LỜI CẢM ƠN
Em xin cảm ơn nhà trường, Khoa Hàng hải đã tạo điều kiện cho chúng em
được học tập trong môi trường chuyên nghiệp cùng với đội ngũ các thầy cô
giảng viên nhiệt tình, giàu kinh nghiệm và nhiệt huyết đã giúp em tiếp thu kiến
thức chuyên môn vững chắc.
Em xin cảm ơn thầy giáo Thạc sỹ Phạm Văn Luân cùng các thầy cô trong
khoa Hàng Hải đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện cho em trong suốt quá
trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này.
Cuối cùng em xin cảm ơn tới gia đình đã động viên giúp đỡ em trong suốt
thời gian học tập tại trường, cảm ơn các anh chị khóa trên, bạn bè đã nhiệt tình
chia sẻ kinh nghiệm, trao đổi và góp ý để hoàn thành luận văn.

i


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu dựa trên lý thuyết và thực
tế của riêng em dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Thạc sỹPhạm Văn Luân. Các
số liệu, kết quả, hình ảnh nêu trong luận văn tốt nghiệp là trung thực, khách
quan và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Mọi
thông tin, tài liệu trích dẫn trong luận văn này đều được ghi rõ nguồn gốc.
Sinh viên thực hiện
(ký và ghi rõ họ tên)

Hoàng Văn Tùng

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i



2.3.2 Chế độ màn hình “Plotting Screen” ........................................................ 23
2.3.3 Chế độ màn hình “CDI Screen” .............................................................. 23
2.3.4 Chế độ hiển thị “GPS Information Screen” ............................................. 25
2.3.5 Chế độ hiển thị “Waypoint Information Screen” ..................................... 25
2.3.6 Chế độ hiển thị “Beacon Information Screen” ........................................ 26
2.3.7 Chế độ hiển thị “Navigation Assistance Screen” ..................................... 26
2.4 Chế độ hàng hải theo điểm ........................................................................ 27
2.4.1 Khai báo điểm Waypoint ......................................................................... 27
2.4.2 Sao chép thông tin các điểm Waypoint .................................................... 28
2.4.3 Xóa các điểm waypoint ............................................................................ 30
2.4.4 Kích hoạt chế độ hàng hải theo điểm ....................................................... 30
2.5 Chế độ hàng hải theo tuyến ....................................................................... 32
2.5.1 Tạo một tuyến hành trình ......................................................................... 32
2.5.2 Chỉnh sửa tuyến hành trình có sẵn .......................................................... 34
2.5.3 Sao chép tuyến hành trình ....................................................................... 34
2.5.4 Xóa tuyến hành trình ............................................................................... 35
2.5.5 Kích hoạt và thoát khỏi chế độ hàng hải theo tuyến ................................. 36
2.6 Cài đặt các loại báo động .......................................................................... 38
2.6.1 Các báo động chính ................................................................................. 38
2.6.2 Một số báo động phụ ............................................................................... 39
2.7 Chức năng đánh dấu vị trí người rơi xuố ng nước (MOB _ Man Over
Board) .............................................................................................................. 41
2.8 Chức năng lưu trữ điểm sự kiê ̣n (EVT) .................................................... 42
2.8.1 Thêm các điểm sự kiện/đánh dấu ............................................................. 42
2.8.2 Hiển thị thông tin điểm sự kiện/ đánh dấu ............................................... 43
2.8.3 Xóa điểm sự kiện/đánh dấu ...................................................................... 43
CHƢƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CHO MÁY
THU GPS ........................................................................................................ 45

quốc về Luật biển 1982”, từ đó đến nay ngành hàng hải phát triển một cách
nhanh chóng cả về số lượng cũng như chất lượng.
Chúng ta có thể nhận thấy số lượng hàng hoá xuất - nhập khẩu của nước
ta thông qua đường biển ngày càng tăng. Ngoài ra, đội ngũ thuyền viên của
nước ta cũng đã được nâng cao cả chuyên môn nghiệp vụ và ngày càng chiếm
vị trí quan trọng và dần được thế giới đánh giá cao. Có thể nói, cùng với quá
trình hội nhập của đất nước, ngành hàng hải đã góp một phần không nhỏ vào
sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước. Điều đó cũng phản ánh đúng
phần nào quá trình tăng trưởng kinh tế của nước ta trong thời gian gần đây.
Bên cạnh đó, chúng ta cũng phải thừa nhận rằng, số vụ tai nạn đường biển
cũng không phải là một con số nhỏ. Các vụ tàu bị mắc cạn, va chạm hay chìm
đắm... vẫn luôn đe doạ đến an toàn sinh mạng và tài sản đối với thuyền viên
cũng như các công ty vận tải biển. Những vụ tai nạn đó đã để lại những hậu
quả vô cùng to lớn, thiệt hại về kinh tế, ảnh hưởng xấu đến môi trường biển, và
đặc biệt là sinh mạng của các thuyền viên.
Một trong những nguyên nhân dẫn đến các vụ tai nạn đó là do lỗi của con
người khi sử dụng các trang thiết bị dẫn đường, do thuyền viên khai thác không
lường trước, không đánh giá một cách chính xác các nguyên nhân dẫn đến sai
số của nó... Mặc dù các trang thiết bị dẫn đường ngày càng hiện đại nhưng khai
thác các trang thiết bị có hiệu quả hay không lại phụ thuộc rất lớn vào trình độ
1


hiểu biết của người sỹ quan hàng hải về tính năng cũng như cách hoạt động của
các trang thiết bị đó.
Đề tài “Khai thác và sử dụng hiệu quả máy thu GPS Navigator và
những giải pháp nâng cao độ chính xác vị trí ’’sẽ đề cập đến một phần quan
trọng trong quá trình khai thác và sử dụng hiệu quả máy thu GPS đưa ra một
cái nhìn đầy đủ về tính năng cũng như cách sử dụng chi tiết giúp cho người đi
biển nắm bắt và khai thác hiệu quả các tính năng của máy thu GPS, đáp ứng xu

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Đề tài cung cấp một cách tương đối đầy đủ về lý thuyết của hệ thống
GPS giúp nâng cao hiểu biết của mọi người về hệ thống GPS nói chung cũng
như máy thu GPS Navigator nói riêng. Đưa ra cách khai thác cơ bản đối với
máy thu GPS Navigator giúp mọi người tham khảo khi thực hành trên máy.
- Khi đề tài hoàn thành sẽ là tài liệu tham khảo dành cho người đi biển
cũng như sinh viên đang học tập được tìm hiểu, làm quen, tiếp cận cách khai
thác và sử dụng máy thu GPS Navigator.

3


CHƢƠNG 1: NGUYÊN LÝ XÂY DỰNG VÀ CẤU TẠO HỆ THỐNG GPS
1.1 Khái quát về lịch sử của hệ thống GPS
Sự ra đời của những phương tiện vận chuyển như máy bay và những con
tàu vũ trụ đòi hỏi điều khiển những thiết bị đó trong không gian ba chiều. Những
hệ thống dẫn đường vô tuyến điện trước kia dùng để dẫn tàuhiện nay đã trở
thành lỗi thời và không phù hợp cho việc điều khiển con tàu hiện nay. Trước
những đòi hỏi về độ chính xác cho vị trí xác định nhiều nhà khoa học đã được
chính phủ Mỹ tài trợ để thực hiện nghiên cứu hệ thống dẫn đường, từ đó đã chế
tạo thành công ra hệ thống định vị toàn cầu.
GPS là một hệ thống chuẩn được phát triển bởi bộ quốc phòng Hoa Kỳ.
Đây là chuẩn định vị nhờ vệ tinh với đầy đủ chức năng trên thế giới. GPS sử
dụng một nhóm từ 24 đến 32 vệ tinh bay ở quỹ đạo trung bình với độ cao
20200km quanh Trái đất và phát tín hiệu tới các máy thu GPS nhằm xác định
chính xác vị trí máy thu GPS. Tên đầy đủ của GPS là NAVSTAR GPS vàđược
quản lý bởi “United States Air Force 50th Space Wing”. GPS thường được sử
dụng trong dân sự như một hệ thống định vị và điều hướng.
Vào khoảng sau những năm 1920, trên thế giới xuất hiện những hệ thống
vô tuyến dẫn đường đã tạo tiền đề cho việc phát triển hệ thống định vị toàn cầu.



Khâu sử dụng (gồm các máy thu GPS dùng cho dân sự và quân sự)

Sơ đồ cấu trúc của hệ thống GPS:

Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống GPS
1.2.1 Khâu không gian (khâu vệ tinh)
Tính đến năm 2012 khâu không gian của hệ thống GPS bao gồm 32 vệ tinh
nhân tạo. Quỹ đạo chuyển động của vệ tinh bay xung quanh trái đất là quỹ đạo
tròn, vệ tinh chuyển động trong 6 mặt phẳng quỹ đạo. Các mặt phẳng quỹ đạo
5


của hệ thống GPS nghiêng so với mặt phẳng xích đạo một góc 55 độ, ở độ cao
20.200 km, chu kỳ 11 giờ 57 phút 57,26 giây.
Năm 1978 vệ tinh GPS đầu tiên được phóng lên quỹ đạo, từ đó đến nay đã
có bốn thế hệ vệ tinh khác nhau gồm: Block I, Block II, Block IIA, Block IIR.
Thế hệ cuối của vệ tinh Block IIR được gọi là Block IIR-M. Những vệ tinh thế
hệ sau được trang bị thiết bị hiện đại hơn, có độ tin cậy cao hơn, thời gian hoạt
động lâu hơn.

Hình 1.2. Chuyển động của các vệ tinh GPStrên mặt phẳng quỹ đạo

Hình 1.3. Các thế hệ vệ tinh
Mỗi vệ tinh phát lần lượt2 tần số sóng mang là tần số L1=1575.42 MHz và
L2=1227.60 MHz. Hệ thống sử dụng hai mã P và C/A, mã P được sử dụng trong
6



truyền trở lại cho các trạm theo dõi để từ đó truyền tiếp lên cho các vệ tinh cùng
các lệnh điều khiển khác. Như vậy cập nhật các thông tin về quỹ đạo và thông
tin thời gian trên vệ tinh được thường xuyên, chính xác. Việc chính xác hóa các
thông tin như trên được thực hiện 3 lần trong ngày. Các thông tin cung cấp cho
khách hàng chỉ đảm bảo độ chính xác định vị khoảng 10m, còn thông tin đảm
bảo độ chính xác định vị đến tầm 1m chỉ có được khi có sự thỏa thuận với nhà
cung cấp.
Khâu điều khiển gồm có một trạm điều khiển trung tâm đặt tại Colorado
Spring và 4 trạm theo dõi đặt tại Hawai (Thái Bình Dương), Ascensin Island

7


(Đại Tây Dương) Diego Garcia (Ấn Độ Dương) và Kwajalein (Tây Thái Bình
Dương). Các trạm này tạo thành một vành đai bao quanh Trái đất.

Hình 1.4. Sơ đồ bố trí các trạm điều khiển và giám sát hệ thống GPS trên thế
giới
1.2.3 Khâu máy thu (khâu người sử dụng)
Khâu người sử dụng bao gồm các máy thu GPS có thể đặt cố định trên mặt
đất hay gắn trên các phương tiện chuyển động như ô tô, máy bay, tàu biển, tên
lửa.... tuỳ theo mục đích của các ứng dụng mà các máy thu GPS có thiết kế cấu
tạo khác nhau cùng với phần mềm xử lý và quy trình thao tác thu thập số liệu ở
thực địa.
Hiện nay máy thu GPS cũng ngày một đa dạng hơn đáp ứng mọi nhu cầu
trong đời sống và nghiên cứu khoa học. Trên cơ sở có vị trí liên tục chức năng
của máy thu ngày càng được mở rộng. Hầu hết các máy thu GPS trong hàng hải
đều có chức năng phụ kèm theo như: hàng hải theo điểm, hàng hải theo tuyến,
các chức năng báo động trực neo, báo động lệch khỏi đường đi, báo đông lệch
hướng, báo động vị trí người rơi xuống nước… Ngoài ra máy thu GPS cũng

1227,6 MHz

Mã P
10,23 MHz

Mã C/A
1,023 MHz

- Mã C/A(Coarse/Acquisition) là mã được sử dụng cho các mục đích dân
sự và chỉ được điềuchếbởi tần số L1. Mã này được tạo bởi một chuỗi các số 0 và
1 được sắp xếp theo quy luật ngẫu nhiên với tần số 1,023 MHz tức chỉ bằng 1/10
tần số cơ sở, chiều dài mỗi phần tử là 0.9975 micro giây và được lặp lại sau mỗi
miligiây. Mỗi vệ tinh được gắn một mã C/A riêng biệt. Mã C/A cung cấp vị trí
với độ chính xác kém hơn mã P vào khoảng 50m, tương ứng với chế độ định vị
tiêu chuẩn SPS (Standard Positioning Service).
- Mã P(Precise) là mã chính xác nó được sử dụng cho các mục đích quân
sự, tức là để đáp ứng yêu cầu độ chính xác cao và điều chế cả 2 tần số L1 và L2.
Mã này được tạo bởi nhiều chữ số 0 và 1 được sắp xếp theo qui luật ngẫu nhiên
9


với tần số 10,23 MHz, chiều dài mỗi phần tử là 99.75 nano giây; độ dài toàn
phần của mãP là 267 ngày, nghĩa là chỉ sau 267 ngày mã P mới lặp lại. Tuy vậy
người ta chia mã này thành các đoạn có độ dài 7 ngày và gán cho mỗi vệ tinh
một trong các đoạn mã như thế, cứ sau một tuần lại thay đổi. Như vậy chuỗi
phần tử mã P rất dài và không lặp lại gây khó khăn cho việc đồng pha và xác
định thời gian truyền sóng, nhưng nó có ưu điểm là nâng cao độ chính xác,
nhưng hạn chế của việc sử dụng mã P là nó chỉ cho một số đối tượng sử dụng
nhất định. Mã P cung cấp độ chính xác cao từ 10-16 mét tương ứng với chế độ
định vị chính xác PPS (Precise Positioning Service). Chỉ có máy thu đặc biệt

như chuỗi tín hiệu của vệ tinh. Chuỗi mô hình bắt đầu từ thời điểm tu=0 theo
đồng hồ máy thu. Ban đầu nó chưa cùng pha với chuỗi tín hiệu thu được từ vệ
tinh nhưng chuỗi mô hình được dịch chuyển dần trên trục thời gian nhờ đồng hồ
máy thu. Khi đã đồng pha, bộ tự động đồng pha sẽ sinh ra một điện áp làm
ngừng sự sự dịch pha giữa thời gian đo được và cơ cấu tính toán.
Nếu khoảng cách giữa tàu và vệ tinh thay đổi làm chuỗi tín hiệu vệ tinh tới
máy thu vào thời điểm khác đi bộ tự động đồng pha đang ở trạng thái đồng pha
sẽ bị lệch pha, nhưng nó sẽ tự động dịch chuyển chuỗi mô hình để duy trì trạng
thái đồng pha.
Giả sử tại thời điểm tsv vệ tinh phát tín hiệu và thời gian tín hiệu này đến
máy thu là tu được báo trên đồng hồ máy thu. Do đồng hồ máy thu sai lệch với
đồng hồ vệ tinh 1 khoảng tbias nên thời gian truyền tín hiệu sẽ là (tu+tbias-tsv) và
khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu sẽ là c.(tu+tbias-tsv).

11


Hình 1.5 Nguyên lý đo thời gian truyền sóng
1.4.2 Xác định vị trí máy thu
Xét trong hệ tọa độ Đề-các có tâm trùng với tâm trái đất, mặt phẳng Oxy là
mặt phẳng xích đạo, trục Ox nằm tronng mặt phẳng kinh tuyến Greenwich.
Trong hệ này khoảng cách giữa máy thu P(xu,yu,zu) với vệ tinh 1(x1,y1,z1) theo
như tính toán phần trên sẽ là:
𝑥1 – 𝑥𝑢

2

Hay: 𝑥1 – 𝑥𝑢

+ 𝑦1 – 𝑦𝑢

𝑥4 – 𝑥𝑢

2

2

2

2

+ 𝑦1 – 𝑦𝑢
+ 𝑦2 – 𝑦𝑢
+ 𝑦3 – 𝑦𝑢
+ 𝑦4 – 𝑦𝑢

2

2

2

2

+ 𝑧1 – 𝑧𝑢
+ 𝑧2 – 𝑧𝑢
+ 𝑧3 – 𝑧𝑢
+ 𝑧4 – 𝑧𝑢

2


Như vậy để xác định được vị trí tàu máy thu cần phải thu tín hiệu của ít
nhất 4 vệ tinh, giải hệ phương trình 4 ẩn sẽ cho tọa độ của máy thu. Máy thu sẽ
chuyển tọa độ thu được sang tọa độ trên Trái Đất bằng cách sử dụng hệ trắc địa
WGS-84.

13


Hình 1.6. Xác định vị trí máy thu
Nếu xác định vị trí tàu trên mặt biển ta có tương quan giữa các tọa độ của
tàu là:
(xu2 + yu2 + zu2 = R) trong đó R là bán kính của Trái Đất, khi đó ta chỉ cần
thêm 3 phương trình tương ứng với đo khoảng cách tới 3 vệ tinh là có thể xác
định được vị trí tàu.
Nếu trang bị đồng bộ giữa vệ tinh và máy thu cùng một loại đồng hồ
nguyên tử có độ chính xác cao thì ta coi như loại bỏ được sai số tbias=0 thì lúc
này chỉ cần thu được hai vệ tinh kết hợp với phương trình trái đất sẽ cho ta vị trí
máy thu P(xu,yu,zu) hay vị trí tàu.

14


CHƢƠNG 2: KHAI THÁC SỬ DỤNG MÁY THU GPS NAVIGATOR
2.1 Giới thiệu chung về các nút và chức năng của chúng
Máy thu GPS dùng trong hàng hải có nhiều chủng loại do nhiều công ty sản
xuất khác nhau tuy nhiên chúng đề có chung một số đặc điểm về cầu tạo cũng
như cách khai thác giống nhau. Dưới đây là một số nút cơ bản thường gặp trên
các máy thu GPS phổ biến hiện nay.

Chức năng


Hiển thị kí tự tại vị trí hiện tại trên màn hình hàng hải và
đánh dấu vị trí
Nút tăng diện tích màn hình hiển thị khi ở chế độ hàng hải
Nút chức năng in ấn và cài đặt
Nút cài đặt các waypoint
Nút giảm diện tích màn hình hiển thị khi ở chế độ hàng hải
Nút lựa chọn kiểu hiện thị/dấu con trỏ trên màn hình ở chế
độ hàng hải
Nút lựa chọn các chế độ North Up, Course Up, hoặc
Relative North Up trên chế độ màn hình hàng hải
Nút di chuyển vị trí tàu chủ về trung tâm màn hình tại chế
độ hàng hải
Nút hiển thị thông tin về đồng hồ và báo động

CLR

Nút hủy bỏ các hàng động đã chọn và tắt báo động

ENT

Nút xác nhận các lựa chọn

DIM

Nút cài đặt độ sáng của màn hình

PWR/CONT

Nút bận nguồn đồng thời cũng là nút điều chỉnh độ tương



Thao tác: Ấn lần lượt theo thứ tự các nút MENU -> 5 ->3 để lựa chọn
“TIME DISP”. Sử dụng 2 nút ▼▲ để lựa chọn định dạng thời gian muốn hiển
thị, cuối cùng ấn ENT để xác nhận.
2.2.3 Cài đặt hệ trắc địa
Ta có thể lựa chọn hệ trắc địa dùng cho máy thu khi tính toán tọa độ của
mình. Có 47 loại hệ trắc địa trong máy để chúng ta lựa chọn cho phù hợp với
từng hoàn cảnh khác nhau.
Thao tác: Ấn lần lượt theo thứ tự các nút MENU -> 5 ->4 để lựa chọn
“DATUM”. Sử dụng 2 nút ▲▼ để lựa chọn hệ trắc địa phù hợp, cuối cùng ấn
ENT để xác nhận.
2.2.4 Cài đặt các đơn vị đo
a) Khoảng cách và tốc độ
Chúng ta có thể lựa chọn đơn vị đo khoảng cách và tốc độ cho máy thu
dưới 3 dạng sau: “NM, knots”, “km, km/h” hoặc mi, mi/h”.
Thao tác: Ấn lần lượt theo thứ tự các nút MENU -> 5 -> 5 để lựa chọn
“UNIT-DIST/SPEED”. Sử dụng 2 nút ▼▲ để lựa chọn đơn vị đo phù hợp, cuối
cùng ấn ENT để xác nhận.
b) Độ cao vào độ sâu
Chúng ta có thể lựa chọnđơn vị đo phù hợp cho máy thu dưới 3 lựa chọn là:
m, ft hoặc fm. Nếu như ta chọn đơn vị là fm thì ta phải điền giá trị chuyển đổi
của nó sang hệ m, mặc định thì 1 fm = 1.8288 m
Thao tác: Ấn lần lượt theo thứ tự các nút MENU -> 5 -> 6 để lựa chọn
“HIEGHT/DEPTH”. Sử dụng 2 nút ▲▼ để lựa chọn đơn vị rồi xác nhận bằng
ENT.
Nếu như lựa chọn đơn vị là “fm”, ta bắt buộc phải nhập giá trị chuyển đổi
từ hệ “m”, dùng 2 nút ▼▲ để lựa chọn “SET” sau đó dùng các phím số điền giá
trị chuyển đổi vào, nếu muốn để giá trị mặc đinh của máy thì lựa chọn
18

cách sử dụng nút ▼▲ để lựa chọn phía E/W sau đó dùng các phím số để nhập
giá trị hiệu chỉnh, cuối cùng ấn ENT để xác nhận.
2.2.6 Cài đặt đồng hồ hiện thị tốc độ
Khi ta sử dụng chế độ màn hình CDI chúng ta có thể cài đặt giá trị tối đa
mà đồng hồ tốc độ hiển thị, đơn vị của giá trị đo tốc độ sẽ được lấy thống nhất
với đơn vị mà ta đã lựa chọn ở phần cài đặt đơn vị đo khoảng cách và tốc độ.
Giá trị cực đại mà máy cho phép là 100knots.
Thao tác: Ấn lần lượt theo thứ tự các nút MENU -> 5 ->9 để lựa chọn
“SPEED METER”. Sử dụng các phím số để nhập giá trị cần nhập rồi ấn ENT để
xác nhận.
2.3 Các chế độ hiển thị của màn hình máy thu
Máy thu có nhiều chế độ hiển thị màn hình khác nhau để phù hợp với từng
chức năng khai thác, để chuyển qua lại giữa các chế độ màn hình ta bấm nút
DISP trên thân máy. Tên một số dạng màn hình hiển thị của máy thu như sau:
Navigation information screen, Plotting screen 1, Plotting screen 2, Plotting
screen 3, CDI screen, GPS information screen, Waypoint information screen,
Beacon information screen, Navigation assistance screen.
2.3.1 Chế độ màn hình “Navigation information screen”
1) Nếu tàu đang chạy theo điểm Waypoints
Có tất cả 4 chế độ hiển thị của màn hình bao gồm 1 chế độ hiện thị chính
và 3 chế độ hiển thị phụ được chuyển qua lại lần nhau bằng nút ◄ ►.
a) Chế độ hiển thị chính

20