Hệ thống định vị GPS rất quen thuộc trong thời hiện đại khi mà giao thông vận tải và các công nghệ dẫn đường phát triển bùng nổ.
GPS là gì?
GPS là viết tắt của “Global Positioning System” (Hệ thống Định vị Toàn cầu). Đây là một hệ thống định vị và đo thời gian dựa trên các vệ tinh để xác định vị trí của một đối tượng trên mặt đất. Hệ thống GPS sử dụng tín hiệu từ một mạng lưới các vệ tinh được đặt trên quỹ đạo xung quanh Trái Đất. Các thiết bị GPS thu nhận tín hiệu từ ít nhất bốn vệ tinh và sử dụng thông tin đó để tính toán vị trí địa lý của mình. GPS đã trở thành một công nghệ quan trọng trong nhiều lĩnh vực như điều hướng đường đi, theo dõi và quản lý vận chuyển, định vị xe cộ, định vị tàu biển và máy bay, và nhiều ứng dụng khác.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống định vị GPS
Nguyên lý hoạt động của GPS dựa trên nguyên tắc đo thời gian và khoảng cách.
Hệ thống GPS sử dụng một mạng lưới gồm ít nhất 24 vệ tinh được đặt trên quỹ đạo xung quanh Trái Đất. Mỗi vệ tinh đều phát tín hiệu chứa thông tin về vị trí của nó và thời gian gửi tín hiệu đó.
Khi một thiết bị GPS nhận được tín hiệu từ ít nhất bốn vệ tinh, nó sẽ tính toán khoảng cách tới mỗi vệ tinh dựa trên thời gian mà tín hiệu mất để đi từ vệ tinh đến thiết bị. Do tín hiệu di chuyển với tốc độ ánh sáng, thời gian mất đi giữa việc gửi và nhận tín hiệu sẽ cho phép tính toán khoảng cách.
Khi đã biết được khoảng cách tới ít nhất bốn vệ tinh, thiết bị GPS sẽ sử dụng phương pháp giao điểm đa trục để xác định vị trí của nó. Điểm giao nhau của các đường tròn xác định bởi khoảng cách tới các vệ tinh sẽ là vị trí chính xác của thiết bị.
Để đảm bảo tính chính xác, hệ thống GPS cũng sử dụng thông tin về vị trí và thời gian của các vệ tinh được gửi kèm theo tín hiệu. Các thông tin này giúp đồng bộ thời gian và cải thiện độ chính xác của việc xác định vị trí.
Để xác định vị trí 2 chiều (kinh độ và vĩ độ) bằng máy thu GPS, cần nhận được tín hiệu từ ít nhất 3 vệ tinh. Tuy nhiên, để tính toán vị trí 3 chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao), ít nhất 4 vệ tinh được sử dụng. Sự hiện diện của ít nhất 4 vệ tinh cho phép máy thu GPS xác định vị trí không chỉ trên mặt phẳng mà còn trong không gian 3 chiều.
Khi đã xác định được vị trí người dùng, máy thu GPS có thể tính toán các thông tin khác như tốc độ di chuyển, hướng chuyển động, sự bám sát di chuyển và khoảng cách đã đi. Nhờ vào sự chính xác và độ tin cậy của hệ thống GPS, người dùng có thể theo dõi và đo lường các thông số này một cách chi tiết và đáng tin cậy.
Tóm lại, nguyên lý hoạt động của GPS dựa trên việc đo thời gian và khoảng cách giữa thiết bị GPS và các vệ tinh để xác định vị trí địa lý.
Các ứng dụng của hệ thống định vị GPS
Có lẽ GPS là một trong những phát minh vĩ đại nhất của con người khi mà đóng góp rất nhiều cho nhân lại các lĩnh vực từ kinh tế, khoa học đến quân sự trong đó phải kể đến các ứng dụng như sau:
- Dẫn đường, định vị phương hướng cho các dịch vụ vận tải như ô tô, xe máy, xe tải, tàu biển…
- Ứng dụng vào trong nghành du lịch hỗ trợ cho hướng dẫn viên du lịch hoặc những người muốn đi tự túc
- Sử dụng cho các định vị cá nhân hoặc định vị chó mèo.
- Dùng trong việc dẫn đường các vũ khí tiên tiến trong quân sự.
- Định vị siêu nhỏ mini dùng trong theo dõi ngoại tình và trẻ em, người già.
Một số hệ thống định vị khác ngoài GPS
Khi nói đến hệ thống định vị toàn cầu, người ta thường nghĩ ngay đến “GPS” vì nó là hệ thống phổ biến nhất và gây nhiều lầm tưởng rằng đó là duy nhất hệ thống vệ tinh toàn cầu trên thế giới. Tuy nhiên, thực tế GPS chỉ là một trong số các hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu.
Ngoài GPS, còn tồn tại nhiều hệ thống định vị toàn cầu khác. Hai hệ thống chính được sử dụng trên hầu hết smartphone hiện nay là A-GPS và GLONASS. Bên cạnh đó, còn tồn tại một số hệ thống khác được sử dụng cho mục đích cụ thể.
Điều này chứng tỏ rằng không chỉ có GPS, mà còn có nhiều lựa chọn khác để thực hiện định vị toàn cầu. Sự đa dạng này giúp nâng cao chính xác và độ tin cậy của hệ thống định vị, đồng thời đáp ứng nhu cầu đa dạng của người dùng trong các lĩnh vực khác nhau.
A-GPS
A-GPS (Assisted Global Positioning System) là một công nghệ hỗ trợ cho hệ thống định vị toàn cầu (GPS) trong việc xác định vị trí. A-GPS sử dụng các thông tin bổ sung từ mạng di động để cung cấp khả năng định vị nhanh hơn và chính xác hơn, đặc biệt trong các môi trường khó như khu vực thành phố, trong những nơi có tòa nhà cao, hay trong các khu vực có tín hiệu GPS yếu.
Trong hệ thống A-GPS, thiết bị GPS sẽ yêu cầu và nhận thông tin vị trí của các trạm cơ sở di động từ mạng di động. Thông tin này bao gồm vị trí của các trạm cơ sở và thông tin về đồng hồ của GPS. Sau đó, thiết bị GPS sẽ sử dụng thông tin này để tính toán vị trí của nó nhanh chóng và chính xác hơn.
A-GPS cung cấp lợi ích lớn trong việc giảm thời gian định vị ban đầu, cải thiện độ chính xác và đảm bảo định vị được thực hiện thành công trong các môi trường khó như trong những khu vực có tín hiệu GPS yếu. Đồng thời, A-GPS cũng giúp tiết kiệm năng lượng và tăng khả năng hoạt động của thiết bị GPS.
GLONASS
GLONASS (Global Navigation Satellite System) là hệ thống định vị toàn cầu của Nga. Tương tự như hệ thống GPS của Mỹ, GLONASS sử dụng một mạng lưới vệ tinh để cung cấp dịch vụ định vị và định thời toàn cầu.
GLONASS bao gồm một tập hợp các vệ tinh được đặt trong quỹ đạo quanh Trái Đất. Hiện tại, hệ thống GLONASS có khoảng 30 vệ tinh hoạt động, bao phủ toàn bộ bề mặt Trái Đất. Các vệ tinh này gửi tín hiệu chính xác về vị trí và thời gian cho các thiết bị định vị GLONASS.
Khi sử dụng GLONASS, các thiết bị định vị nhận tín hiệu từ ít nhất 4 vệ tinh GLONASS để tính toán vị trí của chúng. Đối với các khu vực có tín hiệu GPS yếu hoặc bị che khuất, sử dụng GLONASS cùng với GPS có thể cải thiện độ chính xác và đáng tin cậy của quá trình định vị.
GLONASS đã trở thành một hệ thống định vị toàn cầu phổ biến và được sử dụng rộng rãi không chỉ trong ngành công nghiệp và điều hướng, mà còn trong các ứng dụng cá nhân như điện thoại thông minh và định vị xe hơi. Sự kết hợp giữa GPS và GLONASS cung cấp khả năng định vị chính xác và ổn định hơn trong các tình huống định vị khó khăn.
BDS
Hệ thống định vị BDS (BeiDou Navigation Satellite System) là một hệ thống định vị toàn cầu được phát triển bởi Trung Quốc. Tên gọi “BeiDou” có nghĩa là “Chòm sao Bắc Đẩu” trong tiếng Trung. Hệ thống BDS bao gồm việc triển khai và vận hành một mạng lưới vệ tinh trên không gian, cho phép người dùng trên toàn cầu xác định vị trí, tốc độ và thời gian chính xác.
Tương tự như hệ thống GPS của Mỹ và hệ thống GLONASS của Nga, BDS cung cấp các dịch vụ định vị toàn cầu cho các ứng dụng như định vị xe, điều hướng, hệ thống thông tin địa lý, ngành hàng hải, hàng không và ứng dụng trong đời sống hàng ngày.
BDS đã trải qua quá trình phát triển từ phiên bản ban đầu vào năm 2000 và hiện nay BDS đã trở thành một hệ thống định vị toàn cầu hoàn chỉnh, với khả năng cung cấp dịch vụ chính xác và tin cậy trên toàn cầu.
Galileo
Galileo là một hệ thống định vị toàn cầu (GNSS) phát triển và vận hành bởi Liên minh Châu Âu (EU) và Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA). Được đặt tên theo nhà khám phá Galileo Galilei, hệ thống Galileo nhằm cung cấp dịch vụ định vị độc lập và chính xác cho người dùng trên khắp thế giới.
Galileo sử dụng một mạng lưới gồm 30 vệ tinh hoạt động nằm trong quỹ đạo quanh Trái Đất. Các vệ tinh này gửi tín hiệu chính xác về vị trí và thời gian cho các thiết bị định vị Galileo. Hệ thống này hoạt động cùng với các hệ thống định vị khác như GPS (Mỹ), GLONASS (Nga) và Beidou (Trung Quốc) để cung cấp khả năng định vị toàn cầu chính xác và tin cậy.
Mục tiêu chính của Galileo là đảm bảo tính độc lập và tự chủ của Châu Âu trong lĩnh vực định vị toàn cầu. Hệ thống này cung cấp độ chính xác cao hơn so với các hệ thống định vị khác và đảm bảo tính liên tục của dịch vụ, ngay cả trong các khu vực có tín hiệu yếu hoặc bị che khuất.
Galileo không chỉ hỗ trợ các ứng dụng định vị cá nhân, mà còn được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như hàng hải, hàng không, định vị xe hơi và ngành công nghiệp. Hệ thống này cung cấp khả năng định vị chính xác, đáng tin cậy và có thể mở rộng cho nhiều ứng dụng khác nhau trên toàn cầu.
QZSS
QZSS (Quasi-Zenith Satellite System) là một hệ thống định vị toàn cầu (GNSS) phát triển và vận hành bởi Cơ quan Không gian Nhật Bản (JAXA) và Bộ Thông tin và Truyền thông Nhật Bản (MIC). Được thiết kế để cung cấp dịch vụ định vị chính xác trong khu vực Nhật Bản và khu vực châu Á-Thái Bình Dương.
QZSS sử dụng một số lượng vệ tinh tương đối nhỏ (hiện tại là bốn vệ tinh) được đặt trên quỹ đạo hình nón gần đến điểm cao nhất của quỹ đạo, gọi là “điểm tâm”. Vì vậy, các vệ tinh QZSS thường được gọi là “vệ tinh điểm tâm giả” (Quasi-Zenith Satellites).
Hệ thống QZSS hoạt động chủ yếu bằng cách kết hợp với các hệ thống định vị khác như GPS và Galileo. Bằng cách tăng cường số lượng vệ tinh có thể nhìn thấy trên bầu trời, QZSS giúp cải thiện độ chính xác, tin cậy và độ bao phủ của dịch vụ định vị.
Với mục tiêu cung cấp dịch vụ định vị chính xác và liên tục, QZSS hỗ trợ nhiều ứng dụng như định vị xe hơi, hàng hải, hàng không, định vị cá nhân và ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp, xây dựng và địa chính.
QZSS là một phần quan trọng của hệ thống định vị toàn cầu và đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của dịch vụ định vị tại khu vực Nhật Bản và châu Á-Thái Bình Dương.
IRNSS
IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System) là một hệ thống định vị toàn cầu (GNSS) được phát triển và vận hành bởi Cơ quan Nghiên cứu Vũ trụ Ấn Độ (ISRO). Nó được thiết kế để cung cấp dịch vụ định vị chính xác và độc lập cho Ấn Độ và khu vực lân cận.
Hệ thống IRNSS sử dụng một số lượng vệ tinh nằm trên quỹ đạo vùng cận địa cầu. Tổ chức IRNSS bao gồm bảy vệ tinh chính được đặt trên quỹ đạo và ba vệ tinh dự phòng. Các vệ tinh này phát sóng tín hiệu định vị với mục đích xác định vị trí, đồng bộ thời gian và cung cấp thông tin định vị cho người dùng trong khu vực Ấn Độ và xung quanh.
IRNSS có khả năng cung cấp dịch vụ định vị với độ chính xác cao và độ bao phủ rộng, bao gồm các ứng dụng trong lĩnh vực định vị xe hơi, hàng hải, hàng không, quản lý đường bộ, định vị cá nhân và các ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp, quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường.
Hệ thống IRNSS đã được Ấn Độ triển khai nhằm đảm bảo độc lập trong việc cung cấp dịch vụ định vị và giảm phụ thuộc vào các hệ thống định vị toàn cầu khác. Nó mang lại lợi ích lớn cho Ấn Độ và khu vực lân cận bằng cách nâng cao độ chính xác và tin cậy của dịch vụ định vị trong lĩnh vực đa dạng của ứng dụng và các ngành công nghiệp.
Như vậy trên đây ST Camera đã gửi đến các bạn bài viết về định vị GPS như khái niệm GPS là gì, nguyên lý hoạt động và ứng dụng. Cảm ơn bạn đã đọc bài viết!
