gps
Phượt thủ
Để tìm hiểu thêm về GPS vi sai, gps xin nói thêm về các thành phần của hệ GPS trước.
Hệ GPS cấu thành bởi 3 thành phần: không gian (các vệ tinh), điều khiển (các trạm mặt đất) và người dùng (bạn và máy thu của bạn)
Thành phần không gian bao gồm 24 vệ tinh là trái tim của toàn bộ hệ thống. Các vệ tinh chuyển động trên quĩ đạo cao cách mặt đất khoảng 19,300 km. Với độ cao như vậy, cho phép tín hiệu của mỗi vệ tinh có thể che phủ một vùng rộng hơn trên trái đất. Các vệ tinh được trên quĩ đạo của chúng bố trí sao cho một máy thu GPS trên mặt đất có thể nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tinh vào bất kỳ thời điểm nào. Các vệ tinh hoàn thành 2 vòng quĩ đạo trong vòng mỗi ngày đêm. Các vệ tinh sử dụng năng lượng mặt trời, và được trang bị ắc qui để hoạt động khi bị che khuất hoặc nhật thực vv Ngoài ra, còn có các tên lửa đẩy nhỏ để điều chỉnh quĩ đạo khi cần.
Vệ tinh đầu tiên được phóng vào năm 1978 và hoàn chỉnh với 24 quả vào năm 1994. Tiền từ ngân sách bộ quốc phòng Mỹ được dùng để mua vệ tinh mới, phóng lên quĩ đạo, vận hành hệ thống cho chúng ta xài miễn phí.
Tín hiệu truyền từ vệ tinh với công suất cực kỳ thấp trên một vài tần số (được gọi là L1, L2, vv) Máy thu dân dụng chỉ thu được tín hiệu trên tần số L1 = 1575.42 MHz. Tín hiệu được truyền theo đường thẳng có khả năng xuyên qua mây, thuỷ tinh và nhựa vv nhưng không xuyên qua được hầu hết các chất rắn khác như bê tông, thép, đất đá vv.
Để so sánh, các đài phát thanh FM có tần số từ 88 đến 108 MHz, (đài tp HCM là 99.9 MHz, đài Hà Nội là 104.5 MHz, còn Bình Dương là 92.5 MHz). Công suất của các đài phát vào khoảng 100 ngàn wát (đài FM tp HCM có công suất 20 KW, các đài phát khác ở Việt Nam có công suất từ 1 KW đến 500 KW, nguồn: http://asiaradio.crosswinds.net/vtnlocs.htm) trong khi tín hiệu từ vệ tinh chỉ có 20 50 wát mà thôi. Cứ tưởng tượng máy thu phải lắng nghe tín hiệu có công suất 50 wát từ khoảng cách 19300 km !!! Đó là lý do tại sao cường độ tín hiệu máy thu GPS nhận được phụ thuộc rất nhiều vào độ quang đãng của bầu trời.
Thành phần điều khiển làm cái việc mà nó mang tên. Các trạm điều khiển này theo dõi và cung cấp cho các vệ tinh thông tin về vị trí và thời gian với độ chính xác cao. Có 5 trạm được bố trí trên toàn thế giới, 4 cái không tên và một trạm trung tâm. Các trạm không tên liên tục thu nhận thông tin và truyền về trạm trung tâm để xử lý và phát lên các vệ tinh các thông tin hiệu chỉnh.
Người dùng chính là các bạn và máy thu, bao gồm thuỷ thủ, phi công, ngư dân, người leo núi, thợ săn vv bất kỳ ai muốn biết họ đang ở đâu, đã đi qua những đâu và đang đi tới nơi nào.
GPS vi sai
GPS được xem như là hệ thống định vị dùng sóng điện từ chính xác nhất hiện nay. GLONASS thì hoạt động cầm chừng với 1/3 đến 1/2 công suất, Galileo của châu Âu thì đến năm 2008 mới xong. GPS đã thừa chính xác cho rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống, tuy nhiên, con người luôn mong muốn hơn nữa. Cao hơn, nhanh hơn, xa hơn, và chính xác hơn. Vì vậy một số kỹ sư lanh mưu đã nghĩ ra cái gọi là "Differential GPS" gps tạm dịch là GPS vi sai, một giải pháp thông minh và rẻ tiền để giảm thiểu sai số và nâng cao độ chính xác. (gps cũng là kỹ sư nên khen phe ta chút đỉnh)
Differential GPS hay "DGPS" có thể mang lại độ chính xác trong phạm vi vài mét cho máy thu đang chuyển động, còn máy thu đang đứng yên thì còn cao hơn thế. Độ chính xác của DGPS làm cho GPS trở nên quan trọng hơn và có nhiều ứng dụng hơn. GPS trở nên không chỉ là hệ thống dẫn đường cho máy bay, tàu bè trên toàn thế giới, những người vô công rồi nghề như gps, mà còn là được sử dụng như một công cụ đo lường toàn cầu có khả năng định vị rất chính xác cho các ứng dụng dân sự.
DGPS liên quan tới việc sử dụng phối hợp 2 máy thu, một cái đứng yên làm chuẩn, một cái mang đi đo lòng vòng.
Chắc các bạn đều nhớ rằng máy thu GPS nhận tín hiệu từ tối thiểu 4 quả vệ tinh để xác định toạ độ của nó. Trong bản thân mỗi tín hiệu vệ tinh đã tiềm tàng sai số rồi, trên đường đi, nó còn trở nên hư hỏng hơn với nhiều sai số hơn. Bản thân nguồn đã có sai số rồi thì kết quả tính toán của máy thu phải là một hỗn hợp của các sai số đó mà thôi. Đó là nguyên nhân dẫn đến sai số 15 mét, và DGPS sẽ giúp chúng ta giảm sai số này xuống trong vòng 3-5 mét mà thôi.
May mắn thay, kích thước khổng lồ của GPS đã giúp chúng ta. Đường kính quĩ đạo của vệ tinh quá lớn đã khiến cho khoảng cách vài trăm cây số trên mặt đất trở nên nhỏ bé. Vì thế, nếu hai máy thu được đặt gần nhau, tín hiệu truyền tới hai máy thu có thể xem như đã đi qua cùng một lân cận của bầu khí quyển và như vậy, sẽ hầu như có cùng sai số. Đó là ý tưởng chính của DGPS. Nếu chúng ta có một máy thu GPS đo sai số thời gian của tất cả các vệ tinh (trong tầm nhìn) và cung cấp thông tin đó cho những máy thu khác trong khu vực lân cận, thì có thể loại trừ hầu hết các sai số, kể cả sai số nhân tạo đáng nguyền rủa Selective Availability do bộ quốc phòng Mỹ cố tình đưa vào. (Cám ơn ông Clinton ngoài thời gian hú hí với cô em Monica đã ký quyết định tắt SA, nhưng đừng vội mừng, biết đâu ông Bush có thể bật lại để yên tâm đánh nhau với Irắc)
Để tính ra sai số đồng hồ , một máy thu được đặt ở một nơi đã biết trước toạ độ một cách chính xác. Tạm goi máy này là máy tham chiếu (gọi máy mốc cũng được mà nghe hơi kỳ. Máy tham chiếu này cũng nhận được tín hiệu y chang như mấy cái khác đang đi lòng vòng trong lân cận bán kính e rờ. Nhưng thay vì từ tín hiệu tính ra toạ độ thì nó lại làm ngược lại là dùng toạ độ đã biết để tính ra thời gian (hay khoảng cách thì tuỳ bạn vì thời gian chính là khoảng cách). Máy tham chiếu tính ra thời gian cần thiết để tìn hiệu truyền tới nó, rồi so sánh với thời gian truyền thực. Sự khác biệt chính là hệ số hiệu chỉnh. Sau đó, máy tham chiếu phát hệ số hiệu chỉnh này tới các máy lòng vòng để tụi nó biết đường mà lần. Thiệt ra mà nói thì máy mốc đâu có biết tụi lòng vòng nó dòm ngó những vệ tinh nào, vì vậy nó chơi tới luôn bằng cách tính toán hệ số hiệu chỉnh cho tất cả các vệ tinh trong tầm nhìn. Sau đó phát đi một thông báo đại thể như sau: Ê cái bọn lang thang kia, nghe tớ nói đây, bây giờ tín hiệu từ vệ tinh #1 trễ 19 nano giây, #2 trễ 3 nano giây .. Và cứ thế giòng đời trôi chảy mãi.
Bọn lang thang nhận thông điệp này và đưa vào hệ số hiệu chỉnh cho tín hiệu từ vệ tinh nào mà nó đang dùng để xác định toạ độ của mình.
Hệ GPS cấu thành bởi 3 thành phần: không gian (các vệ tinh), điều khiển (các trạm mặt đất) và người dùng (bạn và máy thu của bạn)
Thành phần không gian bao gồm 24 vệ tinh là trái tim của toàn bộ hệ thống. Các vệ tinh chuyển động trên quĩ đạo cao cách mặt đất khoảng 19,300 km. Với độ cao như vậy, cho phép tín hiệu của mỗi vệ tinh có thể che phủ một vùng rộng hơn trên trái đất. Các vệ tinh được trên quĩ đạo của chúng bố trí sao cho một máy thu GPS trên mặt đất có thể nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tinh vào bất kỳ thời điểm nào. Các vệ tinh hoàn thành 2 vòng quĩ đạo trong vòng mỗi ngày đêm. Các vệ tinh sử dụng năng lượng mặt trời, và được trang bị ắc qui để hoạt động khi bị che khuất hoặc nhật thực vv Ngoài ra, còn có các tên lửa đẩy nhỏ để điều chỉnh quĩ đạo khi cần.
Vệ tinh đầu tiên được phóng vào năm 1978 và hoàn chỉnh với 24 quả vào năm 1994. Tiền từ ngân sách bộ quốc phòng Mỹ được dùng để mua vệ tinh mới, phóng lên quĩ đạo, vận hành hệ thống cho chúng ta xài miễn phí.
Tín hiệu truyền từ vệ tinh với công suất cực kỳ thấp trên một vài tần số (được gọi là L1, L2, vv) Máy thu dân dụng chỉ thu được tín hiệu trên tần số L1 = 1575.42 MHz. Tín hiệu được truyền theo đường thẳng có khả năng xuyên qua mây, thuỷ tinh và nhựa vv nhưng không xuyên qua được hầu hết các chất rắn khác như bê tông, thép, đất đá vv.
Để so sánh, các đài phát thanh FM có tần số từ 88 đến 108 MHz, (đài tp HCM là 99.9 MHz, đài Hà Nội là 104.5 MHz, còn Bình Dương là 92.5 MHz). Công suất của các đài phát vào khoảng 100 ngàn wát (đài FM tp HCM có công suất 20 KW, các đài phát khác ở Việt Nam có công suất từ 1 KW đến 500 KW, nguồn: http://asiaradio.crosswinds.net/vtnlocs.htm) trong khi tín hiệu từ vệ tinh chỉ có 20 50 wát mà thôi. Cứ tưởng tượng máy thu phải lắng nghe tín hiệu có công suất 50 wát từ khoảng cách 19300 km !!! Đó là lý do tại sao cường độ tín hiệu máy thu GPS nhận được phụ thuộc rất nhiều vào độ quang đãng của bầu trời.
Thành phần điều khiển làm cái việc mà nó mang tên. Các trạm điều khiển này theo dõi và cung cấp cho các vệ tinh thông tin về vị trí và thời gian với độ chính xác cao. Có 5 trạm được bố trí trên toàn thế giới, 4 cái không tên và một trạm trung tâm. Các trạm không tên liên tục thu nhận thông tin và truyền về trạm trung tâm để xử lý và phát lên các vệ tinh các thông tin hiệu chỉnh.
Người dùng chính là các bạn và máy thu, bao gồm thuỷ thủ, phi công, ngư dân, người leo núi, thợ săn vv bất kỳ ai muốn biết họ đang ở đâu, đã đi qua những đâu và đang đi tới nơi nào.
GPS vi sai
GPS được xem như là hệ thống định vị dùng sóng điện từ chính xác nhất hiện nay. GLONASS thì hoạt động cầm chừng với 1/3 đến 1/2 công suất, Galileo của châu Âu thì đến năm 2008 mới xong. GPS đã thừa chính xác cho rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống, tuy nhiên, con người luôn mong muốn hơn nữa. Cao hơn, nhanh hơn, xa hơn, và chính xác hơn. Vì vậy một số kỹ sư lanh mưu đã nghĩ ra cái gọi là "Differential GPS" gps tạm dịch là GPS vi sai, một giải pháp thông minh và rẻ tiền để giảm thiểu sai số và nâng cao độ chính xác. (gps cũng là kỹ sư nên khen phe ta chút đỉnh)
Differential GPS hay "DGPS" có thể mang lại độ chính xác trong phạm vi vài mét cho máy thu đang chuyển động, còn máy thu đang đứng yên thì còn cao hơn thế. Độ chính xác của DGPS làm cho GPS trở nên quan trọng hơn và có nhiều ứng dụng hơn. GPS trở nên không chỉ là hệ thống dẫn đường cho máy bay, tàu bè trên toàn thế giới, những người vô công rồi nghề như gps, mà còn là được sử dụng như một công cụ đo lường toàn cầu có khả năng định vị rất chính xác cho các ứng dụng dân sự.
DGPS liên quan tới việc sử dụng phối hợp 2 máy thu, một cái đứng yên làm chuẩn, một cái mang đi đo lòng vòng.
Chắc các bạn đều nhớ rằng máy thu GPS nhận tín hiệu từ tối thiểu 4 quả vệ tinh để xác định toạ độ của nó. Trong bản thân mỗi tín hiệu vệ tinh đã tiềm tàng sai số rồi, trên đường đi, nó còn trở nên hư hỏng hơn với nhiều sai số hơn. Bản thân nguồn đã có sai số rồi thì kết quả tính toán của máy thu phải là một hỗn hợp của các sai số đó mà thôi. Đó là nguyên nhân dẫn đến sai số 15 mét, và DGPS sẽ giúp chúng ta giảm sai số này xuống trong vòng 3-5 mét mà thôi.
May mắn thay, kích thước khổng lồ của GPS đã giúp chúng ta. Đường kính quĩ đạo của vệ tinh quá lớn đã khiến cho khoảng cách vài trăm cây số trên mặt đất trở nên nhỏ bé. Vì thế, nếu hai máy thu được đặt gần nhau, tín hiệu truyền tới hai máy thu có thể xem như đã đi qua cùng một lân cận của bầu khí quyển và như vậy, sẽ hầu như có cùng sai số. Đó là ý tưởng chính của DGPS. Nếu chúng ta có một máy thu GPS đo sai số thời gian của tất cả các vệ tinh (trong tầm nhìn) và cung cấp thông tin đó cho những máy thu khác trong khu vực lân cận, thì có thể loại trừ hầu hết các sai số, kể cả sai số nhân tạo đáng nguyền rủa Selective Availability do bộ quốc phòng Mỹ cố tình đưa vào. (Cám ơn ông Clinton ngoài thời gian hú hí với cô em Monica đã ký quyết định tắt SA, nhưng đừng vội mừng, biết đâu ông Bush có thể bật lại để yên tâm đánh nhau với Irắc)
Để tính ra sai số đồng hồ , một máy thu được đặt ở một nơi đã biết trước toạ độ một cách chính xác. Tạm goi máy này là máy tham chiếu (gọi máy mốc cũng được mà nghe hơi kỳ. Máy tham chiếu này cũng nhận được tín hiệu y chang như mấy cái khác đang đi lòng vòng trong lân cận bán kính e rờ. Nhưng thay vì từ tín hiệu tính ra toạ độ thì nó lại làm ngược lại là dùng toạ độ đã biết để tính ra thời gian (hay khoảng cách thì tuỳ bạn vì thời gian chính là khoảng cách). Máy tham chiếu tính ra thời gian cần thiết để tìn hiệu truyền tới nó, rồi so sánh với thời gian truyền thực. Sự khác biệt chính là hệ số hiệu chỉnh. Sau đó, máy tham chiếu phát hệ số hiệu chỉnh này tới các máy lòng vòng để tụi nó biết đường mà lần. Thiệt ra mà nói thì máy mốc đâu có biết tụi lòng vòng nó dòm ngó những vệ tinh nào, vì vậy nó chơi tới luôn bằng cách tính toán hệ số hiệu chỉnh cho tất cả các vệ tinh trong tầm nhìn. Sau đó phát đi một thông báo đại thể như sau: Ê cái bọn lang thang kia, nghe tớ nói đây, bây giờ tín hiệu từ vệ tinh #1 trễ 19 nano giây, #2 trễ 3 nano giây .. Và cứ thế giòng đời trôi chảy mãi.
Bọn lang thang nhận thông điệp này và đưa vào hệ số hiệu chỉnh cho tín hiệu từ vệ tinh nào mà nó đang dùng để xác định toạ độ của mình.