Hệ thống định vị toàn cầu vi sai (DGPS) đã trở thành một công cụ quan trọng trong nhiều lĩnh vực, từ khảo sát địa hình đến hàng hải. Sự phát triển của DGPS không chỉ nâng cao độ chính xác của GPS mà còn mở rộng khả năng ứng dụng trong các tình huống thực tế. Bài viết này sẽ tìm hiểu về lịch sử phát triển của hệ thống định vị toàn cầu vi sai DGPS.
Lịch sử phát triển hệ thống định vị toàn cầu vi sai DGPS
Hệ thống định vị toàn cầu vi sai – Differential GPS (DGPS) – là hệ thống giúp nâng cao khả năng của GPS, cung cấp độ chính xác lên đến vài mét trong các ứng dụng di động và tốt hơn nữa trong các tình huống tĩnh. Công nghệ tiên tiến này đã có tác động sâu rộng đến vai trò của GPS như một nguồn tài nguyên, trở thành hệ thống đo đạc toàn cầu có khả năng định vị chính xác.
– Lịch sử phát triển hệ thống định vị toàn cầu GPS
Để hiểu rõ về lịch sử của hệ thống định vị toàn cầu vi sai DGPS, trước tiên cần tìm hiểu về GPS. Hệ thống GPS, được thiết kế và triển khai bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, chính thức hoạt động với 24 vệ tinh vào giữa những năm 1990. Các vệ tinh này quay quanh trái đất ở độ cao khoảng 23,000 km.
Các vệ tinh trong hệ thống GPS liên tục phát đi tín hiệu chứa thông tin về thời gian, vị trí của chúng trong quỹ đạo, tình trạng hoạt động của hệ thống và vị trí ước tính của các vệ tinh khác. Bộ thu GPS nhận các thông điệp từ ít nhất bốn vệ tinh và thực hiện tính toán hình học. Dựa trên thông tin từ các thông điệp và thời gian truyền tải, bộ thu GPS có thể xác định vị trí của nó.
– Sự cải tiến về độ chính xác của hệ thống định vị toàn cầu GPS
Nếu một bộ thu GPS hoạt động trong môi trường chân không lý tưởng, thời gian tín hiệu từ vệ tinh đến sẽ tương ứng chính xác với tốc độ ánh sáng – 186,000 dặm mỗi giây. Tuy nhiên, khi tín hiệu phải đi qua bầu khí quyển của trái đất, chúng sẽ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố làm chậm lại.
Tín hiệu được phát trong băng tần L tần số cao, rất kháng nhiễu, nhưng các hạt tích điện trong điện ly và hơi nước trong tầng đối lưu có thể gây ra những biến đổi không lường. Khi đến mặt đất, tín hiệu có thể phản xạ từ các vật thể khác, gây ra lỗi đa đường. Mặc dù tín hiệu đến bộ thu GPS trực tiếp là chính xác nhất, nhưng các phản xạ từ tòa nhà, núi hay vật thể khác có thể làm giảm độ chính xác.
Ngoài ra, còn có các nguồn lỗi khác, chẳng hạn như lỗi vệ tinh không ở đúng vị trí trong quỹ đạo (lỗi ephemeris) hoặc lỗi nội bộ của bộ thu. Đặc biệt, lỗi do một sự biến dạng cố ý gọi là Selective Availability (SA) cũng rất quan trọng. Hệ thống GPS ban đầu chủ yếu dành cho mục đích chính phủ; Bộ Quốc phòng muốn mở rộng cho mục đích dân sự nhưng với độ chính xác khác nhau. Tín hiệu chất lượng cao nhất ban đầu được dành riêng cho quân đội, trong khi tín hiệu cho mục đích dân sự bị ảnh hưởng bởi SA. Năm 2000, SA được tắt, cải thiện đáng kể độ chính xác của vị trí do bộ thu GPS cung cấp.
– Hệ thống định vị toàn cầu vi sai DGPS ra đời
Hệ thống định vị toàn cầu vi sai DGPS ra đời như một giải pháp cho vấn đề độ chính xác GPS. Hệ thống này được thiết kế để sửa lỗi bằng cách đo lường chúng. Ngoại trừ lỗi đa đường và các thiếu sót kỹ thuật của từng bộ thu, các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của vị trí GPS sẽ diễn ra chung trên một khu vực rộng lớn. Tất cả người dùng GPS trong khu vực sẽ theo dõi cùng một vệ tinh và tín hiệu GPS sẽ đi qua cùng một lớp khí quyển biến dạng.
Bằng cách đặt một bộ thu GPS ở một vị trí đã được khảo sát chính xác, việc xác định mức độ lỗi trong tín hiệu vệ tinh trở nên đơn giản. Vị trí thực tế của bộ thu tham chiếu sẽ được khảo sát với độ chính xác chỉ vài milimet. Bộ thu tham chiếu sẽ so sánh thời gian tín hiệu đến với thời gian mà nó biết tín hiệu phải đến. Chính các sai lệch về thời gian này sẽ được cung cấp cho bộ thu di động – từ đó có tên là Differential GPS (DGPS hay Hệ thống định vị toàn cầu vi sai).
Hệ thống định vị toàn cầu vi sai DGPS trong thực tiễn hiện nay
Trước đây, hệ thống định vị toàn cầu vi sai DGPS chỉ được nhận bởi bộ thu GPS di động qua một dạng liên kết radio nào đó. Tính chất của liên kết này thay đổi tùy thuộc vào dịch vụ DGPS đang sử dụng và có thể bao gồm các đài phát radio mặt đất hoặc vệ tinh truyền thông. Các sửa lỗi thường được truyền trong định dạng gọi là giao thức RTCM SC-104, một tiêu chuẩn quốc tế cho phép bất kỳ bộ thu GPS di động nào được trang bị hộp phù hợp có thể nhận, hiểu và áp dụng các sửa lỗi.
Các vấn đề liên quan đến các đài phát radio mặt đất thường rõ ràng hơn do đặc tính của tần số MF, dễ bị nhiễu điện từ và ảnh hưởng từ điều kiện thời tiết như bão, biến dạng khí quyển, đa đường và thậm chí là bộ thu nằm ngoài phạm vi của tín hiệu radio. Do độ cong của trái đất, tín hiệu từ các đài phát này thường chỉ có thể nhận được trong khoảng 200 km.
Vệ tinh truyền tín hiệu hiện đang cung cấp giải pháp cho vấn đề này. Thay vì gửi tín hiệu sửa lỗi từ một đài phát trên mặt đất, chúng được uplink lên một vệ tinh ở quỹ đạo địa tĩnh trên trái đất. Vệ tinh sau đó phát lại các sửa lỗi, có thể được nhận bởi người dùng ở bất kỳ đâu trong một khu vực rộng lớn trên bề mặt trái đất. Điều này bao trùm gần như toàn bộ bề mặt trái đất, ngoại trừ hai cực bắc và nam, bị che khuất bởi độ cong của hành tinh. Các tín hiệu này có công suất tương đối thấp và yêu cầu một ăng-ten lớn tương đương như ăng-ten truyền hình vệ tinh.
Kể từ năm 1995, một loại vệ tinh truyền tín hiệu mới đã xuất hiện, truyền tải các dịch vụ như điện thoại, truyền hình và các dịch vụ khác qua các chùm tia mạnh mẽ. Những chùm tia này tập trung vào các khu vực địa lý cụ thể và hiện đang được sử dụng bởi các dịch vụ như LandSTAR-DGPS và SkyFix để truyền tải các sửa lỗi vi sai. Nhờ vào sức mạnh của chúng, các tín hiệu có thể được nhận bởi các ăng-ten hiện đại.
Hy vọng với bài viết trên, bạn đọc đã có thêm những thông tin hữu ích về lịch sử phát triển của hệ thống định vị toàn cầu vi sai DGPS. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào về hệ thống định vị toàn cầu vi sai DGPS cũng như thiết bị DGPS phù hợp cho công việc, hãy liên hệ ngay đến HOTLINE 0903 825 125 để được tư vấn và hỗ trợ nhanh chóng nhất.
>>> Xem thêm: 2 loại thiết bị định vị vi sai (DGPS) phổ biến trong khảo sát thủy đạc
