Đồ Án Thuật toán định vị lai gps - wcdma

Tóm tắt đồ án
Trong những thập kỉ gần đây, vệ tinh được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị truyền thông cho mục đích thương mại cũng như quân sự, đặc biêt là trong lĩnh vực định vị dẫn đường. Trong nhiều năm, những nỗ lực để cải thiện độ chính xác định vị đã được thực hiện. Một trong những phương pháp phổ biến nhất là kết hợp giữa nhiều hệ thống định vị với nhau như Wifi-GPS .Trong khi nghiên cứu tại trung tâm navis, em có đọc được một bài báo về cải thiện độ chính xác trong định vị của vệ tinh thông qua hệ thống thông tin di động. Trong đồ án này, em xin được trình bày các nghiên cứu cũng như mô phỏng về thuật toán của hệ thống định vị lai sử dụng phần mềm mô phỏng MATLAB/SIMULINK . Đồ án bao gồm 3 chương, Hệ thống GPS và các kết quả mô phỏng sẽ được đưa ra ở chương 1, Ở chương 2 hệ thống W-CDMA và các phương pháp định vị trong mạng tế bào được giới thiệu.Các thuật toán TDOA và định vị cho vệ tinh được giới thiêu ở chương 3 và các kết quả mô phỏng.

Lời nói đầu
​​

Cùng với quá trình phát triển của công nghệ, vệ tinh ngày càng được tối ưu và phức tạp hơn. Vệ tinh nói chung và GPS nói riêng là một trong những hệ thống thiết bị định vị rất hiệu quả. Tuy nhiên, một vấn đề chủ yếu thường gặp phải là khi ở những khu vực đô thị hay trong những tòa nhà,sử dụng vệ tinh sẽ không cho chúng ta những kết quả thực sự chính xác. Trong những năm qua,rất nhiều các nghiên cứu đã được đưa ra để cải thiện nhược điểm này. Ngược lại, hiện nay ở các thành phố, hệ thống BTS của các mạng thông tin di động rất dày đặc, và khả năng định vị của BTS trong khu vực đông dân cư cũng như trong các tòa nhà chính xác hơn so với vệ tinh. Nhược điểm của BTS là tại những nơi ít thuê bao, số lượng BTS ko đủ để có thể định vị một cách chính xác nhưng vệ tinh lại có thể giải quyết được điều này. Từ những ưu nhược điểm của từng hệ thống như vậy, một hệ thống định vị có sự kết hợp giữa vệ tinh GPS và hệ thống thông tin di động tế bào W-CDMA sẽ giải quyết được vấn đề. Khả năng định vị sẽ được nâng cao, tận dụng được hệ thống có sẵn (W-CDMA) nên chi phí ứng dụng sẽ không lớn. Tuy nhiên, một vấn đề được đặt ra là đi kèm với một hệ thống mới này, chúng ta cần có một thuật toán để tính toán vị trí tương ứng với phần cứng của hệ thống.Trong đồ án này, em xin trình bày về thuật toán áp dụng cho hệ thống định vị lai cũng như các mô phỏng về hệ thống vệ tinh GPS và W-CDMA.
Mục lục
Mục lục. 1
Mục Lục Hình Vẽ. 2
Tóm tắt đồ án. 7
Chương 1: Hệ thống vệ tinh định vị 8
1.1 Khái niêm về vệ tinh định vị 8
1.2 Lịch sử phát triển định vị 8
1.3 Lịch sử và nguyên lý định vị vệ tinh. 11
1.4 Hệ thống vệ tinh GPS trong định vị 12
1.4.1 Sơ lược hệ thống GPS. 12
1.4.2 Các thành phần của hệ thống GPS. 14
1.4.3 Nguyên tắc hoạt động của GPS. 16
1.4.4 Các khái niệm và định luật sử dụng trong công nghe GPS. 18
1.5 Tổng quan vệ tín hiệu GPS. 20
1.5.1 Tần số GPS. 20
1.5.2 Cấu tạo của tín hiệu GPS. 21
1.5.3 Cấu trúc của dữ liệu định vị GPS. 21
1.5.4 Quá trình tạo tín hiệu GPS. 22
1.6 Các mô phỏng trong hệ thống GPS. 23
1.6.1 Phần mềm MATLAB/SIMULINK 23
1.6.2 Mô hình hệ thống phát tín hiệu GPS trên vệ tinh. 26
1.6.3 Các thành phần máy thu tín hiêu GPS. 31
1.7 Các kết quả mô phỏng của hệ thống phát GPS. 33
1.7.1 Kết quả tạo mã C/A cho máy phát. 33
1.7.2 Kết quả mô phỏng dữ liệu định vị cho máy phát. 36
1.7.3 Kết quả mô phỏng mã P(Y) cho máy phát. 38
1.7.4 Kết quả mô phỏng sóng mang cho máy phát. 39
1.7.5 Kết quả kết hợp các thành phần của tín hiệu. 40
1.8 Mô phỏng máy thu GPS. 42
1.8.1 Các khối mô phỏng. 42
1.8.2 Kết quả mô phỏng máy thu. 45
Chương 2:Hệ thống W-CDMA. 47
2.1 Giới thiệu chung về W-CDMA. 47
2.2 Các phương pháp định vị trong W-CDMA. 49
Chương 3: Thuật toán định vị 55
3.1 Thuật toán TDOA 55
3.2 Thuật toán định vị vệ tinh. 58
3.3 Phương pháp định vị kết hợp. 60
3.4 Đánh giá phương pháp mới 61
Kết Luận. 63
Mục Lục Hình Vẽ
Hình 1. 1: Quỹ đạo của 5 vệ tinh tong hệ thống Transit. 11
Hình 1. 2: Mô hình định vị vệ tinh. 12
Hình 1. 3: Các thành phần của GPS. 13
Hình 1. 4: Mô hình hệ thống định vị vệ tinh GPS. 14
Hình 1. 5: Thành phần điều khiển. 15
Hình 1. 6: Hoạt động máy thu GPS với đồng thời 4 vệ tinh. 16
Hình 1. 7: Mô hình hoạt động GPS. 17
Hình 1. 8: Định vị với 1 vệ tinh. 18
Hình 1. 9: Định vị với 2 vệ tinh. 18
Hình 1. 10: Định vị với 3 vệ tinh. 19
Hình 1. 11:Đặc tính của tín hiệu vệ tinh GPS. 20
Hình 1. 12ữ liệu định vị. 21
Hình 1. 13: Tạo tín hiệu vệ tinh GPS. 21
Hình 1. 14:Tạo tín hiệu GPS tại vệ tinh. 25
Hình 1. 15: Tạo tín hiệu băng L1. 26
Hình 1. 16:Sơ đồ nguyên lý của bộ tạo mã C/A. 27
Hình 1. 17:Sự kết hợp các thành phần máy phát. 29
Hình 1. 18:Sơ đồ khối của máy thu GPS. 30
Hình 1. 19: Sơ đồ các khối chức năng máy thu. 30
Hình 1. 20: Khối tạo mã C/A sử dụng scope để theo dõi kết quả. 32
Hình 1. 21: Bộ đếm mã C/A. 33
Hình 1. 22: Bộ đếm mã C/A trong khoảng thời gian 1m/s. 33
Hình 1. 23:Bộ đếm mã C/A khi phóng to. 34
Hình 1. 24:Bộ đếm reset khi tới 1022. 34
Hình 1. 25: Sử dụng máy đo để lấy kết quả dữ liệu. 35
Hình 1. 26:Bộ đếm định vị. 36
Hình 1. 27:Bộ đếm chu kỳ định vị reset sau 20 bước. 36
Hình 1. 28:Bộ đếm định vị phóng to. 37
Hình 1. 29:Mã P(Y) ở 10.23 MHz. 37
Hình 1. 30:Sơ đồ khối tạo sóng mang. 38
Hình 1. 31:Sóng mang tại tần số 9.548MHz. 38
Hình 1. 32: Mô hình máy thu sau khi kết hợp các khối. 39
Hình 1. 33:Sóng mang tại tần số 9.548Mhz. 40
Hình 1. 34:Tín hiệu máy thu của 5 bit dữ liệu định vị đầu. 40
Hình 1. 35:Bộ tạo mã PRN. 41
Hình 1. 36:Bên trong của bộ tạo mã PRN. 41
Hình 1. 37:FFT tại tín hiệu I và Q. 42
Hình 1. 38:Mô hình tìm kiếm mã pha song song. 43
Hình 1. 39:Mô hình theo dõi sóng mang. 43
Hình 1. 40:Đỉnh của PRN 01 khi code pha là 0. 44
Hình 1. 41:Kết quả khi sóng mang đã bị tách. 44
Hình 1. 42:Tín hiệu sau khi sóng mang đã bị tách. 45
Hình 2. 1:Các phương pháp định vị dựa trên cell. 49
Hình 2. 2: Phương pháp đo OTDoA- IPDL. 50
Hình 2. 3: Cơ sở hạ tầng A-GPS. 51
Hình 3. 1:Nguyên tắc hình học của thuật toán. 55
Hình 3. 2: Mô phỏng việc xác định vị trí bằng TDOA. 56
Hình 3. 3:Trong không gian 3 chiều. 57
Hình 3. 4:GDOP của GPS khi không có thông tin hỗ trợ. 61
Hình 3. 5:GDOP của hệ thống lai giữa GPS và W-CDMA. 61