Luận văn Thạc sĩ: 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 (smartphone)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI<br /> TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> VŨ TÙNG LINH<br /> <br /> NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT DỰ BÁO THỜI TIẾT<br /> TẠI MỘT KHU VỰC CÓ PHẠM VI NHỎ DỰA TRÊN<br /> CƢỜNG ĐỘ TÍN HIỆU GPS QUA CÁC THIẾT BỊ<br /> THU THÔNG MINH<br /> Ngành: Công nghệ thông tin<br /> Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và mạng máy tính<br /> Mã số:<br /> <br /> LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN<br /> NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:<br /> PGS. TS. Nguyễn Đình Việt<br /> <br /> Hà Nội – 2017<br /> <br /> i<br /> LỜI CAM ĐOAN<br /> Tôi xin cam đoan nội dung trình bày trong luận văn này là do tôi tự nghiên cứu,<br /> tìm hiểu dựa trên các tài liệu và tôi trình bày theo ý hiểu của bản thân dƣới sự hƣớng<br /> dẫn trực tiếp của Thầy Nguyễn Đình Việt. Các nội dung nghiên cứu, tìm hiểu và kết<br /> quả thực nghiệm là hoàn toàn trung thực.<br /> Luận văn này của tôi chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất cứ công trình nào.<br /> Trong quá trình thực hiện luận văn này tôi đã tham khảo đến các tài liệu của<br /> một số tác giả, tôi đã ghi rõ tên tài liệu, nguồn gốc tài liệu, tên tác giả và tôi đã liệt kê<br /> trong mục ―DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO‖ ở cuối luận văn.<br /> <br /> Học viên<br /> Vũ Tùng Linh<br /> <br /> ii<br /> LỜI CẢM ƠN<br /> Để hoàn thành luận văn này, trƣớc hết tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo<br /> đã tận tình hƣớng dẫn, giảng dạy tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại Khoa<br /> Công Nghệ Thông Tin – Trƣờng Đại học Công Nghệ - Đại học quốc gia Hà Nội<br /> Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Đình Việt đã hƣớng<br /> dẫn tận tình, chu đáo giúp tôi hoàn thành luận văn này.<br /> Mặc dù có nhiều cố gắng để thực hiện song với kiến thức, kinh nghiệm bản thân,<br /> chắc chắn không thể tránh khỏi còn có thiếu sót mà tôi chƣa thấy đƣợc. Tôi rất mong<br /> nhận đƣợc đóng góp của các thầy, cô, ta bè, đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện<br /> hơn.<br /> Hà Nội, tháng 11 năm 2017<br /> Học viên<br /> Vũ Tùng Linh<br /> <br /> iii<br /> MỤC LỤC<br /> LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ i<br /> LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii<br /> MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii<br /> DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................ vi<br /> DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................... vii<br /> DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................ ix<br /> MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1<br /> CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG ..............................................................................2<br /> 1.1<br /> <br /> Sơ lƣợc về bài toán dự báo thời tiết ...................................................................2<br /> <br /> 1.1.1<br /> <br /> Các thành phần thời tiết cần dự báo ............................................................3<br /> <br /> 1.1.2<br /> <br /> Các phƣơng pháp dự báo thời tiết ...............................................................6<br /> <br /> 1.2<br /> <br /> Khả năng ứng dụng các thiết bị thu GPS vào việc dự báo thời tiết ...................9<br /> <br /> 1.2.1<br /> <br /> Nguyên tắc đo thời gian truyền tín hiệu GPS .............................................9<br /> <br /> 1.2.2<br /> <br /> Xác định vị trí trong không gian trong điều kiện lý tƣởng .......................11<br /> <br /> 1.2.3<br /> <br /> Ảnh hƣởng của thời gian không chính xác và phƣơng pháp hiệu chỉnh...13<br /> <br /> 1.2.4<br /> <br /> Ảnh hƣởng của môi trƣờng tới khả năng định vị trong không gian 3 chiều<br /> 14<br /> <br /> 1.3 Đề xuất việc kết nối các thiết bị có chức năng thu tín hiệu GPS để hỗ trợ cho<br /> việc dự báo thời tiết ...................................................................................................16<br /> 1.3.1<br /> <br /> Ứng dụng GPS vào dự báo thời tiết trên thế giới......................................16<br /> <br /> 1.3.2<br /> <br /> Đề xuất mô hình kết nối các thiết bị thu GPS hỗ trợ dự báo thời tiết .......18<br /> <br /> 1.4<br /> <br /> Kết luận chƣơng ...............................................................................................19<br /> <br /> CHƢƠNG 2. HỆ THỐNG GPS VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ KHÁC ..................20<br /> 2.1<br /> <br /> Các hệ thống định vị toàn cầu khác (ngoài GPS) dựa trên vệ tinh ..................21<br /> <br /> 2.1.1<br /> <br /> Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu của Nga (GLONASS) .........................21<br /> <br /> 2.1.2<br /> <br /> Hệ thống định vị vệ tinh Bắc Đẩu của Trung Quốc ..................................21<br /> <br /> 2.1.3<br /> <br /> Chƣơng trình QZSS Nhật Bản ..................................................................22<br /> <br /> 2.1.4<br /> <br /> Hệ thống định vị GALILEO của Châu Âu ...............................................22<br /> <br /> 2.2<br /> <br /> Hệ thống GPS ..................................................................................................23<br /> <br /> 2.3<br /> <br /> Tính toán vị trí ngƣời sử dụng .........................................................................24<br /> <br /> iv<br /> 2.3.1<br /> <br /> Đánh giá phạm vi giả ................................................................................24<br /> <br /> 2.3.2<br /> <br /> Phƣơng trình tuyến tính.............................................................................26<br /> <br /> 2.3.3<br /> <br /> Đo lƣờng độ chính xác: .............................................................................29<br /> <br /> 2.3.4<br /> <br /> Xem xét sai số và tín hiệu vệ tinh .............................................................31<br /> <br /> 2.4<br /> <br /> Kết luận chƣơng ...............................................................................................33<br /> <br /> CHƢƠNG 3. PHÂN TÍCH CÁC NGUYÊN NHÂN SAI SỐ VÀ SNR.......................34<br /> 3.1<br /> <br /> Sai số đo lƣờng: ...............................................................................................34<br /> Sai số đồng hồ vệ tinh ....................................................................................36<br /> <br /> 3.3<br /> <br /> Sai số quỹ đạo vệ tinh ......................................................................................38<br /> <br /> 3.4<br /> <br /> Hiệu ứng tƣơng đối ..........................................................................................39<br /> <br /> 3.5<br /> <br /> Hiệu ứng khí quyển ..........................................................................................41<br /> Hiệu ứng tầng điện ly: ..................................................................................43<br /> <br /> 3.7<br /> <br /> Độ trễ tầng đối lƣu ...........................................................................................46<br /> <br /> 3.8<br /> <br /> Sai số dạng hình học ........................................................................................48<br /> <br /> 3.9<br /> <br /> SNR của tín hiệu GPS và các yếu tố ảnh hƣởng đến SNR ..............................53<br /> <br /> 3.9.1<br /> <br /> Nhiễu tần số radio .....................................................................................53<br /> <br /> 3.9.2<br /> <br /> Yếu tố đa đƣờng ........................................................................................55<br /> <br /> 3.9.3<br /> <br /> Sự nhấp nhánh tầng điện ly .......................................................................56<br /> <br /> 3.9.4<br /> <br /> Sự ảnh hƣởng của tầng đối lƣu .................................................................57<br /> <br /> 3.9.5<br /> <br /> Yếu tố hình học của vệ tinh.......................................................................57<br /> Kết luận chƣơng ...........................................................................................58<br /> <br /> 3.10<br /> <br /> CHƢƠNG 4. ĐÁNH GIÁ CƢỜNG ĐỘ TÍN HIỆU GPS BẰNG SMARTPHONE<br /> CHẠY ANDROID ........................................................................................................59<br /> 4.1<br /> <br /> Giới thiệu về ANDROID .................................................................................59<br /> <br /> 4.2<br /> <br /> Đặt vấn đề ........................................................................................................60<br /> <br /> 4.3<br /> <br /> Mô hình và kịch bản ........................................................................................61<br /> <br /> 4.4<br /> <br /> Phần mềm.........................................................................................................61<br /> <br /> 4.4.1<br /> <br /> Phân tích yêu cầu ......................................................................................61<br /> <br /> 4.4.2<br /> <br /> Biểu đồ chức năng .....................................................................................61<br /> <br /> 4.4.3<br /> <br /> Thiết kế giao diện ......................................................................................62<br /> <br /> 4.5<br /> <br /> Kết quả thực nghiệm và phân tích ...................................................................65<br /> <br />