Do nguyên tắc cấu thành 3 hệ thống GNSS là như nhau nên ta có thể xét điển hình với GPS.
Hệ thống GNSS được cấu tạo thành ba phần: phần không gian, phần điều khiển và phần người sử dụng. Cụ thể, mô tả hệ thống GPS của Mỹ như sau:
Phần không gian :
Gồm 24 vệ tinh (21 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự phòng) nằm trên các quỹ đạo xoay quanh trái đất. Chúng cách mặt đất 20.200 km, bán kính quỹ đạo 26.600 km. Quỹ đạo chuyển động của vệ tinh nhân tạo xung quanh trái đất là quỹ đạo tròn, 24 vệ tinh nhân tạo chuyển động trong 6 mặt phẳng quỹ đạo. Các vệ tinh trên quỹ đạo được bố trí sao cho các máy thu GPS trên mặt đất có thể nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tinh vào bất kỳ thời điểm nào.
Các vệ tinh được cung cấp bằng năng lượng Mặt Trời. Chúng có các nguồn pin dự phòng để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng không có ánh sáng Mặt Trời. Các tên lửa nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định.
Nhiệm vụ :
- Liên tục phát quảng bá các bản tin dẫn đường trên tín hiệu vệ tinh đến máy thu GPS (mang thông tin vị trí của vệ tinh và thời điểm phát bản tin).
- Duy trì thời gian tham chiếu với độ chính xác cao (sai số từ 10-12 đến 10-14s). - Nhận và lưu trữ các thông tin từ trạm điều khiển mặt đất.
- Thực hiện hiệu chỉnh quỹ đạo vệ tinh và sai số đồng hồ.
Phần điều khiển :
Phần điều khiển là để duy trì hoạt động của toàn bộ hệ thống GPS cũng như hiệu chỉnh tín hiệu thông tin của vệ tinh hệ thống GPS. Phần điều khiển có 5 trạm quan sát có nhiệm vụ như sau:
Giám sát và điều khiển hệ thống vệ tinh liên tục
Quy định thời gian hệ thống GPS
Dự đoán dữ liệu lịch thiên văn và hoạt động của đồng hồ trên vệ tinh
Cập nhật định kỳ thông tin dẫn đường cho từng vệ tinh cụ thể.
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.
Phần người sử dụng :
Phần người sử dụng bao gồm tất cả các khách hàng có máy thu GPS. Các bộ thu GPS có thể là các máy ở dạng đơn chiếc gọn nhẹ, loại bỏ túi hoặc đeo tay như đồng hồ, có thể là những bộ thu gồm nhiều chiếc, cho phép xác địng vị trí tương hỗ giữa các điểm với sai số cỡ cm, thậm chí đến mm với khoảng cách vài ba chục, vài ba trăm đến hàng ngàn km. Bộ thu bao gồm:
Phần cứng( theo dõi tín hiệu và trị đo khoảng cách)
Phần mềm( các thuật toán, giao diện người sử dụng)
Các quá trình điều hành
Hình 2.14: Hệ thống GPS ngày nay