Tất cả những điều cần biết về phương thức định vị toàn cầu GPS

Thứ Sáu, 3 tháng 2, 2012

Ngày nay, mọi chuyện đã trở nên dễ dàng hơn nhiều. Chỉ với khoảng 100 $, bạn đã có thể sở hữu một thiết bị bỏ túi giúp xác định chính xác vị trí của mình trên mặt đất. Với thiết bị này trong tay, 100% bạn sẽ chẳng bao giờ lạc đường một lần nữa.

Khi nói về GPS, người ta chỉ đơn giản nhìn thấy 1 thiết bị nhỏ gọn có thể đút lọt túi. Trên thực tế, đó chỉ là một phần rất rất nhỏ trong toàn bộ hệ thống hết sức đồ sộ và phức tạp. Hệ thống định vị toàn cầu này, thực chất còn bao gồm cả 27 vệ tinh nhân tạo quay liên tục quanh Trái đất (trong đó 24 vệ tinh thực sự hoạt động và 3 vệ tinh để dự phòng những sự cố). Quân đội Mỹ lần đầu tiên phát triển mạng lưới vệ tinh này nhằm mục đích định vị quân sự, nhưng sau đó nó được mở rộng ra cho nhiều nhu cầu dân sự khác.

Thông tin này có vẻ hữu ích, nhưng thực ra, với bạn nó hoàn toàn vô dụng. Bạn có thể ở bất cứ nơi đâu trên đường tròn ở hình vẽ dưới.

Bạn tiếp tục tìm đến một người khác, và nhận được câu trả lời, "Anh đang cách Minneapolis, Minnesota 690 dặm.". Giờ thì mọi chuyện có vẻ khá hơn một chút. Kết hợp thông tin này với thông tin ở trên, giờ đây bạn đã có 2 vòng tròn giao nhau. Bạn đã biết rằng bạn đang nằm ở 1 trong 2 giao điểm này.

Nếu người thứ 3 cho bạn biết rằng bạn đang ở cách Tucson, Arizona 615 dặm - mọi chuyện đã trở nên ổn thỏa. Giờ đây 3 vòng tròn sẽ giao nhau ở một điểm duy nhất (Tất nhiên, trong trường hợp cả 3 người dân địa phương trên đều không.....chém gió), và bạn đã biết chính xác mình đang ở đâu - Denver, Colorado.

Nếu bạn biết rằng bạn đang cách vệ tinh A nào đó 10 dặm, giờ đây bạn đang ở trên bề mặt của một quả cầu khổng lồ có bán kính 10 dặm. Tiếp theo, bạn biết rằng mình đang ở cách vệ tinh B 15 dặm, giờ đây bạn đã có hình cầu số 2, to hơn 1 chút. 2 hình cầu này giao nhau tạo nên một đường tròn hoàn hảo. Nếu bạn biết được khoảng cách tới vệ tinh số 3, giờ đây đường tròn của bạn chỉ còn lại 2 điểm duy nhất.

Những thiết bị GPS sẽ thu thập những con số này thông qua việc phân tích các tín hiệu radio có tần số cao, năng lượng thấp từ các vệ tinh GPS. Nhiều máy móc hiện nay có thể có đến 3-4 đầu thu GPS, do đó chúng có thể thu nhận đồng thời tín hiệu từ nhiều vệ tinh.

Vào một thời điểm cụ thể (hãy giả dụ là nửa đêm), vệ tinh bắt đầu truyền đi một khuôn mẫu dài, dạng số được gọi là mã giả-ngẫu nhiên. Bộ phận tiếp nhận cũng bắt đầu chạy cùng chuỗi số vào đúng nửa đêm. Khi sóng của vệ tinh gặp bộ phận tiếp nhận, sự truyền của chuỗi sẽ chậm lại một chút trước khi bộ phận tiếp nhận chạy chuỗi số.

Để lập được sự đo lường này, bộ phận tiếp nhận và vệ tinh đều cần đồng hồ có thể đồng bộ hóa đến đơn vị một phần tỷ giây. Để tạo ra một hệ thống định vị vệ tinh mà chỉ sử dụng các đồng hồ chỉ cùng thời gian, bạn sẽ cần đến đồng hồ nguyên tử không chỉ ở trên tất cả vệ tinh, mà cả ở bộ phận tiếp nhận. Nhưng đồng hồ nguyên tử có giá từ 50.000 đến 100.000 đô la Mỹ, một cái giá quá chát đối với các thiết bị dân dụng.

Tuy nhiên, sự tự điều chỉnh thông qua chiếc đồng hồ thạch anh sẽ làm cho các tín hiệu trở nên lệch lạc. Bốn hình cầu của bạn sẽ không còn giao nhau tại 1 điểm như lý thuyết ở trên nữa. Lại một lần nữa, khả năng tự reset và khả năng đồng bộ hóa giữa chiếc đồng hồ thạch anh trong đầu thu và chiếc đồng hồ nguyên tử trên các vệ tinh sẽ giải quyết điều này. Sau những lần tự điều chỉnh, các đầu thu tín hiệu sẽ đọc được khoảng cách một cách tương đối chính xác.

Cực kỳ phổ biển và có rất nhiều ứng dụng. Không chỉ làm nhiệm vụ của 1 chiếc bản đồ, 1 thiết bị GPS gắn trên xe còn có thể cho bạn biết xem lộ trình nào sẽ bớt ùn tắc nhất trong sáng hôm nay, kiểm soát được tốc độ và lộ trình của những ngày hôm trước, cảnh báo khi bạn vượt quá tốc độ hoặc đi vào vùng giới hạn.... Chức năng chống trộm cũng là 1 điểm đáng lưu ý, giờ đây, với GPS gắn trên xe, bạn có thể dễ dàng biết được vị trí chiếc xe thân yêu của mình.