PHẦN A - LÝ THUYẾT VỀ LOCATION BASED SERVICE
Chương 2 CÁC CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ
2.2 Tìm hiểu các thiết bị hổ trợ người dùng .1 PDA và điện thoại di động
2.3.2 Tìm hiểu về GPS
a. Các thành phần của GPS
Hệ thống GPS gồm có 3 thành phần chính: hệ thống không gian, Trạm điều khiển và người dùng.
Hệ thống không gian: Bao gồm 24 vệ tinh là trái tim của toàn bộ hệ thống. Các vệ tinh chuyển động trên “quĩ đạo cao” cách mặt đất khoảng 19,300 km.
Với độ cao như vậy, cho phép tín hiệu của mỗi vệ tinh có thể che phủ một vùng rộng hơn trên trái đất. Các vệ tinh được trên quĩ đạo của chúng bố trí sao cho một máy thu GPS trên mặt đất có thể “nhìn thấy” tối thiểu 4 vệ tinh vào bất kỳ thời điểm nào. Các
lượng mặt trời, và được trang bị ắc qui để hoạt động khi bị che khuất hoặc nhật thực vv… Ngoài ra, còn có các tên lửa đẩy nhỏ để điều chỉnh quĩ đạo khi cần.
Trạm điều khiển: Trạm điều khiển làm cái việc mà nó mang tên. Các trạm điều khiển này theo dừi và cung cấp cho cỏc vệ tinh thụng tin về vị trớ và thời gian với độ chính xác cao. Có 5 trạm được bố trí trên toàn thế giới, 4 cái không tên và một trạm trung tâm. Các trạm không tên liên tục thu nhận thông tin và truyền về trạm trung tâm để xử lý và phát lên các vệ tinh các thông tin hiệu chỉnh.
Người dùng: Người dùng sử dụng các thiết bị hổ trợ GPS để xác định vị trí …, bao gồm thuỷ thủ, phi công, tài xế … bất kỳ ai muốn biết họ đang ở đâu, đã đi qua những đâu và đang đi tới nơi nào.
b. GPS hoạt động như thế nào ?
Các vệ tinh thực hiện gửi một tín hiệu (có thể gọi là mã số vệ tinh(almanac) ), mã này sẽ chứa các thông tin về vị trí của vệ tinh trên quỹ đạo và được lưu vào trong các thiết bị thu tín hiệu GPS. Khi các vệ tinh di chuyển thì các tín hiệu cũng được cập nhật liên tục vào trong các thiết bị thu.
Vì vệ tinh có thể đi chênh lệch khỏi quỹ đạo một chút ít, nên trạm điều khiển mặt đất sẽ lưu giữ các thông tin về quỹ đạo, độ cao, vị trí và tốc độ của vệ tinh. Những thông tin này được chuyển về trung tâm điều khiển, ở đây, nó sẽ được xử lý (thường theo tần suất 4 – 6 giờ / lần) (đượcgọi là ephemeris) và được gửi theo tín hiệu vệ tinh đến máy thu.
Máy thu sẽ tổng hợp 2 thông tin almanac và ephemeris để xác định vị trí của vệ tinh.
c. GPS định vị như thế nào?
Để xác định được vị trí thì các thiết bị thu cần phải xác định được ít nhất 4 vệ tinh, Tính toán khoảng cách các vệ tinh và xác định vị trí.
Thiết bị thu nhận được 2 loại thông tin là almanac và ephemeris,thiết bị thu sẽ dùng 2 thông tin này để xác định vị trí của vệ tinh.
Bên cạnh đó thiết bị thu cần phải biết khoảng cách từ các vệ tinh đến vị trí cần xác định trên mặt đất thông qua công thức: s = v * t
Với: s: Khoảng cách.
v: Là vận tốc.
t: Là thời gian.
Trong công thức ta chỉ cần xác định được khoảng cách của máy thu và vệ tinh vì. Vệ tinh truyền tín hiệu với tốc độ ánh sáng: v = 300000km/s, thời gian được tính từ lúc vệ tính phát tín hiệu cho đến khi thiết bị thu nhận được tín hiệu.
Hình 2-13 Hệ thống vệ tinh GPS
d. Các cải tiến
GPS thông thường có độ sai lệch khoảng vài chục tới vào trăm mét; tuy nhiên một số ứng dụng có thể đòi hỏi độ chính xác cao hơn thế. Để tăng tính chính xác cho việc định vị, một số hệ thống hỗ trợ GPS đã được tạo ra, chúng có thể là:
Hệ thống WASS (Wide Area Augmentation System)
WASS là một hệ thống vệ tinh khác của cục hàng không liên bang Hoa Kỳ. Hệ thống này gồm các trạm thu mặt đất nhận tín hiệu của GPS, tính toán các sai lệch trong tín hiệu nhận được và truyền lên một hệ thống vệ tinh địa tĩnh từ đó đến với các thiết bị định vị. Các thiết bị định vị có thể trừ sai lệch từ tín hiệu của GPS với thông số nhận được từ WAAS để có được vị trí chính xác hơn. WAAS giảm sai số của GPS từ vài chục mét xuống dưới 10m.
Hình 2-14 Kiến trúc WAAS
Công nghệ A-GPS
Trong nhiều điều kiện thực tế, việc truyền dẫn tín hiệu GPS giữa vệ tinh và thiết bị nhận trên mặt đất hoạt động rất kém hoặc thậm chí không thể hoạt động, nhất là trong các thành phố lớn nhiều nhà cao tầng hoặc ở trong không gian kín. A- GPS chính là giải pháp cho vấn đề này.
Đơn giản, thay cho việc truyền tín hiệu trực tiếp với vệ tinh, A-GPS kết nối tín hiệu qua một “trạm trung chuyển” là một hệ thống máy chủ hỗ trợ. Hệ thống trung gian này xác định vị trí của thiết bị so với các trạm thu phát sóng của các mạng điện thoại trung gian trong khu vực và từ đó tính toán ra vị trí trên hệ thống GPS. Có thể nói, nếu không có sự hỗ trợ của các trạm trung chuyển qua mạng điện thoại di động này, thiết bị A-GPS vẫn có thể nhận được tín hiệu từ vệ tinh nhưng không có khả năng giải mã vị trí.
Hình 2-15 Mô hình A-GPS