Luận văn ThS: Nghiên cứu kỹ thuật dự báo thời tiết tại một khu vực có phạm vi nhỏ dựa trên cường độ tín hiệu GPS qua các thiết bị thu thông minh

Luận văn Nghiên cứu kỹ thuật dự báo thời tiết tại một khu vực có phạm vi nhỏ dựa trên cường độ tín hiệu GPS qua các thiết bị thu thông minh giới thiệu về hệ thống GPS và các hệ thống định vị khác; phân tích các nguyên nhân sai số và SNR; đánh giá cường độ tín hiệu GPS bằng smartphone chạy Android và thực nghiệm.

Luận văn ThS: Nghiên cứu kỹ thuật dự báo thời tiết tại một khu vực có phạm vi nhỏ dựa trên cường độ tín hiệu GPS qua các thiết bị thu thông minh

1. Mở đầu

Trong suốt thập kỷ vừa qua đã có sự phát triển vượt bậc của hệ thống vi điện tử, máy tính và các thiết bị di động với các tính năng hiện đại. Chúng có khả năng tính toán cao, kích thước nhỏ và chi phí thấp, cho phép con người tương tác với các thiết bị như một phần của cuộc sống hàng ngày và đặc biệt con người ta có thể dễ dàng xác định vị trí của mình trên thế giới thông qua phần mềm sử dụng công nghệ GPS. Có một thống kê cho thấy một kết quả đáng kinh ngạc, dân số thế giới ước tính khoảng 7.3 tỷ người, thì 7 tỷ điện thoại di động năm 2015. Sự bùng nổ của người sử dụng điện thoại thông minh trong những năm gần đây (2007-2015) đã dẫn đến sự bùng nổ của các ứng dụng cho điện thoại thông minh và số lượng đáng kinh ngạc của các ứng dụng smartphone đã được bổ sung không ngừng. Vì vậy, nhu cầu sử dụng thiết bị di động gắn liền với ứng dụng trên điện thoại di động là xu hướng nóng hiện nay.

2. Nội dung

2.1 Giới thiệu chung

Sơ lược về bài toán dự báo thời tiết

  • Các thành phần thời tiết cần dự báo
  • Các phương pháp dự báo thời tiết

Khả năng ứng dụng các thiết bị thu GPS vào việc dự báo thời tiết

  • Nguyên tắc đo thời gian truyền tín hiệu GPS
  • Xác định vị trí trong không gian trong điều kiện lý tưởng
  • Ảnh hưởng của thời gian không chính xác và phương pháp hiệu chỉnh
  • Ảnh hưởng của môi trường tới khả năng định vị trong không gian 3 chiều

Đề xuất việc kết nối các thiết bị có chức năng thu tín hiệu GPS để hỗ trợ cho việc dự báo thời tiết

  • Ứng dụng GPS vào dự báo thời tiết trên thế giới
  • Đề xuất mô hình kết nối các thiết bị thu GPS hỗ trợ dự báo thời tiết

2.2 Hệ thống GPS và các hệ thống định vị khác

Các hệ thống định vị toàn cầu khác (ngoài GPS) dựa trên vệ tinh

  • Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu của Nga (GLONASS)
  • Hệ thống định vị vệ tinh Bắc Đẩu của Trung Quốc
  • Chương trình QZSS Nhật Bản
  • Hệ thống định vị GALILEO của Châu Âu

Hệ thống GPS

Tính toán vị trí người sử dụng

  • Đánh giá phạm vi giả
  • Phương trình tuyến tính
  • Đo lường độ chính xác
  • Xem xét sai số và tín hiệu vệ tinh

2.3 Phân tích các nguyên nhân sai số và SNR

Sai số đo lường: 

Sai số đồng hồ vệ tinh 

Sai số quỹ đạo vệ tinh 

Hiệu ứng tương đối 

Hiệu ứng khí quyển

Hiệu ứng tầng điện ly: 

Độ trễ tầng đốil ưu 

Sai số dạng hình học 

SNR của tín hiệu GPS và các yếu tố ảnh hưởng đến SNR

  • Nhiễu tần số radio
  • Yếu tố đa đường
  • Sự nhấp nhánh tầng điện ly
  • Sự ảnh hưởng của tầng đối lưu 
  • Yếu tố hình học của vệ tinh

2.4 Đánh giá cường độ tín hiệu GPS bằng smartphone chạy Android

Giới thiệu về ANDROID 

Đặt vấn đề 

Mô hình và kịch bản 

Phần mềm

  • Phân tích yêu cầu 
  • Biểu đồ chức năng
  • Thiết kế giao diện

Kết quả thực nghiệm và phân tích

3. Kết luận

Để đo sự ảnh hưởng của tầng đối lưu (nơi diễn ra các hiên tượng thời tiết) tới thông số SNR, ta sẽ tìm cách cố định sự ảnh hưởng các yếu tố còn lại thông qua điều kiện đo lường trong phần 4.2. Qua các kết quả đo, ta thấy được rõ ràng các trạng thái thời tiết xảy cùng một thời điểm (khác ngày) cùng một vị trí có sự ảnh hưởng khác nhau rõ rệt tới đồ thị SNR (cường độ) của tín hiệu GPS. Như vậy việc sử dụng thông số SNR này làm một thông số hỗ trợ cho việc dự báo thời tiết tổng thể là khả quan. Bằng phương pháp thực nghiệm ta dựa vào sự biến đổi SNR có thể suy ra các trạng thái thời tiết sẽ có chứa các yếu tố như có nắng, có mây, có mưa… Với sự phổ dụng và phát triển của Smartphone chạy Android hiện nay, ta sẽ dễ dàng lập một hệ thống ghi nhận, theo dõi và đánh giá mức độ ảnh hưởng của thời tiết tới thông số SNR của tín hiệu vệ tinh tại nhiều điểm trên Việt Nam (mỗi điểm này ở phạm vi gần trong khoảng 50m đổ lại) và rộng hơn là toàn thế giới. Qua đó, ta sẽ lập được một bản đồ ảnh hưởng theo cả thời gian lẫn cả không gian (chú thích ngày giờ, vị trí khi đo rồi truyền lên hệ thống) của sự ảnh hưởng tới thông số SNR, chuyển giao tới tay các chuyên gia thời tiết và hỗ trợ họ trong việc dự báo thời tiết chuyên sâu.

4. Tài liệu tham khảo

Jean-Marie Zogg (2002), GPS-Basics-Intro-to-the-System-App-Overview

Elliott D. Kaplan, Christopher J. Hegarty (2006), Understanding GPS: Principles and Applications (2nd version)

Department of Defense, GPS Navstar Global Positioning System (February 2007), Global Positioning System- Precise Positioning Service -Performance Standard

https://www.quora.com/Is-there-any-difference-between-military-GPS-dataand-civilians-in-terms-of-accuracy

http://www.gps.gov/systems/gps/performance/accuracy/....

--- Nhấn nút TẢI VỀ hoặc XEM ONLINE để tham khảo đầy đủ nội dung Luận văn Thạc sĩ trên ---

Ngày:27/08/2020 Chia sẻ bởi:Chương

CÓ THỂ BẠN QUAN TÂM