Hệ thống định vị toàn cầu

Hệ thống định vị toàn cầu Bách khoa toàn thư mở Wikipedia Hệ thống định vị toàn cầu (tiếng Anh: Global Positioning System - GPS) hệ thống xác định vị trí dựa vị trí Artist's conception of GPS satellite in orbit vệ tinh nhân tạo Trong thời điểm, vị trí mặt đất xác định khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) tính tọa độ vị trí GPS thiết kế quản lý Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, phủ Hoa Kỳ cho phép người giới sử dụng miễn phí, quốc tịch Các nước Liên minh châu Âu xây dựng Hệ thống định vị Galileo, có tính giống GPS Hoa Kỳ, dự tính bắt đầu hoạt động năm 2013 Mục lục [ẩn] Phân loại Sự hoạt động GPS Độ xác GPS Hệ thống vệ tinh GPS o 4.1 Phần không gian o 4.2 Phần kiểm soát o 4.3 Phần sử dụng Tín hiệu GPS Nguồn lỗi tín hiệu GPS Các thiết bị ứng dụng GPS o 7.1 Điện thoại di động o 7.2 Trong quân Liên kết [sửa]Phân loại Thiết bị thu tín hiệu GPS dân phương tiện hải dương Hệ thống định vị toàn cầu Mỹ hệ dẫn đường dựa mạng lưới 24 vệ tinh Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đặt quỹ đạo không gian Các hệ thống dẫn đường truyền thống hoạt động dựa trạm phát tín hiệu vô tuyến điện Được biết đến nhiều hệ thống sau: LORAN – (LOng RAnge Navigation) – hoạt động giải tần 90-100 kHz chủ yếu dùng cho hàng hải, hay TACAN – (TACtical Air Navigation) – dùng cho quân đội Mỹ biến thể với độ xác thấp VOR/DME – VHF (Omnidirectional Range/Distance Measuring Equipment) – dùng cho hàng không dân dụng Gần đồng thời với lúc Mỹ phát triển GPS, Liên Xô phát triển hệ thống tương tự với tên gọi GLONASS Hiện Liên minh Châu Âu phát triển hệ dẫn đường vệ tinh mang tên Galileo Ban đầu, GPS GLONASS phát triển cho mục đích quân sự, nên chúng dùng cho dân không hệ đưa đảm bảo tồn liên tục độ xác Vì chúng không thỏa mãn yêu cầu an toàn cho dẫn đường dân hàng không hàng hải, đặc biệt vùng thời điểm có hoạt động quân quốc gia sở hữu hệ thống Chỉ có hệ thống dẫn đường vệ tinh châu Âu Galileo (đang xây dựng) từ đầu đặt mục tiêu đáp ứng yêu cầu nghiêm ngặt dẫn đường định vị dân GPS ban đầu dành cho mục đích quân sự, từ năm 1980 phủ Mỹ cho phép sử dụng dân GPS hoạt động điều kiện thời tiết, nơi Trái Đất, 24 ngày Không phí thuê bao tiền trả cho việc thiết lập sử dụng GPS [sửa]Sự hoạt động GPS Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần ngày theo quỹ đạo xác phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất Các máy thu GPS nhận thông tin phép tính lượng giác tính xác vị trí người dùng Về chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu phát từ vệ tinh với thời gian nhận chúng Sai lệch thời gian cho biết máy thu GPS cách vệ tinh bao xa Rồi với nhiều quãng cách đo tới nhiều vệ tinh máy thu tính vị trí người dùng hiển thị lên đồ điện tử máy Máy thu phải nhận tín hiệu ba vệ tinh để tính vị trí hai chiều (kinh độ vĩ độ) để theo dõi chuyển động Khi nhận tín hiệu vệ tinh máy thu tính vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ độ cao) Một vị trí người dùng tính máy thu GPS tính thông tin khác, tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình, quãng cách tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn nhiều thứ khác [sửa]Độ xác 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 [sửa]Hệ thống vệ tinh GPS Hệ thống vệ tinh GPS chia làm phần: [sửa]Phần không gian Gồm 24 vệ tinh (21 vệ tinh hoạt động vệ tinh dự phòng) nằm quỹ đạo xoay quanh trái đất Chúng cách mặt đất 12 nghìn dặm Chúng chuyển động ổn định, hai vòng quỹ đạo khoảng thời gian gần 24 Các vệ tinh chuyển động với vận tốc nghìn dặm Các vệ tinh quỹ đạo bố trí cho máy thu GPS mặt đất nhìn thấy tối thiểu vệ tinh vào thời điểm Các vệ tinh cung cấp lượng Mặt Trời Chúng có nguồn pin dự phòng để trì hoạt động chạy khuất vào vùng ánh sáng Mặt Trời Các tên lửa nhỏ gắn vệ tinh giữ chúng bay quỹ đạo định [sửa]Phần kiểm soát Mục đích phần kiểm soát vệ tinh hướng theo quỹ đạo thông tin thời gian xác Có tất trạm kiểm soát đặt rãi rác trái đất Bốn trạm kiểm soát hoạt động cách tự động, trạm kiểm soát trung tâm Bốn trạm nhận tín hiệu liên tục từ vệ tinh gữi thông tin đến trạm kiểm soát trung tâm Tại trạm kiểm soát trung tâm, sửa lại data cho kết hợp với hai anten khác để gữi lại thông tin cho vệ tinh [sửa]Phần sử dụng Phần sử dụng thiết bị nhận tín hiệu vệ tinh GPS người sử dụng thiết bị Dưới số thông tin đáng ý vệ tinh GPS (còn gọi NAVSTAR, tên gọi thức Bộ Quốc phòng Mỹ cho GPS):  Vệ tinh GPS phóng năm 1978  Hoàn chỉnh đầy đủ 24 vệ tinh vào năm 1994  Mỗi vệ tinh làm để hoạt động tối đa 10 năm  Vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1500 kg dài khoảng 17 feet (5 m) với lượng Mặt Trời mở (có độ rộng m²)  Công suất phát 50 watts [sửa]Tín hiệu GPS Các vệ tinh GPS phát hai tín hiệu vô tuyến công suất thấp giải L1 L2 (Giải L phần sóng cực ngắn phổ điện từ trải rộng từ 0,39 tới 1,55 GHz) GPS dân dùng tần số L1 1575.42 MHz giải UHF Tín hiệu truyền trực thị, có nghĩa chúng xuyên qua mây, thuỷ tinh nhựa không qua phần lớn đối tượng cứng núi nhà L1 chứa hai mã "giả ngẫu nhiên"(pseudo random), mã Protected (P) mã Coarse/Acquisition (C/A) Mỗi vệ tinh có mã truyền dẫn định, cho phép máy thu GPS nhận dạng tín hiệu Mục đích mã tín hiệu để tính toán khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu GPS Tín hiệu GPS chứa ba mẩu thông tin khác – mã giả ngẫu nhiên, liệu thiên văn liệu lịch Mã giả ngẫu nhiên đơn giản mã định danh để xác định vệ tinh phát thông tin Có thể nhìn số hiệu vệ tinh trang vệ tinh máy thu Garmin để biết nhận tín hiệu Dữ liệu thiên văn cho máy thu GPS biết vệ tinh đâu quỹ đạo thời điểm ngày Mỗi vệ tinh phát liệu thiên văn thông tin quỹ đạo cho vệ tinh vệ tinh khác hệ thống Dữ liệu lịch phát đặn vệ tinh, chứa thông tin quan trọng trạng thái vệ tinh (lành mạnh hay không), ngày Phần tín hiệu cốt lõi để phát vị trí [sửa]Nguồn lỗi tín hiệu GPS Những yếu tố làm giảm tín hiệu GPS ảnh hưởng tới xác bao gồm:  Giữ chậm tầng đối lưu tầng ion – Tín hiệu vệ tinh bị chậm xuyên qua tầng khí  Tín hiệu nhiều đường – Điều xảy tín hiệu phản xạ từ nhà hay đối tượng khác trước tới máy thu  Lỗi đồng hồ máy thu – Đồng hồ có máy thu không xác đồng hồ nguyên tử vệ tinh GPS  Lỗi quỹ đạo – Cũng biết lỗi thiên văn, vệ tinh thông báo vị trí không xác  Số lượng vệ tinh nhìn thấy – Càng nhiều vệ tinh máy thu GPS nhìn thấy xác Nhà cao tầng, địa hình, nhiễu loạn điện tử chí tán dầy chặn thu nhận tín hiệu, gây lỗi định vị không định vị Nói chung máy thu GPS không làm việc nhà, nước đất  Che khuất hình học – Điều liên quan tới vị trí tương đối vệ tinh thời điểm Phân bố vệ tinh lí tưởng vệ tinh vị trí tạo góc rộng với Phân bố xấu xảy vệ tinh đường thẳng cụm thành nhóm  Sự giảm có chủ tâm tín hiệu vệ tinh – Là làm giảm tín hiệu cố ý áp đặt Bộ Quốc phòng Mỹ, nhằm chống lại việc đối thủ quân dùng tín hiệu GPS xác cao Chính phủ Mỹ ngừng việc từ tháng năm 2000, làm tăng đáng kể độ xác máy thu GPS dân (Tuy nhiên biện pháp hoàn toàn sử dụng lại điều kiện cụ thể để đảm bảo gậy ông không đập lưng ông Chính điều tiềm ẩn hạn chế an toàn cho dẫn đường định vị dân sự.) .. .Hệ thống định vị toàn cầu Mỹ hệ dẫn đường dựa mạng lưới 24 vệ tinh Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đặt quỹ đạo không gian Các hệ thống dẫn đường truyền thống hoạt động dựa trạm... không hệ đưa đảm bảo tồn liên tục độ xác Vì chúng không thỏa mãn yêu cầu an toàn cho dẫn đường dân hàng không hàng hải, đặc biệt vùng thời điểm có hoạt động quân quốc gia sở hữu hệ thống Chỉ có hệ. .. quân quốc gia sở hữu hệ thống Chỉ có hệ thống dẫn đường vệ tinh châu Âu Galileo (đang xây dựng) từ đầu đặt mục tiêu đáp ứng yêu cầu nghiêm ngặt dẫn đường định vị dân GPS ban đầu dành cho mục đích