Ngày nay, có lẽ, không có người không nghe nói về GPS. Tuy nhiên, không phải ai cũng có hiểu biết đầy đủ về nó là gì. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cố gắng tìm hiểu hệ thống định vị toàn cầu là gì, nó bao gồm những gì và cách thức hoạt động của nó.
Lịch sử
Hệ thống định vị GPS là một phần của tổ hợp Navstar, do Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ phát triển và vận hành. Dự án khu phức hợp bắt đầu được triển khai từ năm 1973. Và đến đầu năm 1978, sau khi thử nghiệm thành công, họ đã đưa nó vào hoạt động. Đến năm 1993, 24 vệ tinh đã được phóng quanh Trái đất, bao phủ hoàn toàn bề mặt hành tinh của chúng ta. Phần dân sự của mạng quân sự Navstar được gọi là GPS, viết tắt của Global Positioning System ("hệ thống định vị toàn cầu").
Cơ sở của nó bao gồm các vệ tinh chuyển động theo sáu quỹ đạo tròn. Chúng chỉ rộng một mét rưỡi và dài hơn năm mét một chút. Trọng lượng trong trường hợp này là khoảng tám trăm bốn mươi kilôgam. Tất cả chúng đều mang lại hiệu suất đầy đủ ở mọi nơi trên hành tinh của chúng ta.
Theo dõi được thực hiện từ trạm điều khiển chính, đặt tại bang Colorado. Có Căn cứ Không quân Schriver - lực lượng vũ trụ thứ năm mươi.
Có hơn mười trạm theo dõi trên Trái đất. Chúng được tìm thấy trên đảo Ascension, Hawaii, Kwajalein, Diego Garcia, Colorado Springs, Cape Canaveral và những nơi khác, số lượng chúng đang tăng lên hàng năm. Tất cả thông tin nhận được từ chúng được xử lý tại trạm chính. Dữ liệu cập nhật được tải lên hai mươi bốn giờ một lần.
Định vị toàn cầu này là một hệ thống vệ tinh do Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ vận hành. Nó hoạt động trong mọi thời tiết và liên tục truyền thông tin.
Nguyên tắc hoạt động
Hệ thống định vị toàn cầu GPS hoạt động dựa trên các thành phần sau:
- trilateration vệ tinh;
- vệ tinh khác nhau;
- tham chiếu thời gian chính xác;
- vị trí;
- sửa.
Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn chúng.
Trilateration là phép tính khoảng cách của dữ liệu của ba vệ tinh, nhờ đó có thể tính được vị trí của một điểm nhất định.
Khoảng cách có nghĩa là khoảng cách tới các vệ tinh, được tính bằng thời gian để tín hiệu vô tuyến truyền từ chúng đến máy thu, có tính đến tốc độ ánh sáng. Để xác định thời gian, một mã giả ngẫu nhiên được tạo, nhờ đó người nhận có thể khắc phục độ trễ bất kỳ lúc nào.
Hình sau chỉ ra mộttùy thuộc vào độ chính xác của đồng hồ. Các vệ tinh có đồng hồ nguyên tử chính xác đến một nano giây. Tuy nhiên, do giá thành cao nên chúng không được sử dụng ở mọi nơi.
Các vệ tinh được đặt ở độ cao hơn hai mươi nghìn km từ Trái đất, chính xác mức cần thiết để chuyển động ổn định trên quỹ đạo và thu hẹp sức cản của khí quyển.
Trong quá trình vận hành hệ thống định vị toàn cầu trên thế giới, rất khó loại bỏ những sai sót. Điều này là do tín hiệu truyền qua tầng đối lưu và tầng điện ly, nơi tốc độ giảm, dẫn đến lỗi đo lường.
Các thành phần của hệ thống ánh xạ
Có nhiều sản phẩm hệ thống định vị toàn cầu và ứng dụng bản đồ GIS. Nhờ chúng, dữ liệu địa lý nhanh chóng được hình thành và cập nhật. Các thành phần của các sản phẩm này là máy thu GPS, phần mềm và thiết bị lưu trữ dữ liệu.
Máy thu có thể thực hiện các phép tính với tần số dưới một giây và độ chính xác từ hàng chục cm đến 5 mét, hoạt động ở chế độ vi sai. Chúng khác nhau về kích thước, dung lượng bộ nhớ và số lượng kênh theo dõi.
Khi một người đang đứng tại một chỗ hoặc đang di chuyển, người nhận sẽ nhận tín hiệu từ vệ tinh và tính toán về vị trí của người đó. Kết quả ở dạng tọa độ được hiển thị trên màn hình.
Bộ điều khiển là máy tính di động chạy phần mềm cần thiết để thu thập dữ liệu. Phần mềm kiểm soát cài đặt bộ thu. Ổ đĩa cócác kích thước và kiểu ghi dữ liệu khác nhau.
Mỗi hệ thống đều được trang bị phần mềm. Sau khi bạn tải thông tin từ ổ đĩa lên máy tính, chương trình sẽ tăng độ chính xác của dữ liệu bằng cách sử dụng một phương pháp xử lý đặc biệt được gọi là "hiệu chỉnh vi phân". Phần mềm trực quan hóa dữ liệu. Một số trong số chúng có thể được chỉnh sửa thủ công, một số khác có thể được in, v.v.
Định vị toàn cầu GPS - hệ thống giúp thu thập thông tin để nhập vào cơ sở dữ liệu và phần mềm xuất chúng sang các chương trình GIS.
Chỉnh sai lệch
Phương pháp này cải thiện đáng kể độ chính xác của dữ liệu được thu thập. Trong trường hợp này, một trong các máy thu được đặt tại một điểm có tọa độ nhất định và máy thu kia thu thập thông tin mà chúng chưa được xác định.
Hiệu chỉnh sai lệch được thực hiện theo hai cách.
- Đầu tiên là hiệu chỉnh sai phân thời gian thực, trong đó các sai số của mỗi vệ tinh được tính toán và báo cáo bởi trạm chính. Dữ liệu cập nhật sẽ được nhận bởi trình di chuyển, nó sẽ hiển thị dữ liệu đã sửa.
- Lần thứ hai - hiệu chỉnh vi sai trong xử lý hậu kỳ - diễn ra khi trạm chính ghi các hiệu chỉnh trực tiếp vào một tệp trong máy tính. Tệp gốc được xử lý cùng với tệp đã cập nhật, sau đó tệp đã được sửa lỗi khác biệt sẽ thu được.
Hệ thống ánh xạ Trimble có khả năng sử dụng cả hai phương pháp. Do đó, nếu chế độ thời gian thực bị gián đoạn, thì vẫn có thể sử dụng nó trong quá trình xử lý hậu kỳ.
Đơn
GPSđược áp dụng trong các lĩnh vực khác nhau. Ví dụ, hệ thống định vị toàn cầu được sử dụng rộng rãi trong ngành tài nguyên thiên nhiên, nơi các nhà địa chất, sinh vật học, lâm nghiệp và địa lý sử dụng chúng để ghi lại vị trí và thông tin bổ sung. Đây cũng là khu vực phát triển cơ sở hạ tầng và đô thị, nơi kiểm soát các luồng giao thông và hệ thống tiện ích.
Hệ thống định vị toàn cầu GPS cũng được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp, chẳng hạn như mô tả các đặc điểm của cánh đồng. Trong khoa học xã hội, các nhà sử học và khảo cổ học sử dụng chúng để điều hướng và ghi lại các di tích lịch sử.
Phạm vi của hệ thống bản đồ GPS không giới hạn ở điều này. Chúng có thể được sử dụng trong bất kỳ ứng dụng nào khác khi cần tọa độ chính xác, thời gian và các thông tin khác.
Máy thu GPS
Đây là bộ thu vô tuyến xác định vị trí của ăng-ten dựa trên thông tin về thời gian trễ của tín hiệu vô tuyến từ vệ tinh Navstar.
Các phép đo được hình thành với độ chính xác từ ba đến năm mét và nếu có tín hiệu từ trạm mặt đất - lên đến một milimet. Thiết bị định vị GPS loại thương mại trên các mẫu cũ có độ chính xác là một trăm năm mươi mét và trên các mẫu mới - lên đến ba mét.
Dựa trên bộ thu, bộ ghi GPS, bộ theo dõi GPS và bộ định hướng GPS được tạo ra.
Thiết bị có thể tùy chỉnh hoặc chuyên nghiệp. Thứ haikhác nhau về chất lượng, chế độ hoạt động, tần số, hệ thống định vị và giá cả.
Bộ thu tùy chỉnh có khả năng báo cáo tọa độ chính xác, thời gian, độ cao, tiêu đề do người dùng chỉ định, tốc độ hiện tại, thông tin đường. Thông tin được hiển thị trên điện thoại hoặc máy tính mà thiết bị được kết nối.
định vị GPS: bản đồ
Bản đồ cải thiện chất lượng của trình điều hướng. Chúng có các loại vector và raster.
Các biến thể vectơ lưu trữ dữ liệu về các đối tượng, tọa độ và các thông tin khác. Chúng có thể làm nổi bật địa hình tự nhiên và nhiều đối tượng như khách sạn, trạm xăng, nhà hàng, v.v., vì chúng không chứa hình ảnh, chiếm ít không gian hơn và hoạt động nhanh hơn.
Raster các loại là đơn giản nhất. Chúng đại diện cho hình ảnh của khu vực dưới dạng tọa độ địa lý. Có thể chụp ảnh vệ tinh hoặc bản đồ loại giấy - được quét.
Hiện tại, có các hệ thống định vị mà người dùng có thể bổ sung cho các đối tượng của mình.
theo dõi GPS
Máy thu vô tuyến như vậy nhận và truyền dữ liệu để điều khiển và theo dõi chuyển động của các đối tượng khác nhau mà nó được gắn vào. Nó bao gồm một bộ thu xác định tọa độ và một bộ truyền gửi chúng đến người dùng ở khoảng cách xa.
theo dõi GPS có trong:
- cá nhân, sử dụng riêng lẻ;
- ô tô, được kết nối với trên tàumạng tự động.
Chúng được sử dụng để xác định vị trí của các đối tượng khác nhau (người, xe cộ, động vật, hàng hóa, v.v.).
Những thiết bị này có thể được sử dụng để ngăn chặn các tín hiệu gây nhiễu trên các tần số mà trình theo dõi hoạt động.
GPS-logger
Các bộ đàm này có khả năng hoạt động ở hai chế độ:
- máy thu GPS thông thường;
- ghi nhật ký, ghi lại thông tin về con đường đã đi.
Chúng có thể là:
- xách tay, được trang bị pin sạc cỡ nhỏ;
- ô tô, được cung cấp bởi mạng trên tàu.
Trong các mẫu máy ghi nhật ký hiện đại, có thể ghi tới hai trăm nghìn điểm. Bạn cũng nên đánh dấu bất kỳ điểm nào trên con đường của mình.
Thiết bị được sử dụng tích cực trong du lịch, thể thao, theo dõi, đo đạc bản đồ, trắc địa, v.v.
Định vị toàn cầu ngày nay
Dựa trên thông tin được cung cấp, có thể kết luận rằng những hệ thống như vậy đã được sử dụng ở khắp mọi nơi và phạm vi có xu hướng ngày càng rộng rãi hơn.
Định vị toàn cầu bao gồm lĩnh vực tiêu dùng. Việc sử dụng các cải tiến kỹ thuật mới nhất làm cho hệ thống trở thành một trong những hệ thống được săn đón nhiều nhất trong phân khúc thị trường này.
Cùng với GPS, GLONASS đang được phát triển ở Nga và Galileo ở Châu Âu.
Đồng thời, định vị toàn cầu không phải là không có nhược điểm của nó. Ví dụ, trong một căn hộ của một tòa nhà bê tông cốt thép, trong một đường hầm hoặc tầng hầm, hãy xác định vị trí chính xácKhông thể nào. Bão từ và các nguồn vô tuyến trên mặt đất có thể cản trở việc thu sóng bình thường. Bản đồ điều hướng nhanh chóng trở nên lỗi thời.
Nhược điểm lớn nhất là hệ thống này hoàn toàn phụ thuộc vào Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, bất cứ lúc nào cũng có thể bật nhiễu hoặc tắt hoàn toàn bộ phận dân sự. Do đó, điều quan trọng là ngoài hệ thống định vị toàn cầu GPS và GLONASS, Galileo cũng đang phát triển.
