Ngày nay, GPS có ở khắp mọi nơi. Hệ thống GPS cũng được cài đặt trong ô tô, điện thoại thông minh và thậm chí cả đồng hồ thông minh đeo tay. GPS có thể giúp bạn di chuyển từ điểm A đến điểm B đến vị trí bạn muốn và xác định vị trí hiện tại của bạn nếu cần. Vậy GPS là gì? GPS hoạt động như thế nào? nixsyspaus.org khuyên bạn nên xem qua bài viết này.
I. GPS là gì?
- Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) là một hệ thống định vị sử dụng vệ tinh, máy thu và thuật toán để đồng bộ hóa dữ liệu về vị trí, tốc độ và thời gian của các phương tiện trên không, trên biển và trên đất liền.
- Hệ thống này bao gồm 24 vệ tinh quay quanh Trái đất, được chia thành sáu quỹ đạo, mỗi quỹ đạo có bốn vệ tinh trên quỹ đạo. Quỹ đạo của các vệ tinh này ở độ cao 20.000 km so với Trái đất, vệ tinh có tốc độ bay lên tới 14.000 km/h.
- Chỉ cần ba vệ tinh để xác định vị trí trên Trái đất, trong khi vệ tinh thứ tư thường được sử dụng để xác thực thông tin từ ba vệ tinh còn lại. Vệ tinh thứ tư cũng giúp xác định chiều thứ ba và giúp tính toán độ cao của địa điểm.
II. Thành phần cấu tạo nên GPS
GPS được tạo nên từ ba thành phần khác nhau, gọi là các phân đoạn. Chúng kết hợp với nhau để cung cấp thông tin vị trí chính xác theo yêu cầu của người dùng.
Ba phân đoạn của GPS là:
- Không gian (Các vệ tinh): Các vệ tinh quay quanh Trái Đất, truyền tín hiệu cho người dùng về vị trí địa lý và thời gian trong ngày.
- Điều khiển mặt đất: Phân đoạn điều khiển mặt đất được tạo nên từ các trạm giám sát, trạm điều khiển chính và hệ thống ăng ten trên mặt đất. Các trạm này sẽ theo dõi và vận hành các vệ tinh trong không gian và giám sát quá trình truyền dữ liệu. Các trạm giám sát được đặt ở khắp các châu lục trên thế giới.
- Thiết bị của người dùng: Các thiết bị được tích hợp máy thu và phát tín hiệu GPS như máy bay, xe hơi, smartphone, smartwatch,… Sau đây gọi chung là thiết bị.
III. GPS hoạt động như thế nào?
- GPS hoạt động trong một kỹ thuật được gọi là khảo sát ba phía. Sau khi thu thập tín hiệu từ vệ tinh, khảo sát ba bên sẽ tính toán vị trí, tốc độ và độ cao và đồng bộ hóa chúng để đưa ra vị trí chính xác nhất.
- Các vệ tinh quay quanh Trái đất gửi tín hiệu có thể đọc và giải mã tới các thiết bị trên hoặc gần bề mặt trái đất. Để tính toán vị trí, thiết bị gps phải nhận được tín hiệu từ ít nhất bốn vệ tinh.
- Mỗi vệ tinh trong mạng quay quanh Trái đất ít nhất hai lần một ngày và mỗi vệ tinh chỉ truyền một tín hiệu, quỹ đạo và thông số thời gian cho thiết bị. Thiết bị có thể đọc tín hiệu từ sáu vệ tinh trở lên bất kỳ lúc nào.
- Vệ tinh phát ra sóng để tính toán khoảng cách mà một thiết bị nhận được và truyền đi từ thiết bị đến vệ tinh đó. Vì chỉ có các thông số về khoảng cách nên không thể định vị thiết bị trên bề mặt trái đất nếu chỉ sử dụng một vệ tinh.
- Khi một vệ tinh truyền tín hiệu, một vòng tròn có bán kính bằng khoảng cách từ thiết bị đến vệ tinh sẽ được tạo ra. Khi vệ tinh thứ hai được thêm vào, một vòng tròn mới sẽ được tạo ra, thu hẹp vị trí của thiết bị thành một trong hai giao điểm của hai vòng tròn.
- Với sự tham gia của vệ tinh thứ ba, vị trí của thiết bị được xác định chính xác. Nó nằm ở giao điểm của ba vòng tròn. Tuy nhiên, vì chúng ta đang sống trong thế giới ba chiều nên mỗi vệ tinh tạo ra một hình cầu, không phải hình tròn. Vì ba quả cầu cắt nhau tại hai điểm nên điểm gần trái đất nhất được chọn.
- Khoảng cách giữa thiết bị và vệ tinh thay đổi khi thiết bị di chuyển, chẳng hạn như khi máy bay cất cánh, lái xe, chạy hoặc đi xe đạp. Điều này làm thay đổi bán kính của hình cầu và giúp vệ tinh tạo ra một hình cầu mới để xác định vị trí mới của thiết bị.
- Dữ liệu đó có thể được sử dụng kết hợp với thời gian từ vệ tinh để xác định tốc độ và tính toán khoảng cách đến điểm đến và thời gian đến ước tính.
IV. GPS dùng để làm gì?
- GPS là một công cụ mạnh mẽ và đáng tin cậy cho các công ty và tổ chức trong các ngành công nghiệp khác nhau. Các nhà thám hiểm, nhà khoa học, phi công, thuyền trưởng, đội phản ứng nhanh, thợ mỏ và thậm chí cả nông dân đều có thể sử dụng GPS trong các hoạt động hàng ngày của họ.
- Thông tin GPS được sử dụng để tạo bản đồ, tạo khảo sát, thực hiện tính toán thời gian, tìm kiếm người và vị trí địa điểm cũng như tìm kiếm chỉ đường. GPS hoạt động mọi lúc, mọi nơi, trong mọi điều kiện thời tiết.
V. Một số yếu tố làm giảm độ chính xác của GPS
- Vật cản địa lý: Các phép đo thời gian đến dự tính có thể bị sai lệch bởi các vật cản địa lý lớn như núi đồi, tòa nhà, cây cối…
- Hiệu ứng khí quyển: Tầng điện ly khiến sóng truyền qua chậm, bão lớn hay bão mặt trời đều có thể ảnh hưởng tới độ chính xác của vị trí.
- Hệ thống: Mô hình quỹ đạo bên trong vệ tinh có thể không chính xác hoặc lạc hậu. Ngày nay, vấn đề này rất hiếm gặp.
- Sai số tính toán: Điều này xảy ra khi thiết bị phần cứng không được thiết kế theo các thông số kỹ thuật chuẩn.
- Nhiễu nhân tạo: Bao gồm các thiết bị gây nhiễu hoặc làm giả tín hiệu GPS.
- Độ chính xác của GPS sẽ cao hơn khi ở các khu vực không có nhà cao tầng chặn tín hiệu. Ở các đô thị đông đúc nhiều tòa nhà cao tầng, vị trí của máy GPS thường không được chính xác cho lắm.
- May mắn là công nghệ GPS đang ngày càng được cải thiện. Máy GPS độ chính xác cao xác định vị trí thiết bị nằm trong bán kính 2,5 mét chính xác tới 95%. Trong khi đó, với bán kính 3 mét, độ chính xác lên tới 99%.
Trên đây là thông tin về GPS là gì? Thành phần cấu tạo nên GPS. Mong rằng bài viết sẽ có những thông tin hữu ích đối với bạn đọc. Cùng tìm hiểu về Google Analytic trong bài viết tiếp theo của chúng tôi bạn nhé!