5 phút hiểu hết vệ Hệ thống định vị toàn cầu GPS

Phần lớn các thiết bị điện tử thông minh hiện nay đều được trang bị hệ thống định vị toàn cầu GPS. Đây là một công nghệ hữu ích, có thể giúp người dùng xác định vị trí của mình ở bất kỳ nơi đâu với độ chính xác cao. Đồng thời, nó còn được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực trong cuộc sống. Hãy dành ra 5 phút cùng Techie tìm hiểu về GPS và tác động của nó đến cuộc sống hiện đại.

Hệ thống định vị toàn cầu GPS là gì?

GPS là viết tắt của từ tiếng Anh Global Positioning System, dịch nghĩa: hệ thống định vị toàn cầu. Đây là công nghệ được phát triển Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ phát triển từ năm 1978. Ban đầu, GPS được sử dụng cho mục đích quân sự. Tuy nhiên, sau đó đã đưa vào mục đích dân sự trên khắp toàn cầu.

GPS bao gồm một hệ thống vệ tinh quay vòng quanh trái đất và các thiết bị nhận tín hiệu GPS được sử dụng để xác định vị trí của một đối tượng ở bất kỳ đâu trên thế giới.

Các thành phần của hệ thống GPS

Hệ thống định vị toàn cầu GPS gồm 3 thành phần chính. Cụ thể:

• Phần không gian

Là thành phần mang tính chất cốt lõi. Bao gồm tổ hợp 32 vệ tinh, trong đó 24 vệ tinh được hoạt động và 8 vệ tinh dự phòng. Các vệ tinh hoạt động bay quanh trái đất theo quỹ đạo nhất định, ở độ cao 20.000km. Chúng được tính toán để gửi tín hiệu định vị xuống mặt đất.

• Phần điều khiển

Là các trạm kiểm soát được sử dụng để thu thập và xử lý dữ liệu từ vệ tinh. Các trạm này có chức năng đảm bảo tính chính xác và ổn định của hệ thống.

• Phần sử dụng/người dùng

Người dùng là thành phần quan trọng nhất của hệ thống GPS. Họ sử dụng các thiết bị nhận tín hiệu GPS, như điện thoại thông minh, máy tính bảng hoặc GPS trên xe hơi, để xác định vị trí của mình trên bản đồ và tìm đường đi đến các địa điểm khác nhau. Các thiết bị nhận tín hiệu GPS sẽ tiếp nhận tín hiệu từ vệ tinh và tính toán ra vị trí của thiết bị dựa trên thông tin về thời gian, vị trí và vận tốc của vệ tinh.

Nguyên lý hoạt động của Hệ thống định vị toàn cầu GPS

Hệ thống định vị toàn cầu GPS hoạt động dựa trên việc sử dụng sóng radio phát ra từ các vệ tinh GPS trên quỹ đạo Trái Đất. Khi một thiết bị nhận tín hiệu GPS – ví dụ như điện thoại – nhận được tín hiệu sóng radio, thiết bị này sẽ sử dụng thông tin về thời gian phát sóng của tín hiệu và thời gian nhận sóng để tính toán khoảng cách đến từng vệ tinh GPS trên bầu trời.

Để xác định vị trí của một thiết bị, cần ít nhất tín hiệu từ 3 vệ tinh GPS. Khi khoảng cách đến ít nhất ba vệ tinh được tính toán, thiết bị nhận tín hiệu GPS sẽ sử dụng các giá trị này để xác định vị trí của nó trên bản đồ.

Ngoài ra, các yếu tố địa hình, thời tiết, tín hiệu gây nhiễu sóng… có thể ánh hưởng đến độ chính xác của các tín hiệu GPS. Do đó, các thiết bị nhận tín hiệu cũng sẽ sử dụng phương pháp bù trừ và xử lý dữ liệu để đảm bảo tính chính xác, ổn định của kết quả định vị.

Ứng dụng của Hệ thống định vị toàn cầu GPS

Nhiều lĩnh vực quan trọng như công nghiệp, quân sự, y tế… đều đang có sự ứng dụng của GPS. Dưới đây là các ứng dụng nổi bật:

Định vị và điều hướng đường đi

GPS được tích hợp trong các thiết bị như điện thoại, đồng hồ thông minh, máy tính bảng… Chúng có chức năng giúp người dùng xác định vị trí cũng như tìm đường đến các địa điểm cần đến một cách chính xác và nhanh chóng

Giao thông

Bên cạnh định vị và điều hướng, GPS còn hỗ trợ cho việc giải quyết các vấn đề trong giao thông. Cụ thể như:

+ Các hệ thống cảnh báo về lưu lượng, an toàn giao thông

+ Hệ thống quản lý, giám sát tình trạng vận hành của các phương tiện nhằm đảm bảo chúng đi đúng lộ trình

+ Hệ thống giám sát tốc độ và vị trí

+ Các hệ thống điều hành giao thông khác như camera giám sát, hệ thống đèn giao thông thông minh và các cảm biến để giúp điều hành giao thông hiệu quả hơn…

Quản lý đất đai và nông nghiệp

Hệ thống định vị toàn cầu GPS có rất nhiều ứng dụng trong lĩnh vực quản lý đất đai và nông nghiệp. Ví dụ:

– Giúp định vị và xác định ranh giới đất đai. Điều này giúp tránh được các tranh chấp liên quan.

– Giám sát vị trí, mật độ và năng suất của cây trồng. Bằng cách kết hợp với công nghệ cảm biến, GPS giúp quản lý nông trại hiệu quả hơn qua việc đo lường mức độ phát triển của cây, phân tích tình trạng đất đai, tưới nước và sử dụng phân bón.

– Quản lý tài nguyên nước trong nông nghiệp

– Hỗ trợ quy hoạch các khu vực nông thôn

Y tế

GPS được sử dụng trong lĩnh vực y tế để định vị vị trí bệnh nhân và phương tiện cấp cứu, đặc biệt là trong các trường hợp khẩn cấp như tai nạn giao thông, động đất hay thiên tai. Việc sử dụng GPS giúp cho các đội cứu hộ và y tế có thể đến kịp thời và cứu hộ các nạn nhân một cách nhanh chóng và chính xác.

An ninh, quân sự

Hệ thống định vị toàn cầu GPS được sử dụng rộng rãi trong quân sự để giúp định vị vị trí của các mục tiêu quân sự, phương tiện quân sự và các đơn vị quân sự. GPS cũng có thể được sử dụng để định vị các mỏ dầu, mỏ khoáng sản và các tài nguyên khác có tính chiến lược quan trọng.

Một số hệ thống định vị toàn cầu khác

Bên cạnh GPS, một số công nghệ định vị khác cũng đang được triển khai. Tuy nhiên, hiện chưa chưa có thiết bị nào có thể thay thế hoàn toàn hệ thống định vị toàn cầu GPS. Các hệ thống định vị khác chủ yếu đang hoạt động song song. Đó là các hệ thống GLONASS (Nga), Beidou (Trung Quốc), Galileo của Liên minh châu Âu.

Hệ thống định vị GLONASS

GLONASS (Global Navigation Satellite System) là hệ thống định vị toàn cầu của Nga. Được phát triển từ năm 1970 nhưng GLONASS sau đó bị gián đoạn do sự sụp đổ của Liên Xô.

Tuy nhiên, từ năm 2001, Nga đã bắt đầu khôi phục và nâng cấp lại hệ thống GLONASS. Đến nay, hệ thống này đã hoạt động tốt và cung cấp dịch vụ định vị toàn cầu. Về nguyên lý hoạt động, GLONASS cũng dựa trên nguyên tắc tương tự như GPS.

Hệ thống định vị Beidou

Là hệ thống định vị toàn cầu của Trung Quốc, có tên đầy đủ là Beidou Navigation Satellite System. Beidou được phát triển từ năm 1994 và hoạt động thử nghiệm từ năm 2000. Mục tiêu nhằm độc lập khỏi hệ thống GPS của Mỹ. Tính đến nay, hệ thống đã có 35 vệ tinh hoạt động trên quỹ đạo và đang cung cấp dịch vụ định vị toàn cầu cho người dùng ở châu Á và khu vực Thái Bình Dương.

Tương tự như các hệ thống định vị toàn cầu khác, Beidou sử dụng một mạng lưới các vệ tinh để thu thập và truyền tín hiệu đến các thiết bị định vị. Beidou cũng hỗ trợ các dịch vụ như định vị xe cộ, hệ thống thông tin địa lý, giao thông hàng hải, định vị hàng không vũ trụ và quân sự.

Hệ thống định vị Galileo

Galileo là hệ thống định vị ủa Liên minh châu Âu (EU), được phát triển và triển khai để độc lập với hệ thống định vị GPS của Mỹ. Hệ thống Galileo bao gồm một mạng lưới các vệ tinh hoạt động trên quỹ đạo và hỗ trợ các dịch vụ định vị và định vị tọa độ trên toàn thế giới.

Galileo được phát triển từ năm 2003 và bắt đầu cung cấp dịch vụ định vị từ năm 2016. Hiện nay, hệ thống Galileo đang hoạt động với 30 vệ tinh (27 vệ tinh hoạt động chính và 3 vệ tinh dự phòng). Hệ thống Galileo cũng hỗ trợ  nhiều dịch vụ như định vị xe cộ, hàng hải, hàng không, nông nghiệp và quân sự.

Kết luận

Có thể nói, GPS đã góp phần thay đổi cách chúng ta di chuyển, làm việc và tương tác thế giới xung quanh. Sự phát triển của GPS đem đến nhiều lợi ích và tiện lợi cho con người. Đặc biệt là trong lĩnh vực giao thông, an ninh, quốc phòng.

Mặc dù hệ thống định vị toàn cầu GPS không phải là công nghệ độc tôn, tuy nhiên nó vẫn đóng vai trò quan trọng như một công nghệ vượt trội trong ngành công nghiệp định vị. Với sự phát triển của công nghệ, chúng ta hãy cùng chờ đợi sự cải tiến của GPS cũng như các hệ thống định vị khác trong tương lai.

>>Xem thêm: 5 phút hiểu hết về công nghệ điện toán đám mây