Ngày nay, GPS có ở khắp mọi nơi. Bạn có thể tìm thấy hệ thống GPS trên ô tô, điện thoại thông minh và thậm chí cả đồng hồ thông minh trên cổ tay của mình. GPS sẽ đưa bạn đến nơi bạn muốn, từ điểm A đến điểm B và giúp bạn xác định chính xác vị trí của mình khi cần thiết. Vậy GPS là gì? GPS hoạt động như thế nào? Mời các bạn cùng tìm hiểu qua bài viết này.
Hệ thống Định vị Toàn cầu GPS là gì?
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 vị trí, vận tốc và thời gian cho các phương tiện trên không, trên biển và trên bộ.
Hệ thống bao gồm 24 vệ tinh quay quanh Trái đất được chia thành 6 quỹ đạo với 4 vệ tinh mỗi vệ tinh. Các vệ tinh này quay quanh ở độ cao 20.000 km so với Trái đất và các vệ tinh di chuyển với tốc độ lên đến 14.000 km một giờ.
Để xác định vị trí trên Trái đất, chúng ta chỉ cần 3 vệ tinh, nhưng vệ tinh thứ 4 thường được dùng để xác minh thông tin từ 3 vệ tinh còn lại. Vệ tinh thứ 4 cũng giúp chúng ta xác định ba chiều, giúp tính toán độ cao của địa điểm.
Ba thành phần tạo nên GPS
GPS bao gồm ba thành phần riêng biệt được gọi là phân đoạn. Cùng nhau, chúng cung cấp thông tin vị trí chính xác mà người dùng cần.
Ba phần của GPS là:
Space (Vệ tinh): Một vệ tinh quay quanh Trái đất, gửi tín hiệu cho người dùng về vị trí địa lý và thời gian.
Điều khiển mặt đất: Phần điều khiển mặt đất bao gồm trạm quan trắc, trạm điều khiển chính và hệ thống anten mặt đất. Các trạm sẽ giám sát và vận hành các vệ tinh trong không gian và giám sát việc truyền dữ liệu. Các trạm quan trắc được đặt ở tất cả các lục địa trên thế giới.
Thiết bị sử dụng: máy bay, ô tô, điện thoại thông minh, đồng hồ thông minh và các thiết bị khác có tích hợp bộ thu và phát GPS, sau đây gọi chung là thiết bị.
GPS hoạt động như thế nào?
GPS hoạt động thông qua một kỹ thuật được gọi là trilateration. Sau khi thu thập các tín hiệu từ vệ tinh, bộ ba tính toán vị trí, vận tốc và độ cao, sau đó được đồng bộ hóa để đưa ra vị trí chính xác nhất.
Các vệ tinh quay quanh Trái đất gửi tín hiệu có thể đọc được và giải mã được tới các thiết bị đặt trên hoặc gần bề mặt Trái đất. Để tính toán vị trí, thiết bị GPS phải nhận được tín hiệu từ ít nhất 4 vệ tinh.
Mỗi vệ tinh trong mạng quay quanh Trái đất ít nhất hai lần một ngày, và mỗi vệ tinh chỉ gửi một tín hiệu, các thông số quỹ đạo và thời gian đến thiết bị. Tại bất kỳ thời điểm nào, thiết bị có thể đọc tín hiệu từ 6 vệ tinh trở lên.
Vệ tinh sẽ phát ra sóng để thiết bị thu nhận và tính toán khoảng cách từ thiết bị đến vệ tinh đó. Do chỉ có dữ liệu về khoảng cách nên không thể xác định được vị trí của thiết bị trên bề mặt Trái đất nếu chỉ sử dụng một vệ tinh.
Khi một vệ tinh gửi tín hiệu, nó sẽ tạo ra một vòng tròn có bán kính bằng khoảng cách từ thiết bị đến vệ tinh. Khi vệ tinh thứ hai được thêm vào, một vòng tròn mới được tạo ra và vị trí của thiết bị được giảm xuống một trong hai giao điểm của hai vòng tròn.
Với sự tham gia của vệ tinh thứ ba, vị trí của thiết bị sẽ được xác định chính xác. Nó nằm ở giao điểm của ba vòng tròn.
Tuy nhiên, chúng ta đang sống trong thế giới 3D, vì vậy mỗi mặt trăng tạo ra một hình cầu chứ không phải hình tròn. Ba quả cầu cắt nhau tại 2 điểm nên điểm gần trái đất nhất sẽ được chọn.
GPS để làm gì?
GPS là một công cụ mạnh mẽ và đáng tin cậy cho các doanh nghiệp và tổ chức trong nhiều 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 công việc hàng ngày của họ.
Thông tin GPS được sử dụng để tạo bản đồ, xây dựng các cuộc khảo sát, thực hiện tính toán thời gian, tìm vị trí của người hoặc địa điểm và tìm chỉ đường. GPS hoạt động mọi lúc mọi nơi trong mọi điều kiện thời tiết.
GPS có 5 công dụng chính:
Vị trí: tìm
Tìm chỉ đường: Nhận chỉ đường từ vị trí này đến vị trí khác
Theo dõi: Theo dõi chuyển động của máy bay, tàu thủy … hoặc một số người
Lập bản đồ: Tạo bản đồ thế giới chi tiết
Tính toán thời gian: Đo lường chính xác thời gian
Một số ví dụ cụ thể về việc sử dụng GPS:
Ứng phó khẩn cấp: Trong các trường hợp khẩn cấp như bão hoặc lũ lụt, các đội phản ứng nhanh sẽ sử dụng GPS để lập bản đồ, theo dõi và dự đoán thời tiết cũng như theo dõi lực lượng cứu hộ. Mỗi khi tai nạn xe hơi xảy ra, tín hiệu GLONASS (một giải pháp thay thế cho GPS) sẽ tự động được gửi đến các cơ quan chức năng.
Giải trí: GPS có thể được tích hợp vào các trò chơi như Pokemon Go và Geocaching.
Sức khỏe và thể chất: Đồng hồ thông minh và thiết bị đeo thông minh có thể theo dõi các hoạt động thể dục như khoảng cách chạy và đạp xe với sự trợ giúp của GPS.
Xây dựng, khai thác và đi bộ đường dài: Từ việc tìm vị trí thích hợp để đặt vật liệu đến tính toán và phân bổ tài nguyên, GPS giúp các công ty xây dựng và khai thác tối ưu hóa chi phí và tăng lợi nhuận. Đồng thời, việc di chuyển sẽ dễ dàng hơn nhờ định vị GPS.
Vận chuyển: Các công ty hậu cần sử dụng hệ thống GPS để cải thiện năng suất và sự an toàn của người lái xe. GPS có thể giúp người lái xe tối ưu hóa các tuyến đường, tiết kiệm nhiên liệu, an toàn và tuân thủ các quy định về an toàn giao thông.
Các ngành khác cũng sử dụng GPS bao gồm: nông nghiệp, xe tự hành, bán hàng và dịch vụ, quân sự, thông tin liên lạc di động, an ninh và đánh cá.
Trên đây, tôi vừa cùng các bạn tìm hiểu Hệ thống Định vị Toàn cầu GPS là gì? GPS hoạt động như thế nào nhé
