Gps (hệ thống định vị toàn cầu)

GPS là một công nghệ điều hướng, bằng cách sử dụng các vệ tinh, cho biết thông tin chính xác về một vị trí. Về cơ bản, một hệ thống GPS bao gồm một nhóm các vệ tinh và các công cụ được phát triển tốt như máy thu. Tuy nhiên, hệ thống phải bao gồm ít nhất bốn vệ tinh. Mỗi vệ tinh và máy thu được trang bị đồng hồ nguyên tử ổn định. Đồng hồ vệ tinh được đồng bộ với nhau và đồng hồ mặt đất. Máy thu GPS cũng có đồng hồ nhưng không đồng bộ và hoạt động không ổn định (kém ổn định). Mọi sai lệch về thời gian thực của vệ tinh so với đồng hồ mặt đất phải được hiệu chỉnh hàng ngày. Bốn đại lượng chưa biết (ba tọa độ và độ lệch đồng hồ so với thời gian của vệ tinh) được yêu cầu tính toán từ mạng đồng bộ của vệ tinh và máy thu.Công việc của máy thu GPS là nhận tín hiệu từ mạng lưới các vệ tinh để tính toán ba phương trình cơ bản chưa biết về thời gian và vị trí.

Tín hiệu GPS bao gồm các mã giả và thời gian truyền và vị trí vệ tinh tại thời điểm đó. Tín hiệu được phát bằng GPS còn được gọi là tần số sóng mang có điều chế. Hơn nữa, mã giả ngẫu nhiên là một chuỗi các số không và số một. Trên thực tế, vị trí máy thu và độ lệch của đồng hồ máy thu so với thời gian của hệ thống máy thu được tính toán đồng thời, sử dụng các phương trình điều hướng để xử lý thời gian bay (TOF). TOF là bốn giá trị mà máy thu hình thành sử dụng thời gian đến và thời gian truyền tín hiệu. Vị trí thường được chuyển đổi thành vĩ độ, kinh độ và độ cao so với geoids (về cơ bản, mực nước biển trung bình). Sau đó, tọa độ được hiển thị trên màn hình.

Các yếu tố của GPS

Cấu trúc của GPS là một cấu trúc phức tạp. Nó bao gồm ba phân đoạn chính là phân đoạn không gian, phân đoạn điều khiển và phân đoạn người dùng. Phóng vệ tinh lên quỹ đạo trái đất trung bình là một công việc vất vả. Phân đoạn không gian bao gồm 24 đến 32 vệ tinh hoặc phương tiện không gian trên cùng một quỹ đạo, 8 mỗi vệ tinh trong ba quỹ đạo tròn. Ít nhất sáu vệ tinh luôn trong tầm ngắm từ hầu hết mọi nơi trên bề mặt trái đất.

Bên cạnh phân đoạn không gian là phân đoạn điều khiển. Trong phân đoạn điều khiển có một trạm điều khiển chính, một trạm điều khiển chính thay thế, ăng ten mặt đất và trạm giám sát. Phân khúc người dùng bao gồm hàng nghìn dịch vụ định vị dân dụng, thương mại và quân sự. Máy thu hoặc thiết bị GPS bao gồm một ăng-ten, được điều chỉnh theo tần số được truyền bởi vệ tinh. Nó cũng bao gồm màn hình hiển thị để cung cấp vị trí và thời gian.

Máy thu GPS được phân loại dựa trên số lượng vệ tinh mà nó có thể giám sát đồng thời, đó là số kênh. Máy thu thường có bốn đến năm kênh nhưng những tiến bộ gần đây cho thấy rằng có tới 20 kênh cũng đã được thực hiện.

Tần số vệ tinh: Tất cả tần số phát sóng vệ tinh. Dải tần bao gồm năm loại như L1, L2, L3, L4 và L5. Các dải tần này có dải tần từ 1176MHz đến 1600 M Hz.

Cách hoạt động của GPS

Các vệ tinh GPS quay quanh trái đất hai lần trong một ngày. Nó xoay quanh trong một quá trình rất chính xác và gửi các chỉ dẫn và thông tin đến trái đất. Máy thu GPS lấy tất cả thông tin và áp dụng phương pháp tam giác để khám phá vị trí chính xác của người dùng. Về cơ bản, bộ thu GPS đối chiếu thời gian mà một tín hiệu được truyền qua vệ tinh và phân bổ thời gian nó được nhận. Sự khác biệt về thời gian hình thành nên khoảng cách giữa máy thu và các vệ tinh của GPS. Nó đo khoảng cách chính xác với ít vệ tinh hơn và bộ thu xác định vị trí của người dùng và hiển thị nó trên bản đồ của thiết bị điện tử.

Máy thu phải được khóa tín hiệu với ít nhất ba vệ tinh để tạo ra vị trí hai chiều và cũng theo dõi chuyển động của người dùng. Bằng cách sử dụng bốn vệ tinh trở lên, người nhận có thể xác định vị trí ba chiều của người dùng bao gồm độ cao, vĩ độ và kinh độ. Sau khi xác định vị trí của người dùng, đơn vị GPS sẽ tính toán các thông tin khác như tốc độ, hướng, đường đi, khoảng cách, điểm đến, thời gian mặt trời mọc và lặn.

GPS chính xác như thế nào?

Máy thu của GPS rất chính xác do thiết kế đa kênh song song. Các kênh song song rất nhanh và chính xác mặc dù các yếu tố nhất định như nhiễu và nhiễu khí quyển có thể làm nhiễu loạn và ảnh hưởng đến độ chính xác của máy thu GPS đôi khi.

Người dùng cũng có thể có được độ chính xác được cải thiện với GPS Vi sai (DGPS), điều chỉnh tín hiệu GPS để được bao quanh bởi một khoảng cách đều đặn từ ba đến năm mét. Cảnh sát biển Hoa Kỳ vận hành dịch vụ hiệu chỉnh DGPS phổ biến nhất. Hệ thống bao gồm một sự sắp xếp của các tháp thu tín hiệu GPS và phát tín hiệu chính xác bằng máy phát đèn hiệu. Với mục đích nhận được tín hiệu chính xác, người dùng phải có bộ thu tín hiệu vi sai và ăng ten báo hiệu ngoài việc có GPS.

Các nguồn lỗi tín hiệu GPS

Các yếu tố có thể làm hỏng độ chính xác của tín hiệu GPS và do đó ảnh hưởng đến độ chính xác bao gồm:

• Sự chậm trễ của tầng điện ly và tầng đối lưu - Tín hiệu vệ tinh chậm lại khi đi qua các lớp khí quyển. Hệ thống GPS sử dụng một mô hình tích hợp được sử dụng để tính toán khoảng thời gian cản trở thường xuyên cần thiết để khắc phục loại hình không chính xác này.
• Đa đường tín hiệu - Lỗi này xảy ra khi tín hiệu bị phản xạ từ các đối tượng như các tòa nhà cao hơn và các tảng đá lớn hơn trước khi đến bộ thu. Điều này làm tăng khoảng thời gian tổng thể của tín hiệu và gây ra lỗi và độ chính xác.
• Sai số quỹ đạo - Những sai số này còn được gọi là sai số thiên văn được sử dụng để tính toán vị trí của vệ tinh không chính xác.
• Số lượng vệ tinh có thể nhìn thấy - độ chính xác phụ thuộc vào số lượng vệ tinh chính xác mà máy thu GPS có thể nhìn thấy. Các yếu tố như tòa nhà, địa hình, nhiễu điện tử chặn độ chính xác và khả năng tiếp nhận tín hiệu, gây ra lỗi vị trí và đôi khi không đọc được tín hiệu. Nó thường không hoạt động trong nhà, dưới nước và dưới lòng đất.

Các ứng dụng

Không chỉ sử dụng trong quân sự, máy GPS còn được biết đến rộng rãi với việc sử dụng trong các dịch vụ dân dụng và thương mại. Một số ứng dụng dân sự là:

1. Astronomy: Được sử dụng trong Astrometry và các tính toán cơ học thiên thể.

2. Xe tự động: Nó cũng được sử dụng trong các phương tiện tự động (xe không người lái) để áp dụng các vị trí cho ô tô và xe tải.

3. Điện thoại di động: Điện thoại di động hiện đại được trang bị phần mềm theo dõi GPS. Nó hiện diện vì người ta có thể biết vị trí của một người và cũng có thể theo dõi các tiện ích gần đó như máy ATM, quán cà phê, trạm dừng chân, v.v. Điện thoại di động đầu tiên hỗ trợ GPS được ra mắt vào năm 1990. Trong điện thoại di động, nó cũng được sử dụng để phát hiện các cuộc gọi khẩn cấp và nhiều ứng dụng khác.

4. Cứu trợ thiên tai và các dịch vụ khẩn cấp khác: Trong trường hợp xảy ra bất kỳ thảm họa thiên nhiên nào, GPS là công cụ tốt nhất để xác định vị trí. Ngay cả trước những thảm họa như lốc xoáy, GPS cũng giúp tính toán thời gian ước tính.

5. Theo dõi hạm đội: GPS là một công cụ phát triển được biết đến với tiềm năng theo dõi các tàu quân sự trong thời chiến.

6. Vị trí ô tô: Ô tô có hỗ trợ GPS sẽ giúp bạn theo dõi vị trí của nó dễ dàng hơn.

7. Hàng rào địa lý: Trong hàng rào địa lý, chúng tôi sử dụng GPS để theo dõi con người, động vật hoặc ô tô. Thiết kế được gắn vào xe, người hoặc cổ động vật. Nó cung cấp theo dõi và cập nhật liên tục.

8. Gắn thẻ địa lý: một trong những ứng dụng chính là gắn thẻ địa lý nghĩa là áp dụng tọa độ địa phương cho các đối tượng kỹ thuật số.

9. GPS để khai thác: Sử dụng độ chính xác định vị từng cm.

10. Các chuyến tham quan bằng GPS: giúp xác định vị trí của các điểm ưa thích gần đó.

11. Đo đạc: Người khảo sát sử dụng Hệ thống Định vị Toàn cầu để vẽ bản đồ.