BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
ĐỀ TÀI:
QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN GIAO
THÔNG DÙNG ĐỊNH VỊ GPS
GVHD: Th.S ĐINH QUỐC HÙNG
SVTH : VÕ MINH LUÂN 09117039
NGUYỄN ĐỨC HẢI 09117017
TP.HCM ,THÁNG 7- 2013
LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian tập trung nghiên cứu và thực hiện đề tài “Quản lý phương tiện
giao thông dùng định vị GPS”, nhóm đã hoàn thành cơ bản những mục tiêu đã đề ra
đối với đề tài. Trong quá trình thực hiện đề tài cũng gặp phải những khó khăn nhất
định, xong nhóm cũng cố gắng hoàn thành. Bên cạnh sự cố gắng ấy, nhóm cũng chân
thành cảm ơn Quý Thầy Cô trong khoa Điện-Điện Tử đã giúp đỡ cũng như gợi ý
những hướng giải quyết khi nhóm gặp những khúc mắc hoặc vấn đề phát sinh. Nhóm
cũng cảm ơn các bạn cùng khóa, cùng lớp đã động viên, ủng hộ, góp ý kiến cho
nhóm có động lực thực hiện tốt đề tài. Và đặc biệt, nhóm cảm ơn thầy Đinh Quốc
Hùng, giảng viên Trường đại học Bách khoa Tp.HCM đã hướng dẫn nhóm thực hiện
đề tài, thầy đã có những gợi ý, định hướng thiết thực nhằm giúp nhóm hoàn thành tốt
đề tài.
Do năng lực và thời gian thực hiện đề tài có hạn, nên trong quá trình thực hiện
đề tài không tránh khỏi những thiếu xót, rất mong Quý Thầy Cô, các bạn thông cảm
và đóng góp ý kiến để đề tài ngày một hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Nhóm thực hiện đề tài.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
Họ và tên sinh viên: Võ Minh Luân MSSV: 09117039
Nguyễn Đức Hải MSSV: 09117017
Ngành : Công nghệ điện tử -viễn thông
Tên đề tài: QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG DÙNG ĐỊNH VỊ GPS
1) Cơ sở ban đầu:





2) Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
1. Tìm hiểu về lý thuyết hệ thống GPS
2. Phương án thực hiện và kết quả đạt được
3) Các bản vẽ:



4) Giáo viên hướng dẫn: ThS. Đinh Quốc Hùng
5) Ngày giao nhiệm vụ:
6) Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
Giáo viên hướng dẫn Ngày tháng năm 2013
Chủ nhiệm bộ môn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Bộ Môn Điện Tử Viễn Thông
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Bản lịch trình này được đóng vào trang nhất của Đồ án)
Họ tên sinh viên 1: VÕ MINH LUÂN
Lớp: 091170D MSSV: 09117039
Họ tên sinh viên 2: NGUYỄN ĐỨC HẢI
Lớp: 091170B MSSV: 09117017
Tên đề tài: QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG DÙNG ĐỊNH VỊ GPS

Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD

GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Bộ Môn Điện Tử Viễn Thông
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 201
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Bản nhiệm vụ này được đóng vào trang nhất của cuốn Đồ án)
Họ tên sinh viên 1: VÕ MINH LUÂN
Lớp:091170D MSSV:09117039
Họ tên sinh viên 2: NGUYỄN ĐỨC HẢI
Lớp:091170B MSSV:09117017
1. Tên đề tài: QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG DÙNG ĐỊNH VỊ GPS

2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):










3. Ngày giao nhiệm vụ ĐATN:
4. Ngày bảo vệ 50% ĐATN:
5. Ngày hoàn thành và nộp về khoa:
6. Giáo viên hướng dẫn: Phần hướng dẫn:
1
2
3
Nội dung và yêu cầu ĐATN đã thông qua Khoa và Bộ môn
Ngày tháng năm 2013
TRƯỞNG KHOA GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên) (Ký và ghi rõ họ và tên)
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
(Ký và ghi rõ họ tên)
NHẬN XÉT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN




































NHẬN XÉT GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN




































Quản lý phương tiện giao thông dùng định vị GPS
TÓM TẮT
Công nghệ định vị toàn cầu GPS là một lĩnh vực có tìm năng phát triển cao, có
thể phát triển ứng dụng công nghệ trong các lĩnh vực như: bản đồ, thủy văn, viễn
thông…Đề tài”Quản lý phương tiện giao thông dùng định vị GPS” xuất phát từ ý
tưởng là thiết bị có thể xác định vị trí và hiển thị vị trí lên bản đồ trên màn hình.
Và để phục vụ đề tài, nhóm đã nghiên cứu những vấn đề liên quan như các khái
niệm về định vị toàn cầu, các kiến thức cơ bản về GSM, GPRS, cách thức hoạt động
của SIM908, cách giao tiếp truyền nhận dữ liệu của SIM908; tìm hiểu về kit phát
triển easy dsPIC,… Sau quá trình nghiên cứu , nhóm đã hoàn thành cơ bản vấn đề
đặt ra có khả xác định được vị trí của thiết bị đang ở đâu thông qua hai thông số là
kinh độ và vĩ độ, sau đó hiển thị vị trí ấy lên Google Map.
Tóm tắt Trang 7
Quản lý phương tiện giao thông dùng định vị GPS
ABSTRACT
Global Positioning Technology (GPS) is a field with development potential, can
develop this application in the following technology fields: mapping, hydrological,
telecommunications…” Management transportation using GPS” project is based on
ideas, is a device that can locate and display on map on the screen device.
And to implement the project, group have studied related issues such as the
concept of positioning GPS, the basic knowledges about GSM/GPRS, operation and
communicaion data transfer of SIM908, learn about development kit DSPIC… then
research and design process, group have completed this project. Device can locate
position of the device through two parameter: longtitude and latitude, then this
position displayed on the screen Google Map.
Tóm tắt Trang 8
Quản lý phương tiện giao thông dùng định vị GPS
MỤC LỤC
Mục lục Trang 9

Quản lý phương tiện giao thông dùng định vị GPS
LIỆT KÊ HÌNH
Liệt kê hình Trang 10
Quản lý phương tiện giao thông dùng định vị GPS
LIỆT KÊ BẢNG
Liệt kê bảng Trang 11
Quản lý phương tiện giao thông dùng định vị GPS
LIỆT KÊ TỪ VIẾT TẮT
ADC Analog to Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự - số
BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc
BSS Base Station System Hệ thống trạm gốc
BTS Base Transceiver Station Trạm truyền nhận gốc
CPU Central Processing Unit Đơn vị xử lý trung tâm
CR Carriage Return Lệnh Enter
DGPS Diferential GPS Hệ thống định vị toàn cầu vi sai
E East Hướng đông
EEPROM Electrically Erasable
Programmable ROM
Bộ nhớ ROM không mất
dữ liệu khi mất điện
GALILEO Từ viết tắt của hệ thống định vị
toàn cầu của liên minh Châu Âu
GGSN Gateway GPRS Support Node Là một gateway giữa mạng
GPRS/UMTS và các mạng ngoài
GLONAS
S
Global Orbital Navigation
Satellite System
Từ viết tắt của hệ thống định
vị toàn cầu của Nga

GNSS Global Navigation
Satellite System
Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu
GPRS General Packet Radio
Services
Dịch vụ vô tuyến gói chung
GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu
GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động toàn cầu
GSV GNSS satellites in view
Lat Latitude Vĩ độ
LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng
LF Line Feed Chuyển dòng
Lon Longitude Kinh độ
MCS Master Control Station Trạm điều khiển trung tâm
MMS Multimedia Messaging
Service
Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện
NMEA National Marine Electronics
Association
Hiệp hội điện tử tàu
thủy quốc gia Hoa Kỳ
Liệt kê từ viết tắt Trang 12
Quản lý phương tiện giao thông dùng định vị GPS
PPS Precise Positioning Service Dịch vụ định vị chính xác
SQL
Structured Query Language
W West Hướng tây
CSDL Cơ sở dữ liệu
Liệt kê từ viết tắt Trang 13
Quản lý phương tiện giao thông dùng định vị GPS

PHẦN A TÌM HIỂU VỀ LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT LÝ THUYẾT HỆ THỐNG
CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU VỀ MODULE SIM908 VÀ TẬP LỆNH AT
CHƯƠNG 4: TÌM HIỂU DSPIC30F4011 VÀ EASY DSPIC KIT
CHƯƠNG 5: GIỚI THIỆU VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU SQL SERVER
Phần A Tìm hiểu về lý thuyết Trang 14
NỘI DUNG CHÍNH
Quản lý phương tiện giao thông dùng định vị GPS
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 LỜI MỞ ĐẦU
1.2 MỤC ĐÍCH LỰA CHỌN VÀ ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI
1.3 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 Lời mở đầu
Cuộc sống của con người ngày càng tiện nghi và hiện đại là nhờ vào sự phát
triển của các hệ thống máy móc và điện tử. Các hệ thống này đã giải phóng sức lao
động của con người, giúp cho con người có thể liên hệ dễ dàng với nhau. Một trong
những hệ thống đã giúp ích rất nhiều cho con người đó là Hệ Thống Định Vị Toàn
Cầu (GPS - Global Positioning System). Khi hệ thống này ra đời nó đã tạo ra sự
thay đổi rất lớn trong lĩnh vực định vị và dẫn đường và được ứng dụng rất nhiều
trong các lĩnh vực quân sự và dân sự. Cho đến nay vai trò của hệ thống GPS vẫn rất
Chương 1 Giới thiệu đề tài Trang 15
NỘI DUNG CHÍNH
Quản lý phương tiện giao thông dùng định vị GPS
quan trọng đối với cuộc sống của con người. Chính vì vậy, nhóm thực hiện đồ án
đã chọn đề tài “QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG DÙNG ĐỊNH VỊ
GPS” với các nội dung chính như sau:
 Thiết kế hệ thống thu tín hiệu GPS từ vệ tinh (Slaver) có chức năng:
- Thu tín hiệu GPS từ vệ tinh dùng SIM908 +vi điều khiển DSPIC để xử lý.

- Hiển thị kinh độ, vĩ độ trên LCD để dễ dàng kiểm tra thông tin.
- Truyền gửi thông tin tọa độ GPS ,nhiệt độ xe,… về trung tâm điều khiển
bằng tin nhắn SMS.
- Lưu dữ liệu offline sử dụng SD CARD.
 Thiết kế một hệ thống điều khiển trung tâm bằng giao diện có chức năng:
- Thiết kế giao diện chương trình cho trạm điều khiển được kết nối với
CSDL để có thể tra cứu thông tin và giám sát phương tiện.
- Nhận dữ liệu và sao lưu lên hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu cho mục đích
lưu trữ .
- Đọc dữ liệu từ SDCARD ở dạng offline.
 Mục đích của đề tài này là để ứng dụng những kiến thức, các kỹ năng đã
học
vào thực tế và xây dựng nên một hệ thống định vị cho phương tiện.
Nhóm thực hiện đồ án xây dựng đề tài này dựa trên các thiết bị phổ biến trên
thị trường như vi điều khiển dsPIC, SIM908,… với độ tin cậy, sai số và giá thành
chấp nhận được.
 Thiết kế hệ thống định vị phương tiện được lập trình bằng ngôn ngữ C
cho vi điều khiển và giao diện người dùng được lập trình bằng ngôn ngữ
Microsoft Visual Studio 2008(C#).
1.2 Mục đích lựa chọn và ứng dụng của đề tài
Nhằm áp dụng kỹ năng thiết kế mạch điện tử và lập trình đã được học, nhóm
thực hiện đồ án đã lựa chọn công việc nghiên cứu xây dựng một hệ thống ứng dụng
GPS trong định vị phương tiện để xác định vị trí thông qua mạng GSM. Hệ thống
này có thể được ứng dụng trong lĩnh vực giao thông để giám sát phương tiện của
các cơ sở kinh doanh vận tải, xe ô tô,xe máy, hay giám sát tàu thuyển trong lĩnh vực
hàng hải. Đồng thời cũng có thể dẫn đường cho các phương tiện giao thông đi theo
một lộ trình đã định sẵn theo mong muốn của nhà điều hành.
Chương 1 Giới thiệu đề tài Trang 16
Quản lý phương tiện giao thông dùng định vị GPS
Hình 1.1 Mô hình tổng quát của 1 hệ thống định vị GPS

1.3 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu đạt được sau khi hoàn thành đồ án:
 Lập trình hệ thống thu và nhận tín hiệu GPS.
 Xây dựng hệ thống quản lý thông tin phương tiện thông qua cơ sơ dữ liệu SQL.
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu
 Sử dụng các mạch module sim908 và vi điều khiển dspic30f4011 để lập trình
theo yêu cầu.
Chương 1 Giới thiệu đề tài Trang 17
Quản lý phương tiện giao thông dùng định vị GPS
CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU VỀ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG
2.1 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ GPS
2.2 GIỚI THIỆU CHUẨN NMEA
2.3 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG GSM
CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU VỀ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG
2.1 Giới thiệu về hệ thống định vị GPS
2.1.1 Giới thiệu chung về hệ thống GPS
Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GNSS (Global Navigation Satellite System)
là tên dùng chung cho các hệ thống định vị toàn cầu sử dụng vệ tinh để định vị vị trí
một điểm trên mặt đất. Trên thế giới hiện có 3 hệ thống thuộc GNSS, đó là: GPS
(Hoa Kỳ), GALILEO (Liên minh châu Âu) và GLONASS (Liên bang Nga).
Chương 2 Tìm hiểu về lý thuyết hệ thốngTrang 18
NỘI DUNG CHÍNH
Quản lý phương tiện giao thông dùng định vị GPS
Hình 2.1 Hệ thống định vị toàn cầu GNSS
Vào những thập niên 60 và 70, Bộ quốc phòng Mỹ đã đầu tư nghiên cứu và xây
dựng hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System). Vệ tinh GPS đầu
tiên được phóng vào tháng 2 năm 1978 và từ đầu những năm 1990, GPS bắt đầu
được sử dụng trong dân sự. Chính phủ Mỹ dành riêng mức định vị chính xác cao
nhất cho quân đội, tuy nhiên họ cũng đã phát triển mã thu thô C/A cho mục đích dân

dụng. Điều này giúp bất cứ ai cũng có thể sử dụng GPS ở bất cứ đâu và bất cứ khi
nào.Ở Nga, với kỹ thuật phóng vệ tinh khá tốt, Nga cũng đã xây dựng thành công hệ
thống vệ tinh dẫn đường quỹ đạo toàn cầu, viết tắt GLONASS (Global Orbital
Navigation Satellite System) vào năm 1995. Hai hệ thống này ban đầu phục vụ cho
mục đích quân sự là chính, và hiện nay đã được đưa vào sử dụng cho các mục đích
dân sự. Liên hiệp Âu Châu cũng đã khởi công cho dự án hệ thống vệ tinh dẫn đường
toàn cầu với tên gọi GALILEO (đặt tên của nhà thiên văn học và vật lý học vĩ đại
Galileo Galilei). Hệ thống GALILEO dự kiến đưa vào sử dụng trong khoảng năm
2009-2010.Trong tương lai ba hệ thống GPS, GLONASS và GALILEO sẽ được tiếp
tục củng cố hoàn thiện và tích hợp cho độ chính xác cao. Chúng ta thấy ngày càng
nhiều ứng dụng GPS/GNSS trong đời sống hàng ngày. Các máy điện thoại cầm tay
GPS đã được tung ra trong thị trường từ năm 2002 và ngày càng nhiều máy dẫn
đường vệ tinh cho xe ô tô (tích hợp xác định vị trí và bản đồ điện tử cho các thành
phố). Ứng dụng của GPS/GNSS không chỉ dừng lại cho mục đích quân sự mà còn
cho các mục đích dân sự như dẫn tàu thủy, dẫn máy bay, vũ trụ, dẫn các phương tiện
giao thông trên mặt đất, xây dựng, đặc biệt lắp đặt các thiết bị trên biển phục vụ
ngành khai thác dầu khí và thủy hải sản, cảm biến từ xa mang lại hiệu quả thiết thực.
2.1.2 Đặc điểm hệ thống GPS
 Có độ chính xác định vị cao: độ chính xác theo phương đứng, ngang và thờigian.
 Phủ sóng toàn cầu 24/24:có thể thu được tín hiệu GPS tại mọi vị trí trên trái đất
do các vệ tinh liên tục phát thông tin quảng bá về vị trí và thời gian.
 Là hệ thống thụ động
 Vận hành trong mọi điều kiện thời tiết.
2.1.3 Cấu trúc hệ thống GPS
Hệ thống vệ tinh GPS chia làm 3 phần:
- Phần không gian (space segment): Các vệ tinh.
Chương 2 Tìm hiểu về lý thuyết hệ thốngTrang 19
Quản lý phương tiện giao thông dùng định vị GPS
- Phần điều khiển (control segment ): Trạm mặt đất.
- Phần người sử dụng (user segment): Bộ thu tín hiệu

Hình 2.2 Sơ đồ liên quan ba phần của hệ thống định vị toàn cầu
2.1.4 Phần không gian
Bao gồm các vệ tinh có nhiệm vụ:
- Truyền thông tin và tín hiệu đến người sử dụng trên một hay hai tần số.
- Duy trì thời gian tham chiếu với độ chính xác cao (sai số từ 10-12 đến 10-14
sec).
- Nhận và lưu trữ các thông tin từ trạm điều khiển mặt đất.
- Thực hiện hiệu chỉnh quỹ đạo vệ tinh và sai số đồng hồ.
Các thế hệ vệ tinh GPS được đánh số Block I, II, IIA, IIR và IIF. Thế hệ vệ tinh
đầu tiên là Block I được xây dựng bởi Rockwell International Corporation, nặng
khoảng 800kg và tuổi thọ khoảng 5 năm. Block II và IIA cũng do công ty này xây
dựng nhưng nặng đến 900 kg. Tuổi thọ của chúng khoảng 7.5 năm.Sự thay thế các vệ
tinh Block II/IIA bằng Block IIR bắt đầu từ năm 1996. Những vệ tinh này do công ty
General Electric xây dựng. Block IIF dự định phóng lên quĩ đạo từ năm 2005.
Tính đến năm 2003,trên quĩ đạo có 26 vệ tinh Block IIA và IIR. Cấu hình quĩ
đạo như sau:
- Có 6 mặt phẳng quĩ đạo gần tròn.
- Trên mỗi mặt phẳng quĩ đạo có 4 đến 5 vệ tinh.
- Mặt phẳng quĩ đạo nghiêng so với xích đạo khoảng 55°.
- Độ cao bay trên mặt đất xấp xỉ 20.200km.
Chương 2 Tìm hiểu về lý thuyết hệ thốngTrang 20
Quản lý phương tiện giao thông dùng định vị GPS
Hình 2.3 Phân hệ không gian
Mỗi vệ tinh có tới bốn đồng hồ nguyên tử cực kì chính xác (chuẩn Rubidi và
Xesi) và một vi xử lý để tự điều khiển và xử lý data trong giới hạn. Các vệ tinh được
trang bị nhiều tên lửa nhỏ phục vụ cho việc duy trì hay thay đổi quỹ đạo của chúng.
2.1.5 Phần điều khiển
Phân hệ điều khiển gồm một trạm điều khiển chủ ở Colorado Springs, Colorado
cùng năm trạm giám sát (ở Colorado Springs, đảo Ascension, đảo Diego Garcia,
Hawaii và đảo Kwajalein) và ba anten mặt đất đặt rải rác trên thế giới. Ba trạm ở

Ascension, Diego Garcia và Kwajalein dùng để triển khai tuyến lên, truyền thông tin
từ mặt đất lên vệ tinh, bao gồm các dữ liệu lịch thiên văn mới, hiệu chỉnh đồng hồ và
các bản tin quảng bá khác. Chỉ có Bộ quốc phòng Mỹ mới có trách nhiệm với phân
hệ điều khiển; bao gồm việc xây dựng, triển khai, duy trì bảo dưỡng và giám sát hoạt
động liên tục của các vệ tinh GPS.
Các trạm giám sát bám sát tất cả các vệ tinh GPS trong tầm nhìn để điều khiển
và dự đoán quỹ đạo của chúng. Trạm giám sát gửi thông tin mà họ thu thập được từ
mỗi vệ tinh về trạm điều khiển trung tâm MCS. MCS tính toán quỹ đạo vệ tinh một
cách cực kỳ chính xác rồi đưa thông tin vào các bản tin dẫn đường cập nhật cho mỗi
vệ tinh. Thông tin cập nhật được truyền tới mỗi vệ tinh thông qua các anten mặt đất;
các anten này đồng thời cũng thu và phát cả các tín hiệu điều khiển giám sát vệ tinh.
Chương 2 Tìm hiểu về lý thuyết hệ thốngTrang 21
Quản lý phương tiện giao thông dùng định vị GPS
Hình 2.4 Vị trí các trạm điều khiển và giám sát GPS
2.1.6 Phần người sử dụng
Phân hệ người sử dụng bao gồm tất cả các máy thu GPS trên mặt đất cho phép
người dùng nhận tín hiệu phát quảng bá từ vệ tinh và tính toán thời gian, vận tốc, tọa
độ của họ một cách chính xác. Máy thu của người dùng đo thời gian trễ để tín hiệu đi
tới máy thu; đây là cách đo trực tiếp khoảng cách biểu kiến tới vệ tinh. Các kết quả
đo thu thập đồng thời từ bốn vệ tinh được xử lý để tính toán tọa độ, vận tốc và thời
gian. GPS cung cấp hai cấp dịch vụ là dịch vụ định vị tiêu chuẩn (SPS) và dịch vụ
định vị chính xác (PPS).
Hình 2.5 Phần người sử dụng
PPS là dịch vụ định vị, đo vận tốc và định thời chính xác độc lập. Nó sử dụng
một trong các mã GPS được truyền dẫn, gọi là mã P(Y), chỉ những người sử dụng
được phép mới truy cập được mã này. Những người dùng này bao gồm các lực lượng
quân sự Mỹ. Độ chính xác định vị của PPS là 16m theo phương ngang và 23m theo
phương thẳng đứng (với xác suất 95%).
Chương 2 Tìm hiểu về lý thuyết hệ thốngTrang 22
Quản lý phương tiện giao thông dùng định vị GPS

SPS có độ chính xác thấp hơn PPS.Nó sử dụng mã GPS thứ hai, gọi là mã C/A,
mã này được sử dụng bởi tất cả người dùng, kể cả người dùng được phép và không
được phép. Ban đầu, SPS cung cấp độ chính xác khoảng 100m theo phương ngang
và 156m theo phương thẳng đứng (xác suất 95%). Độ chính xác này là do ảnh hưởng
của khả năng chọn lọc. Với quyết định gần đây của tổng thống Mỹ về việc chấm dứt
SA, độ chính xác của SPS hiện nay có thể so sánh được với PPS.
2.1.7 Cấu trúc tín hiệu GPS
Mỗi vệ tinh GPS phát một tín hiệu radio cao tần gồm hai tần số sóng mang
được điều chế bởi hai mã số và một bản tin dẫn đường.Hai tần số sóng mang này
được phát ở tần số 1575.42 MHz (gọi là sóng mang L1) và 1227.60 MHz (gọi là
sóng mang L2). Theo đó, bước sóng tương ứng là 19cm và 24.4cm; kết quả này được
rút ra từ quan hệ giữa tần số sóng mang và vận tốc ánh sáng trong không gian. Việc
sử dụng hai tần số trên cho phép sửa một lỗi nghiêm trọng của GPS là trễ tầng điện
ly.Tất cả các vệ tinh GPS đều phát cùng tần số sóng mang L1 và L2.Tuy nhiên, mã
điều chế là khác nhau cho các vệ tinh, việc này làm giảm thiểu sự can nhiễu tín hiệu.
Hai mã GPS gọi là mã thu thô (mã C/A) và mã thu chính xác (mã P).Mỗi mã
chứa một luồng số nhị phân 0 và 1 gọi là các bít hay các chip. Các mã này được gọi
chung là mã PRN vì chúng giống như tín hiệu ngẫu nhiên. Nhưng thực tế, các mã
này được phát nhờ sử dụng một thuật toán. Mã C/A chỉ được điều chế vào sóng
mang L1, trong khi đó, mã P được điều chế vào cả sóng mang L1 và L2. Sự điều chế
này gọi là điều chế lưỡng pha, do pha của sóng mang được dịch đi 180
0
khi giá trị
của mã thay đổi từ 0 đến 1 hoặc từ 1 đến 0.
Mã C/A là một luồng 1023 số nhị phân (1023 số 1 và 0) tự lặp lại mỗi giây.
Điều này có nghĩa là tốc độ chip của mã C/A là 1023 Mb/s. Nói cách khác, khoảng
thời gian của mỗi bít xấp xỉ 1ms, tương đương với quãng đường 300m. Mỗi vệ tinh
được gán cho một mã C/A duy nhất, mã này cho phép máy thu GPS nhận dạng vệ
tinh nào đang truyền một mã cụ thể. Khoảng cách đo được bằng mã C/A kém chính
xác hơn so với mã P. Tuy nhiên, mã C/A ít phức tạp hơn và được sử dụng cho mọi

người dùng.
Mã P là một chuỗi nhị phân rất dài, được lặp lại sau 266 ngày .Nó cũng nhanh
hơn mã C/A 10 lần (tốc độ bít của nó là 10.23 Mb/s). Nhân thời gian với số lần lặp
lại, 266 ngày nhân tốc độ bit 10.23 Mb/s được luồng mã P dài khoảng
2.35x1014chip. Mã dài 266 ngày được chia thành 38 đoạn, mỗi đoạn dài 1
tuần.Trong đó, có 32 đoạn được gán cho các vệ tinh khác nhau.Mỗi vệ tinh truyền
một đoạn một tuần duy nhất của mã P, đoạn này được khởi tạo vào 0 giờ ngày chủ
nhật hàng tuần. Sáu đoạn còn lại để dự trữ cho các mục đích khác. Như vậy, mỗi vệ
tinh GPS thường được xác định bởi một đoạn một tuần duy nhất của mã P. Ví dụ:
một vệ tinh GPS với số nhận dạng là PRN 20 tức là vệ tinh này được gán đoạn của
tuần thứ 20 của mã PRN P. Mã P ban đầu được thiết kế chủ yếu cho mục đích quân
sự là chính. Sau đó, nó được sử dụng cho tất cả người dùng vào ngày 31/1/1994.Vào
thời điểm đó, mã P được mật mã hóa bằng cách thêm vào nó một mã W không xác
định. Mã đã được mật mã hóa gọi là mã Y, mã này có tốc độ chip bằng với mã P.
Việc mật mã hóa này gọi là việc chống làm giả.
Chương 2 Tìm hiểu về lý thuyết hệ thốngTrang 23
Quản lý phương tiện giao thông dùng định vị GPS
Bản tin dẫn đường GPS là một luồng dữ liệu được thêm vào cả sóng mang L1
và L2 khi điều chế lưỡng pha nhị phân ở tốc độ thấp 50 kbps. Nó chứa 25 khung,
mỗi khung 1500 bít, tổng số có 37500 bít. Nghĩa là để truyền dẫn bản tin dẫn đường
hoàn chỉnh phải mất 750 giây, hay 12.5 phút. Bản tin dẫn đường cùng với các thông
tin khác chứa tọa độ của vệ tinh GPS theo thời gian, tình trạng vệ tinh, tín hiệu hiệu
chỉnh đồng hồ, niên lịch vệ tinh và dữ liệu khí quyển. Mỗi vệ tinh truyền một bản tin
dẫn đường của riêng nó với các vệ tinh khác, như vị trí gần đúng và tình trạng hoạt
động.
2.1.8 Hoạt động của hệ thống GPS
Cơ bản, GPS sử dụng nguyên tắc hướng thẳng tương đối của hình học và lượng
giác học. Mỗi vệ tinh liên tục phát và truyền dữ liệu trong quỹ đạo bay của nó cho tất
cả các chòm sao vệ tinh cộng thêm dữ liệu đến kịp thời và thông tin khác. Do đó, mỗi
thiết bị GPS nhận sẽ liên tục truy cập dữ liệu quỹ đạo chính xác từ vị trí của tất cả vệ

tinh có thể tính toán bằng các vi mạch có trên tất cả các GPS nhận.
Các tín hiệu từ các vệ tinh sẽ đi tới các vị trí chính xác của người dùng và được
đo theo phép tam giác đạc. Để thực hiện phép tam giác đạc, GPS đo khoảng cách
thông qua thời gian hành trình của bản tin vô tuyến từ vệ tinh tới một 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 toán. 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 toán 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. 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 hoá không hoàn hảo của máy thu.
Khối mặt đất thu nhận tín hiệu vệ tinh đi tới với tốc độ bằng tốc độ ánh sáng,
với tốc độ như vậy tín hiệu cũng phải mất một lượng thời gian đáng kể để 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.
Chương 2 Tìm hiểu về lý thuyết hệ thốngTrang 24

Quản lý phương tiện giao thông dùng định vị GPS
2.1.9 Bộ thu GPS
Công việc của một máy thu GPS là xác định vị trí của 4 vệ tinh hay hơn nữa,
tính toán khoảng cách từ các vệ tinh và sử dụng các thông tin đó để xác định vị trí
của chính nó.
Bộ thu GPS tính toán vị trí của nó bằng việc tính toán và so sánh thời gian tín
hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian mà thiết bị GPS thu nhận được tín hiệu do
các vệ tinh phát. Mỗi vệ tinh truyền liên tục các bản tin có chứa thời gian bản tin
được gửi đi, thông tin quỹ đạo chính xác, tình trạng hệ thống chung. Độ sai lệch về
thời gian cho biết máy thu GPS ở cách xa vệ tinh bao nhiêu bằng cách lấy khoảng
thời gian sai lệch nhân với tốc độ của sóng vô tuyến. Rồi với nhiều quãng cách đo
được tới nhiều vệ tinh khác nhau các thiết bị GPS thu tín hiệu có thể tính được vị trí
của thiết bị GPS.
Tất cả máy thu GPS bắt buộc phải khoá được tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để
có thể tính được vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động.
Nếu thiết bị thu tín hiệu GPS có thể khóa được tín hiệu của bốn hay nhiều hơn số vệ
tinh trong tầm nhìn thì máy GPS có thể tính được vị trí theo ba chiều (kinh độ, vĩ độ
và độ cao). 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, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa.
2.1.10 Cách xác định vị trí của bộ thu GPS
Trường hợp không có lỗi, bộ thu GPS sẽ có vị trí tại một điểm giao của bốn bề
mặt hình cầu. Nếu bề mặt của hai mặt cầu giao nhau tại nhiều hơn một điểm, giao
tuyến của chúng sẽ là một hình tròn. Giao tuyến này và mặt cầu thứ ba trong hầu hết
các trường hợp sẽ giao nhau tại hai điểm (mặc dù chúng có thể chỉ giao nhau tại một
điểm hoặc không giao nhau). Vị trí chính xác của bộ thu GPS là một trong hai giao
điểm mà gần với bề mặt trái đất nhất đối với các bộ thu của các phương tiện di
chuyển trên hay gần bề mặt trái đất. Giao điểm còn lại có thể là vị trí chính xác của
một thiết bị khác trong không gian.
Chương 2 Tìm hiểu về lý thuyết hệ thốngTrang 25