GPS thực sự hoạt động như thế nào

Chúng tôi đã sống trong tương lai. Chúng tôi có các thiết bị cầm tay sử dụng các vệ tinh để xác định vị trí chính xác của chúng tôi gần như ở mọi nơi trên hành tinh. Nhưng có bao giờ bạn tự hỏi làm thế nào GPS hoạt động?

Các thiết bị GPS không thực sự liên lạc với các vệ tinh và truyền thông tin đến chúng. Họ chỉ nhận dữ liệu từ các vệ tinh - dữ liệu luôn được truyền đi. Tuy nhiên, GPS không phải là cách duy nhất thiết bị có thể xác định vị trí của bạn.

Tín dụng hình ảnh: NASA

Từ vệ tinh đến lòng bàn tay của bạn

Hệ thống định vị toàn cầu ban đầu được tạo ra bởi Hoa Kỳ cho mục đích quân sự, nhưng cuối cùng đã được mở ra để sử dụng dân sự. Ít nhất 24 vệ tinh GPS luôn ở trên quỹ đạo quanh Trái đất và chúng liên tục phát dữ liệu.

Các vệ tinh được sắp xếp theo quỹ đạo sao cho có thể nhìn thấy bốn vệ tinh trên bầu trời từ bất kỳ điểm nào trên Trái đất. (Bạn thực sự không thể nhìn thấy chúng, nhưng có một đường dẫn trực tiếp cho việc truyền radio.) Điều này có nghĩa là GPS sẽ không hoạt động nếu tín hiệu bị chặn - bạn sẽ muốn có một đường dẫn khá trực tiếp giữa bạn và bầu trời. Trong một hầm ngầm hoặc trong một hang động dưới núi, nó sẽ không hoạt động.

Các vệ tinh GPS liên tục truyền tín hiệu vô tuyến về phía Trái đất. Mỗi đường truyền bao gồm vị trí của vệ tinh GPS và thời gian tín hiệu được gửi. Mỗi vệ tinh có một đồng hồ nguyên tử trên tàu, vì vậy thời gian rất chính xác.

Tín dụng hình ảnh: Cliff trên Flickr

Cách GPS xác định vị trí của bạn

Một thiết bị có GPS tích hợp - cho dù đó là thiết bị định vị GPS trong xe chuyên dụng hay điện thoại thông minh - chỉ hoạt động như một máy thu GPS. Một thiết bị có GPS không thực sự là liên lạc với các vệ tinh của Sony để xác định vị trí của nó. Thay vào đó, nó chỉ nghe các tín hiệu radio được phát từ các vệ tinh này mọi lúc.

Một máy thu GPS nghe nghe các tín hiệu từ bốn vệ tinh trở lên. Tín hiệu từ các vệ tinh gần hơn sẽ đến sớm hơn, trong khi tín hiệu từ các vệ tinh xa hơn sẽ đến muộn hơn. (Chênh lệch thời gian thực tế rất nhỏ, nhưng có thể được phát hiện bởi máy thu GPS.) Bằng cách so sánh thời gian tín hiệu được phát và thời gian tín hiệu đến, người nhận có thể ước tính khoảng cách tương đối của nó từ cả bốn vệ tinh. Sử dụng trilateration, người nhận có thể xác định vị trí của nó.

Trilateration nghe có vẻ hơi phức tạp, nhưng thực ra nó khá đơn giản. Hãy tưởng tượng nếu ai đó nói với bạn bạn là 500 dặm từ New York, 800 dặm từ Miami, và 700 dặm từ thành phố Kansas. Với thông tin này, bạn có thể xác định một khu vực có khoảng cách chính xác từ tất cả các thành phố này và ước tính vị trí hiện tại của bạn. Nếu chúng tôi nói với bạn khoảng cách của bạn từ một thành phố thứ tư, bạn có thể ước tính vị trí của mình chính xác hơn nữa. Đó là trilateration trong một tóm tắt, và đó là những gì máy thu GPS đang làm bất cứ khi nào bạn sử dụng chúng.

Tín dụng hình ảnh: Alpha trên Flickr

Các lựa chọn thay thế cho GPS

GPS không phải là cách duy nhất các thiết bị có thể ước tính vị trí hiện tại của bạn. Dịch vụ 911 sử dụng thông tin cường độ tháp di động để định vị vị trí của điện thoại di động. Điều này hoạt động theo cách tương tự - bằng cách đo sự khác biệt cường độ tín hiệu giữa nhiều tháp di động, thiết bị của bạn có thể ước tính vị trí hiện tại của bạn.

Một số thiết bị cũng có thể sử dụng hệ thống định vị dựa trên Wi-Fi (WPS) để xác định vị trí hiện tại của chúng. Xe tải xem đường phố của Google lái xe vòng quanh, ghi lại tên của các điểm truy cập gần đó và thế mạnh tương đối của chúng tại các địa điểm nhất định. Điện thoại thông minh của bạn quét các mạng không dây gần đó, sau đó gửi danh sách tên và cường độ tín hiệu của chúng đến các máy chủ của Google. Google sử dụng cơ sở dữ liệu của họ và ước tính bạn đang ở đâu. (Google không phải là nhà cung cấp dữ liệu hệ thống định vị dựa trên Wi-Fi duy nhất, nhưng đó là nơi mà hầu hết mọi người sẽ quen thuộc.) Điều này có thể đặc biệt thuận tiện ở các vị trí trong nhà mà tín hiệu GPS không thể tiếp cận.

Hệ thống GPS không phải là mạng duy nhất của các vệ tinh có thể được sử dụng để định vị. Nga có hệ thống GLONASS của riêng mình và Trung Quốc có BDS. Châu Âu cũng đang nghiên cứu thay thế riêng cho GPS, được gọi là Galileo. GPS có thể ngừng hoạt động hoặc bị hạn chế trong thời gian chiến tranh hoặc xung đột, vì vậy các quốc gia muốn các vệ tinh của họ tự túc.

Tín dụng hình ảnh: Richard Smith trên Flickr

GPS không phải là vấn đề riêng tư - ví dụ: nếu bạn có một đơn vị GPS cũ cho xe hơi của mình, thì có khả năng nó không có khả năng truyền vị trí của bạn. Tuy nhiên, GPS có thể là mối quan tâm riêng tư khi kết hợp với công nghệ truyền dẫn. Thiết bị theo dõi GPS không chỉ sử dụng máy thu GPS - chúng lưu trữ dữ liệu GPS để truy xuất sau hoặc truyền dữ liệu GPS.