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 Máy Định Vị GPS chưa? Phương thức hoạt động của GPS là như thế nào? Vậy hãy cùng chúng tôi tìm hiểu nhé!
Bạn đang xem: Máy Định Vị GPS Là Gì? Đặc Điểm Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt Động
Contents
GPS là gì?
Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) là hệ thống điều hướng dựa trên vệ tinh được tạo thành từ ít nhất 24 vệ tinh. GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi trên thế giới, 24 giờ mỗi ngày, không mất phí thuê hoặc phí thiết lập sử dụng GPS. Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ (USDOD) ban đầu đưa các vệ tinh vào quỹ đạo để sử dụng cho mục đích quân sự, nhưng trong những năm 1980, những vệ tinh này đã có sẵn để sử dụng cho mục đích dân sự.
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.
GPS hoạt động 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. Về cơ bản, máy thu GPS đo khoảng cách tới mỗi vệ tinh theo lượng thời gian cần để nhận tín hiệu truyền đi. Với các phép đo khoảng cách từ một vài vệ tinh, máy thu có thể xác định vị trí của người dùng và hiển thị thông tin bằng điện tử để đo tuyến đường đang chạy của bạn, lập bản đồ sân gôn, tìm đường về nhà hoặc phiêu lưu mọi nơi.
Để tính toán vị trí 2-D của bạn (vĩ độ và kinh độ) và theo dõi chuyển động, máy thu GPS phải khóa được với tín hiệu của ít nhất 3 vệ tinh. Với 4 vệ tinh trở lên trong trong tầm nhìn, máy thu có thể xác định vị trí 3-D của bạn (vĩ độ, kinh độ và độ cao). Nói chung, một máy thu GPS sẽ theo dõi 8 vệ tinh trở lên, nhưng điều đó phụ thuộc vào thời gian trong ngày và nơi bạn đang ở trên trái đất. Một số thiết bị có thể thực hiện được tất cả điều đó từ cổ tay của bạn.
Một khi vị trí của bạn đã được xác định thì máy thu GPS có thể tính toán các thông tin khác như:
- Tốc độ
- Góc phương vị
- Đường đua
- Chiều dài tuyến đường
- Khoảng cách tới điểm đến
- Bình minh/hoàng hôn
- Và nhiều hơn thế nữa
GPS chính xác đến mức nào?
Máy thu GPS ngày nay cực kỳ chính xác nhờ thiết kế đa kênh song song. Máy thu của chúng tôi nhanh chóng khóa được vào vệ tinh ngay khi được bật. Các máy thu này duy trì một khóa theo dõi trong khu vực cây che phủ dày đặc hoặc trong đô thị có các tòa nhà cao tầng. Yếu tố không khí nhất định và các lỗi khác có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của máy thu GPS. Máy thu GPS Garmin thường chính xác trong vòng 10 mét. Độ chính xác thậm chí còn tốt hơn trên mặt nước.
Độ chính xác của một số máy thu GPS có thể được cải thiện với WAAS (Hệ thống bổ sung diện rộng). Khả năng này có thể cải thiện độ chính xác đến hơn 3 mét, bằng cách cung cấp khả năng hiệu chỉnh ở tầng khí quyển. Không cần thêm thiết bị hoặc chi phí để sử dụng các vệ tinh WAAS. Người dùng cũng có thể có độ chính xác tốt hơn với GPS vi sai (DGPS), hiệu chỉnh khoảng cách GPS trong phạm vi trung bình từ 1 -3 mét. Tuần duyên Hoa Kỳ vận hành dịch vụ hiệu chỉnh DGPS phổ biến nhất, bao gồm hệ thống các tháp nhận tín hiệu GPS và truyền tín hiệu hiệu chỉnh bằng máy phát tín hiệu. Để có tín hiệu hiệu chỉnh, ngoài GPS, người dùng phải có máy thu tín hiệu vi sai và ăng-ten thu tín hiệu.
Các hệ thống định vị khác
Khi nhắc đến định vị toàn cầu người ta thường nghĩ ngay đến “GPS” vì nó được sử dụng phổ biến nhất và rất nhiều lầm tưởng đó là hệ thống vệ tinh toàn cầu duy nhất trên thế giới, nhưng thực tế GPS chỉ là một trong số các hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu.
Có hai hệ thống GPS chính đang được áp dụng trên tất cả smartphone hiện nay, đó là A-GPS và GLONASS, ngoài ra còn một số loại khác được sử dụng cho mục đích riêng.
A-GPS
A-GPS là công nghệ kết hợp định vị GPS và các cảm biến, tín hiệu của mạng viễn thông và suy ra vị trí hiện tại của thiết bị. A-GPS tăng tốc độ tính toán vị trí làm cho chức năng định vị trên máy bạn trở nên nhanh hơn cũng như khả năng xác định vị trí một cách tương đối khi thiết bị đi vào vùng mất tín hiệu vệ tinh GPS. A-GPS cần có Internet để hoạt động, vậy nên khi bạn đi vào khu vực sóng yếu hoặc kết nối mạng bị gián đoạn thì A-GPS không còn chạy được. Trong khi đó, kết nối GPS thì không phụ thuộc gì vào Internet cả.
GLONASS
GLONASS được phát triển bởi Nga với 24 vệ tinh nhân tạo. GLONASS cũng được sử dụng rộng rãi trên các thiết bị di động. Khi kết hợp với GPS, cả hai hệ thống này sẽ giúp cho việc xác định vị trí trở nên chính xác hơn.
GLONASS chỉ được kích hoạt khi GPS yếu nhằm tiết kiệm tối ưu hơn cho pin của thiết bị nhưng tốc độ của GLONASS có phần hơi chậm. Độ chính xác của GLONASS còn tùy thuộc vào nơi bạn sử dụng. Nó đưa ra kết quả định vị chính xác hơn ở Bán cầu Bắc so với Bán cầu Nam do khu vực này tập trung nhiều trạm mặt đất hơn.
BDS
BDS là một dự án của Trung Quốc phát triển một hệ thống vệ tinh định vị độc lập, ban đầu chỉ được sử dụng ở khu vực nội địa nhưng nay đã phát triển rộng rãi ra hệ thống toàn cầu. 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. Hầu hết chip điện thoại thông minh đã bán trên toàn cầu đều tương thích với Bắc Đẩu.
Galileo
Galileo là một hệ thống định vị toàn cầu giống như GPS, GLONASS hay Bắc Đẩu và nó thuộc quyền sở hữu của Liên minh châu Âu (EU). Galileo khác với GPS của Hoa Kỳ và GLONASS của Liên bang Nga ở chỗ nó là một hệ thống định vị được điều hành và quản lý bởi các tổ chức dân dụng, phi quân sự.
Với tiêu chuẩn băng tần kép được xây dựng, các thiết bị hỗ trợ Galileo sẽ có thể định vị chính xác theo thời gian thực xuống đến phạm vị mét (miễn phí cho người dùng cá nhân). Và thậm chí là centimet dành cho các doanh nghiệp, tổ chức có trả phí.
QZSS
QZSS là hệ thống định vị phủ khắp châu Á và châu Đại Dương đến từ đất nước Nhật Bản. Hệ thống này được tài trợ bởi SoftBank, Mitsubishi Electric và Hitachi, sẽ được sử dụng với mục đích phát triển công nghệ xe tự lái, thu hoạch nông sản tự động,…
QZSS của Nhật sử dụng 4 vệ tinh, trong đó có một vệ tinh luôn bay phía trên nước Nhật, nó được thiết kế góc hoạt động riêng và tầm phủ rộng để tín hiệu không bị các tòa nhà, cây cối che mất. Nhật Bản sẽ cho phép mọi người sử dụng QZSS miễn phí nếu thiết bị của họ hỗ trợ hệ thống định vị này.
QZSS chủ yếu hoạt động ở Nhật và khu vực châu Á – Thái Bình Dương
IRNSS
IRNSS là hệ thống định vị tại khu vực của Ấn Độ và bắc Ấn Độ Dương được dùng cả lĩnh vực quân sự lẫn dân sự, như giúp quản lý các hoạt động của quân đội Ấn Độ hay dự báo thảm họa…Ngoài ra, hệ thống định vị IRNSS hỗ trợ định hướng và giám sát chuyển động của các đội tàu xe như xe tải hoặc tàu biển.
Hệ thống IRNSS sẽ cung cấp dịch vụ thông tin định vị chính xác cho những người sử dụng trong nước và nước ngoài, cách biên giới Ấn Độ tới 1.500 km. Gồm hai loại hình dịch vụ là dịch vụ định vị tiêu chuẩn (SPS) dành cho mọi người và dịch vụ định vị hạn chế (RS) chỉ dành riêng cho người được ủy quyền và quân đội.
Ứng dụng của GPS trên các thiết bị di động
Hệ thống định vị GPS ra đời được xem là bước ngoặt vĩ đại của khoa học đem lại những lợi ích vô cùng to lớn đối với cuộc sống của con người hiện nay. Những tác dụng của thiết bị định vị GPS:
+ Ứng phó khẩn cấp: Mỗi khi tai nạn xe hơi xảy ra, tín hiệu GLONASS (một giải pháp thay thế GPS) sẽ tự động được gửi tới cơ quan chức năng.
+ Nhu cầu giải trí: GPS có thể tích hợp vào các trò chơi như Pokemon Go để xác định vị trí các bạn bè gần nhau,..
+ Sức khỏe và thể dục: Smartwatch và các thiết bị đeo thông minh có thể theo dõi những hoạt động thể dục như khoảng cách chạy, đạp xe nhờ sự hỗ trợ của GPS.
Smartwatch và các thiết bị đeo thông minh có thể theo dõi những hoạt động thể dục
+ Định vị vị trí của người sử dụng, tìm đường đi với bản đồ.
Tìm đường đi dễ dàng với GPS
+ 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.
+ Tìm kiếm, định vị thiết bị bị mất, khoá điện thoại từ xa.
+ Tối ưu kết quả tìm kiếm dựa trên khu vực: Chẳng hạn nếu tìm kiếm quán ăn, nếu có sử dụng vị trí thì những kết quả gần vị trí đang đứng sẽ được ưu tiên lên đầu.
Những hạn chế của GPS
Nhờ vào sự hoạt động 24/24 của GPS và sự phát triển của công nghệ, một người dùng có thể dễ dàng bị kẻ gian (hacker) theo dõi quá trình đi lại của mình mà không hề hay biết, cũng tương tự cách mà cha mẹ theo dõi con cái mình bằng cách cho chúng đeo thiết bị có hỗ trợ GPS như đồng hồ thông minh.
Trên đây, Luật Trẻ Em đã tổng hợp và chia sẻ đến các bạn những thông tin liên quan đến Máy Định Vị GPS. Mong rằng đây là nguồn tham khảo hữu ích cho các bạn. Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết của chúng tôi!
Đăng bởi: Trường Tiểu học Thủ Lệ
Chuyên mục: Tổng hợp
