Hệ thống Định vị Toàn cầu là gì? Hiểu về GPS

Hệ thống Định vị Toàn cầu hay GPS là Hệ thống Vệ tinh Định vị Toàn cầu (GNSS) cung cấp hệ thống định vị, dẫn đường và thời gian (PNT). Nó được phát triển bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ (US DoD) vào đầu những năm 1970.Có các hệ thống Điều hướng dựa trên vệ tinh khác như GLONASS của Nga, Galileo của Châu Âu và BeiDou của Trung Quốc, nhưng Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) của Hoa Kỳ và Hệ thống Vệ tinh Điều hướng Toàn cầu của Nga (GLONASS) là những Vệ tinh đầy đủ chức năng duy nhất dựa trên Hệ thống định vị lần lượt với 32 chòm sao vệ tinh và 27 chòm sao vệ tinh. Trước sự phát triển của Công nghệ GPS, trợ giúp chính cho việc điều hướng (trên biển, đất liền hoặc dưới nước) là bản đồ và la bàn. Với sự ra đời của GPS, việc điều hướng và định vị vị trí trở nên rất dễ dàng với độ chính xác vị trí từ hai mét trở xuống. Bộ thu trong mặt phẳng 2-D Vị trí của bộ thu trong không gian 3D Các loại bộ thu GPS Ứng dụng của hệ thống định vị toàn cầu (GPS) Lịch sử của GPS Trước khi phát triển GPS, các hệ thống định vị trên mặt đất như LORAN (Điều hướng tầm xa) của Hoa Kỳ và Hệ thống định vị Decca của Vương quốc Anh là các công nghệ chính để điều hướng. Cả hai kỹ thuật này đều dựa trên Sóng vô tuyến và phạm vi được giới hạn trong vài trăm km. (DoT) cùng với một số tổ chức khác bắt đầu phát triển hệ thống định vị dựa trên vệ tinh với mục đích cung cấp độ chính xác cao, hoạt động độc lập với thời tiết và phạm vi phủ sóng toàn cầu. Hệ thống này lần đầu tiên được phát triển như một hệ thống quân sự để đáp ứng các nhu cầu của Quân đội Hoa Kỳ. Mỹ Quân đội đã sử dụng NAVSTAR để dẫn đường cũng như nhắm mục tiêu hệ thống vũ khí và hệ thống dẫn đường tên lửa. Khả năng kẻ thù sử dụng hệ thống định vị này chống lại Hoa Kỳ là lý do chính khiến dân thường không được tiếp cận với nó. nó hoàn toàn hoạt động. Năm 1978, Hoa Kỳ Chính phủ đã công nhận tầm quan trọng của GPS đối với dân thường và tuyên bố một hệ thống sử dụng kép, cho phép cả quân đội và dân thường tiếp cận. Một số vệ tinh được quan sát đồng thời. vĩ độ, kinh độ và độ cao có thể được thiết lập. Vì sự thay đổi vị trí của máy thu có thể được xác định rất chính xác, nên vận tốc của máy thu cũng có thể được xác định. Bộ phận. Trong đó, phân đoạn điều khiển và phân đoạn không gian được phát triển, vận hành và duy trì bởi Không quân Hoa Kỳ. Hình ảnh sau đây cho thấy ba phân đoạn của hệ thống GPS. Các vệ tinh được đặt trong sáu mặt phẳng quỹ đạo với mỗi mặt phẳng quỹ đạo bao gồm bốn vệ tinh. Độ nghiêng của các mặt phẳng quỹ đạo và vị trí của các vệ tinh được sắp xếp theo những cách cụ thể sao cho tối thiểu sáu vệ tinh luôn trong tầm nhìn từ bất kỳ vị trí nào trên Trái đất. Vệ tinh được đặt trong Quỹ đạo Trái đất Trung bình (MEO) ở độ cao khoảng 20,000 KM. Để tăng khả năng dự phòng và cải thiện độ chính xác, tổng số Vệ tinh GPS trong chòm sao đã được tăng lên 32, trong đó 31 vệ tinh đang hoạt động. và các trạm theo dõi. Nhiệm vụ chính của phân đoạn điều khiển là theo dõi vị trí của các vệ tinh GPS và duy trì chúng theo quỹ đạo thích hợp với các lệnh điều động trợ giúp. và các thông số khác. Phân đoạn điều khiển GPS lại được chia thành bốn hệ thống con: Trạm điều khiển tổng thể mới (NMCS), Trạm điều khiển tổng thể thay thế (AMCS), bốn Anten mặt đất (GA) và mạng lưới Trạm giám sát (MS) trên toàn thế giới. Nút điều khiển trung tâm cho Chòm sao vệ tinh GPS là Trạm điều khiển chính (MSC). Nó được đặt tại Căn cứ Không quân Schriever, Colorado và hoạt động 24 × 7. Các trách nhiệm chính của Trạm điều khiển chính là: Bảo trì vệ tinh, Giám sát trọng tải, đồng bộ hóa đồng hồ nguyên tử, Điều động vệ tinh, quản lý hiệu suất Tín hiệu GPS, tải lên dữ liệu Tin nhắn điều hướng, phát hiện Lỗi Tín hiệu GPS và ứng phó với những lỗi đó. Có một số Trạm giám sát (MS) nhưng sáu trong số đó là quan trọng. Chúng được đặt tại Hawaii, Colorado Springs, Ascension Island, Diego Garcia, Kwajalein và Cape Canaveral. Các Trạm giám sát này liên tục theo dõi vị trí của các vệ tinh và dữ liệu được gửi đến Trạm điều khiển chính để phân tích thêm. Kwajalein. Các ăng-ten này được sử dụng để liên kết dữ liệu lên vệ tinh và dữ liệu có thể là bất kỳ thứ gì như hiệu chỉnh Đồng hồ, Lệnh đo từ xa và Tin nhắn điều hướng. định vị và thời gian. Nói chung, để truy cập các dịch vụ GPS, người dùng phải trang bị Bộ thu GPS như Mô-đun GPS độc lập, Điện thoại di động có hỗ trợ GPS và Bảng điều khiển GPS chuyên dụng. Với Bộ thu GPS này, người dùng dân dụng có thể biết được vị trí chuẩn, chính xác Thời gian và tốc độ trong khi quân đội sử dụng chúng để định vị chính xác, dẫn đường cho tên lửa, điều hướng, v.v. Nguyên lý hoạt động của GPS Với sự trợ giúp của Bộ thu GPS, chúng ta có thể tính toán vị trí của một vật thể ở bất kỳ đâu trên Trái đất trong không gian hai chiều hoặc ba chiều . Đối với điều này, máy thu GPS sử dụng một phương pháp Toán học được gọi là Trilateration, một phương pháp sử dụng vị trí của một đối tượng có thể được xác định bằng cách đo khoảng cách giữa đối tượng và một vài đối tượng khác với các vị trí đã biết. để tìm ra vị trí của máy thu, mô-đun máy thu phải biết hai điều sau: • Vị trí của các vệ tinh trong không gian và • Khoảng cách giữa các vệ tinh và bộ thu GPSXác định vị trí của các vệ tinh Để xác định vị trí của vệ tinh, Máy thu GPS sử dụng hai loại dữ liệu được truyền bởi Vệ tinh GPS: Dữ liệu Niên lịch và Dữ liệu Thời kỳ. Vệ tinh GPS liên tục truyền vị trí gần đúng của nó. Dữ liệu này được gọi là dữ liệu Almanac, được cập nhật định kỳ khi vệ tinh di chuyển trên quỹ đạo. Dữ liệu này được Bộ thu GPS nhận và được lưu trong bộ nhớ của nó. Với sự trợ giúp của dữ liệu Almanac, Bộ thu GPS có thể xác định quỹ đạo của các vệ tinh và cũng là nơi các vệ tinh được cho là. con đường thực tế của họ. Trạm điều khiển chính (MCS) cùng với các trạm giám sát chuyên dụng (MS) theo dõi đường đi của vệ tinh cùng với các thông tin khác như độ cao, tốc độ, quỹ đạo và vị trí. được gửi đến các vệ tinh để chúng ở vị trí chính xác. Dữ liệu quỹ đạo này được MCS gửi tới vệ tinh được gọi là Dữ liệu lịch thiên văn. Vệ tinh, khi nhận được dữ liệu này, sẽ sửa lại vị trí của nó và cũng gửi dữ liệu này đến Bộ thu GPS. Almanac và Ephemeris, Bộ thu GPS có thể biết vị trí chính xác của các vệ tinh, mọi lúc. Công thức tính khoảng cách của vệ tinh từ Bộ thu GPS được đưa ra dưới đây: Khoảng cách = Vận tốc ánh sáng x Thời gian truyền của tín hiệu vệ tinh Ở đây, Thời gian vận chuyển là Thời gian được thực hiện bởi Tín hiệu vệ tinh (Tín hiệu ở dạng Sóng vô tuyến, do Vệ tinh gửi đến Máy thu GPS) để đến Máy thu. Vận tốc của ánh sáng là một giá trị không đổi và bằng C = 3 x 108 m / s. Để tính toán thời gian, trước tiên chúng ta cần hiểu tín hiệu được gửi bởi vệ tinh. Tín hiệu được chuyển mã do vệ tinh truyền đi được gọi là Pseudo Random Noise (PRN). Khi vệ tinh tạo ra mã này và bắt đầu truyền, Bộ thu GPS cũng bắt đầu tạo cùng một mã và cố gắng đồng bộ hóa chúng. Sau khi biết vị trí của các vệ tinh và khoảng cách của chúng từ Bộ thu GPS, thì việc tìm ra vị trí của Bộ thu GPS trong Không gian 2D hoặc Không gian 3D có thể được thực hiện bằng cách sử dụng phương pháp sau. để tìm vị trí của đối tượng hoặc Bộ thu GPS trong 2 - Không gian chiều tức là một Máy bay XY, tất cả những gì chúng ta cần tìm là khoảng cách giữa bộ thu GPS và hai trong số các vệ tinh. Gọi D1 và D2 ​​lần lượt là khoảng cách của Máy thu từ vệ tinh 1 và vệ tinh 2. Bây giờ, với các vệ tinh ở tâm và bán kính là D1 và D2, hãy vẽ hai đường tròn xung quanh chúng trên một mặt phẳng XY. Hình ảnh minh họa của trường hợp này được thể hiện trong hình sau Từ hình trên, rõ ràng là Bộ thu GPS có thể được đặt tại một trong hai điểm mà hai vòng tròn giao nhau. Nếu khu vực phía trên vệ tinh bị loại trừ, chúng tôi có thể xác định vị trí của Bộ thu GPS tại điểm giao nhau của các vòng tròn bên dưới vệ tinh. Thông tin khoảng cách từ hai vệ tinh là đủ để xác định vị trí của Bộ thu GPS trong Máy bay 2-D hoặc XY. Nhưng thế giới thực là không gian 3 chiều và chúng ta cần xác định vị trí 3 - chiều của Bộ thu GPS tức là Vĩ độ, Kinh độ và Cao độ của nó. Chúng ta sẽ thấy quy trình từng bước để xác định vị trí 3 chiều của Bộ thu GPS. Nếu Vệ tinh 1 ở khoảng cách D1 từ Máy thu, thì rõ ràng là vị trí của Máy thu có thể ở bất kỳ đâu của bề mặt hình cầu được tạo thành với vệ tinh 1 là tâm và D1 là bán kính của nó. vệ tinh thứ hai (Vệ tinh 2) từ máy thu là D2, khi đó vị trí của máy thu có thể được giới hạn trong đường tròn tạo bởi giao điểm của hai mặt cầu có bán kính D1 và D2 ​​với vệ tinh 1 và 2 lần lượt tại các tâm. , vị trí của Bộ thu GPS có thể được thu hẹp đến một điểm trên vòng tròn giao nhau. Nếu chúng ta thêm vệ tinh thứ ba (Vệ tinh 3) với khoảng cách D3 từ Bộ thu GPS đến hai vệ tinh hiện có, thì vị trí của bộ thu được giới hạn trong giao điểm của ba quả cầu tức là Trong các tình huống thời gian thực, việc đặt Bộ thu GPS ở một trong hai vị trí là không khả thi. Điều này có thể được giải quyết bằng cách đưa vào vệ tinh thứ tư (Vệ tinh 4) với khoảng cách D4 từ máy thu. Vệ tinh thứ tư sẽ có thể chỉ ra vị trí của Máy thu GPS từ hai vị trí có thể đã được xác định trước đó chỉ với ba vệ tinh. Do đó, trong thời gian thực, cần tối thiểu 4 vệ tinh để xác định vị trí chính xác của đối tượng. GPS được sử dụng bởi cả dân thường và quân sự. Do đó, các loại máy thu GPS có thể được phân loại thành Máy thu GPS dân dụng và Máy thu GPS quân sự. Nhưng cách phân loại tiêu chuẩn dựa trên loại mã mà máy thu có thể phát hiện được. Về cơ bản, có hai loại mã mà Vệ tinh GPS truyền: Mã thu thập thô (Mã C / A) và P - Mã. Bộ thu GPS của người tiêu dùng chỉ có thể phát hiện Mã C / A. Mã này không chính xác và do đó hệ thống định vị dân sự được gọi là Dịch vụ Định vị Tiêu chuẩn (SPS). Mặt khác, P - Code được Quân đội sử dụng và là một mã có độ chính xác cao. Hệ thống định vị được quân đội sử dụng được gọi là Dịch vụ Định vị Chính xác (PPS). Máy thu GPS có thể được phân loại dựa trên khả năng giải mã các tín hiệu này. Một cách khác để phân loại máy thu GPS bán trên thị trường là dựa trên khả năng nhận tín hiệu. Sử dụng phương pháp này, Máy thu GPS có thể được chia thành: Đơn - Máy thu mã tần số Đơn - Máy thu tần số - Máy thu mã nhẵn Đơn - Mã tần số & Máy thu sóng mang Hai - Máy thu tần số Ứng dụng của Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) GPS đã trở thành một phần thiết yếu của Cơ sở hạ tầng toàn cầu, tương tự như Internet. GPS đã là yếu tố quan trọng trong việc phát triển một loạt các ứng dụng trải rộng trên các khía cạnh khác nhau của cuộc sống hiện đại. Việc gia tăng sản xuất quy mô lớn và thu nhỏ các thành phần đã làm giảm giá của Máy thu GPS. Dưới đây là một danh sách nhỏ các ứng dụng mà GPS đóng một vai trò quan trọng. Nông dân đang sử dụng Công nghệ GPS cùng với các thiết bị điện tử hiện đại để có được thông tin chính xác về diện tích đồng ruộng, năng suất trung bình, mức tiêu thụ nhiên liệu, khoảng cách bao phủ, v.v. GPS cho phép những chiếc xe này điều hướng và định vị. Người dân sử dụng Bộ thu GPS cho mục đích điều hướng. Bộ thu GPS có thể là một mô-đun chuyên dụng hoặc một mô-đun nhúng trong điện thoại di động và đồng hồ đeo tay. Chúng rất hữu ích trong việc đi bộ đường dài, đi đường trường, lái xe, v.v. Các tính năng bổ sung bao gồm thời gian và tốc độ chính xác của phương tiện. hệ thống hướng dẫn, v.v. Có rất nhiều ứng dụng khác mà GPS đang được sử dụng hoặc phạm vi sử dụng rộng lớn trong tương lai.

Để lại lời nhắn 

Danh sách tin nhắn