Chòm sao vệ tinh GPS là gì?

Thành phần chính của hệ thống GPS

1. Chòm sao vệ tinh: GPS luôn duy trì tối thiểu 24 vệ tinh hoạt động trên quỹ đạo ở độ cao khoảng 20.000 km, với một số vệ tinh dự phòng để đảm bảo liên tục phủ sóng toàn cầu.
2. Tín hiệu vệ tinh: Mỗi vệ tinh định kỳ phát tín hiệu chứa thông tin về thời gian chính xác nhờ đồng hồ nguyên tử gắn trên vệ tinh và vị trí quỹ đạo của mình.
3. Tín hiệu thu nhận
4. Đồng hồ nguyên tử: đóng vai trò đảm bảo đo lường thời gian với độ chính xác tới từng phần tỷ giây
5. Thiết bị thu GPS: Các thiết bị như smartphone, xe ô tô, máy định vị đều có ăng-ten và mạch điện nhận – xử lý tín hiệu từ nhiều vệ tinh cùng lúc.

• Để xác định vị trí, thiết bị GPS phải nhận tín hiệu đồng thời từ ít nhất 4 vệ tinh.
• Mỗi tín hiệu vệ tinh gửi về đều chứa dấu thời gian và tọa độ chính xác tại thời điểm phát sóng.
• Thiết bị thu tính toán độ trễ của từng tín hiệu, tức thời gian di chuyển của sóng từ vệ tinh tới thiết bị, từ đó xác định được khoảng cách từng vệ tinh dựa vào vận tốc ánh sáng.
• Bằng phương pháp “tam giác hóa” với dữ liệu từ 4 vệ tinh, thiết bị biết chính xác vị trí: vĩ độ, kinh độ, độ cao của mình từng mét một.
• Độ chính xác cực cao này có được nhờ sự kết hợp giữa hình học quỹ đạo và độ chính xác về thời gian của đồng hồ nguyên tử trên vệ tinh.

Hiệu ứng Doppler và Thuyết tương đối trong việc xử lý GPS

Hiệu ứng Doppler

• Khi vệ tinh chuyển động quanh Trái Đất, vị trí của nó không ngừng thay đổi so với thiết bị trên mặt đất. Do đó, tần số tín hiệu thu nhận sẽ dịch chuyển, tương tự như tiếng còi xe cứu thương thay đổi khi xe tiến gần hay rời xa người nghe.
• GPS sử dụng chính sự dịch chuyển tần số này để xác định tốc độ tương đối giữa vệ tinh và thiết bị nhận.
• Đồng thời, vệ tinh dùng đồng hồ nguyên tử để đo cực kỳ chính xác thời gian tín hiệu truyền đi, từ đó kết hợp hai dữ liệu: tốc độ và thời gian truyền, nhằm tính toán chính xác vị trí thiết bị.

Thuyết tương đối hẹp và rộng