epn1

11
2011/9/9 1 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Khoa Điện tử Viễn thông Kỹ thuật định vị và dẫn đường điện tử Electronics Positioning and Navigations TS. Đỗ Trọng Tuấn Bộ môn Kỹ thuật thông tin Hà Nội, 8-2010 Nội dung Khái quát chung về định vị và dẫn đường điện tử Một số khái niệm Hệ trục tọa độ tương đối, trục tọa độ tuyệt đối Các tham số xác định vị trí. Hệ thống Radar : Radio Detection and Ranging Khái niệm, phân loại, phương trình Radar, diện tích phản xạ hiệu dụng RCS, cấu trúc hệ thống, nguyên tắc làm việc ... Hệ thống GNSS: Global Navigation Satellite Systems Cấu trúc hệ thống Nguyên tắc định vị vệ tinh. Tín hiệu vệ tinh và bản tin dẫn đường ... Tài liệu tham khảo Phạm Văn Tuân , Giáo trình Cơ sở kỹ thuật định vị và dẫn đường điện tử, 1997 Simon Kingslay & Shaun Quegan , Understanding Radar Systems, 2003 Mahafza Bassem, Radar Systems Analysis and Design Using MatLab Ramjee Prasad, Marina Ruggieri, Applied Satellite Navigation Using GPS, GALILEO, and Augmentation Systems, 2005 Chương 1: Khái quát chung về định vị và dẫn đường điện tử ξ 1. Khái niệm và ứng dụng Khái niệm Định vị - Positioning: xác định vị trí hay tọa độ của một đối tượng (object) hay mục tiêu (target) gắn với một hệ tọa độ xác định. - Mặt phẳng: mặt đất, mặt biển → 2 chiều ( 2 D - 2 Dimension) - Không gian → 3 chiều ( 3 D - 3 Dimension) Dẫn đường - Navigation: → hướng dẫn, điều khiển các đối tượng (phương tiện) chuyển động theo một quỹ đạo xác định.

Upload: si-anh-nguyen

Post on 01-Oct-2015

3 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

tài liệu định vị dẫn đường chương 2

TRANSCRIPT

  • 2011/9/9

    1

    Trng i hc Bch Khoa H Ni

    Khoa in t Vin thng

    K thut nh v

    v dn ng in tElectronics Positioning and Navigations

    TS. Trng TunB mn K thut thng tin

    H Ni, 8-2010

    Ni dung

    Khi qut chung v nh v v dn ng in t

    Mt s khi nim

    H trc ta tng i, trc ta tuyt i

    Cc tham s xc nh v tr.

    H thng Radar : Radio Detection and Ranging

    Khi nim, phn loi, phng trnh Radar, din tch phn x hiu

    dng RCS, cu trc h thng, nguyn tc lm vic ...

    H thng GNSS: Global Navigation Satellite Systems

    Cu trc h thng

    Nguyn tc nh v v tinh.

    Tn hiu v tinh v bn tin dn ng

    ...

    Ti liu tham kho

    Phm Vn Tun , Gio trnh C s k thut nh v v dn ng

    in t, 1997

    Simon Kingslay & Shaun Quegan , Understanding Radar Systems,

    2003

    Mahafza Bassem, Radar Systems Analysis and Design Using

    MatLab

    Ramjee Prasad, Marina Ruggieri, Applied Satellite Navigation Using

    GPS, GALILEO, and Augmentation Systems, 2005

    Chng 1: Khi qut chung v nh v

    v dn ng in t

    1. Khi nim v ng dng

    Khi nim nh v - Positioning:

    xc nh v tr hay ta ca mt i tng (object) hay

    mc tiu (target) gn vi mt h ta xc nh.

    - Mt phng: mt t, mt bin

    2 chiu ( 2 D - 2 Dimension)

    - Khng gian 3 chiu ( 3 D - 3 Dimension)

    Dn ng - Navigation:

    hng dn, iu khin cc i tng (phng tin)

    chuyn ng theo mt qu o xc nh.

  • 2011/9/9

    2

    Khi nim nh v v dn ng in t

    l h thng nh v v dn ng s dng thit b in t.

    nh v v dn ng v tuyn - Radio Positioning and Navigation

    sng in t

    H thng mt t:

    Cc thit b c b tr trn mt t: H thng Radar

    H thng v tinh:

    Cc thit b c b tr trong khng gian: H thng GPS

    Mi quan h

    o lng(M)

    nh v(P)

    Gim st(S)

    Dn ng(N)

    M: Measurement P: Positioning

    S: Surveillance N: Navigation

    ng dng Giao thng:

    Hng hi (mt bin), ng b, ng st 2 D

    Hng khng 3 D

    bn , a thm.

    Kh tng thy vn.

    Y hc (siu m - nh v)

    Vin thng.

    Qun s.

    in t hng khng

    ATM: Air Traffic Management

    CNS:

    Communication

    Navigation

    Surveillance

    Ti nguyn khng gian Khng phn = (din tch lnh th + din tch lnh hi) x 30km

    approach

    airport A airport B

    Ct cnhH cnh

    Qun l khng lu - ATMQun l khng lu - ATM

    Hng tuyn(ng di)

    tip cntip cnticng

    en route

    Air Traffic ManagementAir Traffic Management

    ticng

    take off landing

    i pht mc

  • 2011/9/9

    3

    M hnh mt ng bay

    Vng BVng B

    Cng BCng A

    Vng khng gian ti cng

    Vng khng gian tip cn ct

    cnh

    Vng khng gian ng di (hng tuyn)

    Vng khng gian ti cng

    Vng khng gian tip cn h

    cnh

    Vng A Vng AVng C

    Hng khng

    35 km

    300 m

    Mc bay

    9000 12000

    mt

    Hnh lang bay

    Air Traffic Management

    - 02 Flight Information Regions : Hanoi Fir and Ho chi minh Fir.

    - 22 domestic airport and 60 flight routes (20 domestic and 40 international)

    Air Traffic Management

    Air Traffic Management Air Traffic Management

  • 2011/9/9

    4

    Development Trends Development Trends

    2. H trc ta

    v tham s xc nh v tr

    H trc ta

    Coordinate System

    H trc ta tng i.

    H thng nh v v dn ng mt t

    H trc ta tuyt i.

    H thng nh v v dn ng v tinh.

    N

    M

    D

    O

    LOS Range: c ly theo tm nhn thng

    Line of Sight

    mt phng ng

    Hng - Direction

    N

    EW

    S

    SE: ng NamSW : Ty Nam

    NW: Ty Bc NE: ng Bc

    NNE

    ENE

    ESE

    SSESSW

    WSW

    NNW

    WNW

    WWSW

    SWSW

    EENE

    NENE

  • 2011/9/9

    5

    H ta A L

    Ta c th xc nh mt v tr bt k trn tri t

    V

    V BcN

    V NamS

    Kinh ngE

    Kinh TyW

    Kinh

    V : 0 900 N,S-900 900

    Kinh : 0 1800 E,W

    -1800 1800

    Bng cch kt hp gi tr v (latitude) v kinh (longitude)

    Latitude and Longitude

    ng kinh tuyn

    900 v Bcng v song song

    ng xch o (00)

    Kinh tuyn gc ( 00)i qua GreenwichLondon, Anh

    ng v song song

    Latitude parallels

    0 0

    20 20

    NN

    40 40

    NN

    60 60

    NN

    90 90

    NN80 80

    NN

    20 20

    SS

    60 60

    SS90 90

    SS

    40 40

    SS

    Equator

    80 80

    SS

    ng kinh song songLongitudinal Parallels

    Prime Meridian(Greenwich England)

    0 Longitude

    Longitude:0-180 East

    Longitude:0-180 West

    40:26:46N,79:56:55W

    40:26:46.302N 79:56:55.903W

    4026'21"N 7958'36"W

    40d 26' 21" N 79d 58' 36" W

    40.446195N 79.948862W

    40.446195, -79.948862

    40 26.7717, -79 56.93172

    Cch vit chun, thng dng:

    M (402621N, 795836W)

    DMS: Degree Minute Second

    DD : Decimal Degree

    Mt s cch vit tham s v tr theo v v kinh

  • 2011/9/9

    6

    Latitude and Longitude

    1905000 S: 19 degrees 50 minutes Latitude South-> 19 50 pht v Nam

    4305000 W: 43 degrees 50 minutes Longitude West-> 43 50 pht kinh Ty

    F(19050 S, 43050 W)

    LatitudeLatitude LongitudeLongitudeLongitudeLongitude

    M

    Mt phng xch o

    Mt phng kinh tuyn

    gc

    v ca M

    kinh ca M

    OTm tri t

    Cc bc

    Chuyn i ta a l dng DMS sang dng DD

    Dng DMS : W8743'41" ? DD

    Tng s giy 43'41" = (43*60 + 41) = 2621 seconds.

    Ly phn d sau khi chia cho 3600:

    2621 / 3600 0.728056

    Kt qu : 87 + 0.728056 = 87.728056

    Do l kinh ty nn c gi tr m:

    Kt qu l: - 87.728056.

    Chuyn i ta a l dng DMS sang dng DD

    ? DD

    V : 2621" = (26*60 + 21) = 1581 seconds.

    Ly phn d sau khi chia cho 3600:

    1581 / 3600 0.4391

    Kinh : 5836" = (58*60 + 36) = 3516 seconds.Ly phn d sau khi chia cho 3600:

    3516 / 3600 0,9766

    Kt qu : M ( 40,4391, -79,9766 )

    Dng DMS :

    M (402621N, 795836W)

    DMS: Degree Minute Second

    DD : Decimal Degree

    Dng DD: -87.728055 ? DMS

    Du m Kinh Ty

    Phn : ly phn nguyn 87.728055 = 87 degrees.

    Phn pht: nhn phn d vi 60

    0.728055 x 60 = 43.6833 = 43 minutes.

    Phn giy: nhn phn d vi 60:

    0.6833 x 60 = 40.998 = 41 seconds (lm trn ln).

    C th lm trn xung 40 seconds,

    hoc nguyn phn thp phn

    Kt qu nhn c dng DMS l: W 8704341

    Chuyn i ta a l dng DD sang dng DMS Mt s n v

    nm (nmi, Nm) : nautical mile dm

    1 nm = 6080 ft (feet)

    1 nm = 1852 m1 m = 3,28 ft ; 1 ft = 0,304878 m

    100 km = 54 nm

    V d

    - 322 km = ? (nm)

    - 1794 m = ? (ft)

    Vn tc : knot k hiu l kt; 1 knot = 1 nm/hour

    110 knots ? km/h

    210 km/h ? knots

  • 2011/9/9

    7

    Mt s n v cao:

    Height: cao so vi mt t a.g.l

    ( above ground level)

    Altitude: cao so vi mt nc bin m.s.l

    ( mean sea level)

    T l hin th bn RF

    Small scale: 1:250,000

    Large scale: 1:50,000

    Mt s n v T l hin th bn RF - Representative Fractions

    V d: RF l 1: 650 000 , 7cm trn bn s ng

    vi bao nhiu km ?

    Khong cch thc [km]= khong cch trn bn

    [cm] * RF / 100 000

    Khong cch thc = 7 * 650 000 / 100 000

    = 45,5 (km)

    Mt s n v T l hin th bn RF - Representative Fractions

    V d: Nu 1,6 cm trn bn ng vi 5,2 kmtrn thc a. Khi , t l hin bn RF l baonhiu ?

    RF= 1 : (khong cch thc [km] * 100000 / khong

    cch trn bn [cm])

    RF = 1: 5,2 * 100 000 / 1,6

    = 1: 325 000

    Mt s n v T l hin th bn RF - Representative Fractions

    V d: Nu RF 1: 750 000 th khong cch trnbn l bao nhiu s ng vi 27,7 km trn thca ?

    khong cch trn bn (cm) =

    khong cch thc [km] * 100 000 /RF

    khong cch trn bn = 27,7 [km] *

    100 000 / 750 000 3,7 (cm)

    ng trn ln - Great Circle

    Khi nim : ng trn ln l giao ca b mt tri t

    v mt mt phng i qua tm tri t.

    Tnh cht:

    Khong cch ngn nht gia hai im bt k trn b mt

    tri t l khong cch gia hai im theo ng trn

    ln i qua hai im .

    ng xch o v cc ng kinh tuyn l cc ng

    trn ln

  • 2011/9/9

    8

    ng trn ln

    Great Circle

    Khong cch gia F v T

    trn ng trn ln

    cos(D) = sin(latF)sin(latT) +

    cos(latF)cos(latT)cos(dlong)

    D: Khong cch theo ng trn ln

    Lu : LatF, LatT, LongF,LongT tnh theo radiansLu : LatF, LatT, LongF,LongT tnh theo radians

    (Sign (Deg + (Min + Sec / 60) / 60)) * ( pi / 180)

    Chuyn i kinh , v t dng DMS -> radians

    Cch xc nh dlong Hai im F v T cng thuc bn cu phi (kinh ng Hai im F v T cng thuc bn cu phi (kinh ng

    E) hoc bn cu tri (kinh Ty E) hoc bn cu tri (kinh Ty W) W)

    dlong = abs (longF dlong = abs (longF -- LongT)LongT)

    -- Nu T nm bn phi so vi F Nu T nm bn phi so vi F --> E> E

    -- Nu T nm bn tri so vi F Nu T nm bn tri so vi F --> W> W im F thuc bn cu phi (kinh ng im F thuc bn cu phi (kinh ng E) v im T E) v im T

    thuc bn cu tri (kinh Ty thuc bn cu tri (kinh Ty W) hoc ngc liW) hoc ngc lidlong = longF + LongTdlong = longF + LongT

    -- Nu T nm bn phi so vi F Nu T nm bn phi so vi F --> E> E

    -- Nu T nm bn tri so vi F Nu T nm bn tri so vi F --> W> W* Nu dlong > 180* Nu dlong > 18000 --> dlong = 360 > dlong = 360 dlong v hng ca dlong v hng ca

    dlong s chuyn t Edlong s chuyn t E-->W hoc W>W hoc W-->E>E

    V d

    Xc nh lch kinh gia F v T trong Xc nh lch kinh gia F v T trong

    cc trng hp sau:cc trng hp sau:

    a. LongF = 130 00 W , LongT = 150 00 Ea. LongF = 130 00 W , LongT = 150 00 E

    b. LongF = 140 W , LongT = 130 Wb. LongF = 140 W , LongT = 130 W

    c. LongF = 140 W , LongT = 150 Ec. LongF = 140 W , LongT = 150 E

    F(450 N, 1400 E)

    T(650 N, 1100 W)

    T(650 N, 1100 W)

    F(450 N, 1400 E)

    ng trn ln

    F

    T

    Khong cch gia F v TKhong cch gia F v Ttrn ng trn lntrn ng trn ln

  • 2011/9/9

    9

    V d

    1. Nashville International Airport (BNA) in Nashville, TN, USA:

    N 367.2', W 8640.2'

    2. Los Angeles International Airport (LAX) in Los Angeles, CA, USA: N

    3356.4', W 11824.0'

    (Sign (Deg + (Min + Sec / 60) / 60)) * ( pi / 180)

    Chuyn i kinh , v t dng DMS -> radians

    Xc nh khong cch gia hai sn bay

    Xc nh khong cch trn ng trn ln gia New York v Moscow

    New York

    Moscow

    4045N 7359W

    5545N 3736E

    D = ?

    Atlanta (32 53' 49" N ; 97 02' 17" W)

    Tokyo (35 45' 53" N ; 140 23' 11" E)

    D = ?

    Xc nh khong cch trn ng trn ln gia Tokyo v Alanta

    Gi s mt cn bo , c tm bo xut hin ti v tr F(110N, 1120E).

    Hy xc nh thi gian tm bo di chuyn n v tr T(10030 N,

    1100E) bit rng vn tc di chuyn ca tm bo 15 km/h.

    V d

    100 N

    120 N

    1100 E 1120 E

    F

    T

  • 2011/9/9

    10

    Cos(FT) = sin(10,50*pi/180)sin(10,50*pi/180) +

    cos(110*pi/180)cos(10,50*pi/180)cos(20*pi/180)=

    Cos(FT) = 0,99937

    FT = arccos(0,99937)*180/pi 2,0330

    2,0275 * 60 121,65 121,65 * 1,852 225,2958 km

    1 = 1 nm (nautical mile) ; 1 nm = 1 852 m

    Thi gian dch chuyn tm bo t F n T l:

    234,5 km / 15 (km/h) 15,02 (gi)

    cos(D) = sin(latF)sin(latT) +

    cos(latF)cos(latT)cos(dlong)

    Chun s liu ta a lChun s liu ta a lWGSWGS--8484

    Z

    X

    YO WGS84ellipsoid

    a

    b

    a - baf = = 1/298.257223563

    bn trc chnh a = 6378137,0 m

    bn trc ph b = 6356752,3142 m

    H s dt f :H ta o c theo chun s liu

    WGS84

    Cc bc

    xch o

    Bn trc ph b

    = 6 356 752,3142 m

    Bn trc chnh a

    = 6 378 137,0 m

    H s dt f= (a-b)/a= 1/298,257223563

    H ta ECEF

    O

    Z

    X

    Y

    ECEF: Earth Center ECEF: Earth Center Earth FixEarth Fix

    Tm tri tTm tri tM (xM (xmm, y, ymm,z,zmm))

    Chuyn i h ta a l sang h ta ECEFChuyn i h ta a l sang h ta ECEF

  • 2011/9/9

    11

    Chuyn i h ta ECEF sang h ta a lChuyn i h ta ECEF sang h ta a l

    TI - 1011 62