GPS là gì? GPS định vị hoạt động như thế nào?

Nguyễn Thị Tam - Cập nhật lúc: 00:07 - 24/07/2021   - 605 lượt xem

Hiện nay công nghệ ngày càng hiện đại hóa nên có nhiều sản phẩm chất lượng cao ra đời để đáp ứng nhu cầu của người dùng. Trong đó nổi bật của hệ thống GPS xuất hiện khắp mọi nơi, dễ dàng tìm thấy ở trong xe hơi, smartwatch, smartphone,..

Mục đích chính của nó là giúp cho bạn đi đến nơi mà mình muốn một cách chính xác nhất. Vậy GPS là gì? Cách thực hoạt động ra sao? Hãy cùng chúng tôi đi tìm hiểu ngay qua bài viết dưới đây nhé!

Xem thêm: Hệ thống định vị GPS chính xác đến mức nào?

GPS là gì?

GPS (Global Positioning System – Hệ thống định vị toàn cầu) là một hệ thống định vị có sử dụng máy thu, vệ tinh hoặc thuật toán để đồng bộ dữ liệu về vị trí, vận tốc cũng như thời gian cho một số phương tiện đường bộ, trên biển, hàng không.

Cụ thể hệ thống này gồm 24 vệ tinh quay xung quanh Trái Đất, chia thành 6 quỹ đạo và mỗi quỹ gồm 4 vệ tinh. Quỹ đạo này cao 20.000 km so với Trái Đất, tốc độ bay của vệ tinh lên đến 14.000km/h.

GPS là gì?

GPS là gì?

Để có thể xác định được vị trí ở trên Trái Đất thì mọi người chỉ cần đến 3 vệ tinh. Tuy nhiên có 1 vệ tinh thứ 4 hay được dùng để xác thực thông tin của 3 vệ tinh kia và còn giúp xác định cả chiều không gian thứ 3 để tính độ cao vị trí. GPS được cấu tạo từ 03 thành phần khác nhau, được gọi là phân đoạn. Chúng sẽ kết hợp với nhau để cung cấp thông tin chính xác nhất dựa theo yêu cầu người dùng. Bao gồm:

+ Các vệ tinh: Chúng quay xung quanh Trái Đất và truyền tín hiệu đến cho người dùng liên quan đến thời gian, địa lý trong ngày.

+ Điều khiến mặt đất: Được tạo thành bởi các trạm giám sát khắp châu lục, hệ thống anten và trạm điều khiển chính trên mặt đất. Các trạm sẽ theo dõi, vận hành vệ tinh trong không gian, giám sát việc truyền dữ liệu.

+ Thiết bị người dùng: Thường được tích hợp trong máy thu, phát tín hiệu GPS như xe hơi, máy bay, smartwatch, smartphone,…

Hệ thống định vị GPS hoạt động như thế nào?

Hệ thống sẽ hoạt động thông qua kỹ thuật mang tên Trilateration. Khi thu thập tín hiệu từ vệ tinh thì nó sẽ tính toán được vị trí, độ cao, vận tốc và đồng bộ để mang đến kết quả chính xác nhất.

Những vệ tinh quay xung quanh Trái Đất sẽ đọc tín hiệu, giải mã đến thiết bị nằm gần hoặc nằm trên bề mặt Trái Đất. Và muốn cho thiết bị GPS tính toán được vị trí chính xác thì cần nhận tín hiệu từ tối thiểu 4 vệ tinh.

GPS hoạt động như thế nào

GPS hoạt động như thế nào

Mỗi vệ tinh ở trong mạng lưới này phải quay xung quanh Trái Đất 2 lần/ngày và mỗi vệ tinh chỉ gửi một tín hiệu thông số quỹ đạo, thời gian duy nhất đến cho thiết bị. Ở một thời điểm bất kỳ nào đó thì một thiết bị có thể đọc tín hiệu được từ 06 vệ tinh trở lên.

Một vệ tinh phát ra sóng để thiết bị nhận diện, tính toán khoảng cách từ thiết bị đến với vệ tính đó. Do chỉ có thông số khoảng cách nên dùng một vệ tính bạn sẽ không xác định được vị trí thiết bị ở trên mặt Trái Đất.

Khi một vệ tính bắt đầu gửi tín hiệu thì nó tạo ra vòng tròn bán kính bằng với khoảng cách từ thiết bị đến vệ tinh. Lúc thêm vệ tinh thứ hai thì một vòng tròn mới cũng được tạo ra, vị trí thiết bị được thu hẹp và nằm trong hai điểm giao nhau giữa hai vòng tròn. Lúc có sự tham gia từ vệ tinh thứ 3 thì vị trí thiết bị được xác định chính xác. nằm tại giao điểm 3 vòng tròn.

Tuy nhiên chúng ta sống ở trong cùng một thế giới 3 chiều nên mỗi vệ tinh tạo ra thường là hình cầu chứ không phải là hình tròn. 2 giao điểm nào 3 hình cầu gần với Trái Đất nhất sẽ được chọn theo hình minh họa dưới đây:

Hình ảnh minh hoạt hoạt động của GPS

Hình ảnh minh hoạt hoạt động của GPS

Đến khi một thiết bị nào đó như xe ô tô chạy, máy bay cất cánh, đi xe đạp, chạy bộ,… thì khoảng cách giữa vệ tinh và thiết bị sẽ thay đổi. Việc này dẫn đến việc bán kính hình cầu cũng sẽ thay đổi, vệ tinh tạo ra hình cầu mới để xác định theo vị trí mới. Sau đó sử dụng dữ liệu ấy kết hợp cùng thời gian từ vệ tinh để dễ dàng xác định được khoảng cách, vận tốc đến đích cũng như thời gian ước tính.

Hệ thống GPS được sử dụng làm gì?

Có thể khẳng định được rằng GPS sẽ là công cụ mạnh mẽ, đáng tin cậy cho tất cả tổ chức, doanh nghiệp ở trong nhiều ngành nghề khác nhau. Các nhà khoa học, phi công, lái xe, nhà thám hiểm, thợ mỏ hay cả nông dân,… đều có thể dùng GPS ở trong các công việc hàng ngày. Thông tin từ GPS dùng để xây dựng, lập bản đồ những cuộc khảo sát cũng như tính toán vị trí, thời gian người dùng hoặc tìm đường.

Đáng chú ý, hệ thống này có thể hoạt động ở mọi lúc, mọi hoàn cảnh với 05 công dụng chính phổ biến nhất bao gồm:

+ Vị trí: Sử dụng để xác định vị trí

+ Tìm đường: Dùng để chỉ đường đi từ vị trí này đến vị trí khác

+ Theo dõi: Hỗ trợ giám sát tàu thuyền, máy bay, ô tô hay việc di chuyển của một cá nhân nào đó bất kỳ.

+ Lập bản đồ: Tạo bản đồ chi tiết thế giới

+ Tính thời gian: Đưa ra những phép đo chính xác liên quan đến thời gian

Các ngành công nghiệp khác mà GPS được sử dụng bao gồm: nông nghiệp, xe tự hành, bán hàng và dịch vụ, quân sự, truyền thông di động, an ninh và đánh cá.

Lợi ích ứng dụng định vị GPS để theo dõi đội xe công ty

Độ chính xác của GPS là bao nhiêu?

Độ chính xác của thiết bị GPS phụ thuộc vào nhiều yếu số, chẳng hạn như số lượng các vệ tinh có sẵn, tầng khí quyển thời tiết, môi trường đô thị và hơn thế nữa.

Một số yếu tố có thể cản trở độ chính xác của GPS bao gồm:

  • Các vật cản vật lý: Các phép đo thời gian đến có thể bị sai lệch bởi các khối lượng lớn như núi, tòa nhà, cây cối, v.v.
  • Ảnh hưởng đến khí quyển: Độ trễ tầng điện ly, bão lớn và bão mặt trời đều có thể ảnh hưởng đến thiết bị GPS.
  • Ephemeris: Mô hình quỹ đạo trong vệ tinh có thể không chính xác hoặc lỗi thời, mặc dù điều này ngày càng trở nên hiếm.
  • Tính toán sai số: Đây có thể là một yếu tố khi phần cứng của thiết bị không được thiết kế theo thông số kỹ thuật.
  • Gây nhiễu nhân tạo: Chúng bao gồm các thiết bị gây nhiễu hoặc thiết bị giả mạo GPS .

Độ chính xác có xu hướng cao hơn ở những khu vực thoáng đãng không có nhà cao tầng liền kề có thể chặn tín hiệu. Hiệu ứng này được biết đến như một hẻm núi đô thị. Khi một thiết bị bị bao quanh bởi các tòa nhà lớn, chẳng hạn như ở trung tâm lớn, tín hiệu vệ tinh đầu tiên bị chặn, sau đó bị dội lại từ một tòa nhà, nơi cuối cùng thiết bị sẽ đọc được tín hiệu. Điều này có thể dẫn đến tính toán sai khoảng cách vệ tinh.

Sơ lược về lịch sử GPS

Con người đã thực hành điều hướng trong hàng ngàn năm bằng cách sử dụng mặt trời, mặt trăng, các ngôi sao và sau đó là tiếp theo. GPS là một tiến bộ của thế kỷ 20 được tạo ra bởi công nghệ thời đại không gian.

Công nghệ GPS đã được sử dụng trên toàn cầu trong suốt lịch sử. Việc phóng vệ tinh Sputnik I của Nga vào năm 1957 đã mở ra khả năng định vị địa lý và ngay sau đó, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ bắt đầu sử dụng nó để điều hướng tàu ngầm.

Năm 1983, chính phủ Mỹ công bố công khai GPS, nhưng vẫn giữ quyền kiểm soát các dữ liệu có sẵn. Mãi cho đến năm 2000, các công ty và công chúng mới có quyền truy cập đầy đủ vào việc sử dụng GPS, cuối cùng mở đường cho sự tiến bộ lớn hơn của GPS.

Để biết thêm về lịch sử và sự phát triển của GPS, hãy xem bài đăng của chúng tôi trên Lịch sử của vệ tinh GPS và theo dõi GPS thương mại .

Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (GNSS)

GPS được coi là Hệ thống Vệ tinh Điều hướng Toàn cầu (GNSS) – có nghĩa là nó là một hệ thống định vị vệ tinh có phạm vi phủ sóng toàn cầu. Tính đến năm 2020, có hai hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu đang hoạt động hoàn chỉnh: GPS định vị và phạm vi tín hiệu dẫn đường (NAVSTAR) của Mỹ và Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (GLONASS) của Nga. NAVSTAR GPS bao gồm 32 vệ tinh thuộc sở hữu của Hoa Kỳ và là hệ thống vệ tinh nổi tiếng nhất và được sử dụng rộng rãi nhất. GLONASS của Nga bao gồm 24 vệ tinh đang hoạt động với 3 vệ tinh còn lại dưới dạng phụ tùng hoặc đang thử nghiệm.

Vệ tinh GLONASS, GPS và Galileo.

Hình minh họa của Vệ tinh GLONASS, GPS và Galileo.

Các quốc gia khác cũng đang chạy đua để bắt kịp. Chẳng hạn, EU đang làm việc với Galileo, dự kiến ​​sẽ đạt công suất hoạt động tối đa vào cuối năm 2020 . Trung Quốc cũng đang xây dựng Hệ thống vệ tinh dẫn đường BeiDou, với 35 vệ tinh dự kiến ​​sẽ lên quỹ đạo vào tháng 5 năm 2020 . Nhật Bản và Ấn Độ cũng đang trên đà phát triển với các hệ thống khu vực của riêng họ, Hệ thống vệ tinh Quasi-Zenith (QZSS) và Hệ thống vệ tinh định vị khu vực Ấn Độ (IRNSS), tương ứng.

Thiết bị GPS và GNSS

Mặc dù GPS là một tập hợp con của GNSS, các máy thu được phân biệt là GPS (nghĩa là chỉ dành cho GPS) hoặc GNSS. Máy thu GPS chỉ có khả năng đọc thông tin từ các vệ tinh trong mạng vệ tinh GPS, trong khi thiết bị GNSS điển hình có thể nhận thông tin từ cả GPS và GLONASS (hoặc nhiều hơn hai hệ thống này) cùng một lúc.

Một máy thu GNSS có sẵn 60 vệ tinh để xem. Trong khi một thiết bị chỉ cần ba vệ tinh để xác định vị trí của nó, độ chính xác được cải thiện với số lượng vệ tinh lớn hơn. Biểu đồ dưới đây cho thấy một ví dụ về số lượng vệ tinh có sẵn (được hiển thị bằng màu xanh lá cây), cùng với cường độ tín hiệu của nó (chiều cao của cột), đối với bộ thu GPS. Trong trường hợp này, 12 vệ tinh có sẵn.

Bảng kiểm tra chỉ có GPS điển hình hiển thị 12 tín hiệu vệ tinh (màu xanh lá cây), sử dụng phần mềm U-Center.

Thiết bị GNSS có thể nhìn thấy nhiều vệ tinh hơn, giúp cải thiện độ chính xác của thiết bị. Trong biểu đồ dưới đây, có 17 vệ tinh có sẵn. Thanh màu xanh lá cây là một phần của GPS và thanh màu xanh lam là một phần của GLONASS.

Bảng kiểm tra GNSS điển hình hiển thị 17 tín hiệu vệ tinh (GPS = xanh lá cây; GLONASS = xanh lam), sử dụng phần mềm U-Center.

Số lượng lớn hơn các vệ tinh cung cấp thông tin cho máy thu cho phép thiết bị GPS tính toán vị trí với độ chính xác cao hơn. Nhiều vệ tinh hơn giúp thiết bị có cơ hội tốt hơn để sửa vị trí khi người nhận đã tính toán vị trí của người dùng.

Điều đó đang được nói, máy thu GNSS có một số nhược điểm:

  • Giá thành của chip GNSS cao hơn so với thiết bị GPS.
  • GNSS sử dụng băng thông rộng hơn (1559-1610 MHz) so với GPS (1559-1591 MHz). Điều này có nghĩa là các thành phần tần số vô tuyến tiêu chuẩn của GPS, chẳng hạn như ăng-ten, bộ lọc và bộ khuếch đại, không thể được sử dụng cho máy thu GNSS, dẫn đến tác động chi phí lớn hơn.
  • Mức tiêu thụ điện năng sẽ cao hơn một chút so với máy thu GPS vì nó kết nối với nhiều vệ tinh hơn và chạy các phép tính để xác định vị trí.

Tương lai của công nghệ GPS

Các quốc gia tiếp tục xây dựng và cải tiến hệ thống GPS của họ. Các nỗ lực trên toàn thế giới đang được thực hiện để tăng độ chính xác và cải thiện độ tin cậy và khả năng của GPS.

Ví dụ:

  • Máy thu GNSS được kỳ vọng sẽ trở nên nhỏ hơn, chính xác hơn và hiệu quả hơn, và công nghệ GNSS được thiết lập để thâm nhập vào cả những ứng dụng GPS nhạy cảm nhất về chi phí.
  • Các nhà khoa học và nhân viên cứu hộ đang tìm ra những phương pháp mới để sử dụng công nghệ GPS trong việc ngăn ngừa và phân tích thiên tai trong trường hợp động đất, núi lửa phun trào, hố sụt hoặc tuyết lở. Đối với đại dịch COVID-19, các nhà nghiên cứu đang xem xét việc sử dụng dữ liệu vị trí của điện thoại di động để hỗ trợ truy tìm liên lạc nhằm làm chậm sự lây lan của vi rút.
  • Việc phóng vệ tinh GPS III mới sẽ tinh chỉnh độ chính xác của GPS xuống còn 1-3 mét, cải thiện khả năng điều hướng và các thành phần lâu dài hơn kể từ năm 2023. Bằng cách phát sóng trên tín hiệu dân sự L1C để có khả năng tương tác với các hệ thống vệ tinh khác.
  • Thế hệ vệ tinh GPS tiếp theo sẽ bao gồm khả năng bảo vệ tín hiệu tốt hơn, giảm khả năng bị nhiễu tín hiệu và khả năng cơ động hơn để bao phủ các vùng chết.
  • Đồng hồ nguyên tử không gian sâu của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia (NASA) được thiết lập để sử dụng vệ tinh GPS tích hợp mạnh mẽ để giúp cung cấp tính nhất quán tốt hơn về thời gian cho các phi hành gia trong tương lai tham gia vào các chuyến du hành không gian sâu.

Tương lai của theo dõi GPS có thể sẽ chính xác hơn và hiệu quả hơn cho cả mục đích sử dụng cá nhân và doanh nghiệp.

XEM THÊM: Cách phát hiện xe ô tô bị gắn định vị

Trên đây là một số thông tin chia sẻ về GPS là gì cùng cách thức hoạt động và ứng dụng của GPS mà dinh vi xe o to muốn gửi đến cho bạn đọc tham khảo. Mong rằng bài viết đáp ứng được đủ mọi thắc mắc mà bạn đang tìm kiếm.

Nguyễn Thị Tam

Nguyễn Thị Tam Viettel (MSNV:406261) là chuyên viên kinh doanh CEO Viettel tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Quản Trị Kinh Doanh tại Đại Học Kinh Tế có kinh nghiệm hơn 10 năm (vào Viettel tư năm 2010) bán hàng xuất sắc với các kỹ năng, kinh nghiệm nghiệp vụ bán hàng và sau bán hàng các dịch vụ Viettel như: FTTH, chữ ký số, Vtracking, Cloud, Brandname, SIPTrunking,...
0 0 đánh giá
Đánh giá bài viết
guest
0 Góp ý
Phản hồi nội tuyến
Xem tất cả bình luận