GPS (tiếng Anh:Global Positioning System; tạm dịch:Hệ thống Định vị Toàn cầu) là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của cácvệ tinh nhân tạo, doBộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý.
Hệ thống GPS được vận hành bởiKhông lực Hoa Kỳ và doBộ Quốc phòng Hoa Kỳ quản lý, ban đầu được dùng trong mục đích quân sự nhưng sau những năm 1980 chính phủHoa Kỳ cho phép sử dụng GPS vào mục đích dân sự ở phạm vi toàn cầu, hệ quả của vụ sự cốChuyến bay 007 củaKorean Air Lines làm chết 269 người.
Ban đầu, GPS được phát triển cho mục đích quân sự, nhưng sự cốChuyến bay 007 củaKorean Air Lines bị bắn rơi vào năm 1983 sau khi đi lạc vào vùng trời bị cấm củaLiên Xô làm chết 269 người thì mới được tổng thốngRonald Reagan cho phép dùng trong mục đích dân sự sau những năm 1980. Nhưng lo ngại về vấn đề an ninh nên khi được đưa vào dân sự chính phủ Mỹ đã cố ý làm giảm độ chính xác của hệ thống định vị nên ban đầu chúng không thỏa mãn được những yêu cầu an toàn củahàng không dân sự vàhàng hải tại thời điểm đó. Phải đến vào ngày 1 tháng 5 năm 2000 Tổng thốngBill Clinton mới ký chỉ thị giúp cho hệ thống định vị dân sự có độ chính xác tương tự như cung cấp cho mục đích quân sự.
GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi trênTrái Đất, 24 giờ một ngày. Không mất phí thuê bao hoặc mất tiền trả cho việc thiết lập sử dụng GPS chỉ cần có thiết bị thu tín hiệu và phần mềm nhúng hỗ trợ.[1]
Nguyên lý hoạt động cốt lõi của GPS cũng giống như cácHệ thống Định vị bằng Vệ tinh khác là khi xét trong cùng một thời điểm và xác định được khoảng cách từ điểm đó đến ít nhất ba vệ tinh thì tọa độ của điểm đó trên mặt đất sẽ được xác định.
Các hệ thống dẫn đường truyền thống hoạt động dựa trên các trạm pháttín hiệuvô tuyến điện. Được biết đến nhiều nhất là các hệ thống sau: LORAN – (LOng RAnge Navigation) – hoạt động ở giải tần 90-100kHz chủ yếu dùng cho hàng hải, hay TACAN – (TACtical Air Navigation) – dùng choquân đội Mỹ và biến thể với độ chính xác thấp VOR/DME – VHF (Omnidirectional Range/Distance Measuring Equipment) – dùng cho hàng không dân dụng trước những năm 2000.
Cácvệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất. Cácmáy thu GPS nhận thông tin này và bằngphép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng. Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng. Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao xa. Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy.
Máy thu phải nhận được tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (kinh độ vàvĩ độ) và để theo dõi được chuyển động. Khi nhận được tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ vàđộ cao). Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông tin khác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình, quãng cách tới điểm đến, thời gianMặt Trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa.
Các máy thu GPS ngày nay cực kì chính xác, nhờ vàothiết kế nhiều kênh hoạt động song song của chúng. Các máy thu 12 kênh song song (của Garmin) nhanh chóng khóa vào các quả vệ tinh khi mới bật lên và chúng duy trì kết nối bền vững, thậm chí trong tán lá rậm rạp hoặc thành phố với các toà nhà cao tầng. Trạng thái củakhí quyển và các nguồn gâysai số khác có thể ảnh hưởng tới độ chính xác của máy thu GPS. Các máy thu GPS có độ chính xác trung bình trong vòng 15 mét.
Các máy thu mới hơn với khả năng WAAS (Wide Area Augmentation System) có thể tăng độ chính xác trung bình tới dưới 3 mét. Không cần thêm thiết bị hay mất phí để có được lợi điểm của WAAS. Người dùng cũng có thể có độ chính xác tốt hơn vớiGPS vi sai (Differential GPS,DGPS) sửa lỗi các tín hiệu GPS để có độ chính xác trong khoảng 3 đến 5 mét.Cục Phòng vệ Bờ biển Mỹ vận hành dịch vụ sửa lỗi này. Hệ thống bao gồm một mạng các đài thu tín hiệu GPS và phát tín hiệu đã sửa lỗi bằng các máy phát hiệu. Để thu được tín hiệu đã sửa lỗi, người dùng phải có máy thu tín hiệu vi sai bao gồm cả ăn-ten để dùng với máy thu GPS của họ.
GPS hiện tại gồm 3 phần chính: phần không gian, kiểm soát và sử dụng.[2] Không quân Hoa Kỳ phát triển, bảo trì và vận hành các phần không gian và kiểm soát. Các vệ tinh GPS truyền tín hiệu từ không gian, và các máy thu GPS sử dụng các tín hiệu này để tính toán vị trí trong không gian 3 chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao) và thời gian hiện tại.[3]
Phần không gian gồm 30 vệ tinh (27 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự phòng) nằm trên các quỹ đạo xoay quanh Trái Đất. Chúng cách mặt đất 20.200 km, bán kính quỹ đạo 26.600 km. Chúng chuyển động ổn định và quay hai vòng quỹ đạo trong khoảng thời gian gần 24 giờ với vận tốc 7 nghìn dặm một giờ.[4] Các vệ tinh trên quỹ đạo được bố trí sao cho các máy thu GPS trên mặt đất có thể nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tinh vào bất kỳ thời điểm nào.
Các vệ tinh được cung cấp bằngnăng lượng Mặt Trời. Chúng có các nguồnpin dự phòng để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng không có ánh sángMặt Trời. Cáctên lửa nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định.
Mục đích trong phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ đạo và thông tin thời gian chính xác. Có 5 trạm kiểm soát đặt rải rác trên Trái Đất. Bốn trạm kiểm soát hoạt động một cách tự động, và một trạm kiểm soát là trung tâm. Bốn trạm này nhận tín hiệu liên tục từ những vệ tinh và gửi các thông tin này đến trạm kiểm soát trung tâm. Tại trạm kiểm soát trung tâm, nó sẽ sửa lại dữ liệu cho đúng và kết hợp với hai an-ten khác để gửi lại thông tin cho các vệ tinh. Ngoài ra, còn một trạm kiểm soát trung tâm dự phòng và sáu trạm quan sát chuyên biệt.
Trạm trung tâm cũng có thể truy cập từ các ăng-ten mặt đất củaU.S. Air Force Satellite Control Network (AFSCN) và các trạm quan sát NGA (National Geospatial-Intelligence Agency). Các đường bay của vệ tinh được ghi nhận bởi các trạm quan sát chuyên dụng của Không quân Hoa Kỳ đặt ởHawaii,Kwajalein,Đảo Ascension,Diego Garcia,Colorado Springs, Colorado vàCape Canaveral, cùng với các trạm quan sát NGA được vận hành ở Anh, Argentina, Ecuador, Bahrain, Úc và Washington DC.[5] Thông tin đường bay của vệ tinh đi được gởi đếnAir Force Space Command's MCS ởSchriever Air Force Base 25 km đông đông nam của Colorado Springs, do2nd Space Operations Squadron (2 SOPS) của U.S. Air Force vận hành. Sau đó 2 SOPS liên lạc thường xuyên với mỗi vệ tinh GPS thông qua việc cập nhật định vị sử dụng các ăng-ten mặt đất chuyên dụng hoặc dùng chung (AFSCN)(các ăng-ten GPS mặt đất chuyên dụng được đặt ở Kwajalein, đảo Ascension, Diego Garcia, và Cape Canaveral). Các thông tin cập nhật này đồng bộ hóa với các đồng hồ nguyên tử đặt trên vệ tinh trong vòng một vài phần tỉgiây cho mỗi vệ tinh, và hiệu chỉnhlịch thiên văn của mô hình quỹ đạo bên trong mỗi vệ tinh. Việc cập nhật được tạo ra bởbộ lọc Kalman sử dụng các tín hiệu/thông tin từ các trạm quan sát trên mặt đất, thông tin thời tiết không gian, và các dữ liệu khác.[6]
Các vệ tinh GPS phát haitín hiệu vô tuyếncông suất thấp dải L1 và L2. (dải L là phầnsóng cực ngắn củaphổ điện từ trải rộng từ 0,39 tới 1,55 GHz). GPS dân sự dùng tần số L1 1575,42 MHz trong dảiUHF. Tín hiệu truyền trực thị, có nghĩa là chúng sẽ xuyên quamây,thủy tinh và nhựa nhưng không qua phần lớn các đối tượng cứng như núi và nhà.
L1 chứa hai mã "giả ngẫu nhiên" (pseudo random), đó là mã Protected (P) và mã Coarse/Acquisition (C/A). Mỗi một vệ tinh có một mã truyền dẫn nhất định, cho phép máy thu GPS nhận dạng được tín hiệu. Mục đích của các mã tín hiệu này là để tính toán khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu GPS.
Tín hiệu GPS chứa ba mẩu thông tin khác nhau – mãgiả ngẫu nhiên, dữ liệuthiên văn và dữ liệulịch. Mã giả ngẫu nhiên đơn giản chỉ là mã định danh để xác định được quả vệ tinh nào là phát thông tin nào. Có thể nhìn số hiệu của các quả vệ tinh trên trang vệ tinh của máy thu Garmin để biết nó nhận được tín hiệu của quả nào.
Dữ liệu thiên văn cho máy thu GPS biết quả vệ tinh ở đâu trên quỹ đạo ở mỗi thời điểm trong ngày. Mỗi quả vệ tinh phát dữ liệu thiên văn chỉ ra thông tin quỹ đạo cho vệ tinh đó và mỗi vệ tinh khác trong hệ thống.
Dữ liệu lịch được phát đều đặn bởi mỗi quả vệ tinh, chứa thông tin quan trọng về trạng thái của vệ tinh (lành mạnh hay không), ngày giờ hiện tại. Phần này của tín hiệu là cốt lõi để phát hiện ra vị trí.
Những yếu tố có thể làm giảm tín hiệu GPS và vì thế ảnh hưởng tới chính xác bao gồm:
Giữ chậm củatầng đối lưu vàtầng ion – Tín hiệu vệ tinh bị chậm đi khi xuyên qua tầng khí quyển.
Tín hiệu đi nhiều đường – Điều này xảy ra khi tín hiệu phản xạ từ nhà hay các đối tượng khác trước khi tới máy thu.
Lỗiđồng hồ máy thu – Đồng hồ có trong máy thu không chính xác như đồng hồ nguyên tử trên các vệ tinh GPS.
Lỗiquỹ đạo – Cũng được biết như lỗi thiên văn, do vệ tinh thông báo vị trí không chính xác.
Lỗi do ảnh hưởng của bão từ, đã được thử nghiệm nhiểu lần, tùy theo cường độ của bão từ mà sai số của GPS sẽ sai từ vài chục đến hơn 100 m.
Số lượng vệ tinh nhìn thấy – Càng nhiều quả vệ tinh được máy thu GPS nhìn thấy thì càng chính xác. Nhà cao tầng, địa hình, nhiễu loạn điện tử hoặc đôi khi thậm chí tán lá dày có thể chặn thu nhận tín hiệu, gây lỗi định vị hoặc không định vị được. Nói chung máy thu GPS không làm việc trong nhà, dưới nước hoặc dưới đất.
Che khuất về hình học – Điều này liên quan tới vị trí tương đối của các vệ tinh ở thời điểm bất kì. Phân bố vệ tinh lý tưởng là khi các quả vệ tinh ở vị trí tạo các góc rộng với nhau. Phân bố xấu xảy ra khi các quả vệ tinh ở trên mộtđường thẳng hoặc cụm thành nhóm.
Sự giảm có chủ tâm tín hiệu vệ tinh – Là sự làm giảm tín hiệu cố ý do sự áp đặt của Bộ Quốc phòng Mỹ, nhằm chống lại việc đối thủ quân sự dùng tín hiệu GPS chính xác cao. Chính phủ Mỹ đã ngừng việc này từ tháng 5 năm 2000, làm tăng đáng kể độ chính xác của máy thu GPS dân sự. (Tuy nhiên biện pháp này hoàn toàn có thể được sử dụng lại trong những điều kiện cụ thể để đảm bảo gậy ông không đập lưng ông. Chính điều này là tiềm ẩn hạn chế an toàn cho dẫn đường và định vị dân sự.)
1. Giám sát quản lý vận tải, theo dõi vị trí, tốc độ, hướng di chuyển,…2. Giám sát mại vụ, giám sát vận tải hành khách,..3. Chống trộm cho ứng dụng thuê xe tự lái, theo dõi lộ trình của đoàn xe4. Liên lạc, theo dõi định vị cho các ứng dụng giao hàngGPS có nhiều ứng dụng mạnh mẽ trong quản lý xe ô tô, đặc biệt là các loại xe như: Xe taxi, xe tải, xe công trình, xe bus, xe khách, xe tự lái. Với nhiều tính năng như:
Giám sát lộ trình đường đi của phương tiện theo thời gian thực: vận tốc, hướng di chuyển và trạng thái tắt/mở máy, quá tốc độ của xe….
Xác định vị trí xe chính xác ở từng góc đường (vị trí xe được thể hiện nháp nháy trên bản đồ), xác định vận tốc và thời gian xe dừng hay đang chạy, biết được lộ trình hiện tại xe đang đi (real time)
Lưu trữ lộ trình từng xe và hiển thị lại lộ trình của từng xe trên cùng một màn hình
Xem lại lộ trình xe theo thời gian và vận tốc tùy chọn
Quản lý theo dõi một hay nhiều xe tại mỗi thời điểm
Báo cáo cước phí và tổng số km của từng xe (ngày/tháng)
Cảnh báo khi xe vượt quá tốc độ, vượt ra khỏi vùng giới hạn
Chức năng chống trộm
Khảo sát trắc địa, môi trường
Dùng trong điều tra, khảo sát, thiết kế các công trình lâm sinh
Chính phủ Hoa Kỳ kiểm soát vệc xuất khẩu một số máy thu dân dụng. Tất cả máy thu GPS có khả năng hoạt động ở độ cao trên 18 km (11 mi) và 515 m/s (1.690 ft/s)[7] được phân loại vào nhóm vũ khí theo đó cần phải có phép sử dụng củaBộ ngoại giao Hoa Kỳ. Những hạn chế này nhắm mục đích ngăn ngừa việc sử dụng các máy thu trongtên lửa đạn đạo, trừ việc sử dụng trongtên lửa hành trình do độ cao và tốc độ của các loại này tương tự như các máy bay.
Nghị định 91/2009/NĐ-CP về thiết bị giám sát hành trình xe.
Thông tư 14/2010/TT-BGTGT về dùng GPS giám sát hoạt động vận tải.
Thông tư số 69/2011/TT-BNNPTNT Hướng dẫn thực hiện một số nội dung Quy chế quản lý đầu tư xây dựng công trình lâm sinh ban hành kèm theo quyết định số 73/2010/QĐ-TTg ngày 16 tháng 11 năm 2010 của Thủ tướng Chính phủ
Đồng phục chiến đấu không quân (ABU) • Đồng phục chiến đấu (BDU) • Bộ đồ bay • Đồng phục huấn luyện • Đồng phục quân chủng • Đồng phục dạ hội • CMU – 33A/P22P-18
