Chắc chắc trong số chúng ta đã từng thoát khỏi cảnh “lạc đường” nhờ GPS trên Google Maps, GPU giúp giám sát quãng đường di chuyển của bạn và là công cụ không thể thiếu trong cuộc sống của mỗi con người. Nhưng các bạn đã biết hết về hệ thống định vị GPS chưa? Phương thức hoạt động của GPS trên smartphone như thế nào? Vậy hãy cùng Điện Máy Chợ Lớn tìm hiểu nhé! Show
Hệ thống định vị toàn cầu GPS là gì?GPS (tên đầy đủ trong tiếng anh là Global Positioning System) là hệ thống định vị toàn cầu, xác định vị trí dựa vào hệ thống vệ tinh. GPS được Mỹ xây dựng từ năm 1995, cho tới nay hầu như tất cả các thiết bị di động, và các thiết bị điện tử đã và đang sử dụng hệ thống này nhằm mục đích cá nhân ở một mức độ nhất định.  Hệ thống GPS Hệ thống GPS cung cấp nhiều dịch vụ thông tin trong các lĩnh vực khác bao gồm: Khoa học, quân sự, hàng không, dự báo thời tiết,…Bạn không phải mất phí thuê bao và không tốn một xu nào để sử dụng và thiết lập GPS cho thiết bị điện tử của mình. Hệ thống GPS bao gồm những thành phần nào?Hệ thống GPS bao gồm những thành phần nào? Hệ thống GPS bao gồm 3 thành phần, và mỗi phần sẽ có mỗi chức năng khác nhau: - Phần không gian: Đây là thành phần mang tính cốt lõi nhất, phần không gian bao gồm 1 tổ hợp vài chục vệ tinh bay quanh trái đất ở những quỹ đạo nhất định ở chiều cao 20.000km, được tính toán để điều chỉnh và phủ sóng toàn bộ mặt đất. Bất cứ điểm nào trên trái đất cũng đều có thể “ nhìn thấy” tối thiểu 4 vệ tinh. - Phần điều khiển: Là các trung tâm mặt đất đặt cố định và rải rác khắp thế giới, theo dõi và điều khiển hoạt động của các vệ tinh trên. - Phần sử dụng: là thiết bị thu nhận và sử dụng tín hiệu GPS có mục đích. Thiết bị này bao gồm phần cứng để thu nhận sóng, phần mềm để giải mã sóng, tính toán, và phần giao diện. Nguyên lý hoạt động của GPSNguyên lý hoạt động của GPS Theo lý thuyết, vị trí của 1 điểm trên mặt đất sẽ tham chiếu so với vị trí của các vệ tinh và trung tâm tín hiệu trung gian trên mặt đất: Khoảng cách này sẽ được đo bằng phương pháp theo công thức như sau: - Quãng đường = vận tốc x thời gian. ( Ở đây vận tốc là vận tốc truyền tín hiệu, thời gian đo bằng đồng hồ nguyên tử có độ chính xác cực cao) Vì thế, khi nhận tín hiệu từ vệ tinh, thiết bị sẽ tự tính toán ra khoảng cách giữa thiết bị và vệ tinh thông qua phương pháp trên. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, GPS vẫn có thể tính toán sai vị trí, nhưng sai số này khá ít, có thể vài mét, hoặc vài trăm mét. Sai số hiển thị trên màn hình thiết bị chỉ là sai số có thể có dựa trên phân tích tín hiệu thu nhận đc, còn thực tế thì ko ai biết đc chính xác. Bởi các vệ tinh, trái đất, và cả chúng ta đều di chuyển liên tục đồng thời trong thời gian thực. GPS trên các thiết bị di độngGPS trên các thiết bị di động Trên các điện thoại, máy tính bảng, smartwatch,…được tích hợp chíp xử lý và ăn ten nhận tín hiệu nhưng vẫn có thể cho ra tham số không chính xác trong một số trường hợp nhất định. Mặc dù, tỉ lệ sai số rất thấp nhưng bạn vẫn có thể an tâm sử dụng GPS trên các ứng dụng như Google Maps. Ứng dụng của GPS trên điện thoạiỨng dụng của GPS trên điện thoại - Định vị vị trí của người dùng. - Dẫn đường, tìm đường đi, xem bản đồ mọi nơi trên thể giới. - Tính toán quãng đường đi, xác định vị trí khi chụp ảnh. Nguyên lý xác định toạ độ của hệ thống GPS và Glonass được dựa trên công thức tính quãng đường = vận tốc x thời gian. Vệ tinh phát ra các tín hiệu bao gồm vị trí của chúng, thời điểm phát tín hiệu. Máy thu tính toán được khoảng cách từ các vệ tinh, giao điểm của các mặt cầu có tâm là các vệ tinh, bán kính là thời gian tín hiệu đi từ vệ tinh đến máy thu x vận tốc sóng điện từ là toạ độ điểm cần định vị Nói đến thiết bị định vị GPS, mọi người thường nghĩ đến máy thu GPS, thực ra, GPS là một hệ thống gồm 27 vệ tinh chuyển động trên các quí đạo chung quanh trái đất. Quân đội Mỹ phát triển hệ thống này với mục đích quân sự nhưng nay nó đã được mở rộng cho các mục đích dân sự. Mỗi vệ tinh nặng khoảng 2 tấn, sử dụng năng lượng mặt trời, chuyển động cách mặt đất khoảng 19300km. Mỗi vệ tinh quay quanh trái đất 2 vòng một ngày đêm. Quỹ đạo của các vệ tinh được tính toán sao cho ở bất kỳ nơi nào trên trái đất, vào bất kỳ thời điểm nào, cũng có thể “nhìn thấy” tối thiểu 4 vệ tinh.
Công việc của một máy thu GPS là xác định vị trí của 4 vệ tinh hay hơn nữa, tính toán khoảng cách từ các vệ tinh và sử dụng các thông tin đó để xác định vị trí của chính nó. Quá trình này dựa trên một nguyên lý toán học đơn giản. Giả sử bạn đang ở một nơi nào đó ở Vietnam, và bạn hoàn toàn không biết minh ở đâu, vì một lý do nào đó. Bạn gặp một người dân địa phương và hỏi một cách thân thiện: “làm ơn cho tôi biết tôi đang ở đâu ?” Anh ta trả lời: “bạn đang cách Vũng tàu 45 km”. Đây là một sự thật thú vị, nhưng chưa thật sự có ích. bạn có thể ở bất kỳ đâu trên vòng tròn có tâm là Vũng tàu, bán kính 45 km. Bạn hỏi một người khác và cô ta cho
biết bạn đang cách Biên Hoà 40 km. Bây giờ bạn đã khá hơn. Nếu bạn tổng hợp hai thông tin, bạn sẽ có hai vòng tròn giao nhau. Vị trí của bạn là một trong hai giao điểm của hai đường tròn. Áp dụng nguyên lý nay vào không gian 3 chiều, ta cũng có 3 mặt cầu thay vì 3 đường tròn, giao nhau tại một điểm. Về mặt nguyên lý thì không khác nhau nhiều lắm, nhưng khó tưởng tượng hoặc mô tả bằng hình vẽ hơn. Thay vì các đường tròn, bạn sẽ có các mặt cầu. Nếu bạn biết rằng minh đang ở cách vệ tinh A 20 km, bạn có thể ở bất kỳ nơi nào trên một mặt cầu khổng lồ có bán kính 20 km. Nếu bạn biết thêm rằng bạn đang ở cách vệ tinh B 30 km, giao tuyến của hai mặt cầu này là một đường tròn V. Và nếu bạn biết thêm một khoảng cách nữa đến vệ tinh C, bạn sẽ có thêm một mặt cầu, mặt cầu này giao với đường tròn V tại hai điểm. Trái đất chính là mặt cầu thứ tư, một trong hai giao điểm sẽ nằm trên mặt đất, điểm thứ hai nằm lơ lửng đâu đó trong không gian và dễ dàng bị loại. Với việc giả sử trái đất là một mặt cầu, ta đã bỏ qua cao độ của bạn rồi. Do vậy để có cả tung độ, hoành độ và cao độ, bạn cần thêm một vệ tinh thứ tư nữa. Làm sao đo khoảng cách từ vệ tinh? Để thực hiện tính toán này, máy thu GPS phải biết được hai thứ tối thiểu: Bằng cách phân tích sóng điện từ tần số cao, công suất cực thấp từ các vệ tinh, máy thu GPS tính toán ra được hai thứ trên. Máy thu loại tốt có thể thu nhận tín hiệu của nhiều vệ tinh đồng thời. Sóng radio chuyển động với vận tốc ánh sáng, tức là 300 ngàn km/giây trong chân không. Máy thu có thể tính toán được khoảng cách dựa vào thời gian cần thiết để tín hiệu đến được máy thu. Sau đây, chúng ta sẽ tìm hiểu máy thu và các vệ tinh đã hoạt động cùng nhau như thế nào để đo các khoảng cách này. Đây là một quá trình khá phức tạp. Vào một thời điểm nào đó, giả sử vào lúc 12 giờ, một vệ tinh bắt đầu truyền một chuỗi tín hiệu dài, được gọi là mã ngẫu nhiên giả. Máy thu cũng bắt đầu tạo ra chuỗi mã giống hệt vào cùng thời điểm. Khi tín hiệu từ vệ tinh truyền đến máy thu GPS, chuỗi tín hiệu đó sẽ bị trễ một chút so với chuỗi do máy thu tạo ra. Chiều dài khoảng thời gian trễ này chính là thời gian truyền của tín hiệu từ vệ tinh. Máy thu nhân thời gian này với tốc đọ ámh sáng để xác định quãng đường truyền tín hiệu. Giả sử rằng tín hiệu truyền trên đường thẳng, đây chính là khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu. Để thực hiện phép đo này, chúng ta phải chắc chắn là đồng hồ trên vệ tinh và trong máy thu phải đồng bộ với nhau. Một sai số 1 mili giây sẽ dẫn đến sai số là 300 ngàn mét, quá nhiều phải không các bạn. Do đó, độ chính các tối thiểu cho các máy thu phải là cỡ nano giây (10-9 ). Để có độ chính xác như vậy, phải trang bị đồng hồ nguyên tử cho không chỉ các vệ tinh mà còn máy thu của bạn nữa. Để có thể đưa các ứng dụng GPS đến với chúng ta, các ký sư đã có một giải pháp thông minh và hiệu quả. Mỗi quả vệ tinh mang theo một cái đồng hồ nguyên tử, nhưng mỗi máy thu thì chỉ trang bị đồng hồ quartz thông thường. Các đồng hồ quartz này được điều chỉnh liên tục dựa vào tín hiệu được truyền đi từ các vệ tinh. Trên lý thuyết thì 4 mặt cầu phải giao nhau tại 1 điểm. Nhưng do sai số đồng hồ quartz rẻ tiền, 4 mặt cầu đã không cho 1 giao điểm duy nhất. Biết rằng sai số này gây ra bởi đồng hồ trên máy thu là như nhau Δt, máy thu có thể dễ dàng loại trừ sai số này bằng cách tính toán ra lượng hiệu chỉnh cần thiết để 4 mặt cầu giao nhau tại một điểm. Dựa vào đó, máy thu tự động điều chỉnh đồng hồ cho đồng bộ với đồng hồ nguyên tử trên vệ tinh. Nhờ đó mà đồng hồ trên máy thu có độ chính xác gần như tương đương với đồng hồ nguyên tử. Vậy là chuyện đo khoảng cách đã được giải quyết ổn thoả. Biết khoảng cách rồi, chúng ta còn phải biết vị trí chính xác của các vệ tinh trên quĩ đạo. Điều này cũng không khó lắm vì các vệ tinh chuyển đông trên các quĩ đạo biết trước và có thể dự đoán được.Trong bộ nhớ của mỗi máy thu đều có chứa một bảng tra vị trí tính toán của tất cả các vệ tinh vào bất kỳ thời điểm nào gọi là Almanac. Lực hút của mặt trăng, mặt trời có ảnh hưởng nhất định làm thay đổi quĩ đạo của các vệ tinh một chút xíu nhưng bộ quốc phòng Mỹ liên tục theo dõi vị trí chính xác của các vệ tinh và truyền thông số hiệu chỉnh đến các máy thu thông qua tín hiệu từ vệ tinh. Vậy là cả hai vấn đề khoảng cách và vị trí đã giải quyết xong, và hệ thống cơ bản hoạt động tốt, tuy nhiên, người ta nhận thấy hệ thống có nhiều sai số. Nguyên nhân đầu tiên là do việc giả sử rằng các tín hiệu vệ tinh được truyền theo đường thẳng đến các máy thu với vận tốc không đổi. Trong thực tế, bầu khí quyến trái đất ít nhiều làm chậm tốc độ truyền, đặc biết là khi sóng điên từ đi qua các tầng điện ly và đối lưu. Do tính chất của các tầng này khác nhau tại các vị trí khác nhau trên trái đất nên độ trễ này phụ thuộc vào vị trí của máy thu trên mặt đất, điều đó có nghĩa là khó có thể loại trừ sai số này. Gần đây người ta tạo ra các mô hình toán học mô phỏng tính chất của bầu khí quyển trái đát để giảm thiểu sai số này. Ngoài ra, khi tín hiệu phản xạ từ các vật thể lớn như các toà nhà cao tầng, cũng tạo cho máy thu một sai số như là đến từ một khoảng cách xa hơn. Thỉnh thoảng, tín hiệu từ các vệ tinh cũng có sai số. Bộ quốc phòng Mỹ cũng thêm vào sai số nhân tạo được gọi một cách văn hoa là Selective Availability hay SA. Qua các phần trên, chúng ta đã thấy chức năng cơ bản nhất của máy thu GPS là thu nhận thông tin từ tối thiểu 4 vệ tinh, phối hợp các thông tin này với thông tin đã được chứa trong Almanac để tính toán ra vị trí của máy thu trên mặt đất. Một khi máy thu đã thu nhận và xử lý thông tin, máy sẽ cho chúng ta biết vĩ độ, kinh độ và cao độ của vị trí hiện thời. Để làm cho việc định vị thân thiện hơn, hầu hết các máy thu đều thể hiện các thông tin này dưới dạng các điểm trên bản đồ được chứa sẵn trong máy. Bạn có thể nối máy thu GPS với PC chứa bản đồ chi tiết. 0 đánh giá về GPS là gì ? Hệ thống định vị toàn cầu là gì, nguyên lí hoạt động như thế nào ?Hệ thống định vị để làm gì?+ Định vị vị trí của người sử dụng, tìm đường đi với bản đồ. + Thực hiện đo quãng đường đã di chuyển thậm chí là cả tốc độ di chuyển. + Quản lý danh mục yêu thích cùng với bản đồ số dẫn đường cho người dùng. + Cho phép người dùng kèm tọa độ địa lý khi chụp ảnh, hay cho biết lộ trình đoạn đường sắp đi.
GPS BĐS là gì?BDS còn có tên gọi đầy đủ là The BeiDou Navigation Satellite System hay Bắc Đẩu, Beidou,… và thường được sử dụng rộng rãi trong việc định vị giao thông, khu vực biển, dự báo thời tiết, thiên tai, thuỷ điện. Bắc Đẩu sử dụng một loạt các vệ tinh để cung cấp cho người dùng định vị chính xác với sai số khoảng 5 – 10m.
Công nghệ xác định vị trí là gì?GPS (tên đầy đủ trong tiếng anh là Global Positioning System) là hệ thống định vị toàn cầu, xác định vị trí dựa vào hệ thống vệ tinh. GPS được Mỹ xây dựng từ năm 1995, cho tới nay hầu như tất cả các thiết bị di động, và các thiết bị điện tử đã và đang sử dụng hệ thống này nhằm mục đích cá nhân ở một mức độ nhất định.
GPS định vị như thế nào?Vệ tinh GPS xoay quanh Trái Đất hai lần một ngày trong một quỹ đạo chính xác. Mỗi vệ tinh truyền một tín hiệu nhất định và các tham số quỹ đạo cho phép các thiết bị GPS giải mã và tính toán vị trí chính xác của vệ tinh. Máy thu GPS sử dụng thông tin này và phép tam giác để tính toán vị trí chính xác của người dùng.
|
