Tweet
Hệ thống Vệ Tinh GPS, Tín Hiệu và Nguồng Lỗi Tín Hiệu GPS
Hệ thống vệ tinh GPS
24 vệ tinh tạo nên các phân đoạn không gian GPS đang quay quanh trái đất khoảng 12.000 dặm phía trên chúng ta. Chúng thường xuyên di chuyển, tạo ra hai quỹ đạo, hoàn thành trong vòng 24 giờ. Các vệ tinh đang di động với tốc độ khoảng 7.000 dặm một giờ.
Những vệ tinh GPS được chạy bằng năng lượng mặt trời. Chúng có pin dự phòng trên tàu để chạy trong trường hợp nhật thực, khi không có năng lượng mặt trời. Những tên lửa nhỏ trên mỗi vệ tinh giữ cho chúng bay trong đường dẫn chính xác.
Dưới đây là một số sự thật thú vị khác về vệ tinh GPS (còn gọi là NAVSTAR, tên chính thức của Bộ Quốc phòng Mỹ cho GPS):
Vệ tinh GPS đầu tiên được đưa ra vào năm 1978.
Một chòm sao đầy đủ của 24 vệ tinh đạt được trong năm 1994.
Mỗi vệ tinh được xây dựng để tồn tại khoảng 10 năm. Sự thay thế không ngừng được xây dựng và phóng lên quỹ đạo.
Một vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 2.000 kg và khoảng 17 feet với các tấm pin mặt trời mở rộng.
Máy phát điện chỉ 50 watt hoặc ít hơn.
Tín hiệu là gì?
Những vệ tinh GPS truyền hai tín hiệu vô tuyến điện thấp, L1 và L2. GPS dân sự dùng tần số L1 1575,42 MHz trong băng UHF. Các tín hiệu di chuyển bằng đường ánh sáng, nghĩa là chúng sẽ đi qua thủy tinh, đám mây , và nhựa nhưng sẽ không đi qua hầu hết các vật thể rắn như các tòa nhà và các ngọn núi.
Một tín hiệu GPS chứa ba mẩu thông tin khác nhau - một mã giả ngẫu nhiên, dữ liệu lịch thiên văn và dữ liệu niên lịch. Mã giả ngẫu nhiên đơn giản là một mã ID để nhận biết vệ tinh nào đang truyền thông tin. Bạn có thể xem con số này trên trang vệ tinh đơn vị GPS của bạn, vì nó nhận diện được vệ tinh nào mà nó đang nhận tín hiệu
Dữ liệu thiên văn, được truyền liên tục qua mỗi vệ tinh, chứa thông tin quan trọng về tình trạng của vệ tinh (khoẻ mạnh hay không), thời gian và ngày tháng hiện tại. Một phần này của tín hiệu cần thiết cho việc xác định vị trí.
Các số liệu niên lịch nói cho máy thu GPS vị trí mà mỗi vệ tinh GPS nên được đặt tại bất kỳ thời gian nào trong ngày. Mỗi vệ tinh truyền dữ liệu niên lịch, hiển thị thông tin về quỹ đạo cho vệ tinh đó và mỗi vệ tinh khác trong hệ thống.
Nguồn lỗi tín hiệu GPS
Các yếu tố có thể làm suy giảm tín hiệu GPS và vì thế ảnh hưởng đến độ chính xác bao gồm:
Sự cản trở của tầng điện ly và tầng đối lưu - Các tín hiệu vệ tinh chậm lại khi nó đi qua khí quyển. Hệ thống GPS sử dụng một mô hình được xây dựng nhằm tính toán mức trung bình của sự chậm trễ để sửa chữa một phần nào cho loại lỗi này.
Tín hiệu đa đường - Điều này xảy ra khi các tín hiệu GPS bị các đối tượng làm cản trở như nhà cao tầng hoặc các bề mặt đá lớn trước khi nó đi tới máy thu. Điều này làm tăng thời gian di chuyển của tín hiệu, do đó gây ra lỗi.
Lỗi của đồng hồ máy thu - Một chiếc đồng hồ được tích hợp trong máy thu không chính xác như đồng hồ nguyên tử trên các vệ tinh GPS. Do đó, nó có thể có lỗi về thời gian rất nhỏ
Lỗi quỹ đạo - Còn được gọi là lỗi thiên văn, đây là những sự không chính xác của báo cáo vị trí các vệ tinh
Số lượng vệ tinh nhìn thấy – Càng nhiều vệ tinh mà một máy thu GPS có thể "nhìn thấy," thì độ chính xác tốt hơn. Các tòa nhà, địa thế, nhiễu điện tử, hoặc đôi khi thậm chí tán lá dày đặc có thể chặn sự tiếp nhận tín hiệu, gây ra lỗi về vị trí hoặc có thể không đọc được vị trí nào cả. Những đơn vị GPS thường không làm việc trong nhà, dưới nước hoặc dưới đất.
Vệ tinh hình học – Điều này đề cập đến vị trí tương đối của các vệ tinh vào bất kỳ thời điểm nào. Vệ tinh hình học lý tưởng tồn tại khi các vệ tinh được đặt ở góc rộng tương đối với nhau. Vệ tinh hình học đem lại kết quả nghèo nàn khi các vệ tinh được đặt cùng trong một dòng hoặc một nhóm chặt chẽ.
Sự giảm tín hiệu vệ tinh một cách cố ý - Selective Availability (SA) là một sự suy giảm tín hiệu có chủ ý đã từng được áp đặt bởi Bộ Quốc phòng Mỹ. SA dự định ngăn chặn kẻ thù quân sự từ việc sử dụng tín hiệu GPS có độ chính xác cao. Chính phủ đã dừng SA vào tháng 5 năm 2000, cải thiện đáng kể tính chính xác của các máy thu GPS dân sự.
24 vệ tinh tạo nên các phân đoạn không gian GPS đang quay quanh trái đất khoảng 12.000 dặm phía trên chúng ta. Chúng thường xuyên di chuyển, tạo ra hai quỹ đạo, hoàn thành trong vòng 24 giờ. Các vệ tinh đang di động với tốc độ khoảng 7.000 dặm một giờ.
Những vệ tinh GPS được chạy bằng năng lượng mặt trời. Chúng có pin dự phòng trên tàu để chạy trong trường hợp nhật thực, khi không có năng lượng mặt trời. Những tên lửa nhỏ trên mỗi vệ tinh giữ cho chúng bay trong đường dẫn chính xác.
Dưới đây là một số sự thật thú vị khác về vệ tinh GPS (còn gọi là NAVSTAR, tên chính thức của Bộ Quốc phòng Mỹ cho GPS):
Vệ tinh GPS đầu tiên được đưa ra vào năm 1978.
Một chòm sao đầy đủ của 24 vệ tinh đạt được trong năm 1994.
Mỗi vệ tinh được xây dựng để tồn tại khoảng 10 năm. Sự thay thế không ngừng được xây dựng và phóng lên quỹ đạo.
Một vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 2.000 kg và khoảng 17 feet với các tấm pin mặt trời mở rộng.
Máy phát điện chỉ 50 watt hoặc ít hơn.
Tín hiệu là gì?
Những vệ tinh GPS truyền hai tín hiệu vô tuyến điện thấp, L1 và L2. GPS dân sự dùng tần số L1 1575,42 MHz trong băng UHF. Các tín hiệu di chuyển bằng đường ánh sáng, nghĩa là chúng sẽ đi qua thủy tinh, đám mây , và nhựa nhưng sẽ không đi qua hầu hết các vật thể rắn như các tòa nhà và các ngọn núi.
Một tín hiệu GPS chứa ba mẩu thông tin khác nhau - một mã giả ngẫu nhiên, dữ liệu lịch thiên văn và dữ liệu niên lịch. Mã giả ngẫu nhiên đơn giản là một mã ID để nhận biết vệ tinh nào đang truyền thông tin. Bạn có thể xem con số này trên trang vệ tinh đơn vị GPS của bạn, vì nó nhận diện được vệ tinh nào mà nó đang nhận tín hiệu
Dữ liệu thiên văn, được truyền liên tục qua mỗi vệ tinh, chứa thông tin quan trọng về tình trạng của vệ tinh (khoẻ mạnh hay không), thời gian và ngày tháng hiện tại. Một phần này của tín hiệu cần thiết cho việc xác định vị trí.
Các số liệu niên lịch nói cho máy thu GPS vị trí mà mỗi vệ tinh GPS nên được đặt tại bất kỳ thời gian nào trong ngày. Mỗi vệ tinh truyền dữ liệu niên lịch, hiển thị thông tin về quỹ đạo cho vệ tinh đó và mỗi vệ tinh khác trong hệ thống.
Nguồn lỗi tín hiệu GPS
Các yếu tố có thể làm suy giảm tín hiệu GPS và vì thế ảnh hưởng đến độ chính xác bao gồm:
Sự cản trở của tầng điện ly và tầng đối lưu - Các tín hiệu vệ tinh chậm lại khi nó đi qua khí quyển. Hệ thống GPS sử dụng một mô hình được xây dựng nhằm tính toán mức trung bình của sự chậm trễ để sửa chữa một phần nào cho loại lỗi này.
Tín hiệu đa đường - Điều này xảy ra khi các tín hiệu GPS bị các đối tượng làm cản trở như nhà cao tầng hoặc các bề mặt đá lớn trước khi nó đi tới máy thu. Điều này làm tăng thời gian di chuyển của tín hiệu, do đó gây ra lỗi.
Lỗi của đồng hồ máy thu - Một chiếc đồng hồ được tích hợp trong máy thu không chính xác như đồng hồ nguyên tử trên các vệ tinh GPS. Do đó, nó có thể có lỗi về thời gian rất nhỏ
Lỗi quỹ đạo - Còn được gọi là lỗi thiên văn, đây là những sự không chính xác của báo cáo vị trí các vệ tinh
Số lượng vệ tinh nhìn thấy – Càng nhiều vệ tinh mà một máy thu GPS có thể "nhìn thấy," thì độ chính xác tốt hơn. Các tòa nhà, địa thế, nhiễu điện tử, hoặc đôi khi thậm chí tán lá dày đặc có thể chặn sự tiếp nhận tín hiệu, gây ra lỗi về vị trí hoặc có thể không đọc được vị trí nào cả. Những đơn vị GPS thường không làm việc trong nhà, dưới nước hoặc dưới đất.
Vệ tinh hình học – Điều này đề cập đến vị trí tương đối của các vệ tinh vào bất kỳ thời điểm nào. Vệ tinh hình học lý tưởng tồn tại khi các vệ tinh được đặt ở góc rộng tương đối với nhau. Vệ tinh hình học đem lại kết quả nghèo nàn khi các vệ tinh được đặt cùng trong một dòng hoặc một nhóm chặt chẽ.
Sự giảm tín hiệu vệ tinh một cách cố ý - Selective Availability (SA) là một sự suy giảm tín hiệu có chủ ý đã từng được áp đặt bởi Bộ Quốc phòng Mỹ. SA dự định ngăn chặn kẻ thù quân sự từ việc sử dụng tín hiệu GPS có độ chính xác cao. Chính phủ đã dừng SA vào tháng 5 năm 2000, cải thiện đáng kể tính chính xác của các máy thu GPS dân sự.
