Vệ tinh địa tĩnh là gì?
Khái niệm về vệ tinh địa tĩnh
Vệ tinh địa tĩnh là một vệ tinh quay quanh trái đất, được đặt ở độ cao khoảng 35.800 km (22.300 dặm) trực tiếp trên đường xích đạo, quay theo cùng hướng trái đất quay (từ tây sang đông). Ở độ cao này, một quỹ đạo mất 24 giờ, bằng khoảng thời gian trái đất cần để quay một lần trên trục của nó. Thuật ngữ địa tĩnh xuất phát từ thực tế là một vệ tinh như vậy xuất hiện gần như đứng yên trên bầu trời khi một quan sát viên trên mặt đất nhìn thấy. BGAN, mạng thông tin di động toàn cầu mới, sử dụng các vệ tinh địa tĩnh.
Ưu điểm của vệ tinh địa tĩnh
Một vệ tinh địa tĩnh duy nhất nằm trên một đường ngắm với khoảng 40% bề mặt trái đất. Ba vệ tinh như vậy, mỗi vệ tinh cách nhau 120 độ kinh độ, có thể bao phủ toàn bộ hành tinh, ngoại trừ các vùng hình tròn nhỏ tập trung tại các cực địa lý phía bắc và phía nam. Một vệ tinh địa tĩnh có thể được truy cập bằng cách sử dụng một ăng-ten định hướng, thường là một đĩa nhỏ, nhắm vào vị trí trên bầu trời nơi vệ tinh dường như bay lơ lửng. Ưu điểm chính của loại vệ tinh này là thực tế là một ăng-ten định hướng trên mặt đất có thể được nhắm và sau đó để ở vị trí mà không cần điều chỉnh thêm. Một ưu điểm khác là do có thể sử dụng các ăng-ten định hướng cao, nên giảm thiểu nhiễu từ các nguồn trên bề mặt và từ các vệ tinh khác.
Hạn chế của vệ tinh địa tĩnh
Vệ tinh địa tĩnh có hai hạn chế lớn. Thứ nhất, bởi vì khu vực quỹ đạo là một vòng cực kỳ hẹp trong mặt phẳng của đường xích đạo, số lượng vệ tinh có thể được duy trì trong quỹ đạo địa tĩnh mà không có xung đột lẫn nhau (hoặc thậm chí va chạm) bị hạn chế. Thứ hai, khoảng cách mà tín hiệu điện từ (EM) phải truyền đến và đi từ vệ tinh địa tĩnh tối thiểu là 71.600 km hoặc 44.600 dặm. Do đó, độ trễ ít nhất 240 mili giây được đưa ra khi một tín hiệu EM, di chuyển với tốc độ 300.000 km / giây (186.000 dặm / giây), thực hiện một chuyến đi khứ hồi từ bề mặt đến vệ tinh và quay trở lại.
Có hai vấn đề khác, ít nghiêm trọng hơn, với vệ tinh địa tĩnh. Đầu tiên, vị trí chính xác của vệ tinh địa tĩnh, so với bề mặt, thay đổi một chút trong quá trình mỗi khoảng thời gian 24 giờ do tương tác hấp dẫn giữa vệ tinh, trái đất, mặt trời, mặt trăng và các hành tinh không thuộc địa cầu. Khi quan sát từ bề mặt, vệ tinh lang thang trong một vùng hình chữ nhật trên bầu trời được gọi là hình hộp. Hộp nhỏ, nhưng nó hạn chế độ sắc nét của mô hình định hướng và do đó tăng công suất mà các ăng-ten trên mặt đất có thể được thiết kế để có. Thứ hai, có sự gia tăng đáng kể nhiễu EM nền khi vệ tinh đến gần mặt trời khi được quan sát từ một trạm thu trên bề mặt, bởi vì mặt trời là nguồn năng lượng EM mạnh mẽ. Hiệu ứng này, được gọi là sự mờ dần của mặt trời, là một vấn đề chỉ xảy ra trong vài ngày sau điểm phân vào cuối tháng Ba và cuối tháng Chín. Thậm chí sau đó, các tập phim chỉ kéo dài vài phút và chỉ diễn ra một lần mỗi ngày.
Hệ thống vệ tinh quỹ đạo trái đất thấp (LEO)
Trong những năm gần đây, hệ thống vệ tinh quỹ đạo trái đất thấp (LEO) đã trở nên phổ biến. Loại hệ thống này sử dụng một hạm đội hoặc một nhóm vệ tinh, mỗi vệ tinh ở quỹ đạo địa cực ở độ cao vài trăm km. Mỗi cuộc cách mạng diễn ra từ 90 phút đến vài giờ. Trong suốt một ngày, một vệ tinh như vậy sẽ xuất hiện trong phạm vi của mọi điểm trên bề mặt trái đất trong một khoảng thời gian nhất định. Các vệ tinh trong một bầy LEO được đặt cách nhau một cách chiến lược để từ bất kỳ điểm nào trên bề mặt, ít nhất một vệ tinh luôn ở trên một đường ngắm. Do đó, các vệ tinh hoạt động như các bộ lặp chuyển động trong mạng di động toàn cầu. Một hệ thống vệ tinh LEO cho phép sử dụng các ăng-ten đơn giản, không định hướng, giảm độ trễ và không bị mờ dần do năng lượng mặt trời. Những dữ kiện này được coi là lợi thế của hệ thống LEO so với vệ tinh địa tĩnh.
Vệ tinh GPS là gì?
Khái niệm GPS
Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) là một hệ thống định vị sử dụng vệ tinh, một máy thu và các thuật toán để đồng bộ hóa dữ liệu vị trí, vận tốc và thời gian cho việc di chuyển trên không, trên biển và trên bộ.
Hệ thống vệ tinh bao gồm một chòm sao gồm 24 vệ tinh trong sáu mặt phẳng quỹ đạo trung tâm Trái đất, mỗi mặt phẳng có bốn vệ tinh, quay quanh Trái đất ở độ cao 13.000 dặm (20.000 km) và di chuyển với tốc độ 8.700 dặm / giờ (14.000 km / h).
Trong khi chúng ta chỉ cần ba vệ tinh để tạo ra một vị trí trên bề mặt trái đất, vệ tinh thứ tư thường được sử dụng để xác thực thông tin từ ba vệ tinh kia. Vệ tinh thứ tư cũng đưa chúng ta vào không gian thứ ba và cho phép chúng ta tính toán độ cao của thiết bị.
Ba yếu tố của GPS là gì?
GPS được tạo thành từ ba thành phần khác nhau, được gọi là phân đoạn, hoạt động cùng nhau để cung cấp thông tin vị trí.
Ba phân đoạn của GPS
- Space (Vệ tinh) – Các vệ tinh quay quanh Trái đất, truyền tín hiệu cho người dùng về vị trí địa lý và thời gian trong ngày.
- Kiểm soát trên mặt đất – Phân đoạn kiểm soát bao gồm các trạm giám sát trên Trái đất, trạm điều khiển chính và ăng-ten trên mặt đất. Các hoạt động kiểm soát bao gồm theo dõi và vận hành các vệ tinh trong không gian và giám sát các đường truyền. Có các trạm quan trắc ở hầu hết các lục địa trên thế giới, bao gồm Bắc và Nam Mỹ, Châu Phi, Châu Âu, Châu Á và Châu Úc.
- Thiết bị dành cho người dùng – Máy thu và phát GPS bao gồm các mặt hàng như đồng hồ, điện thoại thông minh và thiết bị viễn thông.
Công nghệ GPS hoạt động như thế nào?
GPS hoạt động thông qua một kỹ thuật được gọi là trilateration. Được sử dụng để tính toán vị trí, vận tốc và độ cao, trilateration thu thập tín hiệu từ vệ tinh để xuất ra thông tin vị trí. Nó thường bị nhầm với phép đo tam giác, được sử dụng để đo góc, không phải khoảng cách.
Các vệ tinh quay quanh trái đất gửi tín hiệu để được đọc và giải thích bởi một thiết bị GPS, nằm trên hoặc gần bề mặt trái đất. Để tính toán vị trí, thiết bị GPS phải có khả năng đọc tín hiệu từ ít nhất bốn vệ tinh.
Mỗi vệ tinh trong mạng quay vòng quanh trái đất hai lần một ngày và mỗi vệ tinh gửi một tín hiệu duy nhất, các thông số quỹ đạo và thời gian. Tại bất kỳ thời điểm nào, thiết bị GPS có thể đọc tín hiệu từ sáu vệ tinh trở lên.
Một vệ tinh phát tín hiệu vi sóng được thiết bị GPS thu nhận và được sử dụng để tính khoảng cách từ thiết bị GPS đến vệ tinh. Vì thiết bị GPS chỉ cung cấp thông tin về khoảng cách từ một vệ tinh, một vệ tinh đơn lẻ không thể cung cấp nhiều thông tin vị trí. Vệ tinh không cung cấp thông tin về góc, vì vậy vị trí của thiết bị GPS có thể ở bất kỳ đâu trên diện tích bề mặt hình cầu.
Khi một vệ tinh gửi tín hiệu, nó sẽ tạo ra một vòng tròn có bán kính được đo từ thiết bị GPS đến vệ tinh. Khi thêm vệ tinh thứ hai, nó sẽ tạo ra một vòng tròn thứ hai và vị trí nằm ở một trong hai điểm nơi các vòng tròn giao nhau. Với vệ tinh thứ ba, vị trí của thiết bị cuối cùng có thể được xác định, vì thiết bị nằm ở giao điểm của cả ba vòng tròn.
Điều đó nói lên rằng, chúng ta đang sống trong một thế giới ba chiều, có nghĩa là mỗi vệ tinh tạo ra một hình cầu, không phải hình tròn. Giao điểm của ba mặt cầu tạo ra hai điểm giao nhau, vì vậy điểm gần Trái đất nhất được chọn.
Ứng dụng của vệ tinh GPS
Lợi ích của GPS
GPS là một công cụ mạnh mẽ và đáng tin cậy cho các doanh nghiệp và tổ chức trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Các nhà khảo sát, nhà khoa học, phi công, thuyền trưởng, người phản ứng đầu tiên và công nhân khai thác mỏ và nông nghiệp, chỉ là một số người sử dụng GPS hàng ngày cho công việc. Họ sử dụng thông tin GPS để chuẩn bị các cuộc khảo sát và bản đồ chính xác, thực hiện các phép đo thời gian chính xác, theo dõi vị trí hoặc vị trí và để điều hướng. GPS hoạt động mọi lúc và trong hầu hết mọi điều kiện thời tiết.
Các ứng dụng chính của GPS:
- Vị trí – Xác định vị trí.
- Điều hướng – Đi từ vị trí này đến vị trí khác.
- Theo dõi – Giám sát đối tượng hoặc chuyển động cá nhân.
- Lập bản đồ – Tạo bản đồ thế giới.
- Thời gian – Giúp bạn có thể thực hiện các phép đo thời gian chính xác.
Một số ví dụ cụ thể về các trường hợp sử dụng GPS bao gồm:
- Ứng phó khẩn cấp: Trong trường hợp khẩn cấp hoặc thiên tai, những người ứng cứu đầu tiên sử dụng GPS để lập bản đồ, theo dõi và dự đoán thời tiết cũng như theo dõi nhân viên khẩn cấp.
- Giải trí: GPS có thể được tích hợp vào các trò chơi và hoạt động như Pokémon Go và Geocaching.
- Sức khỏe và thể chất: Đồng hồ thông minh và công nghệ có thể đeo được có thể theo dõi hoạt động thể dục (chẳng hạn như quãng đường chạy) và đánh giá nó theo nhân khẩu học
- Xây dựng, khai thác mỏ và vận tải đường bộ: Từ thiết bị định vị đến đo lường và cải thiện phân bổ tài sản, GPS cho phép các công ty tăng lợi tức trên tài sản của họ.
- Vận tải: Các công ty hậu cần triển khai hệ thống viễn thông để cải thiện năng suất và sự an toàn của người lái xe. Công cụ theo dõi xe tải có thể được sử dụng để hỗ trợ tối ưu hóa tuyến đường, tiết kiệm nhiên liệu, an toàn và tuân thủ cho người lái xe.
