Định vị Flycam bằng hệ thống vệ tinh GPS
Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) rất quan trọng trong việc cho phép nhiều công nghệ của chúng tôi. GPS cho phép chúng tôi nhận được chỉ đường chính xác trong khi chúng tôi lái xe, giúp người ứng cứu khẩn cấp nhanh chóng tìm thấy người gọi, theo dõi khoảng cách chúng tôi đã chạy trong khi tập luyện và nhiều hơn nữa. Nhưng mặc dù GPS đã trở nên phổ biến như thế nào, và nó cần thiết như thế nào đối với rất nhiều công nghệ mà chúng tôi đã sử dụng, tôi nhận ra rằng tôi không thể trả lời, GPS hoạt động như thế nào?
Ở cấp độ cao, tôi nghĩ rằng tôi hiểu cách GPS hoạt động. Vệ tinh truyền vị trí của chúng và bằng cách sử dụng ba trong số chúng, bạn có thể giải quyết vị trí của chính mình trong không gian 3D. Đó là cách GPS hoạt động, phải không?
Hóa ra tôi đã sai, vì vậy đây là cách GPS hoạt động và 6 điều bạn có thể không biết.
1) GPS không phải là duy nhất
GPS chỉ là một trong một số hệ thống điều hướng vô tuyến dựa trên không gian. Nga có hệ thống GLONASS, Liên minh châu Âu có hệ thống Galileo và Trung Quốc có hệ thống BeiDou.
Tuy nhiên, GLONASS của Nga là hệ thống duy nhất khác cung cấp vùng phủ sóng toàn cầu, mặc dù kém chính xác hơn một chút so với GPS. Hệ thống Galileo dự kiến sẽ đạt công suất hoạt động toàn cầu vào năm 2019 và BeiDou vào năm 2020.
Các hệ thống điều hướng vô tuyến dựa trên không gian rất cần thiết cho hầu hết các ứng dụng quân sự, vì vậy các quốc gia không muốn phụ thuộc vào một quốc gia khác nếu xảy ra sự thù địch. Quân đội Ấn Độ đã học được điều này một cách khó khăn vào năm 1999 trong Chiến tranh Kargil khi họ bị từ chối chọn lọc truy cập. Bạn hỏi ai?
2) Chính phủ Hoa Kỳ sở hữu và vận hành GPS
Giống như nhiều công nghệ hiện đại, GPS được sinh ra từ quân đội trong Chiến tranh Lạnh. Răn đe hạt nhân là tên của trò chơi, có nghĩa là khả năng phóng vũ khí hạt nhân tại quê hương của kẻ thù.
Các tàu ngầm hạt nhân có thể tiếp cận một bờ biển trong trạng thái tàng hình, đủ gần để bắn một tên lửa đạn đạo phóng từ tàu ngầm vào đất liền. Tuy nhiên, để bắn một tên lửa đạn đạo chính xác từ tàu ngầm, điều quan trọng là bạn phải biết chính xác vị trí của tàu ngầm đó. GPS vì thế có nghĩa là một hệ thống dẫn đường tốt hơn cho những tên lửa đạn đạo phóng từ tàu ngầm đó.
Mặc dù Chiến tranh Lạnh đã chấm dứt 4 năm trước khi Liên Xô sụp đổ, GPS đã hoạt động hoàn toàn vào năm 1995. Lúc đầu, tín hiệu chất lượng cao nhất được dành cho sử dụng cho quân đội nhưng năm 2000 GPS được cung cấp miễn phí cho công chúng như một quốc gia nguồn.
3) Hiện tại có 32 vệ tinh GPS trong quỹ đạo
Để đạt được phạm vi bảo hiểm toàn cầu cho GPS, cần có 24 vệ tinh. Chiếc đầu tiên trong số 24 được ra mắt vào năm 1989 và thứ 24 được ra mắt vào năm 1994.
Các vệ tinh GPS chỉ tồn tại khoảng 10 năm và thường cần bảo dưỡng trong suốt cuộc đời của chúng, đó là lý do tại sao hiện có 32 vệ tinh GPS trên quỹ đạo. Các vệ tinh bổ sung sẽ lấp đầy các khoảng trống khi 24 vệ tinh lõi cần được bảo dưỡng hoặc ngừng hoạt động, để bảo hiểm được duy trì.
Nhưng tại sao đầu tiên cần 24 vệ tinh?
4) Bạn cần ít nhất 4 vệ tinh GPS trong tầm nhìn
Sử dụng một chòm sao gồm 24 vệ tinh GPS đảm bảo rằng ít nhất 4 vệ tinh nằm trong tầm ngắm của bất kỳ vị trí nào trên Trái đất mọi lúc.
Số ma thuật là 4 vì cách GPS tính toán vị trí chính xác của bạn. Mỗi vệ tinh gửi tín hiệu bao gồm 1) thời gian chính xác mà tín hiệu được gửi và 2) vị trí chính xác của vệ tinh so với tâm Trái đất.
Chúng tôi biết rằng tốc độ ánh sáng là không đổi, vì vậy thời gian để tín hiệu từ vệ tinh GPS truyền đến bạn, nhân với tốc độ ánh sáng, là khoảng cách giữa bạn và vệ tinh. Chúng ta cũng biết vị trí của từng vệ tinh, do đó, bằng cách thực hiện một hình học nhỏ, chúng ta có thể sử dụng các vị trí vệ tinh và khoảng cách đã biết để tìm ra vị trí của chúng ta.
Tuy nhiên, hãy chờ đợi, bạn nói, nếu tôi nhớ toán cấp ba của tôi, bạn chỉ cần ba phương trình để giải cho ba ẩn số. Tại sao chúng ta cần một vệ tinh thứ tư?
Đó là bởi vì có một ẩn số thứ tư. Chúng tôi thực sự không biết thời gian chính xác để tín hiệu truyền từ các vệ tinh đến bạn. Đó là lý do tại sao
5) Nhu cầu GPS vào tài khoản cho thuyết tương đối rộng
Theo lý thuyết tương đối tổng quát của Albert Einstein, thời gian di chuyển nhanh hơn đối với các vật thể ở xa nguồn hấp dẫn. Bởi vì các vệ tinh ở xa Trái đất hơn, đồng hồ trên tàu của chúng chạy nhanh hơn 38 micro giây mỗi ngày so với đồng hồ trên bề mặt Trái đất.
Nếu không có sự điều chỉnh, điều này sẽ có nghĩa là vị trí GPS sẽ chênh lệch nhiều như 6 dặm mỗi ngày.
Vì vậy, biến số thứ tư chưa biết là độ lệch thời gian so với đồng hồ nguyên tử trên các vệ tinh GPS. Đây là lý do tại sao cần 4 vệ tinh để xác định vị trí chính xác. Tuy nhiên, một trong những lợi ích của hệ thống này là
6) GPS không chỉ để xác định vị trí
Độ chính xác của tín hiệu thời gian GPS nằm trong vòng 10 phần tỷ giây, chỉ đứng sau đồng hồ nguyên tử. Vì vậy, GPS cũng được sử dụng để xác định thời gian chính xác, điều này cực kỳ quan trọng đối với các ứng dụng quan trọng về thời gian.
Mạng di động, hệ thống ngân hàng, thị trường tài chính và lưới điện của chúng tôi đều phụ thuộc rất nhiều vào GPS để đồng bộ hóa thời gian chính xác. Trong lĩnh vực truyền thông, thời gian GPS cho phép chuyển giao cuộc gọi được đồng bộ hóa. Trong lĩnh vực tài chính, thời gian GPS cho phép các giao dịch tài chính được định thời gian chính xác.
GPS và Internet vạn vật
Vị trí chính xác và khả năng định thời của GPS là một yếu tố quyết định quan trọng đối với nhiều ứng dụng IoT. Từ nông nghiệp chính xác, đến phương tiện tự động, theo dõi đội tàu, đến khai thác thông minh, và nhiều hơn nữa.
Vì vậy, hy vọng bây giờ bạn có thể trả lời, “GPS hoạt động như thế nào?”, Và biết thêm một chút về công nghệ tuyệt vời này đã nhanh chóng trở thành một thành phần cần thiết và phổ biến trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta.
Được xuất bản lần đầu tại Leverege.com
