GPS là gì? GPS hoạt động như thế nào?

Thứ năm, 15/10/2020

Ngày nay, GPS xuất hiện ở khắp mọi nơi. Bạn có thể tìm thấy hệ thống GPS ở trong xe hơi, smartphone và cả smartwatch trên cổ tay bạn. GPS giúp bạn đến nơi mà bạn muốn đến, từ điểm A tới điểm B và giúp xác định vị trí của bạn khi cần. Vậy GPS là gì? GPS hoạt động như thế nào?

GPS là gì?

Hệ thống định vị toàn cầu GPS là hệ thống định vị sử dụng các vệ tinh, máy thu và thuật toán để đồng bộ hóa dữ liệu vị trí, vận tốc và thời gian cho các phương tiện hàng không, trên biển và đường bộ.

Hệ thống này bao gồm 24 vệ tinh quay quanh Trái Đất, chia làm 6 quỹ đạo, mỗi quỹ đạo có 4 vệ tinh. Quỹ đạo của các vệ tinh này nằm ở độ cao 20.000 km so với Trái Đất và tốc độ bay của các vệ tinh lên tới 14.000 km/h.
Để xác định được một vị trí trên Trái Đất chúng ta chỉ cần tới 3 vệ tinh nhưng một vệ tinh thứ 4 thường được sử dụng để xác thực thông tin từ 3 vệ tinh kia. Vệ tinh thứ 4 còn giúp chúng ta xác định chiều không gian thứ ba, giúp tính được độ cao của vị trí.

Ba thành phần tạo nên GPS

GPS được tạo nên từ ba thành phần khác nhau, gọi là các phân đoạn. Chúng kết hợp với nhau để cung cấp thông tin vị trí chính xác theo yêu cầu của người dùng.

Ba phân đoạn của GPS là:

Không gian (Các vệ tinh): Các vệ tinh quay quanh Trái Đất, truyền tín hiệu cho người dùng về vị trí địa lý và thời gian trong ngày.
Điều khiển mặt đất: Phân đoạn điều khiển mặt đất được tạo nên từ các trạm giám sát, trạm điều khiển chính và hệ thống ăng ten trên mặt đất. Các trạm này sẽ theo dõi và vận hành các vệ tinh trong không gian và giám sát quá trình truyền dữ liệu. Các trạm giám sát được đặt ở khắp các châu lục trên thế giới.
Thiết bị của người dùng: Các thiết bị được tích hợp máy thu và phát tín hiệu GPS như máy bay, xe hơi, smartphone, smartwatch,... Sau đây gọi chung là thiết bị.

GPS hoạt động như nào?

Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất. Các máy thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng. Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng. Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao xa. Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy.

Máy thu phải nhận được tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động. Khi nhận được tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao). Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông tin khác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình, quãng cách tới điểm đến, thời gian mặt trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa.

GPS được dùng để làm gì?

GPS là một công cụ mạnh mẽ và đáng tin cậy cho các doanh nghiệp, tổ chức trong nhiều ngành nghề khác nhau. Các nhà thám hiểm, nhà khoa học, phi công, thuyền trưởng, đội phản ứng nhanh, thợ mỏ và cả nông dân đều có thể tận dụng GPS trong công việc hàng ngày.
Thông tin GPS được dùng để lập bản đồ, xây dựng các cuộc khảo sát, thực hiện các tính toán về thời gian, tìm kiếm vị trí của người hoặc địa điểm và tìm đường. GPS hoạt động mọi lúc, mọi nơi và trong mọi điều kiện thời tiết.

GPS có 5 công dụng chính:

Vị trí: Xác định vị trí
Tìm đường: Chỉ đường di chuyển từ vị trí này tới vị trí khác
Theo dõi: Giám sát máy bay, tàu thuyền... hoặc sự di chuyển của cá nhân nào đó
Lập bản đồ: Tạo ra bản đồ chi tiết của thế giới
Tính toán thời gian: Thực hiện các phép đo chính xác về thời gian

Một số ví dụ cụ thể về công dụng của GPS:

Ứng phó khẩn cấp: Trong trường hợp khẩn cấp như bão lũ, đội phản ứng nhanh sẽ dùng GPS để lập bản đồ, theo dõi và dự báo thời tiết cũng như theo dõi các nhân viên cứu hộ. Mỗi khi tai nạn xe hơi xảy ra, tín hiệu GLONASS (một giải pháp thay thế GPS) sẽ tự động được gửi tới cơ quan chức năng.
Giải trí: GPS có thể được tích hợp vào các trò chơi như Pokemon Go và Geocaching.
Sức khỏe và thể dục: Smartwatch và các thiết bị đeo thông minh có thể theo dõi những hoạt động thể dục như khoảng cách chạy, đạp xe nhờ sự hỗ trợ của GPS.
Xây dựng, khai mỏ và đi phượt: Từ việc tìm vị trí đặt vật tư sao cho phù hợp tới tính toán và phân bổ nguồn lực, GPS giúp các công ty xây dựng và khai mỏ tối ưu chi phí và tăng thêm lợi nhuận. Trong khi đó, việc đi du lịch phượt sẽ trở nên dễ dàng hơn nhờ có sự dẫn đường của GPS.
Vận tải: Các hãng hậu cần sử dụng những hệ thống GPS để cải thiện năng suất và an toàn cho lái xe. GPS có thể giúp lái xe tối ưu hóa tuyến đường, tiết kiệm nhiên liệu, đảm bảo an toàn và tuân thủ các quy định an toàn giao thông.
Các ngành công nghiệp khác cũng ứng dụng GPS gồm: nông nghiệp, xe tự lái, bán hàng và dịch vụ, quân đội, thông tin di động, an ninh và đánh bắt cá.