Chúng ta đã sống trong tương lai. Chúng tôi có các thiết bị cầm tay sử dụng vệ tinh để xác định vị trí chính xác của chúng tôi ở hầu hết mọi nơi trên hành tinh. Nhưng bạn đã bao giờ tự hỏi GPS hoạt động như thế nào chưa?
Máy GPS 2 tần số không thực sự liên lạc với các vệ tinh và truyền thông tin đến chúng. Họ chỉ nhận dữ liệu từ 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.
Từ vệ tinh đến lòng bàn tay của bạn
Hệ thống định vị toàn cầu ban đầu được Hoa Kỳ tạo ra để sử dụng trong quân sự, nhưng cuối cùng đã được mở ra cho mục đích dân sự. Ít nhất 24 vệ tinh GPS luôn ở trong quỹ đạo quanh Trái đất và chúng liên tục phát dữ liệu.
Các vệ tinh được sắp xếp trên quỹ đạo sao cho bốn vệ tinh có thể nhìn thấy trên bầu trời từ bất kỳ điểm nào trên Trái đất. (Bạn thực sự không thể nhìn thấy chúng, nhưng có một con đường trực tiếp cho việc truyền sóng vô tuyến.) Điều này có nghĩa là GPS sẽ không hoạt động nếu các tín hiệu bị chặn – bạn sẽ muốn có một con đường khá trực tiếp giữa bạn và bầu trời. Trong boongke ngầm hoặc trong 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 lần truyền bao gồm vị trí của vệ tinh GPS và thời gian tín hiệu được gửi đi. Mỗi vệ tinh có một đồng hồ nguyên tử trên bo mạch, vì vậy thời gian rất chính xác.
Cách GPS xác định vị trí của bạn
Một thiết bị có GPS tích hợp – cho dù đó là thiết bị định vị GPS chuyên dụng trong ô tô hay điện thoại thông minh – chỉ hoạt động như một bộ thu GPS. Một thiết bị có GPS không thực sự “liên lạc” với các vệ tinh để xác định vị trí của nó. Thay vào đó, nó chỉ lắng nghe các tín hiệu radio được phát đi từ các vệ tinh này mọi lúc.
Máy thu GPS “lắng nghe” 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 là rất nhỏ, nhưng bộ thu GPS có thể phát hiện được.) Bằng cách so sánh thời gian tín hiệu được phát đi và thời gian tín hiệu đến, bộ thu có thể ước tính khoảng cách tương đối của nó với cả bốn vệ tinh. Sử dụng trilateration, người nhận sau đó 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 rằng bạn đang cách New York 500 dặm, cách Miami 800 dặm và thành phố Kansas 700 dặm. 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 cho bạn biết khoảng cách của bạn từ thành phố thứ tư, bạn có thể ước tính vị trí của mình chính xác hơn. Tóm lại, đó là trilateration, và đó là những gì các máy thu GPS đang làm bất cứ khi nào bạn sử dụng chúng.
Các lựa chọn thay thế cho GPS
GPS không phải là cách duy nhất 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 xác định 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. Các xe tải chế độ xem phố của Google chạy xung quanh, ghi lại tên của các điểm truy cập gần đó và điểm mạnh tương đối của chúng tại một số vị trí nhất định. Điện thoại thông minh của bạn quét tìm các mạng không dây lân cận, sau đó gửi danh sách tên của chúng và cường độ tín hiệu đến các máy chủ của Google. Google sử dụng cơ sở dữ liệu của họ và ước tính vị trí của bạn. (Google không phải là nhà cung cấp dữ liệu hệ thống định vị dựa trên Wi-Fi duy nhất, nhưng đây là nhà cung cấp mà hầu hết mọi người sẽ quen thuộc.) Điều này có thể đặc biệt thuận tiện ở những vị trí trong nhà mà tín hiệu GPS không thể tiếp cận.
Hệ thống GPS cũng không phải là mạng lưới vệ tinh duy nhất 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 phương án thay thế riêng cho GPS, được gọi là Galileo. GPS có thể bị ngừng hoạt động hoặc bị hạn chế trong thời gian chiến tranh hoặc xung đột, vì vậy các quốc gia muốn vệ tinh của họ tự cung cấp.
Bản thân GPS không phải là mối quan tâm về quyền riêng tư – ví dụ: nếu bạn có một thiết bị GPS cũ cho ô tô của mình, nó có thể không có khả năng truyền vị trí của bạn. Tuy nhiên, GPS có thể là một mối quan tâm về quyền riêng tư khi kết hợp với công nghệ truyền dẫn. Thiết bị theo dõi GPS không chỉ sử dụng bộ thu GPS – chúng lưu trữ dữ liệu GPS để truy xuất sau này hoặc truyền dữ liệu GPS.
