Theo GPS World

Nhóm Kỹ thuật Công nghệ Công ty TNHH ANTHI Việt Nam tổng hợp biên soạn.

Bắt đầu với hệ thống định vị toàn cầu bằng vệ tinh GPS của Hoa Kỳ, sau 30 năm thế giới đã được chứng kiến sự góp mặt của hơn bốn hệ thống định vị toàn cầu bằng vệ tinh lớn trên thế giới đến thời điểm hiện tại gồm GPS Hoa Kỳ, GLONASS Nga, Galieo Châu Âu và BeiDou Trung Quốc và bên cạnh đó là các hệ thống định vị khu vực của các quốc gia khác như Nhật Bản, Ấn Độ. 30 năm trước kỹ thuật định vị bằng vệ tinh được coi là công nghệ cao và chỉ xuất hiện trên các thiết bị chuyên dụng, thì ngày nay chúng ta thấy các thiết bị điện tử cá nhân như điện thoại thông minh hay máy tính bảng cũng được trang bị kỹ thuật này với vai trò là hợp phần kỹ thuật nền tảng chứ không phải là tuỳ chọn cao cấp. Nói như vậy để thấy rằng, kỹ thuật định vị toàn cầu bằng vệ tinh ngày càng trở nên phổ biến, chúng xuất hiện gần như ở tất cả các lĩnh vực ứng dụng trong đời sống và ngày càng khẳng định tầm quan trọng không thể thay thế. Trong Bản tin Công nghệ số này và các số tiếp theo, chúng tôi sẽ dành để giới thiệu lại một phần lịch sử hình thành và phát triển của một trong những công nghệ vô cùng quan trọng đối với nhân loại – Hệ thống định vị toàn cầu bằng vệ tinh GNSS (Global Navigation Satellite Systems).

Sáu ba năm trước đúng vào Thứ Sáu, ngày 04 tháng 10 năm 1957 con người chính thức bắt đầu Kỷ nguyên Không gian của mình – mà hầu hết những ai còn sống tới thời điểm này đều là thế hệ con cháu. Liên bang Xô Viết đã đưa lên quỹ đạo một vật thể hình cầu có kích thước bằng quả bóng bãi biển được chế tác bằng kim loại sáng bóng – Vệ tinh Sputnik. Tiếng bíp của Sputnik được gửi về trái đất mỗi giây một lần trong vòng 21 ngày trước khi rơi vào im lặng, điều đặc biệt là tiếng bíp của Sputnik có thể nghe được vòng quanh thế giới. Sử dụng hiệu ứng Doppler, những người “nghe” vệ tinh có thể báo được khi nào chiếc vệ tinh nhỏ sáng bóng dịch chuyển tới hoặc vượt qua vị trí của người nghe. Các nhà khoa học khác lại có thể xác định được chính xác vị trí của vệ tinh bằng cách quan trắc từng lần mà vệ tinh bay qua, và dự báo lần bay kế tiếp một cách chính xác. Thiết bị quan trắc dưới mặt đất tại vị trí chưa xác định có thể được tính toán để tìm toạ độ bằng cách trích xuất thông tin từ quỹ đạo đã biết của từng vệ tinh. Ý tưởng sáng tạo này chính là tiền đề cho sự xuất hiện của hệ thống định vị toàn cầu bằng vệ tinh đầu tiên.

Năm 1964, Hệ thống Dẫn đường Vệ tinh Hải quân NNSS (Navy Navigation Satellite System) đi vào hoạt động. Hệ thống tối mật mang tên Transit được xây dựng để hỗ trợ cho biên đội tàu ngầm mang tên lửa đạn đạo Polaris. Hệ thống làm việc dựa trên chùm vệ tinh nhỏ ít hơn 5 chiếc hoạt động trên quỹ đạo cực. Bởi có quá ít vệ tinh trên quỹ đạo, hệ thống cần tới hơn một giờ đồng hồ để tính toán và xác định được vị trí cố định. Độ chính xác 20 mét có thể đạt được bằng cách sử dụng các tín hiệu được mã hoá đặc biệt, nhưng chúng chỉ được sử dụng hạn chế riêng đối với biên đội tàu ngầm. Tất cả những người sử dụng khác của hệ thống Transit chỉ có thể nhận được các phép định vị có độ chính xác trong khoảng 200 mét.

Máy thu GPS năm kênh đầu tiên do Rockwell Collins chế tạo cho mục đích quân sự năm 1977. Kích thước lớn và trọng lượng lên tới hơn 120 kg.

Độ chính xác luôn là vấn đề thách thức đối với hệ thống định vị toàn cầu bằng vệ tinh cũng như các ứng dụng thực tiễn. Vấn đề này cũng đã được giải quyết theo cách thức tương tự như cách mà John Harrison sử dụng đồng hồ chính xác 300 năm trước, thực chất đây là phương thức kết hợp giữa quá khứ và hiện tại. Càng yêu cầu độ chính xác vị trí cao thì càng cần có thiết bị đo thời gian chính xác. Vấn đề này đã được khắc phục bởi hai vệ tinh Mimation được phóng lên quỹ đạo năm 1967 và 1969 để phát các tín hiệu tham chiếu thời gian. Xét về bản chất, các vệ tinh Timation chính là hợp phần đồng hồ thời gian chính xác trong không gian. Các vệ tinh Timation có khả năng cải thiện độ chính xác, nhưng nó vẫn cần tới hàng giờ đồng hồ để có thể đạt được phép định vị có độ chính xác dưới một mét. Timation cũng đã chứng minh đây là giải pháp tiềm năng để cải thiện độ chính xác cho phép định vị sử dụng vệ tinh. Năm 1967, Transit bắt đầu mở rộng cho người sử dụng phi quân sự mà điển hình là các nhà đo đạc bản đồ. Thực tiễn, ngày nay tất cả những ai đã từng làm việc và quen với hệ thống tham chiếu trái đất WGS-84 cũng biết rằng hệ thống tham chiếu này khởi đầu được xây dựng trên nền tảng các máy thu đo đạc Doppler (Doppler Surveying Receivers) được gọi bằng tên chung là máy thu Georeceiver có ý tham chiếu tới các phép đo từ hệ thống Transit. Transit còn được biết đến dưới tên gọi khác là NavSat và dần được sử dụng rộng rãi hơn phục vụ cho các mục tiêu ứng dụng dân sự như vận tải thương mại bằng đường biển.

(Còn tiếp)

Mọi thông tin xin liên hệ với chúng tôi qua hòm thư: info@anthi.com.vn