1. Sơ lược về sự phát triển của hệ thống định vị toàn cầu:
Theo Vanicek và Krakiwsky (1986), định vị là xác định vị trí của các vật thể tĩnh hoặc động trong không gian. Thông thường, vị trí của các vật thể có thể được xác định trong một hệ toạ độ không gian ba chiều đã được định nghĩa trước (gọi là định vị điểm hay định vị tuyệt đối) hoặc theo những điểm đã có toạ độ xác định (gọi là định vị tương đối).
Phương pháp định vị vô tuyến được phát triển vào đầu những năm 40 là một phương pháp cho kết quả định vị có độ chính xác cao, phạm vị ứng dụng rộng rãi và có thể hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết. Phương pháp này dựa trên các sóng vô tuyến phát đi để xác định tọa độ trong không gian. Hệ thống định vị đầu tiên được Mỹ xây dựng trên bờ Bắc Đại Tây Dương với các trạm vô tuyến đặt rải rác trên mặt đất trong một khu vực rộng lớn. Hệ thống này được triển khai ứng dụng đầu tiên cho quân đội Mỹ trong chiến tranh thế giới thứ hai và sau đó trở thành phương pháp căn bản cho sự phát triển của hệ thống định vị toàn cầu GPS.
2. Hệ thống định vị vô tuyến:
Hệ thống định vị trên mặt đất
Trên phương diện lịch sử, các hệ thống định vị vô tuyến trên mặt đất xuất phát từ hệ thống xác định hướng bằng sóng vô tuyến, hệ thống này có tên gọi tắt theo từ tiếng Anh là RDF (Radio Direction Finding ). Hệ thống định vị này hoạt động trên một nguyên lý chung là dùng sóng vô tuyến phát ra từ những trạm đặt tại những vị trí đã biết trước tọa độ trên mặt đất để xác định tọa độ của những điểm chưa biết.
Hệ thống RDF dựa trên nguyên lý hoạt động tương đối dễ hiểu. Một cách đơn giản, trên một vị trí đã biết trước tọa độ, một trạm phát được dùng để phát đi các
tín hiệu vô tuyến. Tại vị trí cần xác định tọa độ. một anten định hướng được dùng để xác định một Bearing (compass sightings) tới trạm vô tuyến. Góc Bearing là góc hợp bởi phương của đường thẳng đi qua vị trí cần xác định và vị trí đặt trạm với một phương chuẩn cụ thể (thường được chọn là hướng Bắc địa lý). Quá trình được lặp lại đối với các trạm khác tiếp theo để xác định các góc Bearing tương ứng từ điểm đó tới các trạm này. Tọa độ của điểm cần xác định là giao điểm của hai đường thẳng đến từ hai trạm khác nhau.
Hình 1. Xác định tọa độ qua các góc Bearing
Hệ thống định vệ tinh
Hệ thống định vị toàn cầu sử dụng các đặc điểm của sóng vô tuyến phát đi để xác định tọa độ. Không giống như các hệ thống định vị sử dụng các trạm phát trên mặt đất trước đây, các trạm phát đặt trên vệ tinh thường bao phủ trái đất với độ chính xác cao hơn các trạm trên mặt đất. Các vệ tinh phát các thông tin định thời, thông tin về vị trí và thông tin về tình trạng của vệ tinh. Mảng không gian (Space Segment) là một thuật ngữ kỹ thuật chỉ các vệ tinh nằm trong hệ thống. Người sử dụng cần một máy thu vô tuyến đặc biệt (máy thu GPS) để thu tín hiệu vô tuyến phát từ vệ tinh. Máy thu chứa một máy tính đặc biệt để tính vị trí từ tín hiệu vệ tinh. Số người sử dụng hệ thống tại một thời điểm là không giới hạn. Người sử dụng với máy thu của họ được gọi là mảng người sử dụng (User segment).
Các vệ tinh được điều khiển và giám sát từ các trạm trên mặt đất (Control segment). Trạm điều khiển giám sát độ chính xác và tình trạng của mỗi vệ tinh. Các lệnh vận hành, thông số quỹ đạo và các hiệu chỉnh thời gian được truyền đến các vệ tinh từ các trạm điều khiển theo một chu kỳ nhất định.
Nguồn tín hiệu cung cấp thông tin định vị có độ chính xác cao hơn được dành riêng cho quân đội mỗi nước và nguồn có độ chính xác thấp hơn được cung cấp miễn phí cho các ứng dụng trong dân sự.