0.5 Hệ thống định vị toàn cầu (global positioning system - gps)

Gps là gì?

GPS, hệ thống định vị toàn cầu, được cấu thành như một chòm sao (có nghĩa cấu tạo của một nhóm hay một hệ thống) của quỹ đạo vệ tinh mà, kết hợp với thiết bị ở mặt đất, cho phép người sử dụng quyết định vị trí chính xác của họ bất kỳ lúc nào trên bề mặt trái đất ở bất kỳ thời gian nào. Có 24 vệ tinh trên quỹ đạo bay.

Hình 7.1: Quỹ đạo bay của 24 vệ tinh (Nguồn : Garmin, 2005)

Ở bất kỳ thời gian nào, mà không có bất kỳ chướng ngại quan sát nào của bầu trời, ở vị trí quan sát đó nên có ít nhất 4 – 6 vệ tinh “nhìn thấy”. Không nạp điện cho việc sử dụng hệ thống vệ tinh, mặc dù mỗi người sử dụng phải cung cấp thiết bị chính họ, nói chung trong hình thức của bộ phận ghi nhận tín hiệu.

Hình 7.2: Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Nguồn : Garmin, 1999)

Các thành phần chính của gps

Hệ thống định vị toàn cầu bao gồm 3 bộ phận: bộ phận người sử dụng, bộ phận không gian và bộ phận điều khiển.

Bộ phận người sử dụng (user segment)

Bộ phận người sử dụng là người sử dụng và GPS ghi nhận. GPS ghi nhận là một máy thu tín hiệu sóng vô tuyến đặc biệt. Nó được thiết kế để nghe tín hiệu sóng vô tuyến được truyền từ các vệ tinh và tính toán vị trí dựa trên thông tin đó. GPS ghi nhận có nhiều kích cỡ khác nhau, hình dáng và giá cả khác nhau.

Tính chất và giá cả của GPS ghi nhận nói chung lệ thuộc vào chức năng mà bộ phận thu nhận có ý định. Bộ phận thu nhận dùng cho ngành hàng hải và hàng không thường sử dụng cho tính năng giao diện với thẻ nhớ chứa bản đồ đi biển. Bộ phận thu nhận dùng cho bản đồ khả năng chính xác rất cao và có giao diện người sử dụng cho phép ghi nhận dữ liệu nhanh chóng.

Bộ phận không gian (space segment)

Bộ phận không gian gồm các vệ tinh GPS mà nó truyền thời gian và vị trí tới người sử dụng. Tập hợp tất cả các vệ tinh này được gọi là “chòm sao”.

Hình 7.3: Các thành phần chính của GPS (Nguồn : Garmin, 2000)

Hệ thống navstar (mỹ)

Hệ thống NAVSTAR gồm 24 vệ tinh với 6 quỹ đạo bay. Các vệ tinh này hoạt động ở quỹ đạo có độ cao 20.200 km (10,900 nm) ở góc nghiêng 55 độ và với thời gian 12 giờ/quỹ đạo. Quỹ đạo bay không gian của các vệ tinh được sắp xếp để tối thiểu 5 vệ tinh sẽ được người sử dụng nhìn thấy bao phủ toàn cầu, với vị trí chính xác hoàn toàn (position dilution of precision PDOP) của 6 vệ tinh hoặc ít hơn.

Mỗi vệ tinh truyền trên 2 band tần số L, L1 có tần số 1575.42 MHz và L2 có tần số 1227.6 MHz. Mỗi vệ tinh truyền trên cùng tần số xác định; tuy nhiên, tín hiệu mỗi vệ tinh thì thay đổi theo thời gian đến người sử dụng. L1 mang mã P (precise (P) code) và mã C/A (coarse/acquisition (C/A) code). L2 chỉ mang mã P (P code).

Thông tin dữ liệu hàng hải được thêm các mã này. Thông tin dữ liệu hàng hải giống nhau được mang cả 2 band tần số. Mã P thì thường được mã hoá vì thế chỉ mã C/A thì có sẵn đến người sử dụng bình thường; tuy nhiên, một vài thông tin có thể nhận được từ mã P. Khi mã hoá, mã P được hiểu như mã Y. Mỗi vệ tinh có 2 số nhận dạng. Đầu tiên là số NAVSTAR với nhận dạng trên thiết bị vệ tinh đặc biệt. Thứ hai là số sv (the space vehicle (sv) number). Số này được ấn định để ra lệch phóng vệ tinh. Thứ ba là số mã tiếng âm thanh (the pseudo-random noise-PRN). Đây chỉ là số nguyên mà nó được sử dụng để mã tín hiệu từ các vệ tinh đó. Một vài máy ghi nhận nhận biết vệ tinh mà chúng đang ghi nhận từ mã SV, hoặc mã khác từ mã PRN.