GPS là gì ? – Tài liệu kỹ thuật hệ thống định vị toàn cầu

GPS là gì ? – Tài liệu kỹ thuật hệ thống định vị toàn cầu
GPS là gì ? – Tài liệu kỹ thuật hệ thống định vị toàn cầu

GPS là gì ?

GPS là viết tắt của Global Positioning System, Hệ thống định vị toàn cầu. Ban đầu có tên là NAVSTAR GPS , là các vệ tinh dựa trên radionavigation hệ thống thuộc sở hữu của chính phủ Hoa Kỳ và điều hành bởi Không quân Hoa Kỳ. Đây là hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (GNSS) cung cấp thông tin định vị địa lý và thời gian cho máy thu GPS ở bất cứ đâu trên hoặc gần Trái đất nơi máy thu có thể nhìn và không bị cản trở đối với ít nhất bốn hoặc nhiều vệ tinh GPS. Những chướng ngại vật như núi và tòa nhà làm yếu tín hiệu GPS .

GPS không yêu cầu người dùng truyền bất kỳ dữ liệu nào và nó có thể hoạt động độc lập với mạng điện thoại hoặc internet, mặc dù các thông tin từ mạng điện thoại và internet có thể tăng cường các ứng dụng sử dụng tín hiêu GPS. GPS cung cấp khả năng định vị quan trọng cho người dùng quân sự, dân sự và thương mại trên toàn thế giới. Chính phủ Hoa Kỳ đã tạo ra hệ thống, duy trì nó và chia sẻ truy cập tự do cho bất kỳ ai có máy thu GPS.

Lợi ích khi chia sẻ miễn phí GPS là gì ?

Dịch vụ GPS được cung cấp bởi chính phủ Hoa Kỳ, có thể từ chối có chọn lọc quyền truy cập vào hệ thống, như đã xảy ra với quân đội Ấn Độ vào năm 1999 trong Chiến tranh Kargil , hoặc làm suy giảm tín hiệu bất cứ lúc nào. Do đó, một số quốc gia đã phát triển hoặc đang trong quá trình thiết lập các hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu hoặc khu vực khác. Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu của Nga ( GLONASS ) được phát triển cùng lúc với GPS, nhưng cho đến giữa những năm 2000 hệ thống mới có khả năng phủ sóng toàn bộ trái đất. GLONASS có thể được thêm vào các thiết bị GPS, cung cấp thêm các vệ tinh và cho phép các xác định vị trí nhanh hơn và chính xác hơn, trong vòng hai mét. Trung Quốc với hệ thống vệ tinh dẫn đường BeiDou bắt đầu phủ sóng toàn cầu vào năm 2018, và kế hoạch triển khai đầy đủ vào năm 2020. Ngoài ra còn có hệ thống định vị Galileo của Liên minh châu Âu và NAVIC của Ấn Độ . Hệ thống vệ tinh Quasi-Zenith của Nhật Bản (QZSS) bước đầu là một hệ thống tăng cường dựa trên vệ tinh GPS để tăng cường độ chính xác của GPS ở Châu Á-Châu Đại Dương, khả năng hoạt động độc lập với GPS dự kiến ​​vào năm 2023.

Khi hệ thống được nâng cấp năm 2000, GPS có độ chính xác khoảng năm mét. Giai đoạn nâng cấp tiếp theo sử dụng băng tần L5 hiện đã được triển khai đầy đủ. Máy thu GPS sản xuất sau năm 2018 sử dụng băng tần L5 có thể có độ chính xác cao hơn nhiều, xác định vị trí chính xác trong vòng 30 cm.

GPS hoạt động thế nào ?

Nguyên tắc cơ bản

Khái niệm GPS dựa trên thời gian và vị trí đã biết của các vệ tinh chuyên dụng GPS . Các vệ tinh mang đồng hồ nguyên tử rất ổn định được đồng bộ với nhau và với đồng hồ mặt đất. Bất kỳ sai lệch về thời gian so với mặt đất được đồng bộ hàng ngày. Theo cách tương tự, vị trí của vệ tinh được xác định với độ chính xác cao. Máy thu GPS cũng có đồng hồ, nhưng chúng kém ổn định và kém chính xác hơn.

GPS hoạt động thế nào
GPS hoạt động thế nào

Mỗi vệ tinh GPS liên tục truyền tín hiệu vô tuyến chứa thời gian và dữ liệu hiện tại về vị trí của nó. Do tốc độ của sóng vô tuyến là không đổi và không phụ thuộc vào tốc độ vệ tinh, nên độ trễ thời gian giữa khi vệ tinh truyền tín hiệu và máy thu nhận được nó tỷ lệ thuận với khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu. Một máy thu GPS thu tín hiệu từ nhiều vệ tinh và tính toán thời gian nhận được để xác định vị trí chính xác của máy thu từ. Tối thiểu, máy thu cần thu được tín hiệu của ít nhất bốn vệ tinh để tính toán bốn giá trị nhằm chưa biết nhằm xác định vị trí (ba tọa độ vị trí và độ lệch đồng hồ so với thời gian vệ tinh).

Vị trí trên Trái đất của người nhận được chuyển đổi thành vĩ độ, kinh độ và cao độ so với Trái đất. Chiều cao sau đó có thể được chuyển đổi thành chiều cao so với mực nước biển . Các tọa độ này có thể được hiển thị, chẳng hạn như trên màn hình bản đồ di chuyển, hoặc được ghi lại hoặc sử dụng bởi một số hệ thống khác, chẳng hạn như hệ thống dẫn đường cho các phương tiện vận chuyển.

Phương pháp xác định vị trí của hệ thống GPS

Mặc dù không được sử dụng rõ ràng trong quá trình tính toán của máy thu, sự khác biệt về thời gian của tín hiệu đến máy thu (TDOAs) xác định hình dạng hình học tọa độ của máy thu. Mỗi TDOA tương ứng với một hyperboloid của thông số tọa độ. Đường thẳng nối hai vệ tinh cùng nhìn thấy máy thu tạo thành trục của hyperboloid. Vị trí máy thu được xác định tại điểm mà ba hyperboloid giao nhau.

Đôi khi người ta giải thích không chính xác rằng vị trí máy thu nằm ở giao điểm của ba hình cầu. Mặc dù đơn giản hơn để hình dung, nhưng đây chỉ là trường hợp nếu máy thu có đồng hồ được đồng bộ hóa với đồng hồ vệ tinh (nghĩa là máy thu đo khoảng cách thực với các vệ tinh không có dung sai). Có những lợi ích nhất định nếu sử dụng phương pháp này. Trong đó điều quan trọng nhất là chỉ cần ba vệ tinh để tính toán vị trí của máy thu. Nên chỉ cần một số lượng vệ tinh nhỏ hơn có thể được triển khai, nhưng chi phí và độ phức tạp máy thu của người dùng sẽ tăng lên.

Máy thu GPS hoạt động thực tế

Mô tả ở trên là đại diện của một tình huống khi bắt đầu khởi động máy thu. Hầu hết các máy thu đều có thuật toán theo dõi, đôi khi được gọi là máy theo dõi, kết hợp các kết quả vị trí được thu thập tại các thời điểm khác nhau trong thực tế, các vị trí máy thu liên tiếp thường gần nhau. Sau khi một tập hợp vị trí được xử lý, trình theo dõi dự đoán vị trí máy thu tương ứng với vị trí vệ tinh tiếp theo. Khi các kết quả mới được thu thập, máy đo sử dụng sơ đồ trọng số để kết hợp các phép đo mới với dự đoán của trình theo dõi để cải thiện độ chính xác vị trí của máy đo và độ chính xác về thời gian, loại bỏ các kết quả không chính xác và ước tính tốc độ và hướng của máy đo.

Nhược điểm của thiết bị theo dõi là những thay đổi về tốc độ hoặc hướng chỉ có thể được tính toán với độ trễ và hướng xuất phát trở nên không chính xác khi khoảng cách di chuyển giữa hai lần đo giảm xuống dưới hoặc gần sai số ngẫu nhiên của phép đo vị trí. Các đơn vị GPS có thể sử dụng các phép đo sự dịch chuyển Doppler của các tín hiệu nhận được để tính toán vận tốc chính xác. Các hệ thống điều hướng tiên tiến hơn sử dụng các cảm biến bổ sung như la bàn hoặc hệ thống điều hướng quán tính để bổ sung cho GPS.

Các ứng dụng không điều hướng của máy thu GPS là gì ?

GPS yêu cầu bốn hoặc nhiều vệ tinh để hiển thị điều hướng chính xác. Giải pháp của các phương trình điều hướng đưa ra vị trí của máy thu cùng với sự khác biệt giữa thời gian đồng hồ trên máy thu và thời gian thực, do đó loại bỏ nhu cầu về đồng hồ chính xác hơn trên máy thu và có thể không thực tế . Các ứng dụng GPS như chuyển thời gian, định thời tín hiệu giao thông và đồng bộ hóa các trạm gốc của điện thoại di động , sử dụng thời gian có độ chính xác cao do các vệ tinh cung cấp. Một số ứng dụng GPS sử dụng thời gian này để hiển thị.

Mặc dù bốn vệ tinh là cần thiết cho hoạt động bình thường, ít áp dụng trong các trường hợp đặc biệt. Nếu một biến đã được biết, một máy thu có thể xác định vị trí của nó chỉ bằng ba vệ tinh. Ví dụ, một con tàu hoặc máy bay có thể đã biết độ cao. Một số máy thu GPS có thể sử dụng các dữ liệu bổ sung như sử dụng lại độ cao, điều hướng quán tính hoặc thông tin từ máy tính trên phương tiện để đưa ra vị trí khi nhìn thấy ít hơn bốn vệ tinh.

Nguồn: Wikipedia

Xem thêm :

Tìm kiếm bởi Google

  • gps là gì có mấy loại ?
  • a-gps là gì ?
  • tiêu chuẩn gps là gì ?
  • công nghệ gps là gì ?
  • kết nối gps là gì ?
  • định vị gps là gì ?
Chia sẻ