Tất cả các hệ thống định vị trong ô tô, ứng dụng lái xe và ứng dụng điều hướng trên thiết bị di động như Google Maps đều dựa vào GPS để đưa chúng ta đi từ điểm A đến điểm B. Nhưng GPS là gì và nó hoạt động như thế nào?
Hệ thống Định vị Toàn cầu là gì?
Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) là một hệ thống định vị thuộc sở hữu của chính phủ Hoa Kỳ, được tạo thành từ ba phân đoạn chính:
- Phân đoạn Không gian là hệ thống định vị của ít nhất 31 vệ tinh, 24 (hoặc nhiều hơn) trong số đó thường đang bay và hoạt động. Các vệ tinh này bay trong quỹ đạo của Trái đất ở độ cao 12, 550 dặm. Mỗi vệ tinh thường quay quanh Trái đất hai lần một ngày.
- Phân đoạn điều khiển là một mạng lưới quốc tế gồm các trạm điều khiển theo dõi, giám sát và duy trì các vệ tinh trên quỹ đạo. Các trạm điều khiển này cũng có thể gửi dữ liệu hoặc lệnh tới các vệ tinh. Phân đoạn điều khiển được tạo thành từ 16 trạm giám sát, hai trạm điều khiển chính (một trạm chính và một trạm thay thế), và 11 ăng-ten chỉ huy và điều khiển (bốn ăng-ten trên mặt đất và bảy trạm theo dõi từ xa của Mạng Kiểm soát Vệ tinh của Không quân).
- Phân đoạn người dùng dành cho dân thường và thiết bị GPS của chúng tôi, còn được gọi là bộ thu GPS vì chúng nhận tín hiệu từ vệ tinh trên quỹ đạo để xác định vị trí của chúng tôi.
Ai phát minh ra GPS?
Bốn người thường được ghi nhận với phát minh ra GPS là Ivan Getting, Bradford Parkinson, Roger L. Easton và Gladys West. Theo Lemelson-MIT, Người đầu tiên hình dung GPS như chúng ta biết ngày nay là một khái niệm liên quan đến việc sử dụng "một hệ thống vệ tinh để tạo ra dữ liệu định vị chính xác cho các vật thể chuyển động nhanh như tên lửa và máy bay."
Parkinson đóng góp cho GPS vào năm 1972, khi ông đảm nhận vai trò chỉ đạo chương trình GPS của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ. Với vai trò này, Parkinson đã có thể xây dựng dựa trên những ý tưởng ban đầu của Getting. Đến năm 1978, dự án phát triển GPS của Parkinson, được gọi là hệ thống GPS NAVSTAR, đã được hoàn thành và chính xác trong vòng ba mét.
Roger L. Easton cũng đóng góp vào sự phát triển của GPS và được gọi là "cha đẻ của GPS." Đóng góp của Easton là kết quả của việc giải quyết một vấn đề liên quan đến việc theo dõi các vệ tinh. Trong nỗ lực đồng bộ hóa thời gian của các trạm theo dõi, Easton đã phát triển một hệ thống định vị dựa trên thời gian bằng cách đặt đồng hồ vào vệ tinh, cho phép chúng phát hiện chính xác hơn vị trí chính xác của người dùng trên mặt đất. Easton gọi hệ thống này là "Thời gian" và Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đã kết hợp các tính năng của nó vào sự phát triển của Hệ thống Định vị Toàn cầu.
Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, nhà toán học Gladys West cũng được ghi nhận vì những đóng góp của bà trong việc phát triển GPS. Đóng góp của West là công trình của cô trong việc phát triển một mô hình Trái đất có tính đến các biến thể về hình dạng của Trái đất do lực hấp dẫn và các lực khác gây ra. Mô hình Trái đất của phía Tây được nhiều người coi là yếu tố nền tảng của dự án GPS.
GPS hoạt động như thế nào và nó được quản lý như thế nào?
Hệ thống Định vị Toàn cầu dựa trên mối quan hệ giữa vệ tinh GPS và máy thu trên các thiết bị hỗ trợ GPS. Theo công ty công nghệ GPS Garmin, một công ty công nghệ GPS, Hệ thống Định vị Toàn cầu hoạt động khi các vệ tinh GPS truyền "một tín hiệu duy nhất và các thông số quỹ đạo cho phép thiết bị GPS giải mã và tính toán vị trí chính xác của vệ tinh."
Từ đường truyền này, các thiết bị GPS có thể tính toán vị trí của người dùng bằng cách đo lượng thời gian nhận được tín hiệu. Tính toán đó sau đó được kết hợp với các phép đo khoảng cách từ một số vệ tinh khác. Để tính toán chính xác vĩ độ và kinh độ của một người, thiết bị GPS cần nhận được tín hiệu từ ít nhất ba vệ tinh. Tính toán độ cao yêu cầu tín hiệu của ít nhất bốn vệ tinh. Hầu hết các thiết bị thu GPS sẽ nhận và theo dõi tín hiệu của ít nhất tám vệ tinh, nhưng con số này có thể thay đổi tùy theo vị trí của bạn và thời gian của nó.
Theo GPS.gov, Hệ thống Định vị Toàn cầu do Không quân Hoa Kỳ duy trì và vận hành. Không quân Hoa Kỳ "phát triển, duy trì và vận hành" 24 vệ tinh và trạm điều khiển đặt trên khắp thế giới tạo nên hệ thống này.
Hệ thống GPS ngoài ô tô: Sử dụng hàng ngày cho GPS
GPS không chỉ để tìm đường về nhà. Các ứng dụng khác cho GPS bao gồm:
- Thiết bị đeo được GPS, như đồng hồ GPS, có thể được sử dụng để theo dõi trẻ em, vật nuôi và người già.
- Máy bay không người lái điều khiển bằng GPS được sử dụng để quay các bức ảnh chụp mắt chim trong phim. GPS cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp điện ảnh để dò tìm vị trí.
- Geocaching có thể được sử dụng để thiết lập các cuộc săn lùng người nhặt rác bằng cách giấu các vật phẩm ở một số vị trí nhất định, sau đó tải lên bản đồ trực tuyến để người khác tìm kiếm chúng bằng thiết bị GPS.
- Công ty điện lực địa phương của bạn có thể sử dụng GPS để theo dõi tình trạng mất điện.
