Luận Văn Nghiên cứu và khai thác hệ thống dẫn đường bằng vệ tinh GPS

Đồ án tốt nghiệp năm 2013
Đề tài: Nghiên cứu và khai thác hệ thống dẫn đường bằng vệ tinh GPS




MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
CÁC TỪ VIẾT TẮT . 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH
. 5
1.1 Sơ lược lịch sử phát triển . 5
1.2 Các hệ thống dẫn đường vệ tinh trên thế giới 7
1.2.1 Hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR -GPS . 7
1.2.2 Hệ thống Glonass 15
1.2.3 Hệ thống vệ tinh dẫn đường dân dụng bao phủ INMARSAT . 18
1.3 Các hệ tọa độ sử dụng trong dẫn đường vệ tinh 20
1.3.1 Hệ tọa độ địa lý OzXdYdZd 20
1.3.2 Hệ tọa độ chuẩn địa tâm . 21
1.3.3 Hệ tọa độ GPS 22
1.3.4 Hệ toạ độ địa lý cục bộ ENU 24
1.4 Hệ thời gian sử dụng trong dẫn đường vệ tinh 24
1.3.1 Giờ GPS . 24
1.3.2 Giờ UTC . 25
1.5 Lịch vệ tinh 27
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ ĐỊNH VỊ CỦA HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ
TINH NAVSTAR -GPS 28
2.1 Nguyên lý dẫn đường của hệ thống dẫn đường vệ tinh NAVSTAR -GPS 28
2.2 Xác định khoảng cách giả để định vị trong phương pháp dẫn đường . 29
2.2.1 Định nghĩa khoảng cách giả . 29
2.2.2 Xác định vị trí từ các khoảng cách giả . 31
2.3 Định vị tương đối thời gian thực GPS 34
2.4 Tín hiệu dẫn đường từ vệ tinh trong hệ thống GPS . 35
2.4.1 Cấu trúc tín hiệu . 35
2.4.2 Tính chất và thành phần của tín hiệu GPS . 39
2.5 Cấu trúc máy thu GPS . 47
2.5.1 Lọc và khuếch đại tín hiệu cao tần . 47
2.5.2 Đổi tần và khuếch đại trung tần . 48
2.5.3 Số hoá tín hiệu GPS . 49
2.5.4 Xử lý tín hiệu băng cơ sở . 50
2.6 Độ chính xác của hệ thống GPS và các nguyên nhân gây sai số . 52
2.6.1 Độ chính xác của GPS . 52
2.6.2 Các nguyên nhân gây sai số . 53
CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VỆ TINH TRONG
NGÀNH HÀNG KHÔNG 55
3.1. Hạn chế của hệ thống dẫn đường truyền thống 55
3.2. Cấu trúc hệ thống Testbed 56
3.3. Các hệ thống tăng cường dẫn đường . 56
3.3.1. Hệ thống SBAS ( Satellite Based Augmentation System ) 57
3.3.2. Hệ thống GBAS ( Ground-Based Augmentation System ) 60
3.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống tăng cường 63
CHƯƠNG 4: KHAI THÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH TRÊN
MÁY BAY BOEING 777 . 64
4.1 Giới thiệu hệ thống dẫn đường vệ tinh trên máy bay Boeing 777 64
4.2 Máy thu tín hiệu vệ tinh GPS trên máy bay Boeing 777 65
4.2.1 Sơ đồ khối máy thu GPS trên Boeing 777 . 65
4.2.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống GPS trên máy bay Boeing 777
. 67
4.3 Chức năng các khối trong hệ thống GPS trên máy bay Boeing 777 . 70
4.3.1 Chức năng khối thu nhận đa phương thức MMR 70
4.3.2 Hệ thống dẫn đường quán tính ADIRS . 75
4.3.3 Khối nguồn và anten GPS . 78
4.3.4 Hệ thống hiển thị 79
4.3.5 Khối dữ liệu không khí và dẫn đường quán tính ADIRU 82
4.3.6 Hệ thống cảnh báo gần mặt đất GPWC (ground proximity
warning computer) 84
4.3.7 Hệ thống tính toán và quản lý chuyến bay FMCF (flight
management computing function) . 84
4.4 Công tác kiểm tra mặt đất 85
4.5 Công tác bảo dưỡng cho hệ thống GPS trên máy bay Boeing 777 . 85
KẾT LUẬN . 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 88




LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, thế giới thông tin ngày càng phát triển một cách đa dạng và
phong phú. Nhu cầu về thông tin liên lạc trong cuộc sống càng tăng cả về số
lượng và chất lượng, đòi hỏi các dịch vụ của ngành viễn thông càng mở rộng.
Trong những năm gần đây thông tin vệ tinh trên thế giới đã có những bước
tiến vượt bậc đáp ứng nhu cầu đời sống, đưa con người nhanh chóng tiếp cận
với các tiến bộ khoa học kỹ thuật.
Nhằm đáp ứng cho các mục đích dẫn đường cũng như xác định vị trí một
cách chính xác, nhanh chóng và thuận tiện, một số quốc gia và tổ chức quốc
tế trên thế giới đã xây dựng nên các hệ thống định vị dẫn đường có độ chính
xác cao để thay thế cho các phương pháp định vị dẫn đường truyền thống
như: NAVSTAR - GPS, GLONASS, INMARSAT, GALILEO
Công nghệ định vị toàn cầu NAVSTAR - GPS (Navigation Satellities
Time and Ranging - Global Positioning System) là hệ thống định vị toàn cầu
được Bộ Quốc Phòng Mỹ xây dựng và phát triển vào năm 1973 và được hoàn
thiện vào năm 1994.
Công nghệ GPS bắt đầu được giới thiệu và ứng dụng vào Việt Nam từ
giữa những năm 1990 nhưng chủ yếu để phục vụ cho công việc quan trắc bản
đồ. Những năm gần đây hệ thống GPS đã được Việt Nam áp dụng vào quản
lý, giám sát các phương tiện giao thông, đặc biệt ứng dụng công nghệ GPS
vào các phương tiện kĩ thuật cao như: máy bay và tàu thủy Tạo bước tiến
vượt bậc cho việc phát triển ứng dụng GPS cho hệ thống dẫn đường tự động.
Để hiểu rõ hơn về hệ thống GPS em chọn đề tài “Nghiên cứu và khai
thác hệ thống dẫn đường bằng vệ tinh GPS” làm đồ án tốt nghiệp của mình.
Đồ án sẽ đi sâu vào khai thác dựa trên cơ sở hệ thống NAVSTAR - GPS của
Mỹ.
Nội dung của đồ án bao gồm 4 chương :
Chương 1: Tổng quan về các hệ thống dẫn đường vệ tinh quốc tế
Chương 2: Nguyên lý định vị của hệ thống dẫn đường vệ tinh
NAVSTAR – GPS
Chương 3: Ứng dụng hệ thống định vị vệ tinh trong ngành hàng không
Chương 4: Khai thác hệ thống dẫn đường vệ tinh trên máy bay BOEING 777




TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Cục hàng không dân dụng Việt Nam, “Giới thiệu những kiến thức
cơ bản của hệ thống CNS/ATM”, 1997.
2. ThS. Lê Hoài Nam, Luận văn cao học: “Hệ thống vệ tinh dẫn
đường toàn cầu GNSS ứng dụng cho ngành hàng không dân dụng
Việt Nam”.năm 1999.
3. TS. Nguyễn Văn Tuấn, “Giáo trình thông tin vi ba-vệ tinh”. Tái bản
năm 2004.
4. PGS.PTS. Trần Đắc Sửu: Nghiên cứu ứng dụng định vị toàn cầu
trong ngành hàng hải Việt Nam.
5. Nghiên cứu triển khai ứng dụng hệ thống thông tin dẫn đường giám
sát bằng vệ tinh trong ngành hàng không Việt Nam, C ục Hàng không
dân dụng - Viện KHHK.
6. Tài liệu hướng dẫn sử dụng AMM, CMM của máy bay Boeing 777.
7. Global Positioning System, International Navigation and
Intergration. Mohinder S. Grewal, Lawwrence R. Well and Angus P.
Andrews.
8. CNS/ATM. International Aviation Centre.
9. Www.garmin.Com/manuals/gps4beg.Pdf.
10. www.Aero.org/publications/gpsprimer/index.Html.
11. www.Nasm.si.Edu/galleries/gps/.
12. Www.mercat.Com/quest/gpstutor.Html.