SU DUNG GPS TREN O TO

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

<b>TÓM TẮT ĐỀ TÀI</b>

Ngày nay, nhu cầu chuyên chở hàng hóa và đi lại bằng phương tiện giao thông
đường bộ của con người ngày càng cao. Việc di chuyển từ nơi này đến nới khác, từ
thành phố này đến thành phố kia là một việc thường xuyên. Để xác định được vị trí
đến phù hợp trong một thành phố lạ, chưa quen thuộc đường, hay tìm đường đi ngắn
nhất trong một thành phố cũng như việc tránh kẹt xe,… Là một việc rất cần thiết đối
với tài xế lái xe. Để đáp ứng cho nhu cầu thiết thực đó, thì hệ thống định vị qua vệ
tinh GPS sẽ là người bạn đồng hành giúp tài xế dễ dàng xác định được đường đi phù
hợp.

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

<b>Chương I. Đặt Vấn đề</b>

<b>I. Mục tiêu đề tài:</b> Đề tài tập trung tìm hiểu lịch sử phát triển của hệ thống định
vị GPS do Mỹ phát triển, cấu trúc hệ thống, nguyên lý vận hành của hệ thống GPS.
Tìm hiểu tình hình sử dụng hệ thống GPS trên thế giới và phân tích đánh giá tình hình
sử dụng hệ thống GPS ở Việt Nam hiện nay.

<b>II. Đối tượng nghiên cứu:</b> Là hệ thống định vị toàn cầu GPS do Mỹ phát triển.

<b>III. Phạm vi nghiên cứu và giới hạn đề tài: </b>

Đề tài chỉ tìm hiểu hệ thống ở góc độ lịch sử phát triển, cấu trúc hệ thống,
nguyên lý vận hành, việc sử dụng hệ thống này trên thế giới và trong nước hiện nay.

Đề tài không phân tích sâu vào các thuật tốn dùng để tính tốn của vệ tinh với
vị trí của xe, khơng phân tích cấu trúc thiết bị, khơng phân tích phương pháp nạp phần
mềm vào thiết bị và cách xây dựng các phần mềm cho thiết bị.

<b>IV. Phương pháp nghiên cứu:</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

<b>Chương II. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU</b>

<b>(GPS NAVIGATION)</b>

<b>I. Khái quát</b>

Ngày nay nếu chúng ta ngồi trên chiếc xe ô tơ sang trọng, trên xe ơ tơ có trang
bị thiết bị dẫn đường GPS (GPS Navigation), 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. Thiết bị dẫn đường GPS dựa trên nguyên lý hoạt động của hệ thống định vị
toàn cầu (<b>G</b>lobal <b>P</b>ositioning <b>S</b>ystem, viết tắt là <b>GPS</b>) hoặc tên gọi mới hơn là hệ
thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu <b>GNSS </b>(<b>G</b>lobal <b>N</b>avigation <b>S</b>atellite <b>S</b>ystems) được
đưa vào sử dụng vào năm 2008. Đây 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 toạ độ của vị trí đó.
Vì hoạt động trên quỹ đạo, các vệ tinh có thể cho chúng ta biết vị trí ở bất kỳ nơi
nào ở trên bề mặt trái đất với sai số khoảng 6-9 mét, trong mọi điều kiện thời tiết và
liên tục 24 giờ trong ngày.

Ban đầu hệ thống này phát triển nhằm mục đích qn sự và sau đó phát triển
cho các mục đích dân sự, chính quyền như : theo dõi các phương tiện giao thông trên
bộ và tàu biển, điều hành xa lộ, điều khiển hướng bay của các con tàu vũ trụ, điều tra
khảo sát và vẽ bản đồ, quản lý tài sản và tài nguyên thiên nhiên... Điều ngạc nhiên là
mọi người đều có thể sử dụng GPS miễn phí .

Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GNSS này bao gồm ba hệ thống vệ
tinh dẫn đường như sau:

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

hình trịn quanh trái đất được Bộ Quốc phòng Mỹ đặt trên quỹ đạo khơng gian ở độ

cao khoảng 26.560 km

Hình 1: <i><b>Các vệ tinh nhân tạo quay quanh trái đất của hệ thống GPS</b></i>

2. Hệ thống GLONASS (<b>G</b>Lobal <b>O</b>rbiting <b>N</b>avigation <b>S</b>atellite <b>S</b>ystem) do
Nga chế tạo và hoạt động từ năm 1995 gồm 24 vệ tinh phân phối thành 3 nhóm bay
theo 3 quỹ đạo hình trịn quanh trái đất và ở độ cao khoảng 25.510 km. Hệ thống
GLONASS hoạt động hết cơng suất vào năm 2007.

Hình 2: <i><b>Các vệ tinh nhân tạo quay quanh trái đất của hệ thống GLONASS</b></i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

động thực sự, 3 vệ tinh còn lại là vệ tinh dự phòng để thay thế cho vệ tinh nào
hỏng, nhằm làm tăng độ tin cậy của hệ định vị. Hệ thống này được điều hành và
quản lý bởi các tổ chức dân dụng, phi quân sự bao gồm hai trung tâm điểu khiển vệ
tinh được đặt tại châu Âu và hàng chục trạm phát và thu tín hiệu được đặt rải rác
trên toàn cầu.

Hình 3: <i><b>Các vệ tinh nhân tạo quay quanh trái đất của hệ thống GALILEO</b></i>
<b>So sánh một số thông số kỹ thuật của ba hệ thống vệ tinh dẫn đường tồn cầu</b>

<b>Hạng mục</b> <b>GPS</b> <b>GLONASS</b> <b>GALILEO</b>

Số vệ tinh 28 (tính đến 2000) 30 30
Số mặt phẳng quỹ

đạo 6MEO 3MEO 3MEO

Độ nghiêng MPQĐ 55o _64.8o ₅₆o

Bán kính quỹ đạo 26.560 km 25.510 km 29.980 km

Chu kỳ 11 giờ 58 phút 2 giây 11 giờ 15 phút 40 giây 14 giờ 21 phút 36_giây

Tần số sóng mang

L1: 1575.42 MHz
L2: 1227.60 MHz
L5: 1176.45 MHz

G1: 1602 + Kx0.5625 MHz
G2: 1246 + Kx0.5625 MHz
K = –7~24

G2 = G1x7/9

E1: 1589.742 MHz
E2: 1561.098 MHz
E5: 1202.025 MHz
E6: 1278.75 MHz
C1: 5019.86 MHz

Phương trình CDMA FDMA CDMA

Dạng mã số ?? Chuỗi M ??

Độ dài mã số

1023 bit
2.35x1014

511 bit

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

Tốc độ mã số
(C/A L1, P L1,

1.023 Mcps 0.511 Mcps E1, E2: 2.046 Mcps

L2) 10.23 Mcps 5.11 Mcps E5: 10.23/1.023
Mcps

E6: 20.46 Mcps
Thời gian chuẩn UTC (USNO) UTC (Nga) UTC

Sai số chủ định SA (đã bỏ 2000) Khơng có Khơng có

<b>Thơng điệp dẫn đường (Navigation messages)</b>

Ephemeris Yếu tố quỹ đạo Vị trí, tốc độ và gia tốc ba_chiều
-Almanac Yếu tố quỹ đạo Yếu tố quỹ đạo

-Tốc độ truyền dữ liệu

L1: BPSK: 50 bps
L2: BPSK: 25 bps

L5: QPSK: 50 bps BPSK: 50 bps

QBSK

E1, E2, C: 300 bps

E5: 330 bps

E6: 2500 bps
Chu kỳ dữ liệu 12 phút 30 giây 2 phút 30 giây

-Định dạng dữ liệu 30 bit / từ 100 bit / string

-Dữ liệu hiệu chỉnh

điện từ Có Khơng có

-Ngun lý hoạt động chung của ba hệ thống GPS, GLONASS và GALILEO
cơ bản giống nhau. Trong nội dung báo cáo này, chỉ nghiên cứu về hệ thống GPS
của Mỹ.

<b>II. Lịch sử phát triển GPS</b>

Lịch sử phát triển GPS gắn liền với lịch sử dẫn thuyền thám hiểm trên biển
trong nhiều thập kỉ trước khi các phương tiện bay trên không như máy bay và vũ trụ
ra đời. Từ thời tiền sử, con người đã tìm cách để xác định xem mình đang ở đâu và đi
đến một đích nào đó và trở về bằng cách nào. Sau đó họ làm ra bản đồ, và phát triển
thành hệ thống mạng vĩ tuyến và kinh tuyến. Người đi biển cũng đã biết dùng
những vì sao trên bầu trời hay những ngọn hải đăng để dẫn đường vào ban đêm và
cảnh báo nguy hiểm. Tiếp theo trong lịch sử ngành hàng hải người ta sử dụng la bàn
từ và sextant.

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

(Radio- based navigation systems) và đã được sử dụng rộng rãi trong thế chiến
tranh thứ 2. Tuy nhiên hệ thống này có một số hạn chế nhất định như khả năng bao
phủ và độ chính xác của sóng vơ tuyến. Chính vì vậy những nhà khoa học đã nghĩ
rằng cách duy nhất bao phủ sóng chính xác trên toàn thế giới là đặc những trạm

phát sóng vơ tuyến điện cao tần đặt trong khơng gian và phát sóng xuống trái đất.
Một trạm phát sóng vơ tuyến điện nằm ở phía trên khơng gian của trái đất có thể
phát sóng vơ tuyến điện cao tần bằng tín hiệu được mã hóa đặc biệt có thể bao phủ
được khu vực rộng lớn và vẫn tới được trái đất cách xa ở phía dưới với một mức
năng lượng hữu ích cho phép tái tạo lại thơng tin thì sẽ có thể xác định được vị trí.
Đây là ý tưởng ban đầu của hệ thống định vị tồn cầu (GPS).

Tiếp đó, sự ra đời của những phương tiện vận chuyển như máy bay và những
con tàu vũ trụ đòi hỏi phải việc điều khiển rất phức tạp trong không gian ba chiều.
Hệ thống dẫn đường vô tuyến điện (xác định được vị trí theo 2 chiều không gian)
dùng cho việc dẫn dắt các tàu thủy đã trở thành lỗi thời và không phù hợp với việc
điều khiển các thiết bị chuyển động trong không gian ba chiều (6 bậc tự do). Trước
những đòi hỏi về kỹ thuật đó nhiều nhà khoa học đã được chính phủ Mỹ tài trợ để
thực hiện nghiên cứu hệ thống dẫn đường dựa trên vũ trụ. Bộ Quốc phòng Mỹ là cơ
quan thiết kế và điều khiển hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System,
viết tắt là GPS). Trong nhóm những người tham gia điều hành dự án GPS của Bộ
Quốc phịng Mỹ có sự đóng góp to lớn của TS. Ivan Getting, người sáng lập The
Aerospace Corporation và TS. Bradford Parkinson, chủ tịch hội đồng quản trị của
The Aerospace Corporation.

Trước khi xuất hiện GPS, con người đã từng sử dụng hệ thống <b>LORAN</b>

(<i>Long Range Navigation</i>) – hoạt động ở giải tần 90-100 kHz chủ yếu dùng cho hàng
hải, hệ thống dẫn đường này áp dụng phương pháp đo độ lệch thời gian của tín
hiệu sóng vơ tuyến do Phịng thí nghiệm Bức xạ Đại học MIT (MIT Radiation
Laboratory). Đây là hệ thống định vị trong mọi điều kiện thời tiết thực sự đầu tiên,
nhưng hai chiều (vĩ độ và kinh độ). Hệ thống <b>TACAN </b>– (<i>TACtical Air Navigation</i>) –
cũng từng được dùng cho quân đội Mỹ.

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

kinh phí là hệ thống NAVSTAR GPS, đánh dấu khởi đầu công nhận ý tưởng (Giai

đoạn I của chương trình GPS). Cấu hình hệ thống được thông qua bao gồm 24 vệ
tinh chuyển động trong những quỹ đạo nghiêng chu kỳ 12 giờ đồng hồ.

Ngày 14/07/1974: Vệ tinh NAVSTAR đầu tiên được phóng lên vũ trụ. Vệ
tinh này được chỉ định là Vệ tinh Công nghệ Dẫn đường (NTS) số 1.

Ngày 22/2/1978: Vệ tinh Block I đầu tiên được phóng. Sau đó tồn bộ 11 vệ
tinh Block I được phóng trong khoảng thời gian 1978 và 1985 trên Atlas-Centaur.
Những vệ tinh Block I được coi là những vệ tinh mẫu phát triển được dùng để kiểm
tra hệ thống.

Ngày 26/4/1980: Phóng vệ tinh GPS đầu tiên thực hiện những bộ cảm ứng Hệ
thống phát hiện tiếng nổ hạt nhân hoạt động tổng hợp (Integrated Operational
Nucluear Detonation Detection System (IONDS) sensors).

Năm 1982: Bộ Quốc phịng Mỹ thơng qua quyết định giảm số vệ tinh của
chòm vệ tinh GPS từ 24 xuống 18.

Ngày 14/7/1983: Phóng vệ tinh GPS đầu tiên thực hiện hệ thống dị tìm tiếng
nổ hạt nhân (NDS) mới hơn.

Ngày 16/9/1983: Tổng thống Mỹ Reagan hứa cho GPS được sử dụng cho
các máy bay dân dụng hoàn tồn miễn phí khi hệ thống đưa vào sử dụng. Sự kiện này
đánh dấu sự bắt đầu lan tỏa công nghệ GPS từ quân sự sang dân sự.

Năm 1987: Bộ Quốc phịng chính thức u cầu Bộ giao thơng có trách nhiệm
thiết lập và cung cấp một văn phòng đáp ứng nhu cầu người sử dụng dân sự về thông
tin GPS, dữ liệu và hỗ trợ kỹ thuật.

Tháng 03/1988: Air Force thông báo về việc mở rộng chòm GPS tới 21 vệ

tinh cộng thêm 3 vệ tinh dự phòng.

Ngày 14/2/1989: Vệ tinh đầu tiên của các vệ tinh Block II đã được phóng
từ Cape Canaveral AFT ở Florida, trên dàn phóng Delta II .

1990-1991: GPS được các lực lượng liên minh dùng lần đầu tiên trong điều
kiện chiến tranh trong Chiến tranh Vịnh Ba Tư.

</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

Ngày 5/9/1991: Mỹ cho phép thế giới sử dụng SPS trong tương lai, việc này
phụ thuộc vào việc có đủ vốn, cung cấp dịch vụ này tối thiểu 6 năm có thông báo
trước về việc chấm dứt hoạt động GPS hoặc xóa bỏ SPS.

Ngày 8/12/1992: Bộ Trưởng Bộ Quốc phịng chính thức thông báo khả năng
hoạt động đầu tiên của GPS, có nghĩa là 24 vệ tinh trên quỹ đạo hệ thống GPS
khơng cịn là hệ thống đang triển khai nữa mà GPS đã có khả năng duy trì độ chính
xác ở mức độ sai số 100 mét và có sẵn trên tồn cầu liên tục cho người sử dụng SPS.

Ngày 16/3/1995: Tổng thống Mỹ Bill Clinton tái khẳng định rằng Mỹ cung
cấp tín hiệu GPS cho cộng đồng người sử dụng dân dụng thế giới.

Từ sau năm 1995 hệ thống GPS vẫn tiếp tục được duy trì và bảo dưỡng
cũng như thay thế những vệ tinh lâu năm. Năm 2000, số vệ tinh trong chòm GPS
đã tăng lên 28 vệ tinh. Những vệ tinh thế hệ GPS-IIR đã và đang được phóng lên để
thay thế những vệ tinh lâu năm. Vệ tinh mới nhất được phóng lên ngày 16/9/2005
mang tên GPS-IIR-M1, là vệ tinh đầu tiên thuộc thế hệ 8 chiếc vệ tinh hiện đại
nhất GPS-IIR-M. Vệ tinh tiếp theo đã được phóng lên không gian vào tháng
01/2006.

<b>III. Cấu trúc hệ thống GPS</b>

Các vệ tinh làm nên vùng không gian GPS trên quỹ đạo cách bề mặt trái đất 12
nghìn dặm. Chúng chuyển động ổn định, hai vòng quỹ đạo trong khoảng thời gian gần
24 giờ. Các vệ tinh này chuyển động với vận tốc khủng khiếp 7 nghìn dặm một giờ.
Các vệ tinh được nuôi bằng n ăng l ư ợ n g m ặt tr ờ i . Chúng có các nguồn pin dự phịng
để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng khơng có ánh sáng mặt trời. Các tên l ử a
nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định.

Hệ thống định vị toàn cầu GPS bao gồm 3 phần:

</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

độ chính xác cao của thời gian bằng các đồng đồ nguyên tử, chuyển tiếp thông tin
đến người sử dụng, thay đổi quỹ đạo bay của vệ tinh theo sự điều khiển từ mặt đất.

<i><b>- Phần điều khiển (Different Station Segment)</b></i>: Phần điều khiển là để duy trì
hoạt động của toàn bộ hệ thống GPS cũng như hiệu chỉnh tín hiệu thơng tin của vệ
tinh hệ thống GPS gồm một trạm điều khiển chính, 5 trạm thu số liệu và 3 trạm truyền
số liệu.

<i>Trạm điều khiển chính </i>(Master Control Station) đặt tại Colorade Springs (Mỹ)
có nhiệm vụ thu thập các dữ liệu theo dõi vệ tinh từ các trạm thu số liệu để xử lý <i>5</i>
<i>trạm thu số liệu </i>được đặt tại Hawai, Colorade Springs, Ascension (Nam Đại Tây
Dương), Diago Garia (Ấn Độ Dương), Kwayalein (Nam Thái Bình Dương). Có
nhiệm vụ theo dõi các tín hiệu vệ tinh để kiểm soát và dự tính quỹ đạo của chúng.
Mỗi trạm được trang bị những máy thu P-Code để thu các tín hiệu của vệ tinh sau
đó truyền về trạm điều khiển chính <i>3 trạm truyền số liệu </i>được đặt tại Ascension,
Diago Garia, Kwayalein có khả năng chuyển số liệu lên vệ tinh gồm lịch thiên văn
mới, hiệu chỉnh đồng hồ, các thông điệp cần phát, các lệnh điều khiển từ xa.

Phần này đảm nhiệm các chức năng sau :

Giám sát và điều khiển hệ thống vệ tinh liên tục

Quy định thời gian hệ thống GPS

Dự đoán dữ liệu lịch thiên văn và hoạt động của đồng hồ trên vệ tinh
Cập nhật định kỳ thông tin dẫn đường cho từng vệ tinh cụ thể.

<i><b>- Phần người sử dụng (User Segment)</b></i>: gồm những máy thu tín hiệu GPS có
anten riêng (máy định vị), các thiết bị tự ghi (bộ ghi số liệu) và máy tính (phần mềm
xử lý số liệu).

<i>Máy thu GPS </i>tính tốn đơn vị với tần suất mỗi giây một vị trí và cho độ chính
xác từ 1-5 mét. Khi ta di chuyển hay dừng tại chỗ, máy thu GPS nhận tín hiệu từ vệ
tinh rồi tính tốn định vị. Kết quả tính được là tọa độ hiển thị trên màng hình bộ ghi
số liệu. Các máy thu này có thể được lắp đặt trên các con tầu, các máy bay và các xe ô
tô ....

</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

<i>Máy tính</i>, phần mềm xử lý số liệu: Hệ thống GPS có kèm theo phần mềm thu
thập số liệu. Sau thu thu thập số liệu ở thực địa, phần mềm chuyển số liệu vị trí và
thơng tin thuộc tính sang máy tính. Sau đó phần mềm sẽ nâng cao độ chính xác bằng
kỹ thuật phân sai. Phần mềm xử lý số liệu GPS cịn có chức năng biên tập hoặc vẽ.
Phần mềm này cũng hổ trợ thu thập các yếu tố địa lý và thông tin thuộc tính cho GPS
hoặc các cơ sở dữ liệu khác.

Hình 4: <i><b>Sơ đồ liên quan giữa ba phần của hệ thống định vị toàn cầu</b></i>
<b>IV. Nguyên lý hoạt động của GPS</b>

Các vệ tinh GPS bay vòng quanh trái đất hai lần trong một ngày theo một quỹ
đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thơng tin xuống trái đất. Các máy thu GPS nhận
thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng.
Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời
gian nhận được chúng. Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh

bao xa. Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được
vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy. Máy thu GPS phải khố
được với tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (2D, <i><b>kinh độ </b></i>và <i><b>vĩ</b></i>
<i><b>độ</b></i>) và để theo dõi được chuyển động. Với bốn hay nhiều hơn số quả vệ tinh trong
tầm nhìn thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (3D, <i><b>kinh độ</b></i>, <i><b>vĩ độ </b></i>và <i><b>độ cao</b></i>).
Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông tin
khác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình,
quãng cách tới điểm đến…

</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

máy thu mặt đất. Để đo thời gian hành trình, GPS sử dụng các đồng hồ rất chính
xác trên các vệ tinh. Một khi khoảng cách tới vệ tinh đã được đo thì việc biết trước
về vị trí vệ tinh trong không gian sẽ được sử dụng để hoàn thành tính tốn. Các
máy thu GPS trên mặt đất có một “cuốn niên giám” được lưu trữ trong bộ nhớ máy
tính của chúng để chỉ thị mỗi vệ tinh sẽ có mặt nơi nào trên bầu trời vào bất kỳ thời
điểm nào. Các máy thu GPS sẽ tính tốn các thời gian trễ qua tầng đối lưu và khí
quyển để tiếp tục làm chính xác hơn phép đo vị trí.

Để bảo đảm chắc chắn vệ tinh và máy thu đồng bộ với nhau, mỗi vệ tinh có
bốn đồng hồ nguyên tử chỉ thời gian chính xác tới 3 ns, tức ba phần tỷ giây. Nhằm
tiết kiệm chi phí, các đồng hồ trong các máy thu dưới đất được làm ít chính xác hơn
đơi chút. Bù lại, một phép đo tầm hoạt động vệ tinh được trang bị thêm. Phép đo
lượng giác chỉ ra rằng, nếu ba số đo chính xác định vị được vị trí một điểm trong
không gian ba chiều thì một phép đo thứ tư có thể loại bỏ mọi độ chênh lệch thời
gian nào đó. Phép đo thứ tư này chỉnh lại sự đồng bộ hố khơng hồn hảo của máy
thu.

Khối mặt đất thu nhận tín hiệu vệ tinh đi tới với tốc độ bằng tốc độ ánh sáng.
Ngay như tại tốc độ như vậy tín hiệu cũng phải mất một lượng thời gian đáng kể mới
tới được máy thu. Sự chênh lệch giữa thời điểm tín hiệu được gửi đi và thời điểm tín
hiệu được thu nhận với tốc độ ánh sáng cho phép máy thu tính được khoảng cách tới

vệ tinh. Để đo lường chính xác độ cao, kinh độ và vĩ độ, máy thu đo thời gian các tín
hiệu từ một số vệ tinh truyền tới máy thu.

GPS sử dụng một hệ tọa độ gọi là Hệ thống Trắc địa học Toàn cầu 1984
(WGS-84 - Worldwide Geodetic System 1984). Hệ thống này tương tự như các
đường kẻ kinh tuyến và vĩ tuyến quen thuộc thường thấy trên các bản đồ treo tường cỡ
lớn. Hệ thống WGS - 84 cung cấp một khung tham chiếu gắn sẵn tiêu chuẩn hoá,
cho phép các máy thu của bất kỳ hãng sản xuất nào cũng cung cấp đúng cùng một
thông tin định vị.

<i><b>Hoạt động của GPS có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:</b></i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(13)</span><div class='page_container' data-page=13>

Hình 5: <i><b>Các vệ tinh đặt q gần nhau</b></i>

- Vì tín hiệu radio đi từ vệ tinh xuyên qua tầng điện ly và tầng đối lưu, tốc độ
cần thiết để tín hiệu truyền tới thiết bị nhận sẽ bị chậm đi. Hệ thống GPS có dự
phịng điều đó bằng cách tính thêm khoảng thời gian chậm trễ trung bình, nhưng
cũng khơng được hồn tồn chính xác.

Hình 6: <i><b>Tín hiệu radio đi từ vệ tinh xun qua tầng điện ly và tầng đối lưu</b></i>

<b>V. Truyền dẫn tín hiệu GPS</b>

Các vệ tinh GPS phát hai tín hiệu vơ tuyến công suất thấp giải L1 và L2.
(Giải L là phần sóng cực ngắn của phổ điện từ trải rộng từ 0.39 tới 1.55GHz).

Tín hiệu GPS chứa ba mẩu thơng tin khác nhau:
– Mã giả ngẫu nhiên

</div>
<span class='text_page_counter'>(14)</span><div class='page_container' data-page=14>

Hình 7: <i><b>Tín hiệu tín hiệu vơ tuyến cơng suất thấp giải L1 và L2</b></i>

<i><b>Mã giả ngẫu nhiên</b></i>: là mã định danh để xác định được vệ tinh nào là phát
thơng tin gì. Có thể nhìn số hiệu của các quả vệ tinh trên trang vệ tinh của máy thu để
biết nó nhận được tín hiệu của vệ tinh nào.

<i><b>Dữ liệu thiên văn: </b></i>cho máy thu GPS biết các vệ tinh ở đâu trên quỹ đạo ở mỗi
thời điểm trong ngày. Mỗi quả vệ tinh phát dữ liệu thiên văn chỉ ra thơng tin quỹ đạo
cho vệ tinh đó và mỗi vệ tinh khác trong hệ thống.

<i><b>Dữ liệu lịch: </b></i>Được phát đều đặn bởi mỗi vệ tinh, chứa thông tin quan trọng về
trạng thái của vệ tinh, ngày giờ hiện tại. Phần này của tín hiệu là cốt lõi để phát hiện ra
vị trí.

</div>
<span class='text_page_counter'>(15)</span><div class='page_container' data-page=15>

nhiên, tín hiệu có thể bị sai đôi chút khi đi qua bầu khí quyển. Vì vậy, kèm theo
thông điệp gửi tới các thiết bị nhận, các vệ tinh thường gửi kèm luôn thông tin về
quỹ đạo và thời gian. Việc sử dụng đồng hồ nguyên tử sẽ đảm bảo chính xác về sự
thống nhất thời gian giữa các thiết bị thu và phát. Nếu có bản đồ điện tử, nhiều thiết
bị nhận GPS sẽ hiển thị rõ ràng vị trí của bạn qua một màn hình, điều đó giúp cho việc
định hướng trở nên thuận lợi.

Hình 8: <i><b>Thiết bị nhận tín hiệu GPS</b></i>

Vị trí một vật được xác định bởi 4 thơng số X,Y,Z,T

Hình 9: <i><b>Các tọa độ xác định một vật trong khơng gian</b></i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(16)</span><div class='page_container' data-page=16>

Hình 10: <i><b>Tiếp nhận tín hiệu vào và xử lý ngõ ra</b></i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(17)</span><div class='page_container' data-page=17>

Hình 13: <i><b>Sơ đồ khối phương thức điều khiển của GPS</b></i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(18)</span><div class='page_container' data-page=18>

<b>VI. Ứng dụng hệ thống GPS</b>

Mặc dù hệ thống GPS chỉ mới được hoàn thành vào năm 1994 nhưng nó đã
thực sự tự khẳng định mình trong rất nhiều ứng dụng quân sự và dân sự. Theo dõi các
phương tiện vận chuyển là một trong những ứng dụng GPS phát triển nhanh nhất. Các
đoàn tàu, các hệ thống vận chuyển cơng cộng, các đồn xe tải q cảnh, các chuyến
xe bưu chính... có trang bị các máy thu GPS để giám sát các vị trí của chúng vào
mọi thời điểm. Hiện nay, hệ thống GPS được trang bị trên nhiều hảng xe nổi tiếng
như hệ thống OnStar của General Motors, Bluetooth của Chrysler và Armada của
Mercedes…

Hình 14: <i><b>Máy dẫn đường GPS trên xe taxi ở Nhật</b></i>

Hệ thống GPS trang bị trên ôtô giúp người lái biết tin tức về lộ trình phía
trước trên bản đồ màn hình hay họ tìm ra hướng đi đúng khi bị lạc ở một nơi xa lạ và
có thể tìm chính xác địa chỉ của một tịa nhà cần đến. Ngồi ra, người lái hồn tồn
có thể đón nhận những thơng tin nóng về tình hình thời sự quốc tế, theo dõi các bản
tin thời tiết, cập nhật giá cả thị trường chứng khoán, vừa kết nối internet vừa nghe
radio, xem phim TV kỹ thuật số và nghe nhạc MP3 qua sóng vệ tinh, thậm chí có thể
đặt vé cho một trận đấu bóng đá sắp diễn ra.

</div>
<span class='text_page_counter'>(19)</span><div class='page_container' data-page=19>

máy cảm biến. Thiết bị bao gồm một mạch điện thoại di động, bộ phận định vị
toàn cầu GPS, một microphone và một loa. <b>E- merge </b>ghi lại tính nghiêm trọng của
vụ đâm xe bằng cách đọc dữ liệu giảm tốc từ máy cảm biến. Sử dụng thông tin GPS,
thiết bị xác định chiếc xe tai nạn nằm ở quốc gia nào và từ đó xác định ngôn ngữ để
soạn tin báo mô tả chi tiết vị trí của vụ tai nạn. Sau đó, <b>E-merge </b>tự động gọi điện
tới đơn vị cứu hộ địa phương. Nếu người trong xe còn tỉnh táo, họ có thể nói chuyện
với đơn vị cứu hộ thông qua microphone. <b>E-merge </b>cũng truyền đi hình dáng, kiểu,
màu sắc, số đăng ký và hướng đi của xe khi nó gặp tai nạn. Những thông tin này
giúp nhân viên cứu hộ xác định xe nằm ở phần nào trên đường cao tốc nhiều làn xe

và tìm ra xe ngay lập tức khi tới hiện trường.

Hình 15: <i><b>Tính năng Telematics: </b><b>sự kết của GPS và hệ thống viễn thông</b></i>

Tại các trường học ở Houston – Mỹ, hội đồng giáo dục đã thông qua một kế
hoạch trang bị các máy thu tín hiệu GPS trên các xe buýt đưa rước học sinh của họ
nhằm kiểm sốt an ninh và an tồn cho học sinh trên những con đường đông đúc và
bận rộn. Hệ thống GPS sẽ cho biết chính xác vị trí của các xe chở học sinh bất cứ lúc
nào, và xe ấy có chạy lạc khỏi tuyến đường ấn định hay không. Khi bị hỏng máy hay
trường hợp khẩn cấp khác, hệ thống GPS sẽ ngay lập tức cho biết vị trí để gửi đến
nhóm cấp cứu hay cảnh sát viên. Hệ thống này cũng tự động gửi "email" cho các lái
xe nếu xe buýt chạy quá tốc độ hoặc quá chậm trễ nhằm duy trì sự an tồn cho học
sinh.

</div>
<span class='text_page_counter'>(20)</span><div class='page_container' data-page=20>

một phương án chế tạo xe mới là trang bị các màn hình trình bày hành trình xe chạy
do các máy thu GPS hướng dẫn. Các màn hình này thậm chí cịn có thể tháo ra đem
về nhà để lập chương trình cho một chuyến đi. Một số phương tiện xe cộ có trang bị
GPS đưa ra các bảng hướng dẫn trên màn hiển thị cho các lái xe và qua các lệnh
bằng tiếng nói tổng hợp. Những tính năng này cho phép lái xe đến được bất kỳ nơi
nào anh ta muốn một cách nhanh chóng hơn và an tồn hơn so với trước đây.

Hình 16: <i><b>AVIC-Z1, hệ thống âm thanh kiêm thiết bị dẫn đường của Pioneer.</b></i>

Hình 17: <i><b>Thiết bị dẫn đường kiêm thơng tin giải trí StreetPilot 7200 của Garmin.</b></i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(21)</span><div class='page_container' data-page=21>

lái xe, hướng dẫn đường đi và thông tin dựa trên vị trí.

Chắc rằng, thiết bị dẫn đường GPS sẽ là tiêu chuẩn trên các dòng sedan cao cấp
trong một tương lai gần.

<b>VII. Tình hình ứng dụng GPS ở Việt Nam hiện nay.</b>

<b>1. Quy định của pháp luật về việc áp dụng thiết bị giám sát hành trình</b>
<b>“Hộp đen GPS” </b>

Theo quy định tại Nghị định 91/2009, thiết bị giám sát hành trình (TBGSHT)
phải có khả năng ghi và lưu trữ các thơng tin về: Tốc độ chạy xe, hành trình chạy, thời
gian lái xe theo quy định (không quá 4 tiếng), số lần và thời đểm đóng mở cửa xe, số
lần và thời gian dừng đỗ xe. Những yêu cầu này nhằm đảm bảo các xe tuân thủ các
quy trình an toàn, nhất là đối với những xe container, xe siêu trường, siêu trọng và xe
khách đường dài...

Căn cứ theo điều 12 của nghi định này thì từ ngày 01 tháng 07 năm 2011 xe vận
tải thì ơ tơ kinh doanh vận tải hành khách theo tuyến cố định có cự ly từ 500 km trở
lên, xe kinh doanh vận chuyển hành khách du lịch, xe kinh doanh vận chuyển hàng
hóa bằng bằng container <b>đều phải gắn thiết bị giám sát hành trình</b>. với điều kiện
phải đạt các yêu cầu như lưu giữ các thơng tin : hành trình, tốc độ vận hành, số lần và
thời gian dừng đỗ, đóng cửa và mở cửa xe.

<b>2. Hiện trạng áp dụng TBGSHT hiện nay.</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(22)</span><div class='page_container' data-page=22>

Với các doanh nghiệp vận tải hành khách, trang bị TBGSHT có thể kiểm sốt
tình trạng dừng, đỗ của phương tiện trên đường, tránh tình trạng tài xế bắt khách dọc
đường gây phản ứng với hành khách. Lợi ích là vậy, song việc trang bị TBGSHT cho
các phương tiện vận tải của các doanh nghiệp ở TP.HCM hiện nay vẫn chưa thực sự
nhiều.

Ông Thái Văn Chung, Tổng thư ký Hiệp hội vận tải TP.HCM cho biết, hiện tại
chỉ mới 15% số phương tiện trong tổng số phương tiện của khoảng 100 doanh nghiệp
hội viên Hiệp hội đã lắp TBGSHT. Có doanh nghiệp chưa lắp đầy đủ cho tất cả các

phương tiện của mình, những doanh nghiệp ít phương tiện thì hầu như chưa lắp
TBGSHT.

Ước tính sẽ có khoảng 100.000 đến 150.000 đầu xe lắp mới TBGSHT và chi
phí lắp đặt khoảng 5.000.000 đồng trên / xe. Vậy là sẽ mất thêm 750 tỉ đồng, chưa kể
phí duy trì khoảng 150.000 đến 200.000 đồng / tháng / xe, cộng thêm trang thiết bị như
là server lưu trữ thơng tin, máy tính nối mạng, chứ lắp GPS vào mà để đó thì coi như
là không.

Một số doanh nghiệp đi đầu trong việc lắp đặt TBGSHT băn khoăn khơng biết
thiết bị của họ có đạt tiêu chuẩn hay khơng. “Chúng tơi đã có 14 xe container lắp đặt
TBGSHT nhưng khơng biết có đạt chuẩn theo quy định khơng. Nếu sau này có những
thay đổi, sửa chữa thì sẽ rất tốn kém cho doanh nghiệp” ông Hoàng Quốc Hùng, Giám
Đốc công ty TNHH Hoàng Hồng Anh (Đồng Nai) cho biết. Ngồi ra, tính bảo mật
thơng tin khi lắp đặt TBGSHT cũng là điều mà các doanh nghiệp quan tâm nhưng
chưa có văn bản nào quy định vấn đề này.

</div>
<span class='text_page_counter'>(23)</span><div class='page_container' data-page=23>

<b>3. Nhà cung cấp và giá cả thiết bị sử dụng phổ biến tại Việt Nam hiện nay</b>

Nhu cầu ứng dụng GPS trong nước đang ở dạng tiềm năng, chưa bùng nổ. Do
vậy, đa số các DN GPS ngoại đến Việt Nam chủ yếu cung cấp về phần cứng cịn về
phần mềm chưa có nhiều. Trong khi đó, DN trong nước nắm bắt nhanh nhạy hơn về
chính sách, có ưu thế hơn hẳn trong việc nắm bắt nhu cầu thị trường và dịch vụ hậu
mãi, giá trị gia tăng, chẳng hạn nếu hệ thống trục trặc sẽ có mặt ngay để xử lý. Về
năng lực thì ngay các DN nước ngồi cũng phải th các kỹ sư, chuyên gia trong nước
làm việc.

Hiện nay trong nước có khoảng 20 doanh nghiệp cung cấp thiết bị GPS như:
Tomtom (Đan Mạch), Garmin, Holux (Đài Loan).... Trong đó có cơng ty Vietmap, là
cơng ty đầu tiên trong nước xây dựng phần mềm bản đồ 64 tỉnh thành cho hệ thống

định vi GPS với giá bản quyền là 1,6 triệu VND.

Giá cả 1 số sản phẩm đang được sử dụng phổ biến tại việt nam hiện nay:

Giá bán của GPSmile 450 USD Bộ sản phẩm GPS PRO giá bán 500$

GPS định vị dẫn đường
PAPAGO 6600

5.590.000 đ

GPS Định Vị Dẫn Đường
PAPAGO H8

6.300.000 đ

Thiết Bị Định Vị
VIETMAP 1000TL

</div>
<span class='text_page_counter'>(24)</span><div class='page_container' data-page=24>

<b>KẾT LUẬN</b>

Thông qua đề tài hy vọng phần nào cung cấp được tổng thể các kiến thức về hệ
thống định vị vệ tinh GPS, giúp những ai quan tâm về hệ thống có được những hiểu
biết cơ bản về hệ thống này. Cũng như nắm bắt được hiện tại hệ thống đang được khai

thác và phát triển ra sao trên thế giới và tại Việt Nam.

Với những tiện ích từ hệ thống định vị vệ tinh GPS đem lại, hy vọng trong một
thời gian không xa nữa. Việt Nam sẽ phát triển toàn diện cơ sở hạ tầng, cũng như
những quy định pháp lý phù hợp, nhằm mục đích đáp ứng được nhu cầu sử dụng của
các doanh nghiệp vận tải và người dân, theo kịp sự phát triển của thế giới, về những
tiện ích và dịch vụ cơng cộng.

</div>
<span class='text_page_counter'>(25)</span><div class='page_container' data-page=25>

<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO</b>

1. Audio, Navigation and Telematics in the vehicle – Robert Bosch GmbH
2. Safety, comfort and convenience systems - Robert Bosch GmbH

3. Một số trang web:

</div>

<!--links-->
<a href=' /><a href=' /><a href=' /> Tài liệu Một số giải pháp quy hoạch, đào tạo và bố trí, sử dụng cán bộ dân tộc ở Tây Nguyên docx

• 4
• 1
• 1