Tìm hiểu phương pháp đo vị trí dịch chuyển dùng sóng radio

Tiểu luâ ân: Tìm hiểu phương pháp đo vi trí dich chuyển dùng sóng radio I.Khái niêâm: Sóng radio (sóng vô tuyến) kiểu xạ điện từ với bước sóng phổ điện từ dài ánh sáng hồng ngoại Sóng radio có tần số từ kHz tới 300 GHz, tương ứng bước sóng từ 100km tới 1mm Giống sóng điện từ khác, chúng truyền với vận tốc ánh sáng Sóng radio xuất tự nhiên sét, đối tượng thiên văn Sóng radio người tạo nên dùng cho radar, phát thanh, liên lạc vô tuyến di động cố định hệ thống dẫn đường khác Thông tin vệ tinh, mạng máy tính vô số ứng dụng khác Các tần số khác sóng vô tuyến có đặc tính truyền lan khác khí Trái Đất; sóng dài truyền theo đường cong Trái Đất, sóng ngắn nhờ phản xạ từ tầng điện ly nên truyền xa, bước sóng ngắn bị phản xạ yếu truyền đường nhìn thẳng Biểu đồ điện trường (E) từ trường (H) sóng vô tuyến phát từ anten phát vô tuyến đơn cực (đường thẳng đứng nhỏ màu đen trung tâm) Trường E H vuông góc với phương truyền sóng II.Phương pháp đo: 1.Phương pháp đinh vi toàn cầu GPS: Hệ thống Đinh vi Toàn cầu (tiếng Anh: Global Positioning System - GPS) hệ thống xác định vị trí dựa vị trí vệ tinh nhân tạo, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành quản lý Trong thời điểm, tọa độ điểm mặt đất xác định xác định khoảng cách từ điểm đến ba vệ tinh Khi nói GPS, người ta đơn giản nhìn thấy thiết bị nhỏ gọn đút lọt túi Trên thực tế, phần rất nhỏ toàn hệ thống đồ sộ phức tạp Hệ thống định vị toàn cầu này, thực chất bao gồm 27 vệ tinh nhân tạo quay liên tục quanh Trái đất (trong 24 vệ tinh thực hoạt động vệ tinh để dự phòng cố) Quân đội Mỹ lần phát triển mạng lưới vệ tinh nhằm mục đích định vị quân sự, sau mở rộng cho nhiều nhu cầu dân khác Mỗi vệ tinh ngày vòng quanh Trái đất Quỹ đạo chúng điều chỉnh, để lúc nào, nơi có vệ tinh "nhìn thấy" bầu trời Sự xác định vị trí thông qua vệ tinh thực nhờ phép toán đơn giản có tên gọi Trilateration - tạm dịch: phép đo tam giác Hãy tìm hiểu nguyên lý phép toán không gian chiều chiều 2D – Trilateration: Hãy thử tưởng tưởng bạn lãnh thổ Hoa Kỳ, lý trời đất hõi mà bạn hoàn toàn lạc lối Bạn đầu mối nơi bạn đặt chân, đồ tay trở nên vô dụng Bạn tìm đến cư dân địa phương hỏi, "Tôi đâu?" Anh ta trả lời, "Bạn cách Boise, Idaho 625 dặm." Thông tin hữu ích, thực ra, với bạn hoàn toàn vô dụng Bạn nơi đâu đường tròn hình vẽ Bạn tiếp tục tìm đến người khác, nhận câu trả lời, "Anh cách Minneapolis, Minnesota 690 dặm." Giờ chuyện chút Kết hợp thông tin với thông tin trên, bạn có vòng tròn giao Bạn biết bạn nằm giao điểm Nếu người thứ cho bạn biết bạn cách Tucson, Arizona 615 dặm - chuyện trở nên ổn thỏa Giờ vòng tròn giao điểm (Tất nhiên, trường hợp người dân địa phương không chém gió), bạn biết xác đâu - Denver, Colorado Với không gian chiều, chế hoạt động tương tự trên, khác chỗ, hình tròn thay hình cầu, bán kính xoay đủ hướng không gian không giới hạn mặt phẳng 3D – Trilateration: Nếu bạn biết bạn cách vệ tinh A 10 dặm, bạn bề mặt cầu khổng lồ có bán kính 10 dặm Tiếp theo, bạn biết cách vệ tinh B 15 dặm, bạn có hình cầu số 2, to chút hình cầu giao tạo nên đường tròn hoàn hảo Nếu bạn biết khoảng cách tới vệ tinh số 3, đường tròn bạn lại điểm Trái đất tự thân hoạt động cầu thứ Trừ bạn đóng vai siêu nhân phim hành động đó, trường hợp lại, nơi bạn đặt chân chắn phải mặt đất Do đó, bạn loại bỏ điểm lơ lửng vũ trụ Tuy nhiên, phần lớn trường hợp, thiết bị thu nhận tín hiệu GPS cần đến hoạt động (hoặc nhiều thế) vệ tinh, nhằm tăng độ xác cung cấp thông tin chi tiết Để thực phép toán này, máy thu GPS phải thực điều: Các vị trí vệ tinh quay đầu bạn Khoảng cách từ bạn đến vệ tinh Những thiết bị GPS thu thập số thông qua việc phân tích tín hiệu radio có tần số cao, lượng thấp từ vệ tinh GPS Nhiều máy móc có đến 3-4 đầu thu GPS, chúng thu nhận đồng thời tín hiệu từ nhiều vệ tinh Các sóng radio có lượng điện từ, điều có nghĩa chúng di chuyển với tốc độ ánh sáng Các đầu thu tín hiệu tìm khoảng cách từ nơi bạn đứng đến vị trí vệ tinh, thông qua việc xác định thời gian mà sóng di chuyển quãng đường Tuy nhiên, việc tính toán thời gian không đơn giản chút *Bộ máy tính toán GPS: Vào thời điểm cụ thể (hãy giả dụ nửa đêm), vệ tinh bắt đầu truyền khuôn mẫu dài, dạng số gọi mã giả-ngẫu nhiên Bộ phận tiếp nhận bắt đầu chạy chuỗi số vào nửa đêm Khi sóng vệ tinh gặp phận tiếp nhận, truyền chuỗi chậm lại chút trước phận tiếp nhận chạy chuỗi số Độ dài thời gian trì hoãn khoảng thời gian sóng di chuyển Bộ phận tiếp nhận nhân khoảng thời gian với tốc độ ánh sang để xác định khoảng cách mà sóng qua Giả định sóng truyền theo đường thẳng, khoảng cách từ phận tiếp nhận đến vệ tinh Để lập đo lường này, phận tiếp nhận vệ tinh cần đồng hồ đồng hóa đến đơn vị phần tỷ giây Để tạo hệ thống định vị vệ tinh mà sử dụng đồng hồ thời gian, bạn cần đến đồng hồ nguyên tử không tất vệ tinh, mà phận tiếp nhận Nhưng đồng hồ nguyên tử có giá từ 50.000 đến 100.000 đô la Mỹ, giá chát thiết bị dân dụng GPS có giải pháp thông minh hiệu cho vấn đề Mỗi vệ tinh trang bị đồng hồ nguyên tử đắt tiền, thân đầu thu lại sử dụng đồng hồ thạch anh bình thường, liên tục tự reset Chính nhờ điều này, đầu thu có khả nhận giá trị thời gian nhất, giá trị hoàn toàn phụ thuộc vào đồng hồ nguyên tử nằm vệ tinh Giá trị thời gian xác làm cho tất sóng tín hiệu giao điểm ko gian Kết cuối cùng, máy thu GPS trang bị "miễn phí" đồng hồ nguyên tử lẽ có giá đến hàng chục nghìn đô la Tuy nhiên, tự điều chỉnh thông qua đồng hồ thạch anh làm cho tín hiệu trở nên lệch lạc Bốn hình cầu bạn không giao điểm lý thuyết Lại lần nữa, khả tự reset khả đồng hóa đồng hồ thạch anh đầu thu đồng hồ nguyên tử vệ tinh giải điều Sau lần tự điều chỉnh, đầu thu tín hiệu đọc khoảng cách cách tương đối xác Nhiều người cho rằng, GPS đo đạc xác khoảng cách từ nơi người dùng đến vị trí vệ tinh Thực tế, điều khó, bạn biết vệ tinh di chuyển với tốc độ nhanh Các đầu thu GPS đơn giản làm công việc "niên lịch", lưu giữ lại quỹ đạo vệ tinh, từ cho ta biết vệ tinh đâu vào thời điểm Lực tác động từ Mặt trăng Mặt trời làm thay đổi chút quỹ đạo di chuyển vệ tinh này, hệ thống GPS có giám sát chặt chẽ Bất thay đổi gửi đến tất máy thu GPS phần tín hiệu truyền đến từ vệ tinh *Đôâ chính xác của GPS: Các máy thu GPS ngày xác, nhờ vào thiết kế nhiều kênh hoạt động song song chúng Các máy thu 12 kênh song song (của Garmin) nhanh chóng khóa vào vệ tinh bật lên chúng trì kết nối bền vững, chí tán rậm rạp thành phố với nhà cao tầng Trạng thái khí nguồn gây sai số khác ảnh hưởng tới độ xác máy thu GPS Các máy thu GPS có độ xác trung bình vòng 15 mét Các máy thu với khả WAAS (Wide Area Augmentation System) tăng độ xác trung bình tới mét Không cần thêm thiết bị hay phí để có lợi điểm WAAS Người dùng có độ xác tốt với GPS vi sai (Differential GPS, DGPS) sửa lỗi tín hiệu GPS để có độ xác khoảng đến mét Cục Phòng vệ Bờ biển Mỹ vận hành dịch vụ sửa lỗi Hệ thống bao gồm mạng đài thu tín hiệu GPS phát tín hiệu sửa lỗi máy phát hiệu Để thu tín hiệu sửa lỗi, người dùng phải có máy thu tín hiệu vi sai bao gồm ăn-ten để dùng với máy thu GPS họ *Những thiết bi sử dụng ứng dụng GPS GPS ngày thực mở rộng nhiều lĩnh vực, từ quân dân Hãy điểm qua thiết bị sử dụng ứng dụng -GPS phương tiện xe cộ Cực kỳ phổ biển có nhiều ứng dụng Không làm nhiệm vụ đồ, thiết bị GPS gắn xe cho bạn biết xem lộ trình bớt ùn tắc sáng hôm nay, kiểm soát tốc độ lộ trình ngày hôm trước, cảnh báo bạn vượt tốc độ vào vùng giới hạn Chức chống trộm điểm đáng lưu ý, đây, với GPS gắn xe, bạn dễ dàng biết vị trí xe thân yêu Bạn tùy chọn cách thông báo: hiển thị dạng văn đường, dạng đồ (hay dùng nhất), giọng nói nữ phát thành viên dễ thương -GPS điện thoại Ở đây, Sim điện thoại bạn đóng vai trò đầu thu Rất nhiều mạng viễn thông Việt Nam có khả cung cấp dịch vụ GPS điện thoại: VIETTEL, MOBIFONE, VINAFONE , bạn khỏi địa phận Việt Nam, bạn trì dịch vụ cách Roaming chuyển vùng quốc tế -GPS laptop Rất nhiều laptop mặc định cài sẵn chương trình GPS xe sử dụng qua máy tính xách tay GPS laptop có nhiều ưu so với xe: Bản đồ rộng lớn chi tiết hơn, khả sử dụng bàn phím để kiểm soát tính GPS, đồng thời có số tính mà thiết bị khác không có, ví dụ khả thiết lập lịch trình chuyến -GPS cầm tay Có khả hoạt động độc lập, tự thu tín hiệu, tự xử lý hiển thị hình máy Cũng có nhiều nét tương đồng với thiết bị GPS khác khả vẽ đồ, khả nhớ Waypoint , nhiên thiết bị cầm tay thiết kế cho tay máu me du lịch bụi, cần đến gọn nhẹ, tiện sử dụng bền 2.Radar thuâât ngữ viết tắt cụm từ tiếng Anh: RAdio Detection And Ranging (dò tìm định vị sóng vô tuyến) hay Radio Angle Detection And Ranging (dò tìm định vị góc sóng vô tuyến) tiếng Anh Đây hệ thống sử dụng để định vị đo khoảng cách lập đồ vật thể máy bay hay mưa Radar phát vật khoảng cách phản hồi sóng radio Khoảng thời gian phản hồi để xác định khoảng cách Phương hướng tia xác định hướng phản hồi Sự phân cực tần số sóng phản hồi cho biết bề mặt vật Radar định vị quét vùng không gian rộng từ đến lần phút Dùng sóng ngắn phản hồi từ đất hay đá Radar sử dụng phổ biến tàu thương mại hay máy bay thương mại đường dài Radar dùng cho mục đích thông thường dùng tần số radar định vị, tia điều biến phân cực để máy thu để xác định bề mặt vật phản hồi Radar thông thường tốt định dạng mưa bão, mặt đất hay phương tiện di chuyển Một số để lên liệu âm liệu đồ từ định vị GPS Radar tìm kiếm quét vùng rộng lớn với xung tia radio ngắn Chúng thường quét vùng không gian từ đến lần phút Thỉnh thoảng radar dùng hiệu ứng Doppler để tách phương tiện vận chuyển với môi trường Radar dò tìm mục tiêu sử dụng nguyên lý radar tìm kiếm quét vùng không gian nhỏ nhiều, thường vài lần giây hay