GPS (hệ thống định vị toàn cầu) hoạt động như thế nào

Global Positioning System - hệ thống định vị toàn cầu - hay còn được gọi bằng cái tên thân thuộc là GPS, là một mạng lưới 30 vệ tinh quay xung quanh Trái Đất ở độ cao 20.000km. Hệ thống này ban đầu được Mỹ phát triển cho mục đích định vị quân sự, sau đó mở ra cho tất cả mọi người cùng sử dụng miễn là họ dùng một thiết bị có hỗ trợ bóng sóng GPS từ các vệ tinh.

Cái hay của GPS đó là dù bạn ở bất cứ đâu trên Trái Đất, bạn cũng luôn kết nối được tới 4 vệ tinh GPS. Mỗi chiếc vệ tinh sẽ truyền đi thông tin về vị trí của nó cũng như thời gian hiện tại. Việc truyền tải này được thực hiện định kỳ. Các tín hiệu nói trên di chuyển với tốc độ ánh sáng và sẽ được thu nhận bởi thiết bị GPS của bạn, ví dụ như một cái điện thoại di động hay là chiếc smartwatch chẳng hạn. Thiết bị của bạn sẽ tính toán khoảng cách tới các vệ tinh dựa trên quãng thời gian truyền thông tin.

Khi thiết bị của bạn biết được khoảng cách từ ít nhất 3 vệ tinh đến nó, máy sẽ tính toán ra vị trí hiện tại của bạn bằng một quy trình gọi là trilateration.

Trilateration

Hãy tưởng tượng rằng bạn đang đứng đâu đó trên Trái Đất và có 3 vệ tinh bay trên đầu bạn. Nếu bạn biết khoảng cách của bạn tới vệ tinh số 1, bạn biết rằng bạn đang đứng đâu đó trong vòng tròn màu đỏ. Tương tự, bạn cũng tính khoảng cách của bạn tới vệ tinh số 2 và số 3, sau đó bạn lấy giao điểm của 3 đường tròn này thì đó chính là vị trí của bạn.

Cơ bản phương pháp là thế, còn thực ra thiết bị GPS của bạn sẽ dùng giao điểm của các hình cầu chứ không phải hình tròn, do không gian ba chiều chứ không phải là 2 chiều. Bạn nhìn hình dưới là hiểu ngay.

Độ chính xác của phép tính này tăng lên khi có càng nhiều vệ tinh bay trên đầu bạn, và để "chấm" được vị trí đủ chính xác thì cần 4 vệ tinh trở lên.

GPS và Thuyết tương đối

Vệ tinh GPS mang theo các đồng hồ nguyên tử để tính thời gian một cách chính xác. Tuy nhiên, thuyết tương đối dự đoán rằng các đồng hồ này rồi sẽ lệch so với đồng hồ trên Trái Đất.

Cụ thể, Thuyết tương đối rộng (General Relativity) nói rằng thời gian sẽ dường như chậm hơn khi trọng lực mạnh hơn, tức thời gian của đồng hồ trên vệ tinh sẽ chạy nhanh hơn so với đồng hồ ở Trái Đất.

Ngoài ra, Thuyết tương đối hẹp (Special Relativity) còn dự đoán rằng bởi vì đồng hồ trên vệ tinh di chuyển tương đối so với đồng hồ trên Trái Đất, nó sẽ dường như chạy chậm hơn.

Vậy nên hệ thống GPS phải chừa ra các sai số vì những ảnh hưởng nói trên - đây là bằng chứng Thuyết tương đối có ảnh hượng thật tới đời sống của chúng ta.

Ngoài GPS ra còn một số hệ thống định vị khác

Để giảm sự phụ thuộc vào GPS vì các lý do quân sự, chính trị và an ninh, nhiều quốc gia đã thiết lập các hệ thống tương tự như GPS. Ví dụ như:

Beidou: phóng và vận hành bởi Trung Quốc, 2012 mở cho dân thường sử dụng, 2019 mở cho toàn cầu sử dụng
Galileo: hệ thống định vị của Liên minh Châu Âu và một số nước thành viên khác, bắt đầu hoạt động vào 2016, dự kiến triển khai đầy đủ vào năm 2020
GLONASS: hệ thống của Nga, đã vận hành toàn cầu
IRNSS: một hệ thống định vị ở quy mô vùng của Ấn Độ
QZSS: tương tự như trên nhưng dùng cho vùng biển Châu Á, chủ yếu là Nhật Bản

Nguồn: Physics, GIS Geography

phamnhatninh

TÍCH CỰC

4 năm

Mà sao mình lên máy bay bật map nó không định vị được GPS nhỉ.

mannavod

CAO CẤP

@hanguyen1609 Mấy bác k dùng bản đồ offline nên nghĩ rằng k chạy đc :v

leemanhj916

@phamnhatninh Để định vị trên máy bay bạn cần phải
- Tải bản đồ offline. Vì khi lấy được toạ độ bằng GPS nhưng ko có dữ liệu bản đồ thì cũng chẳng biết là vị trí đang ở đâu.
- Mình cũng test thử thì ngồi gần cửa sổ, để dt ra chỗ cửa sổ là có thể bắt được GPS. còn phía trong thì hầu như không có vì chất liệu vỏ máy bay.

GPS trên mặt đất thường chính xác và nhanh hơn vì có sóng điện thoại nên nhờ vị trí của cột phát sóng mà thu hẹp được giới hạn vị trí

Fan.MU

VIP

@phamnhatninh GPS cầm tay chuyên dùng đây... Vào nhà sai số cả cây chứ k ít đâu...
Điện thoại sao bắt tín hiệu GPS bằng nó đc (giống như đt thường bắt wifi kém hơn laptop)...

@Mr. Drill Bắt đc nhưng sai số lớn. Bạn so sánh sai số đó trên đường b đi thì sai số cả cây cũng thấy bt mà...
Con GPS cầm tay này vào nhà bay mấy cây là chuyện bt. Với nghề trắc địa thì cái loại GPS cầm tay này chỉ để tìm điểm mốc thôi. Chả đo đạc đc j đâu nhé ^_^

Đu Máy Bay chấm com

1s trôi qua trên vệ tinh thì trên mặt đất chỉ trôi qua là 0.99..s sao ?

Double D

@Đu Máy Bay chấm com Nó giống câu : 1 ngày trên thiên đình băng 1 năm dưới hạ giới đó ! Lên cao thời gian trôi chậm hơn so với trái đất mà ...

03309800042

@Đạt Phít Một cái câu bác nói nó chênh nhau quá 😆 thực sự thì chắc chưa tới như câu nói đâu kk

@Trungsao1987 😃) Thì cái gì chả có sai số =)))

Togari

Tks mod, những bài viết chất lượng thế này nên có nhiều hơn nữa, chứ ko phải mấy bài đăng tin tức hay hỏi Tinh tế, vỏn vẹn 5-10 dòng cũng lên trang chủ -_-

Duy Luân

@Togari Có này có kia chứ 😁

quanghung1611

@Togari ngắn thì bảo sao 5-10 dòng
dài thì bảo: dài quá lười đọc hoặc chưa đọc đã xuống comment

KeniVinh

@Togari Nên hiểu Tinhte là mạng xã hội, một diễn đàn nên bài viết không nhất thiết phải như báo công nghệ Genk hay Vnreview. Suốt ngày nghe anh em than thở FB nhiều bài rác mà, ở đây cũng vậy thôi.

@Togari Đây là diễn đàn chứ k phải là trang báo :p

@Togari B muốn có chất lượng hơn k. Mình cho số mấy thầy khoa trắc địa của đại học mỏ địa chất (khoa trắc địa thì trường mỏ h vẫn có tiếng nhất nước luôn nhé)...^_^
Nghe cao siêu đến mức loạn đầu luôn à (^^)

TT411

Để giảm sự phụ thuộc vào GPS vì các lý do quân sự, chính trị và an ninh, nhiều NHÀ đã thiết lập các hệ thống tương tự như GPS.
Ví dụ như: vợ mình định vị chính xác mình đang đú đởn vs bạn bè ở đâu mà không cần dùng thiết bị điện tử.

LocNguyen591

ĐẠI BÀNG

@heobanhki toang rôi ông Giáo ạ

@heobanhki Vợ bác dùng công nghệ gì thế. để anh em còn đề phòng.

Công Minh (Mr)

Hiện nay trên điện thoại thông dụng nhất là có GPS và GLONASS

@mrc0n9 Đt thoại thì mình chịu... (^^)
Nhưng với nghề trắc địa thì máy tàu rẻ nên nó sẽ có cả hệ thống định vị vệ tinh của nó là bắc đẩu (Beidou)...

vn_ninja

Hay nhỉ, trước giờ ngoài GPS chỉ biết tới Baidou và Galileo, giờ mới biết còn hệ thống khác

lxhxxnxxx

@vn_ninja Mình nghĩ là GLONASS phổ biến hơi 2 cái bạn kể sau chứ. Mình dùng đồ Garmin thì đa số là có GPS với GLONASS.

hacrot3000

@vn_ninja GLONASS được dùng từ lâu rồi, 100% các điện thoại có hỗ trợ định vị khoảng 3-5 năm đổ lại đây đều hỗ trợ GPS và GLONASS, một số ít hỗ trợ thêm GALILEO với vài điện thoại gần đây có hỗ trợ BDS (hay còn gọi là bắc đẩu, Baidou)

@lxhxxnxxx a-gps cũng có

@Trungsao1987 A-gps không phải là hệ thống định vị vệ tinh. Nó tương tự LBS và hỗ trợ cho GPS giúp định vị khi mất tín hiệu GPS

@vn_ninja Hệ thống định vị vệ tinh thì GPS của mẽo là hoàn thiện nhất (vì theo lí thuyết thì tại mọi thời điểm, tại mọi vị trí trên trái đất thì các máy thu đều có thể thu đc tín hiệu 4 vệ tinh).
Glonass của Nga là thứ hai.
Còn các hệ thống khác chỉ phục vụ chủ yếu trên khu vực của nó thôi. Bắc đẩu của tàu, Galileo thì liên minh châu âu.
Còn của ấn độ với nhật bản,... Thì vài ba cái vệ tinh phóng lên tăng cường cho nhà chúng nó là chính ấy mà ...^_^

voquangchung

Mẹ tới giờ mới biết á

kooo

Nếu nước nào cũng làm hệ thống GPS riêng thì sẽ như thế nào nhỉ?
Các hệ thống mở cho toàn cầu sử dụng thì các thiết bị sử dụng khi sản xuất ra có phải trả tiền không nhỉ?

mong_co

@kooo Các thiết bị chuyên dùng sẽ mua gói GPS riêng bạn ơi. Khi đó độ sai số chỉ là cm.

@kooo B chưa biết là mẽo khi cho dân dùng lúc đầu đã làm nhiễu bớt độ chính xác (độ chính xác lúc này khoảng 100m)...
Sau đó mới bỏ đi. Nhưng vẫn k thể chính xác như tín hiệu của quân đội mỹ đâu. (^^)

mambocmui

Có cái Glonass nghe lâu lắm rồi. Cũng tích hợp vào đt nhưng chưa có cơ hội dùng thử nó thế nào.

@mambocmui Bạn muốn KHÔNG dùng cũng KHÔNG được, một khi đã mở định vị là nó xài thôi.

@mambocmui Mặc định khi mở GPS là nó sài luôn rồi. Mà nhiều khi tắt GPS rồi cũng thấy nó định vị được. hix

lam4d98

google và facebook nó định vị mình kiểu gì vậy? Độ chính xác ra sao hả mod?

thanhphat95

@lam4d98 Cái nào định vị được là nó gom hết, cấp quyền hay ko thì vẫn lấy

@lam4d98 Đt nó định vị, app lấy kết quả chứ app nó không có quyền lựa chọn loại định vị.

ToànTele

@lam4d98 theo mình Nó yêu cầu điện thoại định vị và lấy về kết quả. Ngoài ra còn theo dữ liệu di động

minhtenlalinh

@lam4d98 Định vị của Google với Facebook mà mình không chủ động yêu cầu thì là định vị tương đối, độ chính xác không quá cao. Trên Android thì lâu lâu Google Play Services bật GPS lấy vị trí của điện thoại, lưu thông tin đó lại, để khi app yêu cầu thì Google Play Services đưa thông tin đó cho app. Làm thế để ngăn không cho mỗi app có một lịch định vị riêng gây tốn pin.

@lam4d98 Nó xin quyền truy cập vào định vị. rồi nếu mình đồng ý thì nó lấy kết quả của GPS trên điện thoại thôi.
Còn trên web (máy tính) thì thường lấy qua IP.

dac

@Duy Luân béo nên nghiên cứu và làm 1 bài về A-GPS nữa nó mới thực tế hơn

traitay95

@dac Đúng rồi. Mấy cmt ở trên còn nhiều người nghĩ điện thoại cần bật data mới định vị được nữa chớ. Quá hài

@traitay95 Người ta không biết thôi mà. có gì mà hài.

ngokimphuc

@leemanhj916 thì không biết thì đừng có phán như đúng rồi đó bác, có mấy ng chỉ "tưởng" thôi mà phán như thật,

응웬반캉 Nguyễn Khang

cũng hay và tuyệt

trantuananh1996

"hỗ trợ bóng sóng GPS"

thexteen

Sao nhiều khi mình định vị mà điện thoại nó báo sử dụng wifi để định vị chính xác hơn nhỉ? Không lẽ cái GPS này cũng cần cả mạng internet?

@thexteen Sóng GPS là điện thoại kết nối với các vệ tinh bay vòng quanh trái đất. Còn sóng wifi là điện thoại dò xem quanh nó có những cục wifi nào, với địa chỉ tương đối trên trái đất như thế nào (chắc là dựa vào IP). Nếu chỉ dùng GPS thì sẽ lâu có kết quả hơn, còn nếu dùng thêm wifi thì sẽ nhanh ra kết quả hơn và chính xác hơn. Tưởng tượng ông chỉ bật GPS thì giới hạn vị trí mà ông có thể ở là toàn Trái Đất, còn nếu bật thêm wifi thì nó sẽ khoanh vùng là ông đang ở khu vực này của thành phố kia, rồi cộng thêm dữ liệu GPS của các vệ tinh gần thành phố đó là ra luôn.

@thexteen Điện thoại chỉ bảo BẬT wifi chứ không bảo là NỐI wifi. Chỉ bật ăng ten wifi là đủ để biết quanh đt có những cục wifi nào, nên kể cả không kết nối vào cục wifi nào (tức không dùng internet) thì nó vẫn sử dụng được wifi để tăng tốc độ định vị.

@thexteen Có internet thì nó sẽ dễ dàng giới hạn được khu vực nhỏ hẹp lại. nên định vị nhanh hơn.
VD: Có internet thì nó biết bạn đang ở khu vực Hoàn Kiếm, Hà Nội rồi. sau đó GPS sẽ làm tiếp cho kết quả nhanh và chính xác hơn là phải kiểm tra cả thế giới

@tethien Chính xác hơn khi b so sánh thiết bị bắt sóng GPS của đt thôi nhé. Kể cả có kết hợp 4G với wifi thì sai số vài mét đến vài chục mét là chuyện bt...
Thiết bị đo đạc tĩnh bắt sóng GPS để đo mốc, và khi đã tính toán ra toạ độ mốc thì tính bằng li nhé... ^_^

narutoxboy

😁 Đt mới h GPS chính xác phết

beboylqt

@narutoxboy Thực ra điện thoại dùng A-GPS để tăng tốc độ định vị cũng như độ chính xác, chứ dùng GPS nguyên bản thì thời gian định vị và độ chính xác sẽ kém hơn.

tranbinh198074

@narutoxboy Chính xác quá nên Binladen không dám xài điện thoại.

trannam2089

hay khá hay thành tựu của nhân loại ai phát minh ra và mấy anh kia làm theo bạn đầu không ai biết cách thức hoạt động cũng như chế tạo

GPS (hệ thống định vị toàn cầu) hoạt động như thế nào

Trilateration

GPS và Thuyết tương đối

Ngoài GPS ra còn một số hệ thống định vị khác

CHỦ ĐỀ TƯƠNG TỰ

Nhật thực: NASA ra app hỗ trợ xác định Mặt Trời dẹt cỡ nào, càng nhiều người tải, chính xác càng cao

Coros ra mắt Pace 3: Cảm biến tim thế hệ mới, chip GPS băng tần kép, pin GPS 38 tiếng, nặng 30 gram

Úc dùng GPS, vệ tinh và AI để theo dõi 1000 con gia súc và trâu hoang dã

Lịch sử phát triển và cách hoạt động của tên lửa hành trình