Hoạt động của hệ thống định vị toàn cầu GPS

Hoat dong cua he thong dinh vi toan cau GPS
Một thiết bị nhận GPS điển hình, có thể gắn vào bảng tap-lô của ôtô hay sử dụng cầm tay.

GPS là hệ thống bao gồm các vệ tinh bay trên quỹ đạo, thu thập thông tin toàn cầu và được xử lý bởi các trạm điều khiển trên mặt đất. Ngày nay, khó hình dung rằng có một máy bay, một con tàu hay phương tiện thám hiểm trên bộ nào lại không lắp đặt thiết bị nhận tín hiệu từ vệ tinh.

Năm 1978, nhằm mục đích thu thập các thông tin về tọa độ (vĩ độ và kinh độ), độ cao và tốc độ của các cuộc hành quân, hướng dẫn cho pháo binh và các hạm đội, Bộ Quốc phòng Mỹ đã phóng lên quỹ đạo trái đất 24 vệ tinh. Những vệ tinh trị giá nhiều tỷ USD này bay phía trên trái đất ở độ cao 19.200 km, với tốc độ chừng 11.200 km/h, có nhiệm vụ truyền đi các tín hiệu radio tần số thấp tới các thiết bị thu nhận. Từ những năm đầu thập kỷ 80, các nhà sản xuất lớn chú ý nhiều hơn đến đối tượng sử dụng tư nhân. Trên các xe hơi hạng sang, những thiết bị trợ giúp cá nhân kỹ thuật số PDA (Personal Digital Assistant) như Ipaq của hãng Compaq, được coi là một trang bị tiêu chuẩn, thể hiện giá trị của chủ sở hữu.

Trong số 24 vệ tinh của Bộ quốc phòng Mỹ nói trên, chỉ có 21 thực sự hoạt động, 3 vệ tinh còn lại là hệ thống hỗ trợ. Tín hiệu radio được truyền đi thường không đủ mạnh để thâm nhập vào các tòa nhà kiên cố, các hầm ngầm và hay tới các địa điểm dưới nước. Ngoài ra nó còn đòi hỏi tối thiểu 4 vệ tinh để đưa ra được thông tin chính xác về vị trí (bao gồm cả độ cao) và tốc độ của một vật. Vì hoạt động trên quỹ đạo, các vệ tinh đảm bảo cung cấp vị trí tại bất kỳ điểm nào trên trái đất.

Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning Systems) bao gồm 3 mảng:

- Mảng người dùng, gồm người sử dụng và thiết bị thu GPS.

- Mảng kiểm soát bao gồm các trạm trên mặt đất, chia thành trạm trung tâm và trạm con. Các trạm con, vận hành tự động, nhận thông tin từ vệ tinh, gửi tới cho trạm chủ. Sau đó các trạm con gửi thông tin đã được hiệu chỉnh trở lại, để các vệ tinh biết được vị trí của chúng trên quỹ đạo và thời gian truyền tín hiệu. Nhờ vậy, các vệ tinh mới có thể đảm bảo cung cấp thông tin chính xác tuyệt đối vào bất kỳ thời điểm nào.

- Mảng còn lại gồm các vệ tinh hoạt động bằng năng lượng mặt trời, bay trên quỹ đạo. Quãng thời gian tồn tại của chúng vào khoảng 10 năm và chi phí cho mỗi lần thay thế lên đến hàng tỷ USD.

Một vệ tinh có thể truyền tín hiệu radio ở nhiều mức tần số thấp khác nhau, được gọi là L1, L2... Những thiết bị nhận tín hiệu GPS thông thường bắt sóng L1, ở dải tần số UHF 575,42 Mhz. Một đài phát thanh FM thường cần có công suất chừng 100.000 watt để phát sóng, nhưng một vệ tinh định vị toàn cầu chỉ đòi hỏi 20-50 watt để đưa tín hiệu đi xa 19.200 km.

Hoat dong cua he thong dinh vi toan cau GPS
Thiết bị nhận GPS cài đặt sẵn trên xe Honda Accord.

Tần số L1 chứa đựng 2 tín hiệu số (mã hoá bằng kỹ thuật số), được gọi là P-code và C/A-code. Mã P nhằm bảo vệ thông tin khỏi những sự truy nhập trái phép. Tuy nhiên, mục đích chính của các tín hiệu mã hóa là nhằm tính toán thời gian cần thiết để thông tin truyền từ vệ tinh tới một thiết bị thu nhận trên mặt đất. Sau đó, khoảng cách giữa 2 bên được tính bằng cách nhân thời gian cần thiết để tín hiệu đến nơi với tốc độ của ánh sáng là 300.000 km/giây(khoảng cách = vận tốc x thời gian).

Tuy nhiên, tín hiệu có thể bị sai đôi chút khi đi qua bầu khí quyển. Vì vậy, kèm theo thông điệp gửi tới các thiết bị nhận, các vệ tinh thường gửi kèm luôn thông tin về quỹ đạo và thời gian. Việc sử dụng đồng hồ nguyên tử sẽ đảm bảo chính xác về sự thống nhất thời gian giữa các thiết bị thu và phát.

Để biết vị trí chính xác của các vệ tinh, thiết bị nhận GPS còn nhận thêm 2 loại tín hiệu mã hóa.

- Loại thứ nhất (được gọi là Almanac data) được cập nhật định kỳ và cho biết vị trí gần đúng của các vệ tinh trên quỹ đạo. Nó truyền đi liên tục và được lưu trữ trong bộ nhớ của thiết bị thu nhận khi các vệ tinh di chuyển quanh quỹ đạo.

- Tuy nhiên, phần lớn các vệ tinh có thể hơi di chuyển ra khỏi quỹ đạo chính của chúng. Sự thay đổi này được ghi nhận bởi các trạm kiểm soát mặt đất. Việc sửa chữa những sai số này là rất quan trọng và được đảm nhiệm bởi trạm chủ trên mặt đất, trước khi thông báo lại cho các vệ tinh biết vị trí mới của chúng. Thông tin được sửa chữa này được gọi là Ephemeris data. Kết hợp Almanac data và Ephemeris data, các thiết bị nhận GPS biết chính xác vị trí của mỗi vệ tinh.

Hiện nay, nếu có bản đồ điện tử, nhiều thiết bị nhận GPS sẽ hiển thị rõ ràng vị trí của bạn qua một màn hình, điều đó giúp cho việc định hướng trở nên cực kỳ thuận lợi. Nhưng nếu tắt thiết bị nhận tín hiệu trong khoảng thời gian chừng 5 giờ đồng hồ, nó sẽ mất đi các Almanac data (hay không còn nhận biết chính xác các vệ tinh trên quỹ đạo trái đất). Khi hoạt động trở lại, thiết bị sẽ cần khoảng thời gian chừng 30 giây để nạp lại thông tin về vị trí của vệ tinh, trước khi cho biết hiện thời bạn đang ở đâu.

Hoạt động của GPS có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:

- Khi các vệ tinh ở quá gần nhau, chúng sẽ khiến cho việc xác định một vị trí chính xác trở nên khó khăn hơn.

- Vì tín hiệu radio đi từ vệ tinh xuyên qua tầng điện ly và tầng đối lưu, tốc độ cần thiết để tín hiệu truyền tới thiết bị nhận sẽ bị chậm đi. Hệ thống GPS có dự phòng điều đó bằng cách tính thêm khoảng thời gian chậm trễ trung bình, nhưng cũng không được hoàn toàn chính xác.

- Chướng ngại lớn như các dãy núi hay các toà nhà cao tầng cũng làm cho thông tin bị sai lệch.

- Giữa thiết bị nhận (nhất là của người dùng cá nhân) với vệ tinh (có thể không hoàn toàn trùng khớp về mặt thời gian, và các vệ tinh đôi khi chạy lệch khỏi quỹ đạo.

X.O. (theo Wheels24)

Việt Báo

TIN Khoa Học NỔI BẬT

Lời thoại của Táo quân 2015 khá dung tục

Chương trình Táo quân 2015 mặc dù chưa lên sóng nhưng đã thu hút sự quan tâm của dư luận và khán giả không chỉ bởi vì tính hài hước của nó mà còn là vấn đề nóng hổi giữa các cơ quan chức năng với nhà Đài.

Chuỗi kỹ năng giúp học sinh thạo đọc hiểu

Theo PGS.TS Nguyễn Thị Hạnh (Viện Khoa học Giáo dục Việt Nam) kĩ năng đọc hiểu bao gồm chuỗi các thao tác, hành vi của người đọc được sắp xếp theo một cấu trúc hay một trình tự nhất định.

Nhận xét tin Hoạt động của hệ thống định vị toàn cầu GPS

Ý kiến bạn đọc

Viết phản hồi

Bạn có thể gửi nhận xét, góp ý hay liên hệ về bài viết Hoạt động của hệ thống định vị toàn cầu GPS bằng cách gửi thư điện tử tới Lien He Bao Viet Nam. Xin bao gồm tên bài viết Hoat dong cua he thong dinh vi toan cau GPS ở dạng tiếng Việt không dấu. Hoặc Hoạt động của hệ thống định vị toàn cầu GPS ở dạng có dấu. Bài viết trong chuyên đề Tin Khoa Học của chuyên mục Khoa Học.

Activities of the Global Positioning System GPS
Global Positioning System, equipment installation, the receiver, on the ground, the system, the receiver, satellite, signal, communication information, orbit, activities, location, GPS, flight, communication

GPS system consists of satellites in orbit, the global information collected and processed by the ground control station. Today, hard to imagine that there is an aircraft, means a ship or venture out on the installation does not ...

Xem tiếp: Khoa Học


  • Thoi su tuan qua Dai hy thanh dai tang sau tai nan
    Thời sự tuần qua: Đại hỷ thành đại tang sau tai nạn

    Tăng lương hưu và trợ cấp thêm 8%; Cục trưởng Cục Đường sắt chết trong phòng làm việc; Xử phạt VTV 40 triệu đồng vì sai phạm của Điều ước thứ 7; Thưởng Tết thấp nhất là 30 ngàn đồng; Xăng giảm tới 1.900 đồng/lít...

  • Thoi su 24h2301 Tang luong huu va tro cap them 8
    Thời sự 24h(23/01): Tăng lương hưu và trợ cấp thêm 8%

    Tăng lương hưu và trợ cấp thêm 8%; Bộ GTVT lên tiếng về vụ Cục trưởng Đường sắt chết tại trụ sở; Bắt ông chủ tạp chí cầm đầu đường dây đánh bạc ngàn tỷ; Hàng tấn mỹ phẩm không nguồn gốc "tràn" vào HN; Làm rõ vụ 12 con dê ‘lạc’ vào trang trại Bí thư huyện... là những thông tin thời sự nổi bật trong ngày 23/1.

  • Thoi su 24h2201 Cuc truong Duong sat chet tai tru so
    Thời sự 24h(22/01): Cục trưởng Đường sắt chết tại trụ sở

    Cục trưởng Đường sắt VN được phát hiện chết tại phòng làm việc, "Nữ quái" đất Cảng phẫu thuật mặt trốn nã 10 năm; Thưởng Tết thấp nhất là 30 ngàn đồng; Nữ du khách nước ngoài đến Hà Nội đã bị cướp; Bắt nghi phạm vụ hiếp dâm, giết bé gái bịt đầu mối; Giữ lại táo nhập từ Mỹ, cấm bán ra thị trường... là những thông tin thời sự nổi bật trong ngày.

  • Thoi su 24h2101 Xang giam toi 1900 donglit
    Thời sự 24h(21/01): Xăng giảm tới 1.900 đồng/lít

    Thiếu nữ bị kéo lê nửa cây số dưới gầm xe 7 chỗ; 3 công nhân tử vong tại công trường thủy điện; Vụ án tham ô hơn 10 năm chưa xử xong; Hoãn tăng thuế, xăng giảm tới 1.900 đồng/lít; Ô tô lao vun vút ngược chiều trên cầu Nhật Tân; Nữ giáo viên tống tiền giám đốc trường quốc tế... là những thông tin thời sự nổi bật trong ngày 21/1.

  • Thoi su 24h2001 Bi an ho chon hai cot tap the
    Thời sự 24h(20/01): Bí ẩn hố chôn hài cốt tập thể

    Lửa hàn bắn tung tóe tại dự án đường sắt trên cao; Trùm ma túy lĩnh án tử, tiến sĩ luật ốm nặng không phải ra tòa; Má mì xinh đẹp và 2 đại gia bị bắt quả tang mua dâm; Sự ma mãnh của Abbott khi ghi nhãn sữa kỳ thị; Đôi vợ chồng làm giả chữ ký nhiều vị lãnh đạo... là những thông tin thời sự nổi bật trong ngày 20/1.

  • Benh vien cam ket khong nam ghep
    Bệnh viện cam kết không nằm ghép

    Lần đầu tiên 13 bệnh viện trung ương ký cam kết chấm dứt tình trạng bệnh nhân nằm ghép, đảm bảo 1 bệnh nhân/giường bệnh. Tuy nhiên xung quanh cam kết này vẫn còn nhiều băn khoăn.

  • Tao My gay chet nguoi da ve Viet Nam
    Táo Mỹ gây chết người đã về Việt Nam?

    Loại vi khuẩn nguy hiểm nhiễm trong táo Mỹ có thể nhiễm trong nhiều loại thực phẩm quan trọng thường xuất hiện trong bữa ăn hàng ngày. ------------ Xem thêm: Táo Mỹ gây chết người đã về Việt Nam?, http://vietbao.vn/tp/Tao-My-gay-chet-nguoi-da-ve-Viet-Nam/7063625/ Tin nhanh Việt Nam ra thế giới vietbao.vn

  • Tinh hinh buon lau dien bien phuc tap
    Tình hình buôn lậu diễn biến phức tạp

    Thời điểm gần Tết Nguyên đán hàng năm luôn là thời điểm nhạy cảm, cao điểm của nạn buôn lậu

  • Danh hai Thuy Nga to chong no nan lua gat
    Danh hài Thúy Nga tố chồng nợ nần, lừa gạt

    Mấy ngày vừa qua, những trang nhật ký của danh hài Thúy Nga chia sẻ chuyện cô bị “chồng hờ” lừa lấy 350.000 USD rồi bỏ trốn và lấy danh nghĩa của cô để lừa đảo rất nhiều người đã làm dấy lên rất nhiều luồng ý kiến. Giới..

  • Thong diep Lien bang My nam 2015
    Thông điệp Liên bang Mỹ năm 2015

    Tổng thống Mỹ nói về trang hoàng kim mới của lịch sử nước Mỹ nơi họ sẽ cùng đồng minh sống vững mạnh. Và Nga sẽ lụi tàn trong sự cô lập? ------------ Xem thêm: Thông điệp Liên bang Mỹ năm 2015, http://vietbao.vn/tp/Thong-diep-Lien-bang-My-nam-2015/7048259/ Tin nhanh Việt Nam ra thế giới vietbao.vn