Đồ Án Ứng dụng anten thông minh trong hệ thống GPS và DGPS

Chương 1:ĐẶT VẤN ĐỀ

1. - Đặt vấn đề và tình hình nghiên cứu hiện nay:

Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) là hệ thống xác định vị trí dựa vào các vệ tinh nhân tạo gồm 24 vệ tinh chủ đạo và một vài vệ tinh dự trữ được phân bố quanh trái đất trên 6 quỹ đạo gần tròn với đường kính 20138 km và có góc nghiêng 55[SUP]0[/SUP] so với mặt phẳng xích đạo. Để đảm bảo bao phủ khắp mọi nơi trên trái đất, các vệ tinh GPS được sắp xếp sao cho mỗi quỹ đạo có ít nhất 4 vệ tinh phân bố đều.Về mặt hình học, bất kỳ điểm nào trên trái đất cũng thấy được từ 4 đến 10 vệ tinh trong chòm sao vệ tinh GPS. Các vệ tinh GPS bay vòng quanh trái đất hai lần trong một ngày (mỗi chu kỳ quỹ đạo mất khoảng 11 giờ 58 phút) theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống trái đất. Các máy thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được vị trí máy thu của người dùng.
Tín hiệu mà các vệ tinh GPS phát xuống máy thu của người dùng gồm 2 sóng sin (còn được gọi là tần số sóng mang), 2 mã CA (Coarse Acquisition) và P (Precision) [mỗi vệ tinh sẽ phát một mã khác nhau] và bản tin định vị. Tọa độ của các vệ tinh GPS nằm trong bản tin định vị. Khoảng cách từ máy thu của người dùng đến từng vệ tinh GPS được xác định dựa vào tần số sóng mang và mã CA hay P tương ứng của vệ tinh đó (xác định khoảng thời gian từ lúc phát tín hiệu tại vệ tinh đến lúc nhận được tín hiệu GPS tại máy thu của người dùng, dựa vào vận tốc ánh sáng ta sẽ tính được quãng đường từ máy thu của người dùng đến vệ tinh đã phát ra mã CA hay P tương ứng). Khi đã biết được tọa độ của vệ tinh và khoảng cách từ máy thu của người dùng đến vệ tinh đó, dựa vào hình học ta chỉ cần 3 vệ tinh là xác định được tọa độ máy thu của người dùng.
Do xung clock tại nơi phát (vệ tinh) và nơi thu (máy thu của người dùng) không đồng bộ nên có sai số thời gian trễ, dẫn đến sai số khoảng cách từ máy thu của người dùng đến vệ tinh, do đó vị trí máy thu của người dùng cũng sai theo. Vì vậy mà hệ số sai số đồng hồ được đưa ra và đây là lý do tại sao phải cần đến vệ tinh thứ 4.
Ngoài ra còn có nhiều nguồn sai số khác như sai số chủ định SA (Selective Availability) nhằm ngăn ngừa việc tự định vị chính xác ở thời gian thực của các thuê bao trái phép, sai số quỹ đạo vệ tinh, sai số do truyền dẫn đa đường, sai số trễ khi tín hiệu truyền qua tầng điện ly và tầng đối lưu, sai số do máy thu. Bên cạnh các nguồn sai số trên, vấn đề truyền dẫn trong môi trường mật độ người sử dụng cao rất dễ dẫn đến hiện tượng fading và can nhiễu tại bộ thu của người dùng.
Vấn đề đặt ra là tìm những giải pháp để hạn chế nguồn can nhiễu, fading và hàng loạt các nguồn sai số khác. Ta không thể can thiệp vào vệ tinh để giảm nguồn sai số tại đó được. Nguồn sai số do có kích hoạt SA, sai số quỹ đạo vệ tinh, sai số đồng hồ vệ tinh sẽ được loại bỏ hoàn toàn bằng kỹ thuật DGPS (Differential GPS). Nguồn sai số trễ khi tín hiệu truyền qua tầng điện ly và tầng đối lưu cũng được hạn chế bằng kỹ thuật DGPS. Nguồn sai số do truyền dẫn đa đường, can nhiễu và vấn đề truyền dẫn tối ưu cũng được hạn chế bởi anten thông minh.
Nhiệm vụ Đồ án môn học là nghiên cứu tìm hiểu về hệ thống GPS; đồng thời tìm giải pháp để đảm bảo việc truyền sóng, truyền dẫn tối ưu và hạn chế ảnh hưởng của sai số. Đồ án môn học cũng tìm hiểu các giải pháp về kỹ thuật DGPS,giải thuật Unconstrained LMS Beamforming băng hẹp trong bộ tạo búp sử dụng tín hiệu tham khảo được đặt tại trạm tham khảo (hoặc tại bộ thu của người sử dụng) nhằm bảo đảm truyền dẫn tối ưu giữa trạm tham khảo và các bộ thu của người sử dụng.

1. - Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Trong phạm vi Đồ án môn học sẽ cố gắng tìm hiểu về hệ thống định vị toàn cầu GPS, kỹ thuật DGPS, thuật toán LMS và anten thông minh.

1. - Bố cục của đề tài:

Đồ án môn học được chia làm 5 chương chính bao gồm:
Chương 1: Đặt vấn đề .

• Đặt vấn đề và nêu ra mục đích cũng như ý nghĩa của đề tài.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết.

• Hệ thống định vị toàn cầu GPS.
• Kỹ thuật DGPS.
• Thuật toán LMS.
• Anten thông minh.

- Bộ tạo búp thích nghi LMS băng hẹp.
- Lợi ích của anten thông minh.
Chương 3:Ứng dụng anten thông minh trong hệ thống GPS và DGPS.
Chương 4: Kết quả mô phỏng.

• Kết quả mô phỏng giải thuật LMS.

- Kết quả mô phỏng giải thuật LMS trong không gian 2D.

• Kết quả mô phỏng giải thuật Unconstrained LMS Beamforming băng hẹp.

- Kết quả mô phỏng giải thuật Unconstrained LMS Beamforming băng hẹp trong bộ tạo búp sử dụng tín hiệu tham khảo cho dãy anten ULA có N=20 phần tử trong không gian 2D.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài.

• Chương này đưa ra một số kết luận và hướng phát triển của đồ án.
  1. - Ý nghĩa của đề tài:

Đề tài tìm hiểu và nghiên cứu về hệ thống định vị toàn cầu GPS, kỹ thuật DGPS, thuật toán LMS và anten thông minh.