THIẾT KẾ MODULE TÍCH HỢP ĐA CHỨC NĂNG THÔNG TIN VỆ TINH HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU

Giáo viên hướng dẫn : TS Vũ Văn Yêm Đồ án tốt nghiệp

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay nếu chúng ta ngồi trên chiếc xe ô tô bóng láng có trang bị thiết bị dẫn

đường GPS (GPS navigator) chúng ta có thể nhìn thấy vị trí hay tọa độ của xe mình

hiện trên màn hình có bản đồ điện tử trong hệ thống đường xá phức tạp.

Đó là một trong các ứng dụng của hệ thống định vị toàn cầu.

Để trả lời câu hỏi làm sao để ứng dụng được GPS ,trong khuôn khổ của đồ án

tốt nghiệp em tiến hành thực hiện đề tài : “THI T K MODULE TÍCH H P A Ế Ế Ợ Đ

CH C N NG THÔNG TIN V TINH H TH NG NH V TOÀN C U Ứ Ă Ệ Ệ Ố ĐỊ Ị Ầ “

Sau một thời gian nghiên cứu và tìm hiểu, em đã cố gắng nghiên cứu xây dựng

đồ án với các nội dung chính như sau:

Chương I: Giới thiệu chung về hệ thống định vị toàn càu

Chương II: Tìm hiểu Vi điều khiển

Chương III: Thiết kế module

Mặc dù đã cố gắng nhưng với thời gian và trình độ còn hạn chế nên đồ án

không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận đước sự góp ý của các thầy giáo,

cô giáo và các bạn.

Em xin trân thành cảm ơn thầy giáo Vũ Văn Yêm, các thầy cô giáo trong khoa

và các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này.

Hà nội, ngày….tháng…. năm 2009

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đức Long

Sinh viên: Nguyễn Đức Long – Lớp SPKT Điện Tử -K50

Giáo viên hướng dẫn : TS Vũ Văn Yêm Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU

I.Định nghĩa về hệ thống định vị toàn cầu

I.1. Định nghĩa

Hệ thống định vị toàn cầu ( Global Positioning System - GPS) là hệ thống xác

định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo . Trong cùng một thời điểm, ở một

vị trí trên mặt đất nếu xác định được khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính

được tọa độ của vị trí đó.

I.2.Các thành phần chính của GPS

Hệ thống định vị toàn cầu bao gồm 3 bộ phận: bộ phận người sử dụng, bộ phận

không gian và bộ phận điều khiển

Hình 1.1. Các thành phần chính của GPS

Sinh viên: Nguyễn Đức Long – Lớp SPKT Điện Tử -K50

Giáo viên hướng dẫn : TS Vũ Văn Yêm Đồ án tốt nghiệp

1.Bộ phận người sử dụng

Bộ phận người sử dụng là người sử dụng và GPS ghi nhận. GPS ghi nhận là một

máy thu tín hiệu sóng vô tuyến đặc biệt. Nó được thiết kế để nghe tín hiệu sóng vô

tuyến được truyền từ các vệ tinh và tính toán vị trí dựa trên thông tin đó. GPS ghi

nhận có nhiều kích cỡ khác nhau, hình dáng và giá cả khác nhau.

Tính chất và giá cả của GPS ghi nhận nói chung lệ thuộc vào chức năng mà bộ

phận thu nhận có ý định. Bộ phận thu nhận dùng cho ngành hàng hải và hàng không

thường sử dụng cho tính năng giao diện với thẻ nhớ chứa bản đồ đi biển. Bộ phận thu

nhận dùng cho bản đồ khả năng chính xác rất cao và có giao diện người sử dụng cho

phép ghi nhận dữ liệu nhanh chóng.

2.Bộ phận không gian

Bộ phận không gian gồm các vệ tinh GPS mà nó truyền thời gian và vị trí tới

người sử dụng. Tập hợp tất cả các vệ tinh này được gọi là “chòm sao”.

-Hệ thống NAVSTAR (Mỹ)

- Hệ thống GLONASS (Nga)

3.Bộ phận điều khiển

Bộ phận điều khiển gồm toàn bộ thiết bị trên mặt đất được sử dụng để giám sát

và điều khiển các vệ tinh. Bộ phận này thường người sử dụng không nhìn thấy,

nhưng đây là bộ phận quan trọng của hệ thống. Bộ phận điều khiển NAVSTAR,

được gọi là hệ thống điều khiển hoạt động (operational control system (OCS)) gồm

các trạm giám sát, một trạm điều khiển chính (master control station (MCS)) và anten

quay.

Các trạm giám thụ động không nhiều hơn GPS nhận mà đường bay của các vệ

tinh được nhìn thấy và do đó phạm vi tích luỹ dữ liệu từ tín hiệu vệ tinh. Có 5 trạm

Sinh viên: Nguyễn Đức Long – Lớp SPKT Điện Tử -K50

Giáo viên hướng dẫn : TS Vũ Văn Yêm Đồ án tốt nghiệp

giám sát thụ động, toạ lạc ở Colorado Springs, Hawaii, đảo Ascencion, Diego Garcia

và Kwajalein. Các trạm giám sát gởi dữ liệu thô về trạm MSC để xử lý.

Trạm MCS dược toạ lạc ở Falcon Air Force Base, cách 12 dặm về phía đông

của Colorado Springs, Colorado và được Mỹ quản lý. Air Force's 2nd Space

Operations Squadron (2nd SOPS). Trạm MCS nhận dữ liệu từ trạm giám sát trong

thời gian 24 giờ/ngày và sử dụng thông tin này để xác định nếu các vệ tinh đang khoá

hoặc lịch thiên văn thay đổi và để phát hiện thiết bi trục trặc. Thông tin về tàu thuỷ di

chuyển và lịch thiên văn được tính toán từ tín hiệu giám sát và chuyển đến vệ tinh

một lần hoặc hai lần/ngày.

Thông tin tính toán bởi trạm MCS, cùng với các mệnh lệnh duy trì thường

xuyên được truyền bởi anten xoay trên mặt đất. Anten này toạ lạc tại đảo Ascencion,

Diego Garcia và Kwajalein. Anten có đủ phương tiện để truyền đến vệ tinh theo

đường liên kết sóng vô tuyến band S.

Thêm vào đó chức năng chính của trạm MCS duy trì 24 giờ hệ thống bản tin

điện tử với tình trạng và tin tức hệ thống sau cùng. Công dân liên lạc cho vấn đề này

với The United States Coast Guard's (USCG) Navigation Center (NAVCEN).

II. Giới thiệu các hệ thống định vị toàn cầu

II.1.Hệ thống định vị toàn cầu của Mỹ

1.Quá trình xây dựng:

-Vệ tinh GPS đầu tiên được phóng năm 1978.

- Hoàn chỉnh đầy đủ 24 vệ tinh vào năm 1994.

- Mỗi vệ tinh được làm để hoạt động tối đa là 10 năm.

- Vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1500 kg và dài khoảng 5m với các tấm

năng lượng Mặt Trời mở rộng 7 m².

* Công suất phát bằng hoặc dưới 50 watts.

2.Sự hoạt động

Hệ thống NAVSTAR gồm 24 vệ tinh với 6 quỹ đạo bay. Các vệ tinh này hoạt

động ở quỹ đạo có độ cao 20.200 km (10,900 nm) ở góc nghiêng 55 độ và với thời

Sinh viên: Nguyễn Đức Long – Lớp SPKT Điện Tử -K50

Giáo viên hướng dẫn : TS Vũ Văn Yêm Đồ án tốt nghiệp

gian 12 giờ/quỹ đạo. Quỹ đạo bay không gian của các vệ tinh được sắp xếp để tối

thiểu 5 vệ tinh sẽ được người sử dụng nhìn thấy bao phủ toàn cầu, với vị trí chính xác

hoàn toàn (position dilution of precision PDOP) của 6 vệ tinh hoặc ít hơn.

Mỗi vệ tinh truyền trên 2 band tần số L, L1 có tần số 1575.42 MHz và L2 có tần

số 1227.6 MHz. Mỗi vệ tinh truyền trên cùng tần số xác định; tuy nhiên, tín hiệu mỗi

vệ tinh thì thay đổi theo thời gian đến người sử dụng. L1 mang mã P (precise (P)

code) và mã C/A (coarse/acquisition (C/A) code). L2 chỉ mang mã P (P code).

Thông tin dữ liệu hàng hải được thêm các mã này. Thông tin dữ liệu hàng hải

giống nhau được mang cả 2 band tần số. Mã P thì thường được mã hoá vì thế chỉ mã

C/A thì có sẵn đến người sử dụng bình thường; tuy nhiên, một vài thông tin có thể

nhận được từ mã P. Khi mã hoá, mã P được hiểu như mã Y. Mỗi vệ tinh có 2 số nhận

dạng. Đầu tiên là số NAVSTAR với nhận dạng trên thiết bị vệ tinh đặc biệt. Thứ hai

là số sv (the space vehicle (sv) number). Số này được ấn định để ra lệch phóng vệ

tinh. Thứ ba là số mã tiếng âm thanh (the pseudo-random noise-PRN). Đây chỉ là số

nguyên mà nó được sử dụng để mã tín hiệu từ các vệ tinh đó. Một vài máy ghi nhận

nhận biết vệ tinh mà chúng đang ghi nhận từ mã SV, hoặc mã khác từ mã PRN. hành

trình, quãng cách tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa.

Sinh viên: Nguyễn Đức Long – Lớp SPKT Điện Tử -K50