đánh giá khả năng ứng dụng của máy thu nhiều hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
CỦA MÁY THU NHIỀU HỆ THỐNG
VỆ TINH ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU

Sinh viên thực hiện:

Cán bộ hướng dẫn:

Vũ Đình Tú
MSSV: 1117945
Nguyễn Gia Bảo Duy
MSSV: 1117900

TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
ThS. Trần Nhựt Thanh

Cần Thơ – 05/2015


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
CỦA MÁY THU NHIỀU HỆ THỐNG
VỆ TINH ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU
Sinh viên thực hiện:

Cán bộ hướng dẫn:

Vũ Đình Tú
MSSV: 1117945
Nguyễn Gia Bảo Duy
MSSV: 1117900

TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
ThS. Trần Nhựt Thanh

Thành viên Hội đồng:

ThS. Trần Nhựt Thanh
ThS. Nguyễn Văn Khanh
ThS. Nguyễn Huỳnh Anh Duy
Luận văn được bảo vệ tại:
Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Bộ môn Tự Động Hóa, Khoa Công Nghệ,
Trường Đại học Cần Thơ vào ngày: 23/05/2015
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
1. Thư viện Khoa Công Nghệ, Trường Đại học Cần Thơ
2. Website:


NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

1. Cán bộ hướng dẫn: ThS. Trần Nhựt Thanh
2. Nội dung:
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày 22 tháng 05 năm 2015
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN


NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
1. Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
2. Nội dung:
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................

..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày 22 tháng 05 năm 2015
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN


NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
CỦA CÁN BỘ HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN
1. Cán bộ phản biện: ThS. Nguyễn Văn Khanh
2. Nội dung:
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................

Cần Thơ, ngày 22 tháng 05 năm 2015
CÁN BỘ HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN


NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
CỦA CÁN BỘ HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN
1. Cán bộ phản biện: ThS. Nguyễn Huỳnh Anh Duy
2. Nội dung:
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày 22 tháng 05 năm 2015
CÁN BỘ HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN


LỜI CAM ĐOAN
Trong những thập niên gần đây, công nghệ định vị tọa độ được ứng dụng rộng rãi
trên nhiều lĩnh vực như hàng không, giao thông, nông nghiệp, trắc địa và một số ứng
dụng khác. Tuy nhiên để đạt độ chính xác cao thì giá thành sản phẩm không hề thấp,

vì vậy chúng em chọn đề tài này nhằm đưa ra được một sản phẩm có chính xác và tin
cậy tương đối chấp nhận được cho các ứng dụng trong nông nghiệp với giá thành
thấp.
Trong quá trình thực hiện, do những hạn chế về lý thuyết cũng như kinh nghiệm thực
tế, nhưng những nội dung trình bày trong quyển báo cáo này là sự hiểu biết của chúng
em cùng với sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Chánh Nghiệm và thầy Trần Nhựt Thanh.
Chúng em xin cam đoan rằng: những nội dung trình bày trong quyển báo cáo luận
văn tốt nghiệp này không phải là bản sao chép từ bất kỳ công trình đã có trước nào.
Nếu không đúng sự thật, em xin chịu mọi trách nhiệm trước nhà trường
Nhóm sinh viên thực hiện
Vũ Đình Tú
Nguyễn Gia Bảo Duy

GVHD: ThS.Trần Nhựt Thanh
TS. Nguyễn Chánh Nghiệm

i

SVTH: Vũ Đình Tú
Nguyễn Gia Bảo Duy


LỜI CẢM ƠN
Khoảng thời gian vừa qua là thời gian quý báu nhất khi chúng em được bước
chân đến giảng đường đại học. Thời gian chúng em ở giảng đường tuy còn gặp nhiều
khó khăn thử thách, nhưng cũng chính nơi đây đã tôi luyện cho chúng em những kỹ
năng sẵn sàng đối mặt với khó khăn để có được một hành trang vững chắc bước vào
đời.
Để có thể hoàn thành đề tài nghiên cứu này, ngoài cố gắng của bản thân, chúng
em cũng đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ.

Xin gửi lời thành kính nhất đến cha mẹ chúng em. Người đã sinh ra và nuôi
dạy chúng em đến ngay hôm nay. Những người đã đặt nhiều kỳ vọng và niềm tin vào
chúng em.
Xin cám ơn những mái trường mà chúng em đã từng gắng bó. Những nơi giúp
chúng em trưởng thành cả trong kiến thức và suy nghĩ. Chúng em sẽ ghi nhớ mãi
công ơn của quý thầy cô đã dạy dỗ từ ngày đầu đến trường cho đến tận hôm nay.
Xin kính gửi lời cảm ơn đến thầy cô khoa Công Nghệ - Đại học Cần Thơ đã
giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để chúng em có thể hoàn thành việc học tập một cách
thuận lợi nhất.
Xin gửi lời cám ơn trân trọng đến thầy Nguyễn Chánh Nghiệm và thầy Trần
Nhựt Thanh. Những thầy đã trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ chúng em trong thời gian
dài từ lúc bắt đầu thực hiện đến khi hoàn thành.
Xin gửi lời cám ơn đến anh Dương Minh Âu - Công ty TNHH Thiết bị xây
dựng Bách Khoa đã hỗ trợ dụng cụ và thiết bị giúp việc nghiên cứu được thuận lợi.
Xin gửi lời cám ơn đến hội đồng phản biện. Cám ơn hội đồng đã chỉ ra những
ưu và khuyết điểm của đề tài. Qua đó giúp chúng em khắc phục, phát triển và hoàn
thiện đề tài.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến sự góp ý của thầy cô, bạn bè trong suốt
khoảng thời gian nhóm thực hiện đề tài.

GVHD: ThS.Trần Nhựt Thanh
TS. Nguyễn Chánh Nghiệm

ii

SVTH: Vũ Đình Tú
Nguyễn Gia Bảo Duy


TÓM TẮT

Với sự phát triển mạnh mẽ của các Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (Global
Navigation Satellite System), việc xác định vị trí 3D trên mặt đất trở nên dễ dàng.
Tuy nhiên, muốn xác định vị trí chính xác đòi hỏi có các máy thu với giá thành rất
cao. Do đó việc xác định chính xác vị trí với chi phí thấp là một vấn đề đang rất cần
thiết nhiều ứng dụng, đặc biệt là các ứng dụng trong nông nghiệp công nghệ cao tại
Việt Nam. Đề tài luận văn này đề xuất phương pháp định vị sử dụng kết hợp hai hệ
vệ tinh GPS và GLONASS với máy thu tín hiệu GNSS chi phí thấp để nâng cao độ
chính xác. Việc sử dụng giải thuật RTK (Real-Time Kinematic) xử lý dữ liệu thu
thập từ các máy thu từ hai hệ vệ tinh GPS/GLONASS đã giúp giảm thiểu sai số và
nâng cao độ chính xác định vị xuống mức centimet. Kết quả ban đầu đạt được cho
thấy khả năng ứng dụng của giải pháp này thông qua việc cài đặt giải thuật trên các
hệ máy tính mini như Raspberry Pi để có thể ứng dụng trong thực tế.
Từ khóa: Định vị, Kết hợp GPS/GLONASS, Nâng cao độ chính xác.

ASBTRACT
With powerful development of Global Navigation Satellite System, finding the 3D
position of a certain point on the ground becomes easier. However, precision
positioning needs high cost GNSS receivers and antennas. Therefore, precision
positioning with low cost GNSS receivers is necessary for various applications,
especially in modern agricultural applications in Vietnam. This thesis presents the
method of combining GPS and GLONASS with low cost GNSS receivers to enhance
precision. Using RTK (Real-Time Kinematic) algorithm to process data collected
from GPS and GLONASS satellite system positioning could be reduced error. Thus,
positioning precision could be enhanced within centimeter. The preliminary
experimental results indicate the potential implementing of the RTK algorithm in
mini computers such as Raspberry Pi so that it can be used in real-world applications.
Keywords: Positioning, Combined GPS/GLONASS, Enhance precision.

GVHD: ThS.Trần Nhựt Thanh
TS. Nguyễn Chánh Nghiệm

iii

SVTH: Vũ Đình Tú
Nguyễn Gia Bảo Duy


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... ii
TÓM TẮT ..............................................................................................................iii
MỤC LỤC ............................................................................................................. iv
DANH MỤC HÌNH .............................................................................................. vii
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... x
KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ...................................................................................... xi
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN .................................................................................... 1
1.1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI................................................................................. 1
1.2. LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ ............................................................. 1
1.1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ........................................................... 1
1.1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ........................................................... 2
1.3. MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI ĐỀ TÀI ........................................................... 2
1.3.1. Mục tiêu ................................................................................................. 2
1.3.2. Phạm vi .................................................................................................. 3
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................... 3
1.4.1. Phương pháp tổng hợp lý thuyết ............................................................. 3
1.4.2. Phương pháp thực nghiệm ...................................................................... 3
1.5. CẤU TRÚC BÀI BÁO CÁO...................................................................... 3
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................... 5
2.1. TÌM HIỀU VỀ GNSS................................................................................. 5
2.1.1. Tổng quan về GNSS .............................................................................. 5

2.1.2. Lịch sử phát triển của GNSS .................................................................. 5
2.1.3. Cơ cấu của một hệ GNSS ....................................................................... 6
2.1.4. Hệ thống thời gian.................................................................................. 7
2.1.5. Các tín hiệu đo lường GNSS .................................................................. 8
GVHD: ThS.Trần Nhựt Thanh
TS. Nguyễn Chánh Nghiệm

iv

SVTH: Vũ Đình Tú
Nguyễn Gia Bảo Duy


2.2. CÁCH XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ TRONG KHÔNG GIAN ........................... 10
2.3. CÁC NGUỒN SAI SỐ ............................................................................. 15
2.3.1. Sai số đồng hồ vệ tinh. ......................................................................... 15
2.3.2. Sai số do quỹ đạo vệ tinh...................................................................... 15
2.3.3. Ảnh hưởng của tầng Ion ....................................................................... 16
2.3.4. Ảnh hưởng của tầng đối lưu ................................................................. 16
2.3.5. Hiện tượng đa tuyến ............................................................................. 16
2.3.6. Sự suy giảm độ chính xác (DOPs) ........................................................ 17
2.3.7. Sai số thiết bị ....................................................................................... 19
2.4. HỆ THỐNG GPS ..................................................................................... 19
2.4.1. Tổng quan về GPS ............................................................................... 19
2.4.1. Tín hiệu GPS........................................................................................ 21
2.5. HỆ THỐNG GLONASS .......................................................................... 23
2.5.1. Lịch sử phát triển và tình hình hiện nay................................................ 23
2.5.2. GLONASS hoạt động như thế nào ....................................................... 24
2.6. CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC ........................... 27
2.6.1. Phương pháp sử dụng nhiều máy thu một hệ vệ tinh ............................ 27

2.6.2. Phương pháp kết hợp GNSS và INS ..................................................... 27
2.6.3. Phương pháp sử dụng một máy thu nhiều hệ vệ tinh ............................ 27
CHƯƠNG 3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................. 29
3.1. PHƯƠNG PHÁP KẾT HỢP GPS VÀ GLONASS ................................... 29
3.1.1. Phần mềm hỗ trợ .................................................................................. 29
3.1.2. Phương pháp Combined GPS/GLONASS ............................................ 30
3.2. GIẢI THUẬT ........................................................................................... 32
3.2.1. Giải thuật RTK..................................................................................... 32
3.2.2. Giải thuật PPP ...................................................................................... 33
3.3. PHẦN CỨNG .......................................................................................... 34
3.3.1. Ublox LEA-6T ..................................................................................... 34
GVHD: ThS.Trần Nhựt Thanh
TS. Nguyễn Chánh Nghiệm

v

SVTH: Vũ Đình Tú
Nguyễn Gia Bảo Duy


3.3.2. NVS NV08C - CSM ............................................................................ 35
3.3.3. Anten ................................................................................................... 35
3.3.4. Máy tính xử lý...................................................................................... 37
3.4. THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG MỘT MÁY THU ........................................... 37
3.4.1. Chế độ PPP-Static ................................................................................ 37
3.4.2. Chế độ PPP-Kinematic ......................................................................... 41
3.5. THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG HAI MÁY THU ............................................. 42
3.5.1. Mô tả thí nghiệm .................................................................................. 42
3.4.3. Cài đặt cho hai máy thu ........................................................................ 44
3.6.

HỆ THỐNG GNSS VỚI MÁY TÍNH MINI RASPBERRY PI................ 48

3.6.1. Giới thiệu và cài đặt ............................................................................. 48
3.6.2. Mô tả thí nghiệm .................................................................................. 50
3.6.3. Chế độ PPP .......................................................................................... 50
3.6.4. Chế độ Real Time Kinematic ............................................................... 51
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ........................................................................................ 52
4.1. GIẢI THUẬT PPP ................................................................................... 52
4.1.1. Kết quả thực nghiệm ............................................................................ 52
4.1.2. Nhận xét kết quả .................................................................................. 55
4.2. GIẢI THUẬT RTK .................................................................................. 55
4.2.1. Kết quả thực nghiệm ............................................................................ 55
4.2.2. Nhận xét kết quả .................................................................................. 70
4.3. RASPBERRY PI ...................................................................................... 73
4.3.1. Thí nghiệm trên Raspberry Pi chế độ PPP-Kinematic ........................... 73
4.3.2. Thí nghiệm trên Raspberry Pi chế độ RTK ........................................... 74
4.3.3. Nhận xét............................................................................................... 76
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................... 77
PHỤ LỤC.............................................................................................................. 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 98
GVHD: ThS.Trần Nhựt Thanh
TS. Nguyễn Chánh Nghiệm

vi

SVTH: Vũ Đình Tú
Nguyễn Gia Bảo Duy

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Hệ thống các vệ tinh xung quanh trái đất ................................................ 5
Hình 2.2: Các thành phần của 1 hệ thống GNSS..................................................... 6
Hình 2.3: Hình ảnh thực tế của vệ tinh ................................................................... 6
Hình 2.4: Cấu trúc tín hiệu GNSS .......................................................................... 9
Hình 2.5: Phép đo giả cự ly .................................................................................. 10
Hình 2.6: Một vệ tinh và tầm phủ sóng ................................................................ 12
Hình 2.7: Hai vệ tinh và khoảng giao nhau của 2 tín hiệu..................................... 12
Hình 2.8: Ba vệ tinh và khoảng giao nhau của 3 tín hiệu ...................................... 13
Hình 2.9: Xác định vị trí của máy thu khi nhận được tín hiệu của 3 vệ tinh .......... 13
Hình 2.10: Mô phỏng các xách định vị trí một điểm............................................. 14
Hình 2.11: Sai số gây ra do quỹ đạo vệ tinh ......................................................... 15
Hình 2.12: Sai số gây ra bởi tầng ion và đối lưu ................................................... 16
Hình 2.13: Hiện tượng đa tuyến ........................................................................... 16
HÌnh 2.14: Tầm nhìn hình học vệ tinh tốt ............................................................. 17
Hình 2.15: Tầm nhìn hình học vệ tinh kém .......................................................... 18
Hình 2.16: Các trạm điều khiển chính của GPS .................................................... 21
Hình 2.17: Vệ tinh GLONASS thế hệ đầu tiên ..................................................... 23
Hình 3.1: Chương trình RTKLIB 2.4.3 ................................................................ 29
Hình 3.2: Giải thuật RTK ..................................................................................... 32
Hình 3.3: Lea 6T .................................................................................................. 34
Hình 3.4: NV08C ................................................................................................. 35
Hình 3.5: Anten GA38 ......................................................................................... 36
Hình 3.6: Anten Trimble Bullet GG ..................................................................... 36
Hình 3.7: Anten Ublox ANN-MS-0-005 .............................................................. 37
Hình 3.8: Vị trí đặt anten thí nghiệm PPP Static ................................................... 38
Hình 3.9: Thiết lập ngõ vào cho máy thu NV08C – PPP Static ............................ 39
Hình 3.10: Thiết lập ngõ ra cho máy thu NV08C – PPP Static ............................. 39
Hình 3.11: Thiết lập Log stream cho máy thu NV08C – PPP Static ..................... 40
Hình 3.12: Thiết lập ngõ vào cho máy thu LEA-6P – PPP Static .......................... 40

Hình 3.13: Thiết lập ngõ ra cho máy thu LEA-6T – PPP Static ............................ 41
Hình 3.14: Thiết lập Log steam cho máy thu LEA-6T – PPP Static...................... 41
Hình 3.15: Quãng đường di chuyển anten thí nghiệm PPP Kinematic .................. 43
Hình 3.16: Vị trí đặt các trạm ............................................................................... 43
GVHD: ThS.Trần Nhựt Thanh
TS. Nguyễn Chánh Nghiệm

vii

SVTH: Vũ Đình Tú
Nguyễn Gia Bảo Duy


Hình 3.17: Sơ đồ mô phỏng chế độ RTK ............................................................. 44
Hình 3.18: Ngõ vào với máy thu NV08C - Kinematic .......................................... 44
Hình 3.19: Thiết lập ngõ ra với NV08C - Kinematic ............................................ 45
Hình 3.20: Thiết lập Log steam với NC08C - Kinematic ...................................... 45
Hình 3.21: Thiết lập ngõ vào với LEA-6T - Kinematic ........................................ 46
Hình 3.22: Thiết lập ngõ ra với LEA-6T - Kinematic ........................................... 46
Hình 3.23: Thiết lập Log Streams với LEA-6T - Kinematic ................................. 47
Hình 3.24: Giao diện RTKSVR............................................................................ 47
Hình 3.25: Thiết lập ngõ vào trạm base ................................................................ 47
Hình 3.26: Thiết lập ngõ ra trạm base .................................................................. 48
Hình 3.27: Hình ảnh thực tế và sơ đồ GPIO của Module Raspberry Pi ................. 49
Hình 3.28: Sơ đồ mô phỏng chế độ PPP-Kinematic với Raspberry Pi .................. 51
Hình 3.29: Sơ đồ mô phỏng chế độ RTK với Raspberry Pi .................................. 51
Hình 4.1: Kết quả thí nghiệm PPP-Static với máy thu hai hệ vệ tinh .................... 52
Hình 4.2: Kết quả thí nghiệm PPP-Static với máy thu một hệ vệ tinh ................... 53
Hình 4.3: Thí nghiệm PPP-Kinematic với máy thu hai hệ ngày 08/04 .................. 53
Hình 4.4: Thí nghiệm PPP-Kinematic với máy thu một hệ ngày 08/04 ................. 54

Hình 4.5: Thí nghiệm PPP-Kinematic với máy thu hai hệ ngày 22/04 .................. 54
Hình 4.6: Thí nghiệm PPP-Kinematic với máy thu một hệ ngày 22/04 ................. 54
Hình 4.7: Thí nghiệm Static với máy thu hai hệ ngày 09/04 ................................. 56
Hình 4.8: Thí nghiệm Static với máy thu một hệ vệ tinh ngày 09/04 .................... 56
Hình 4.9: Thí nghiệm Static với máy thu hai hệ vệ tinh ngày 10/04 ..................... 57
Hình 4.10: Thí nghiệm Static với máy thu một hệ vệ tinh ngày 10/04 .................. 57
Hình 4.11: Thí nghiệm Static với máy thu hai hệ vệ tinh ngày 15/04 ................... 58
Hình 4.12: Thí nghiệm Static với máy thu một hệ vệ tinh ngày 15/04 .................. 58
Hình 4.13: Thí nghiệm Static với máy thu hai hệ vệ tinh ngày 16/04 ................... 58
Hình 4.14: Thí nghiệm Static với máy thu một hệ vệ tinh ngày 16/04 .................. 59
Hình 4.15: Thí nghiệm Static với máy thu hai hệ vệ tinh ngày 06/05 ................... 59
Hình 4.16: Thí nghiệm Static với máy thu một hệ vệ tinh ngày 06/05 .................. 59
Hình 4.17: Thí nghiệm Kinematic với máy thu hai hệ vệ tinh ngày 09/04 ............ 61
Hình 4.18: Thí nghiệm Kinematic với máy thu một hệ vệ tinh ngày 09/04 ........... 61
Hình 4.19: Thí nghiệm Kinematic với máy thu hai hệ vệ tinh ngày 15/04 ............ 62
Hình 4.20: Thí nghiệm Kinematic với máy thu một hệ vệ tinh ngày 15/04 ........... 63
Hình 4.21: Thí nghiệm Kinematic với máy thu hai hệ vệ tinh ngày 06/05 ........... 64
Hình 4.22: Thí nghiệm Kinematic với máy thu một hệ vệ tinh ngày 15/05 ........... 65
GVHD: ThS.Trần Nhựt Thanh
TS. Nguyễn Chánh Nghiệm

viii

SVTH: Vũ Đình Tú
Nguyễn Gia Bảo Duy


Hình 4.23: Thí nghiệm Kinematic với máy thu hai hệ vệ tinh ngày 09/04 ............ 66
Hình 4.24: Thí nghiệm Kinematic với máy thu một hệ vệ tinh ngày 09/04 ........... 67
Hình 4.25: Thí nghiệm Kinematic với máy thu hai hệ vệ tinh ngày 10/04 ............ 68

Hình 4.26: Thí nghiệm Kinematic với máy thu một hệ vệ tinh ngày 10/04 ........... 69
Hình 4.27: Thí nghiệm PPP dùng Raspberry Pi với máy thu hai hệ ngày 15/04 .... 73
Hình 4.28: Thí nghiệm PPP dùng Raspberry Pi với máy thu một hệ ngày 15/04 .. 74
Hình 4.29: Thí nghiệm RTK dùng Raspberry Pi với máy thu hai hệ ngày 04/05 .. 75
Hình 4.30: Thí nghiệm RTK dùng Raspberry Pi với máy thu một hệ ngày 29/04 .76

GVHD: ThS.Trần Nhựt Thanh
TS. Nguyễn Chánh Nghiệm

ix

SVTH: Vũ Đình Tú
Nguyễn Gia Bảo Duy


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Giá thành và độ chính xác của các máy thu ............................................ 1
Bảng 2.1: Giá trị của t LS ...................................................................................... 8
Bảng 2.2: Giá trị độ tin cậy DOPs ........................................................................ 19
Bảng 2.3: Số hiệu tần số của các kênh .................................................................. 25
Bảng 3.1: Các ứng dụng giao diện GUI và CUI tương ứng trong RTKLIB .......... 50
Bảng 4.1: Điều kiện thời tiết khi làm thí nghiệm PPP........................................... 52
Bảng 4.2: Sự chênh lệch sai số giữa các máy thu trong chế độ PPP-Static............ 55
Bảng 4.3: Điều kiện thời tiết khi làm thí nghiệm RTK ......................................... 55
Bảng 4.4: So sánh kết quả thí nghiệm Static ngày 9/4/2015 ................................. 70
Bảng 4.5: So sánh kết quả thí nghiệm Static ngày 10/4/2015 ............................... 70
Bảng 4.6: So sánh kết quả thí nghiệm Static ngày 15/4/2015 ............................... 70
Bảng 4.7: So sánh kết quả thí nghiệm Static ngày 16/4/2015 ............................... 70
Bảng 4.8: So sánh kết quả thí nghiệm Static ngày 6/5/2015 ................................. 70
Bảng 4.9: Thời gian ổn định và sai số máy thu hai hệ vệ tinh sử dụng RTK ......... 71

Bảng 4.10: So sánh kết quả thí nghiệm Kinematic ngày 9/4/2015 ........................ 71
Bảng 4.11: So sánh kết quả thí nghiệm Kinematic ngày 15/4/2015 ...................... 71
Bảng 4.12: So sánh kết quả thí nghiệm Kinematic ngày 6/5/2015 ........................ 72
Bảng 4.13: So sánh kết quả thí nghiệm Kinematic ngày 9/4/2015 ........................ 72
Bảng 4.14: So sánh kết quả thí nghiệm Kinematic ngày 10/4/2015 ...................... 72

GVHD: ThS.Trần Nhựt Thanh
TS. Nguyễn Chánh Nghiệm

x

SVTH: Vũ Đình Tú
Nguyễn Gia Bảo Duy


KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng anh

GPS

Global Positioning

Hệ thống định vị toàn cầu

System

của Mỹ

GLONASS

Global Navigation
Satellite System

Hệ thống định vị toàn cầu
của Nga

GNSS

Global Navigation
Satellite System

Hệ thống định vị bằng vệ
tinh toàn cầu

INS

Inertial Navigation
Systems

Hệ thống dẫn đường
quán tính

IRNSS

Regional Navigational
Satellite System

Hệ thống định vị toàn cầu

địa phương

GPST

Global Positioning
System Time

Hệ thống thời gian của
GPS

UTC

Universal Time
Coordinated

Giờ Phối hợp Quốc tế,

GLONASST

Global Navigation
Satellite System Time

Hệ thống thời gian của
GLONASS

PRN

Pseudo Random Noise

Giả cự ly

DOPs

Dilution Of Precision

Sự suy giảm độ chính xác

HDOP

Horizontal Dilution Of
Precision

Sự suy giảm độ chính xác
3D

GVHD: ThS.Trần Nhựt Thanh
TS. Nguyễn Chánh Nghiệm

Tiếng việt

xi

SVTH: Vũ Đình Tú
Nguyễn Gia Bảo Duy


PDOP

Precision Dilution Of
Precision

Sự suy giảm độ chính xác
theo phương ngang

VDOP

Vertical Dilution Of
Precision

Sự suy giảm độ chính xác
theo phương dọc

TDOP

Time Dilution Of
Precision

Sự suy giảm chính xác
theo thời gian

GDOP

Geometric Dilution Of
Precision

Sự suy giảm chính xac
Hình học

GCC

Ground – Based Control
Comple

Trạm điều khiển mặt đất

SCC

System Control Center

Hệ thống điều khiển
trung tâm

CTS

Command Tracking
Stations

Trạm truyền tín hiệu điều
khiển

QOTS

Quantum Optical

Trạm theo dõi quang học

Tracking Stations

lượng tử

FDMA

Frequency Division
Multiple Access
Technique

Kỹ thuật truy cập đa phân
chia tần số

ITRF

The International
Terrestrial Reference
Frame

Khung quy chiếu quả đất
quốc tế

RTK

Precise Point Positioning
-Real Time Kinematic

Kỹ thuật định vị động
thời gian thực

PPP

Precise Point Positioning

Kỹ thuật định vị chính
xác điểm

IMU

Inertial Measurement
Unit

Đơn vị đo lường quán
tính

GVHD: ThS.Trần Nhựt Thanh
TS. Nguyễn Chánh Nghiệm

xii

SVTH: Vũ Đình Tú
Nguyễn Gia Bảo Duy


DD

Double Different

Phương pháp định vị sử
dụng hai tần số

ZD

Zero Different

Phương pháp định vị sử
dụng một tần số

DGPS

Different Global
Positioning System

Kỹ thuật định vị GPS sử
dụng hai máy thu

DGNSS

Different Global
Navigation Satellite
System

Kỹ thuật định vị GNSS
sử dụng hai máy thu

CPU

Central Processing Unit

Bộ xử lý trung tâm

GPU

Graphics Processor Unit

Bộ xử lý giao diện

LAN

Local Area Network

Mạng cục bộ

ADC

Analog-To-Digital
Converter

Chuyển đổi tín hiệu
tương tự sang tín hiệu số

CUI

Command‐Line User
Interface

Giao diện người dùng
dòng lệnh

GUI

Graphic User Interface

Giao diện người dùng

hình ảnh

GVHD: ThS.Trần Nhựt Thanh
TS. Nguyễn Chánh Nghiệm

xiii

SVTH: Vũ Đình Tú
Nguyễn Gia Bảo Duy


Chương 1: Tổng quan

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1.

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Hiện nay, hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GNSS (Global Navigation Satellite

System) đang được phát triển và áp dụng trong nhiều lĩnh vực như hàng không, hệ
thống dẫn đường, robot tự động, trắc địa, nông nghiệp. Ở Việt Nam nói chung và
đồng bằng sông Cửu Long nói riêng, các ngành Nông nghiệp và Thủy sản ngày càng
được công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Tuy nhiên, một trong những khó khăn của việc
phát triển thiết bị tự động là sự chính xác trong cách xác định vị trí.
Với sự phát triển của các hệ thống vệ tinh định vị hiện nay trên thế giới như
GPS của Mỹ, GLONASS của Nga, Galileo ở Châu Âu, Beidou của Trung Quốc, đã
phủ kín tín hiệu định vị trên toàn cầu. Các máy thu tín hiệu vệ tinh cũng được phát
triển với nhiều chủng loại và giá cả khác nhau. Tuy nhiên các thiết bị định vị có độ
chính xác cao hiện nay trên thị trường có giá thành rất cao, không phù hợp với điều

kiện hiện nay tại đồng bằng sông Cửu Long. So sánh giá các loại máy thu có thể sử
dụng các công nghệ đo được liệt kê ở Bảng 1.1:
Bảng 1.1: Giá thành và độ chính xác của các máy thu [1]
Phương pháp định vị Standard

Different

Kinematic

Giá thành

100$-700$

3500$-5000$

10000$-40000$

Độ chính xác

~10m

~dm

~cm

Vì vậy, đề tài này sẽ cung cấp một giải pháp nâng cao độ chính xác định vị tọa
độ bằng cách sử dụng những máy thu có chi phí thấp, kết hợp nhiều hệ vệ tinh và các
giải thuật, giúp tăng độ chính xác qua đó tăng năng suất trong trong sản xuất nông
nghiệp, thủy sản.
1.2.

LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

1.1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Trong những năm gần đây, khoa học trắc địa và bản đồ được chú trọng hơn,
tuy nhiên hầu hết những nghiên cứu đều thiên về xác định độ cao, độ sâu. Có rất ít
nghiên cứu trong nước tìm hiểu về xác định chính xác vị trí. Năm 2008, Bộ Tài
Nguyên và Môi Trường có một báo cáo tổng hợp về đề tài xử lý đồng thời dữ liệu đo
GPS/GLONASS do Hà Minh Hoà phụ trách [2]. Nhưng đề tài này nghiên về lĩnh vực
GVHD: ThS.Trần Nhựt Thanh
TS. Nguyễn Chánh Nghiệm

1

SVTH: Vũ Đình Tú
Nguyễn Gia Bảo Duy


Chương 1: Tổng quan
trắc địa, đo độ sâu, độ cao và thủy chuẩn, chưa đề cập đến vấn đề nâng cao độ chính
xác cho hệ thống định vị. Nguyễn Tấn Phong nghiên cứu đề tài xử lý số liệu nâng cao
độ chính xác trong bài báo cáo luận văn năm 2011. Nhưng đây là phương pháp xử lý
sau, không phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi thời gian thực. Tạp chí khoa học Trường
Đại học Cần Thơ có đăng bài báo của nhóm tác giả Nguyễn Chánh Nghiệm, Trần
Nhựt Thanh và Nguyễn Chí Ngôn đề xuất một phương pháp sử dụng giải thuật RTK
để nâng cao độ chính xác của thiết bị thu GPS giá rẻ [1]. Tuy nhiên đề tài này chỉ sử
dụng duy nhất một hệ thống vệ tinh GPS do đó sai số còn ở mức decimet.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Trên thế giới có khá nhiều báo cáo khoa học trình bày các phương pháp nâng
cao độ chính xác định vị. Cơ quan hợp tác Âu Mỹ về định vị vệ tinh (EU-US

Cooperation on Satellite Navigation) trình bày phương pháp kết hợp hai hệ vệ tinh
GPS và Galileo [3], tuy nhiên ở nước ta, số lượng vệ tinh Galileo máy thu nhận được
rất ít, không phù hợp để nghiên cứu. Nhóm nghiên cứu của Đại học Vanderbilt,
Nashville, TN, USA bao gồm Will Hedgecock, Miklos Maroti, Janos Sallai, Peter
Volgyesi, Akos Ledeczi trình bày một phương pháp kết hợp nhiều máy thu sử dụng
một hệ vệ tinh GPS [4]. Kết quả cho thấy sai số giảm đáng kể, tuy nhiên trong điều
kiện số lượng vệ tinh GPS thu được ít, phương pháp này vẫn không mang lại hiệu
quả cao. Nhóm nghiên cứu trường Đại học Vanderbilt University Nashville và trường
Purdue University dùng phương pháp kết hợp nhiều máy thu cùng hệ vệ tinh nhằm
nâng cao độ chính xác [5]. Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi cơ sở hạ tầng sẵn có
như các trạm thu phát tín hiệu địa phương, nhưng ở Việt Nam chưa có, nên phương
pháp này không phù hợp.
Để phù hợp với điều kiện thời tiết, thiên nhiên và cơ sở hạ tầng tại đồng bằng
sông Cửu Long, chúng em thực hiện đề tài “Đánh giá khả năng ứng dụng của máy
thu nhiều hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu” kết hợp hai hệ vệ tinh GPS và
GLONASS để giảm sai số xuống mức hàng centimet trong chế độ RTK.
1.3.

MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI ĐỀ TÀI

1.3.1. Mục tiêu
Mục tiêu chính của đề tài là xây dựng phương pháp nâng cao độ chính xác
định vị tọa độ với các máy thu tín hiệu GNSS với chi phí thấp, phù hợp với điều kiện
thời tiết, tự nhiên tại đồng bằng sông Cửu Long. Do đó cần đạt được những mục tiêu
phụ sau:

GVHD: ThS.Trần Nhựt Thanh
TS. Nguyễn Chánh Nghiệm

2

SVTH: Vũ Đình Tú
Nguyễn Gia Bảo Duy


Chương 1: Tổng quan
-

Xây dựng các trạm tĩnh, trạm động bằng các máy thu giá rẻ. Qua đó tiến

-

hành các thí nghiệm khảo sát định vị tọa độ trong cùng một khung thời
gian.
Tìm hiểu và sử dụng các giải thuật xử lý dữ liệu nhằm nâng cao độ chính

-

xác, nhằm giảm sai số trong hệ thống xuống dưới 10cm.
Thu gọn mô hình sản phẩm dùng mini computer Raspberry Pi với mục đích
đưa vào các ứng dụng thực tế.

1.3.2. Phạm vi
- Tiến hành các thí nghiệm khảo sát tọa độ của máy thu trong phạm vi khoa
Công Nghệ, Đại học Cần Thơ.
- Tiến hành các thí nghiệm trong cùng một khung thời gian cố định.
-

1.4.

Tiến hành nghiên cứu và sử dụng hai giải thuật PPP (Precise Point
Positioning) và RTK để nâng cao độ chính xác.
Do việc thí nghiệm được thực hiện trong khuôn viên Khoa ở những khu
vực trống trãi, khoảng cách giữa trạm cơ sở và trạm động trong giải thuật
RTK chỉ cách nhau tối đa 30 mét.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.4.1. Phương pháp tổng hợp lý thuyết
- Nghiên cứu về các hệ thống định vị vệ tinh GNSS: GPS, GLONASS.
- Tìm hiểu phương pháp tính toán tọa độ từ tín hiệu của vệ tinh.
- Nghiên cứu các phương pháp kết hợp hai hệ vệ tinh GPS và GLONASS.
- Nghiên cứu các giải thuật xử lý dữ liệu tọa độ.
- Tìm hiểu các máy thu và anten giá thành thấp.
1.4.2. Phương pháp thực nghiệm
- Sử dụng công cụ mã nguồn mở RTKLIB 2.4.3 để sử dụng các giải thuật
hỗ trợ để kiểm tra độ chính xác của phương pháp.
- Tiến hành các thí nghiệm khảo sát trên cùng một khung thời gian giống
nhau.

1.5.
-

-

CẤU TRÚC BÀI BÁO CÁO
Bài báo cáo được chia làm 5 phần:
Chương 1: Giới thiệu chung về đề tài, đồng thời trình bày các nghiên cứu
trước đây ở trong nước và ngoài nước. Từ đó nêu ra được mục tiêu và phạm
vi, phương pháp tiến hành để thực hiện đề tài.
Chương 2: Đề cập tới các cơ sở lý thuyết cần có để giải quyết các vấn đề đặt

ra trong luận văn như: các hệ thống định vị vệ tinh GNSS, các công thức toán

GVHD: ThS.Trần Nhựt Thanh
TS. Nguyễn Chánh Nghiệm

3

SVTH: Vũ Đình Tú
Nguyễn Gia Bảo Duy


Chương 1: Tổng quan
học xác định tọa độ, các giải thuật hỗ trợ xử lý dữ liệu, các phương pháp kết
-

hợp GPS và GLONASS.
Chương 3: Bao gồm các nội dung mà nhóm đã nghiên cứu và thực hiện như
mô hình thí nghiệm, các thí nghiệm đã tiến hành, các giải thuật được sử dụng.

-

Chương 4: Trình bày kết quả nhận được từ các nội dung ở chương 3, từ đó
đưa ra so sánh về các phương pháp, các giải thuật.

-

Chương 5: Kết luận và đề nghị.

GVHD: ThS.Trần Nhựt Thanh
TS. Nguyễn Chánh Nghiệm

4

SVTH: Vũ Đình Tú
Nguyễn Gia Bảo Duy


Chương 2: Cơ sở lý thuyết

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.

TÌM HIỀU VỀ GNSS
2.1.1. Tổng quan về GNSS
Trên những quỹ đạo của trái đất có các hệ thống vệ tinh nhân tạo với nhiệm

vụ cung cấp thông tin định vị từ đó các máy thu giải mã và tính toán ra tọa độ vị trí.
Khi ở bất kì nơi đâu trên toàn cầu, chỉ cần mang theo một máy thu chuyên dụng có
thể thu được tín hiệu của hệ thống vệ tinh thì có thể biết khá chính xác vị trí của mình
trên trái đất. GNSS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi trên trái đất và
24 giờ một ngày. Đây được gọi là Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GNSS.
Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí trên mặt đất nếu xác định được khoảng
cách đến ít nhất ba vệ tinh thì sẽ tính được tọa độ của vị trí đó [6].Hiện tại hệ thống
GNSS gồm 3 hệ vệ tinh chính đó là GPS, GLONASS, GALILEO và một số hệ vệ
tinh vẫn đang được phát triển như BeiDou (Trung Quốc), QZSS (Nhật Bản) và IRNSS
(Ấn Độ). Hình 2.1 biểu diễn các vệ tinh xung quanh trái đất.

Hình 2.1: Hệ thống các vệ tinh xung quanh trái đất [9]
2.1.2. Lịch sử phát- triển của GNSS

Hệ thống GNSS đầu tiên được Mỹ phóng lên quỹ đạo năm 1978 với tên gọi là
GPS (Global Positioning System) và hoàn chỉnh đầy đủ 24 vệ tinh vào năm 1994 [7].
Năm 1982 Nga đưa vệ tinh đầu tiên của hệ thống GLONASS (GLObal NAvigation
Satellite System) và hoàn thiện đưa vào hoạt động năm 1993 [8]. Hệ thống định vị
GVHD: ThS.Trần Nhựt Thanh
TS. Nguyễn Chánh Nghiệm

5

SVTH: Vũ Đình Tú
Nguyễn Gia Bảo Duy


Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Galileo được xây dựng bởi Liên minh châu Âu. Galileo khác với GPS của Hoa Kỳ và
GLONASS của liên bang Nga, là một hệ thống định vị được điều hành và quản lý bởi
các tổ chức dân dụng, phi quân sự [9].
2.1.3. Cơ cấu của một hệ GNSS

Hình 2.2: Các thành phần của 1 hệ thống GNSS [10]
Như ta thấy ở Hình 2.2, các hệ GNSS có 3 phần cơ bản: phần không gian, phần
điều khiển, phần người dùng.
2.1.3.1. Thành phần không gian
Gồm các vệ tinh hoạt động bằng năng lượng mặt trời, bay trên quỹ đạo, hoạt
động liên tục 24 giờ trong 7 ngày. Nhằm cung cấp thông tin vị trí một cách liên tục
tại mọi địa điểm và thời gian trên trái đất. Các vệ tinh xoay theo một quỹ đạo nhất
định, đảm bảo sao cho bất kỳ lúc nào cũng có nhìn thấy được ít nhất bốn vệ tinh.

Hình 2.3: Hình ảnh thực tế của vệ tinh [10]
GVHD: ThS.Trần Nhựt Thanh

TS. Nguyễn Chánh Nghiệm

6

SVTH: Vũ Đình Tú
Nguyễn Gia Bảo Duy