng ra các thiết bị đời sống hằng ngày. Các ứng dụng chủ yếu là định vị 3D, tính toán thời gian, biên độ và tốc độ cho các công việc như khảo sát, bản đồ, xây dựng và các ứng dụng trong đời sống hằng ngày như định vị hàng không, định vị dưới đại dương và định vị viễn thông….Dưới đây là phần thảo luận về hệ thống GPS.1 Lý thuyết cơ bản về máy thu GPS Để hiểu được làm thế nào mà máy thu GPS có thể xác định được vị trí của nó, chúng ta sẽ xem ví dụ dưới đây: Đầu tiên, chúng ta sẽ bắt đầu với một ví dụ đơn giản, một người có vị trí trên trục X và được định nghĩa là U.

Nếu như vị trí của vệ tinh là S1 và khoảng của nó so với vệ tinh là x1 về cả hai phía thì vị trí của người này có thể ở bên trái hay bên phải của S1. Do đó, để xác định được vị trí của người này ta cần phải xác định được x2 là khoảng cách của người này với vệ tinh khác được yêu cầu. 2 Luan van Xây dựng phương pháp hỗ trợ định vị chính xác Hình 1.1 Vị trí của người sử dụng trong không gian một chiều. Một ví dụ khác với không gian hai chiều, để xác định được vị trí của người đó cần phải có ba vệ tinh và ba khoảng cách được yêu cầu.

Vị trí của người sử dụng trong không gian hai chiều.2 đã chỉ ra vị trí của người đó trong không gian hai chiều, ở hình 1.a, hai vệ tinh (S1,S2) và hai khoảng cách (x1,x2) đưa ra hai đáp án vì hai vòng tròn này giao nhau tại hai điểm. Do đó, vệ tinh thứ ba S3 cùng với khoảng cách x3 sẽ xác định được chính xác vị trí của người đó.b chỉ ra vị trí chính xác của U. Từ hai ví dụ trên đây, ta có thể thấy dễ dàng để có thể hiểu được trường hợp không gian ba chiều thì việc xác định vị trí của U sẽ như thế nào. Trong trường hợp đó, ta cần 4 vệ tinh cùng với 4 khoảng cách tương ứng và khi đó hình biểu diễn sẽ là một quả cầu trong không gian ba chiều.

Hai quả cầu sẽ giao nhau tạo thành một đường tròn. Hình tròn đó giao quả cầu khác tại hai điểm, giống như trường hợp không gian hai chiều. Cuối cùng để xác định chính xác vị trí của U thì cần hơn một vệ tinh nữa. Do vậy, trong không gian ba chiều, GPS cần ít nhất 4 vệ tinh để xác định vị trí của một người.2 Sự phân khu vực trong hệ thống GPS.

Hệ thống GPS gồm 3 phần: Phần không gian (Space Segments), phần điều khiển (Control Segments), phần người sử dụng (User Segments). 3 Luan van Xây dựng phương pháp hỗ trợ định vị chính xác Hình 1. Sơ đồ quan hệ giữa ba phần trong hệ thống GPS. Space Segments: Có chức năng là mang xung đồng hồ và tín hiệu tần số L1 (1575.42 MHz) bao gồm mã C/A (Coarse Acquisition) và mã P(Y).

Các vệ tinh cũng mang tín hiệu tần số L2 (1227. Phần không gian của GPS bao gồm 24 vệ tinh nhân tạo (được gọi là satellite vehicle-SV, tính đến thời điểm 1995). Quỹ đạo chuyển động của vệ tinh nhân tạo xung quanh trái đất là quỹ đạo tròn, 24 vệ tinh nhân tạo chuyển động trong 6 mặt phẳng quỹ đạo. Mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh GPS nghiêng so với mặt phẳng xích đạo một góc 55 độ.

Hình 4 minh họa chuyển động của vệ tinh GPS xung quanh trái đất. Từ khi phóng vệ tinh GPS đầu tiên được phóng vào năm 1978, đến nay đã có bốn thế hệ vệ tinh khác nhau. Thế hệ đầu tiên là vệ tinh Block I, thế hệ thứ hai là Block II, thế hệ thứ ba là Block IIA và thế hệ gần đây nhất là Block IIR. Thế hệ cuối của vệ tinh Block IIR được gọi là Block IIR-M.

Những vệ tinh thế hệ sau được trang bị thiết bị hiện đại hơn, có độ tin cậy cao hơn, thời gian hoạt động lâu hơn. Vệ tinh thế hệ đầu Block I được cho trong Hình 1. Vệ tinh đầu tiên của thế hệ mới Block IIR-M1 (mới được phóng vào tháng 12 năm 2005) được cho trong Hình 1. 4 Luan van Xây dựng phương pháp hỗ trợ định vị chính xác Hình 1.

GPS IIR được phóng vào tháng 9 năm 2005. Control Segments: Gồm có 4 trạm thu tín hiệu phát đi từ vệ tinh (Monitor Station) và một trạm chủ (Master Control) để phát tín hiệu lên vệ tinh. Bốn trạm thu được đặt ở các địa điểm khác nhau trên khắp thế giới: Một được đặt tại đảo Hawaii, một trên đảo Kwajalein (Thái Bình Dương); một được đặt trên đảo Diego Garcia (Ấn Độ Dương) và một trạm được đặt ở đảo Ascension (Đại Tây Dương). Trạm chủ được đặt tại trại Falcon của Không Lực Hoa Kỳ tại Bang Colorado.

Bốn trạm thu tín hiệu có nhiệm vụ thu tín hiệu chứa thông tin về quỹ đạo và thời gian từ vệ tinh gửi về sau đó gửi nhưng thông tin này cho trạm chủ. Trạm chủ sẽ hiệu chỉnh những thông tin nhận được và gửi lại những thông tin đã được hiệu chỉnh lên vệ tinh để điều chỉnh quỹ đạo bay và đồng bộ thời gian cho các vệ tinh cùng với thông tin về sự suy hao đường truyền. User Segments: Đây là thành phần cuối cùng trong hệ thống GPS. Vì tín hiệu từ vệ tinh GPS được phát quảng bá trên toàn bộ trái đất nên số lượng máy thu GPS là không giới hạn.

Phần người sử dụng sẽ thu các tín hiệu mang thông tin về cự ly, thời gian, trễ truyền sóng được phát xuống từ 4 vệ tinh để xác định vị trí cũng như tốc độ của mình.3 Hệ thống GPS hiện đại. Để phục vụ sự tăng lên của nhu cầu người sử dụng trong hai thập niên gần đây cùng với sự phát triển của các hệ thống định vị vệ tinh khác đặc biệt là GALILEO, chính quyền Mỹ đã tạo ra một sự cải thiện công suất làm việc của hệ thống GPS. Hệ thống GPS hiện đại bao gồm tín hiệu thường, L5 (1176.45 MHz) với mục đích là an toàn cuộc sống cho các thiết bị đời sống hằng ngày. Có thêm hai tín hiệu trong hệ thống GPS hiện đại là L3 (1381.05 MHz) được sử dụng để phòng chống sự bùng nồ hạt nhân và tín hiệu L4 (1379.45 MHz) dùng để hiệu chỉnh thuộc về tầng điện ly.

5 Luan van Xây dựng phương pháp hỗ trợ định vị chính xác 1.2 Hệ thống định vị GALILEO. Vào năm 1998, cơ quan vũ trụ châu âu European Space Agency (ESA) và liên hiệp châu âu European Commission đã quết định nghiên cứu một hệ thống định vị vệ tinh riêng cho khu vực châu âu. Cũng giống như các hệ thống GNSS khác, GALILEO cũng gồm 3 thành phần chính là: -Trạm không gian (Space Segment). -Trung tâm điều khiển (Control Segment).

Trạm không gian bao gồm 30 vệ tinh với 27 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh đảm bảo khi có sự cố. Các vệ tinh sẽ di chuyển với quỹ đạo tròn có góc nghiêng 56 o. Thời gian đi hết 1 quỹ đạo của 1 vệ tinh là 14 giờ. Hệ thống định vị toàn cầu Galileo.

Vệ tinh trong hệ thống định vị Galileo. Với giới hạn của đề tài, chúng ta chỉ đi sâu vào L1 OS signal (OS là giành cho thiết bị mở). Tín hiệu L1 OS được mong chờ là sẽ đảm bảo được độ chính xác theo chiều ngang là hơn 15m và chiều thẳng đứng là 35m, độ chính xác về vận tốc 6 Luan van Xây dựng phương pháp hỗ trợ định vị chính xác là tốt hơn 50cm/s và độ chính xác về thời gian là tốt hơn 100ns. Đối với một máy thu tần số kép thì độ chính xác về các đại lượng trên tương ứng là: 7m, 15m, 20cm/s, 100ns.

Tất cả các vệ tinh Galileo đều sử dụng một dải tần số khác nhau và đều sử dụng công nghệ CDMA. Tín hiệu trải phổ sẽ được truyền bao gồm các mã sắp xếp khác nhau trên mỗi tín hiệu, mỗi tần số và mỗi vệ tinh. Tất cả các tín hiệu đều được truyền ở phía sự phân cực tròn bên phải. Tín hiệu L1 OS được truyền ở tần số f1=1575.

Tín hiệu gồm 3 kênh gọi là A, B và C. L1-A giống với L1 PRS (PRS giành cho các thiết bị điều hòa công cộng), là một tín hiệu truy cập giới hạn. Các ranging code và thông tin dẫn đường được chuyển thành mật mã. Tín hiệu dữ liệu là L1-B và tín hiệu dữ liệu tự do L1-C.

Một tín hiệu dữ liệu tự do cũng được gọi là tín hiệu hoa tiêu, nó chỉ được tạo bởi ranging code, không được điều chế bởi một dòng dữ liệu dẫn đường. Tín hiệu L1 OS có chiều dài mã là 4092 với một tốc độ chip là 1.023 MHz, đưa ra một tốc độ lặp lại là 4ms.1 Cấu trúc của hệ thống Galileo. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống Galileo. Hệ thống bao gồm: -GCS: Galileo Control System.

-GMS: Galileo Mission System. -GCC: Galileo Control Center. -TT&C: Telemetry, Tracking and Command Station. 7 Luan van Xây dựng phương pháp hỗ trợ định vị chính xác -GSS: Galileo Sensor Station.

-ULS: Uplink Station.