Hướng dẫn sử dụng GPS trên ô tô

TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Ngày nay, nhu cầu chuyên chở hàng hóa và đi lại bằng phương tiện giao thông
đường bộ của con người ngày càng cao. Việc di chuyển từ nơi này đến nới khác, từ
thành phố này đến thành phố kia là một việc thường xuyên. Để xác định được vị trí
đến phù hợp trong một thành phố lạ, chưa quen thuộc đường, hay tìm đường đi ngắn
nhất trong một thành phố cũng như việc tránh kẹt xe,… Là một việc rất cần thiết đối
với tài xế lái xe. Để đáp ứng cho nhu cầu thiết thực đó, thì hệ thống định vị qua vệ
tinh GPS sẽ là người bạn đồng hành giúp tài xế dễ dàng xác định được đường đi phù
hợp.
Tuy hệ thống định vị qua vệ tinh GPS đã được phát triển từ lâu và sử dụng phổ
biến tại các nước phát triển, nhưng đối với Việt Nam thì hệ thống này còn khá mới mẻ
với người dân. Thông qua đề tài này, phần nào giúp mọi người có thể hiểu được lịch
sử ra đời và phát triển của hệ thống định vị GPS. Nguyên lý hoạt động và cấu trúc hệ
thống ra sao, tình hình sử dụng trên thế giới và đặc biệt là hiện nay tại Việt Nam, đã áp
dụng và khai thác hệ thống này như thế nào? Bên cạnh đó là những thuận lợi và khó
khăn gặp phải khi sử dụng hệ thống này tại nước ta.
1
Chương I. Đặt Vấn đề
I. Mục tiêu đề tài: Đề tài tập trung tìm hiểu lịch sử phát triển của hệ thống định
vị GPS do Mỹ phát triển, cấu trúc hệ thống, nguyên lý vận hành của hệ thống GPS.
Tìm hiểu tình hình sử dụng hệ thống GPS trên thế giới và phân tích đánh giá tình hình
sử dụng hệ thống GPS ở Việt Nam hiện nay.
II. Đối tượng nghiên cứu: Là hệ thống định vị toàn cầu GPS do Mỹ phát triển.
III. Phạm vi nghiên cứu và giới hạn đề tài:
Đề tài chỉ tìm hiểu hệ thống ở góc độ lịch sử phát triển, cấu trúc hệ thống,
nguyên lý vận hành, việc sử dụng hệ thống này trên thế giới và trong nước hiện nay.
Đề tài không phân tích sâu vào các thuật toán dùng để tính toán của vệ tinh với
vị trí của xe, không phân tích cấu trúc thiết bị, không phân tích phương pháp nạp phần
mềm vào thiết bị và cách xây dựng các phần mềm cho thiết bị.
IV. Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp chủ yếu sử dụng trong đề tài là biên dịch tài liệu nước ngoài về hệ

thống GPS của Mỹ, cập nhật các thông tin trên các website về việc khai thác và sử
dụng hệ thống GPS trên thế giới và trong nước, từ đó rút ra những đánh giá về việc sử
dụng hệ thống hiện nay.
2
Chương II. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU
(GPS NAVIGATION)

I. Khái quát
Ngày nay nếu chúng ta ngồi trên chiếc xe ô tô sang trọng, trên xe ô tô có trang
bị thiết bị dẫn đường GPS (GPS Navigation), chúng ta có thể nhìn thấy vị trí hay tọa
độ của xe mình hiện trên màn hình có bản đồ điện tử trong hệ thống đường xá phức
tạp. Thiết bị dẫn đường GPS dựa trên nguyên lý hoạt động của hệ thống định vị
toàn cầu (Global Positioning System, viết tắt là GPS) hoặc tên gọi mới hơn là hệ
thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GNSS (Global Navigation Satellite Systems) được
đưa vào sử dụng vào năm 2008. Đây là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của
các vệ tinh nhân tạo. Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí trên mặt đất nếu xác
định được khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính được toạ độ của vị trí đó.
Vì hoạt động trên quỹ đạo, các vệ tinh có thể cho chúng ta biết vị trí ở bất kỳ nơi
nào ở trên bề mặt trái đất với sai số khoảng 6-9 mét, trong mọi điều kiện thời tiết và
liên tục 24 giờ trong ngày.
Ban đầu hệ thống này phát triển nhằm mục đích quân sự và sau đó phát triển
cho các mục đích dân sự, chính quyền như : theo dõi các phương tiện giao thông trên
bộ và tàu biển, điều hành xa lộ, điều khiển hướng bay của các con tàu vũ trụ, điều tra
khảo sát và vẽ bản đồ, quản lý tài sản và tài nguyên thiên nhiên Điều ngạc nhiên là
mọi người đều có thể sử dụng GPS miễn phí .
Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GNSS này bao gồm ba hệ thống vệ
tinh dẫn đường như sau:
1. Hệ thống GPS do Mỹ chế tạo và hoạt động từ năm 1994 là hệ dẫn đường
dựa trên một mạng lưới 24 quả vệ tinh phân phối thành 6 nhóm bay theo 6 quỹ đạo
3

hình tròn quanh trái đất được Bộ Quốc phòng Mỹ đặt trên quỹ đạo không gian ở độ
cao khoảng 26.560 km
Hình 1: Các vệ tinh nhân tạo quay quanh trái đất của hệ thống GPS
2. Hệ thống GLONASS (GLobal Orbiting Navigation Satellite System) do
Nga chế tạo và hoạt động từ năm 1995 gồm 24 vệ tinh phân phối thành 3 nhóm bay
theo 3 quỹ đạo hình tròn quanh trái đất và ở độ cao khoảng 25.510 km. Hệ thống
GLONASS hoạt động hết công suất vào năm 2007.
Hình 2: Các vệ tinh nhân tạo quay quanh trái đất của hệ thống GLONASS
3. Hệ thống GALILEO (được đặt theo tên của nhà thiên văn học người Ý
Galileo Galilei nhằm tưởng nhớ những đóng góp của ông): Việc nghiên cứu dự án
này được bắt đầu triển khai thực hiện từ năm 1999 do 4 quốc gia Châu Âu là Pháp,
Đức, Italia và Anh. Theo dự kiến dự án sẽ hoàn thành và đưa vào sử dụng trong năm
2010 (chậm hơn so với thời gian dự định ban đầu 2 năm). Hệ thống Galileo được
thiết kế gồm có 30 vệ tinh phân phối thành 3 nhóm bay theo 3 quỹ đạo hình tròn
quanh trái đất và ở độ cao khoảng 29.980 km. Chỉ có 27 vệ tinh của Galileo là hoạt
4
động thực sự, 3 vệ tinh còn lại là vệ tinh dự phòng để thay thế cho vệ tinh nào
hỏng, nhằm làm tăng độ tin cậy của hệ định vị. Hệ thống này được điều hành và
quản lý bởi các tổ chức dân dụng, phi quân sự bao gồm hai trung tâm điểu khiển vệ
tinh được đặt tại châu Âu và hàng chục trạm phát và thu tín hiệu được đặt rải rác
trên toàn cầu.
Hình 3: Các vệ tinh nhân tạo quay quanh trái đất của hệ thống GALILEO
So sánh một số thông số kỹ thuật của ba hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu
Hạng mục GPS GLONASS GALILEO
Số vệ tinh 28 (tính đến 2000) 30 30
Số mặt phẳng quỹ
đạo
6MEO 3MEO 3MEO
Độ nghiêng MPQĐ
55

o
64.8
o
56
o
Bán kính quỹ đạo 26.560 km 25.510 km 29.980 km
Chu kỳ 11 giờ 58 phút 2 giây 11 giờ 15 phút 40 giây
14 giờ 21 phút 36
giây
Tần số sóng mang
L1: 1575.42 MHz
L2: 1227.60 MHz
L5: 1176.45 MHz
G1: 1602 + Kx0.5625 MHz
G2: 1246 + Kx0.5625 MHz
K = –7~24
G2 = G1x7/9
E1: 1589.742 MHz
E2: 1561.098 MHz
E5: 1202.025 MHz
E6: 1278.75 MHz
C1: 5019.86 MHz
Phương trình CDMA FDMA CDMA
Dạng mã số ?? Chuỗi M ??
Độ dài mã số
1023 bit
2.35x10
14
511 bit
5110000

N/A
5
Tốc độ mã số
(C/A L1, P L1,
1.023 Mcps 0.511 Mcps E1, E2: 2.046 Mcps
L2) 10.23 Mcps 5.11 Mcps E5: 10.23/1.023
Mcps
E6: 20.46 Mcps
Thời gian chuẩn UTC (USNO) UTC (Nga) UTC
Sai số chủ định SA (đã bỏ 2000) Không có Không có
Thông điệp dẫn đường (Navigation messages)
Ephemeris Yếu tố quỹ đạo
Vị trí, tốc độ và gia tốc ba
chiều
-
Almanac Yếu tố quỹ đạo Yếu tố quỹ đạo -
Tốc độ truyền dữ liệu
L1: BPSK: 50 bps
L2: BPSK: 25 bps
L5: QPSK: 50 bps
BPSK: 50 bps
QBSK
E1, E2, C: 300 bps
E5: 330 bps
E6: 2500 bps
Chu kỳ dữ liệu 12 phút 30 giây 2 phút 30 giây
-
Định dạng dữ liệu 30 bit / từ 100 bit / string
-
Dữ liệu hiệu chỉnh

điện từ
Có Không có
-
Nguyên lý hoạt động chung của ba hệ thống GPS, GLONASS và GALILEO
cơ bản giống nhau. Trong nội dung báo cáo này, chỉ nghiên cứu về hệ thống GPS
của Mỹ.
II. Lịch sử phát triển GPS
Lịch sử phát triển GPS gắn liền với lịch sử dẫn thuyền thám hiểm trên biển
trong nhiều thập kỉ trước khi các phương tiện bay trên không như máy bay và vũ trụ
ra đời. Từ thời tiền sử, con người đã tìm cách để xác định xem mình đang ở đâu và đi
đến một đích nào đó và trở về bằng cách nào. Sau đó họ làm ra bản đồ, và phát triển
thành hệ thống mạng vĩ tuyến và kinh tuyến. Người đi biển cũng đã biết dùng
những vì sao trên bầu trời hay những ngọn hải đăng để dẫn đường vào ban đêm và
cảnh báo nguy hiểm. Tiếp theo trong lịch sử ngành hàng hải người ta sử dụng la bàn
từ và sextant.
Đầu thế kỉ 20, con người đã phát minh ra hệ thống dẫn đường vô tuyến điện
6
(Radio- based navigation systems) và đã được sử dụng rộng rãi trong thế chiến
tranh thứ 2. Tuy nhiên hệ thống này có một số hạn chế nhất định như khả năng bao
phủ và độ chính xác của sóng vô tuyến. Chính vì vậy những nhà khoa học đã nghĩ
rằng cách duy nhất bao phủ sóng chính xác trên toàn thế giới là đặc những trạm
phát sóng vô tuyến điện cao tần đặt trong không gian và phát sóng xuống trái đất.
Một trạm phát sóng vô tuyến điện nằm ở phía trên không gian của trái đất có thể
phát sóng vô tuyến điện cao tần bằng tín hiệu được mã hóa đặc biệt có thể bao phủ
được khu vực rộng lớn và vẫn tới được trái đất cách xa ở phía dưới với một mức
năng lượng hữu ích cho phép tái tạo lại thông tin thì sẽ có thể xác định được vị trí.
Đây là ý tưởng ban đầu của hệ thống định vị toàn cầu (GPS).
Tiếp đó, sự ra đời của những phương tiện vận chuyển như máy bay và những
con tàu vũ trụ đòi hỏi phải việc điều khiển rất phức tạp trong không gian ba chiều.
Hệ thống dẫn đường vô tuyến điện (xác định được vị trí theo 2 chiều không gian)

dùng cho việc dẫn dắt các tàu thủy đã trở thành lỗi thời và không phù hợp với việc
điều khiển các thiết bị chuyển động trong không gian ba chiều (6 bậc tự do). Trước
những đòi hỏi về kỹ thuật đó nhiều nhà khoa học đã được chính phủ Mỹ tài trợ để
thực hiện nghiên cứu hệ thống dẫn đường dựa trên vũ trụ. Bộ Quốc phòng Mỹ là cơ
quan thiết kế và điều khiển hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System,
viết tắt là GPS). Trong nhóm những người tham gia điều hành dự án GPS của Bộ
Quốc phòng Mỹ có sự đóng góp to lớn của TS. Ivan Getting, người sáng lập The
Aerospace Corporation và TS. Bradford Parkinson, chủ tịch hội đồng quản trị của
The Aerospace Corporation.
Trước khi xuất hiện GPS, con người đã từng sử dụng hệ thống LORAN
(Long Range Navigation) – hoạt động ở giải tần 90-100 kHz chủ yếu dùng cho hàng
hải, hệ thống dẫn đường này áp dụng phương pháp đo độ lệch thời gian của tín
hiệu sóng vô tuyến do Phòng thí nghiệm Bức xạ Đại học MIT (MIT Radiation
Laboratory). Đây là hệ thống định vị trong mọi điều kiện thời tiết thực sự đầu tiên,
nhưng hai chiều (vĩ độ và kinh độ). Hệ thống TACAN – (TACtical Air Navigation) –
cũng từng được dùng cho quân đội Mỹ.
Ngày 17/12/1973, một khái niệm mới được trình tới DSARC (Hội đồng Thu
nhận và Thẩm định Hệ thống Quốc phòng) và được thông qua để thực hiện và cấp
7
kinh phí là hệ thống NAVSTAR GPS, đánh dấu khởi đầu công nhận ý tưởng (Giai
đoạn I của chương trình GPS). Cấu hình hệ thống được thông qua bao gồm 24 vệ
tinh chuyển động trong những quỹ đạo nghiêng chu kỳ 12 giờ đồng hồ.
Ngày 14/07/1974: Vệ tinh NAVSTAR đầu tiên được phóng lên vũ trụ. Vệ
tinh này được chỉ định là Vệ tinh Công nghệ Dẫn đường (NTS) số 1.
Ngày 22/2/1978: Vệ tinh Block I đầu tiên được phóng. Sau đó toàn bộ 11 vệ
tinh Block I được phóng trong khoảng thời gian 1978 và 1985 trên Atlas-Centaur.
Những vệ tinh Block I được coi là những vệ tinh mẫu phát triển được dùng để kiểm
tra hệ thống.
Ngày 26/4/1980: Phóng vệ tinh GPS đầu tiên thực hiện những bộ cảm ứng
Hệ thống phát hiện tiếng nổ hạt nhân hoạt động tổng hợp (Integrated Operational

Nucluear Detonation Detection System (IONDS) sensors).
Năm 1982: Bộ Quốc phòng Mỹ thông qua quyết định giảm số vệ tinh của
chòm vệ tinh GPS từ 24 xuống 18.
Ngày 14/7/1983: Phóng vệ tinh GPS đầu tiên thực hiện hệ thống dò tìm tiếng
nổ hạt nhân (NDS) mới hơn.
Ngày 16/9/1983: Tổng thống Mỹ Reagan hứa cho GPS được sử dụng cho
các máy bay dân dụng hoàn toàn miễn phí khi hệ thống đưa vào sử dụng. Sự kiện này
đánh dấu sự bắt đầu lan tỏa công nghệ GPS từ quân sự sang dân sự.
Năm 1987: Bộ Quốc phòng chính thức yêu cầu Bộ giao thông có trách nhiệm
thiết lập và cung cấp một văn phòng đáp ứng nhu cầu người sử dụng dân sự về thông
tin GPS, dữ liệu và hỗ trợ kỹ thuật.
Tháng 03/1988: Air Force thông báo về việc mở rộng chòm GPS tới 21 vệ
tinh cộng thêm 3 vệ tinh dự phòng.
Ngày 14/2/1989: Vệ tinh đầu tiên của các vệ tinh Block II đã được phóng
từ Cape Canaveral AFT ở Florida, trên dàn phóng Delta II .
1990-1991: GPS được các lực lượng liên minh dùng lần đầu tiên trong điều
kiện chiến tranh trong Chiến tranh Vịnh Ba Tư.
Ngày 1/7/1991: Mỹ đã cho phép cộng đồng thế giới sử dụng dịch vụ định vị
tiêu chuẩn (SPS) GPS bắt đầu từ năm 1993 trên cơ sở liên tục và miễn phí trong
vòng ít nhất 10 năm.
8
Ngày 5/9/1991: Mỹ cho phép thế giới sử dụng SPS trong tương lai, việc này
phụ thuộc vào việc có đủ vốn, cung cấp dịch vụ này tối thiểu 6 năm có thông báo
trước về việc chấm dứt hoạt động GPS hoặc xóa bỏ SPS.
Ngày 8/12/1992: Bộ Trưởng Bộ Quốc phòng chính thức thông báo khả năng
hoạt động đầu tiên của GPS, có nghĩa là 24 vệ tinh trên quỹ đạo hệ thống GPS
không còn là hệ thống đang triển khai nữa mà GPS đã có khả năng duy trì độ chính
xác ở mức độ sai số 100 mét và có sẵn trên toàn cầu liên tục cho người sử dụng SPS.
Ngày 16/3/1995: Tổng thống Mỹ Bill Clinton tái khẳng định rằng Mỹ cung
cấp tín hiệu GPS cho cộng đồng người sử dụng dân dụng thế giới.

Từ sau năm 1995 hệ thống GPS vẫn tiếp tục được duy trì và bảo dưỡng
cũng như thay thế những vệ tinh lâu năm. Năm 2000, số vệ tinh trong chòm GPS
đã tăng lên 28 vệ tinh. Những vệ tinh thế hệ GPS-IIR đã và đang được phóng lên để
thay thế những vệ tinh lâu năm. Vệ tinh mới nhất được phóng lên ngày 16/9/2005
mang tên GPS-IIR-M1, là vệ tinh đầu tiên thuộc thế hệ 8 chiếc vệ tinh hiện đại
nhất GPS-IIR-M. Vệ tinh tiếp theo đã được phóng lên không gian vào tháng
01/2006.
III. Cấu trúc hệ thống GPS
Các vệ tinh làm nên vùng không gian GPS trên quỹ đạo cách bề mặt trái đất 12
nghìn dặm. Chúng chuyển động ổn định, hai vòng quỹ đạo trong khoảng thời gian
gần 24 giờ. Các vệ tinh này chuyển động với vận tốc khủng khiếp 7 nghìn dặm
một giờ. Các vệ tinh được nuôi bằng n

ăng

l ư ợ

n g m ặt

tr ờ

i . Chúng có các nguồn pin
dự phòng để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng không có ánh sáng mặt trời.
Các tên

l ử

a nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định.
Hệ thống định vị toàn cầu GPS bao gồm 3 phần:
- Phần vũ trụ (Satellites Segment): gồm 24 vệ tinh quay xung quanh trái đất

hai lần trong ngày với quỹ đạo rất chính xác. Độ cao vệ tinh so với mặt đất là
20183 km, chu kỳ quay quanh trái đất là 11giờ 57 phút 58 giây. Phần này sẽ đảm
bảo cho bất kỳ vị trí nào trên quả đất đều có thể quan sát được 4 vệ tinh ở góc trên
15 độ, nếu ở góc ngưỡng 10 độ thì có thể quan sát được 10 vệ tinh và ở góc ngưỡng
5 độ có thể quan sát được 12 vệ tinh. Các vệ tinh làm nhiệm vụ ghi nhận và lưu trữ
các thông tin được truyền đi từ phần điều khiển, xử lý dữ liệu có chọn lọc trên vệ
9
tinh, duy trì độ chính xác cao của thời gian bằng các đồng đồ nguyên tử, chuyển
tiếp thông tin đến người sử dụng, thay đổi quỹ đạo bay của vệ tinh theo sự điều
khiển từ mặt đất.
- Phần điều khiển (Different Station Segment): Phần điều khiển là để duy
trì hoạt động của toàn bộ hệ thống GPS cũng như hiệu chỉnh tín hiệu thông tin của
vệ tinh hệ thống GPS gồm một trạm điều khiển chính, 5 trạm thu số liệu và 3 trạm
truyền số liệu.
Trạm điều khiển chính (Master Control Station) đặt tại Colorade Springs
(Mỹ) có nhiệm vụ thu thập các dữ liệu theo dõi vệ tinh từ các trạm thu số liệu để xử
lý 5 trạm thu số liệu được đặt tại Hawai, Colorade Springs, Ascension (Nam Đại
Tây Dương), Diago Garia (Ấn Độ Dương), Kwayalein (Nam Thái Bình Dương).
Có nhiệm vụ theo dõi các tín hiệu vệ tinh để kiểm soát và dự tính quỹ đạo của
chúng. Mỗi trạm được trang bị những máy thu P-Code để thu các tín hiệu của vệ
tinh sau đó truyền về trạm điều khiển chính 3 trạm truyền số liệu được đặt tại
Ascension, Diago Garia, Kwayalein có khả năng chuyển số liệu lên vệ tinh gồm
lịch thiên văn mới, hiệu chỉnh đồng hồ, các thông điệp cần phát, các lệnh điều
khiển từ xa.
Phần này đảm nhiệm các chức năng sau :

Giám sát và điều khiển hệ thống vệ tinh liên tục

Quy định thời gian hệ thống GPS

Dự đoán dữ liệu lịch thiên văn và hoạt động của đồng hồ trên vệ tinh

Cập nhật định kỳ thông tin dẫn đường cho từng vệ tinh cụ thể.
- Phần người sử dụng (User Segment): gồm những máy thu tín hiệu GPS có
anten riêng (máy định vị), các thiết bị tự ghi (bộ ghi số liệu) và máy tính (phần mềm
xử lý số liệu).
Máy thu GPS tính toán đơn vị với tần suất mỗi giây một vị trí và cho độ chính
xác từ 1-5 mét. Khi ta di chuyển hay dừng tại chỗ, máy thu GPS nhận tín hiệu từ vệ
tinh rồi tính toán định vị. Kết quả tính được là tọa độ hiển thị trên màng hình bộ ghi
số liệu. Các máy thu này có thể được lắp đặt trên các con tầu, các máy bay và các xe ô
tô
10
Bộ ghi số liệu là máy cầm tay có phần mềm thu thập số liệu. Bộ ghi số liệu có
thể ghi vị trí hoặc gắn thông tin thuộc tín với vị trí.
Máy tính, phần mềm xử lý số liệu: Hệ thống GPS có kèm theo phần mềm thu
thập số liệu. Sau thu thu thập số liệu ở thực địa, phần mềm chuyển số liệu vị trí và
thông tin thuộc tính sang máy tính. Sau đó phần mềm sẽ nâng cao độ chính xác bằng
kỹ thuật phân sai. Phần mềm xử lý số liệu GPS còn có chức năng biên tập hoặc vẽ.
Phần mềm này cũng hổ trợ thu thập các yếu tố địa lý và thông tin thuộc tính cho GPS
hoặc các cơ sở dữ liệu khác.
Hình 4: Sơ đồ liên quan giữa ba phần của hệ thống định vị toàn cầu
IV. Nguyên lý hoạt động của GPS
Các vệ tinh GPS bay vòng quanh trái đất hai lần trong một ngày theo một quỹ
đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống trái đất. Các máy thu GPS nhận
thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng.
Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời
gian nhận được chúng. Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh
bao xa. Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được
vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy. Máy thu GPS phải khoá
được với tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (2D, kinh độ và vĩ

độ) và để theo dõi được chuyển động. Với bốn hay nhiều hơn số quả vệ tinh trong
tầm nhìn thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (3D, kinh độ, vĩ độ và độ cao).
Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông tin
khác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình,
quãng cách tới điểm đến…
Với GPS, các tín hiệu từ các vệ tinh sẽ đi tới các vị trí chính xác của người
11
dùng và được đo theo phép tam giác đạc. Để thực hiện phép tam giác đạc, GPS đo
khoảng cách thông qua thời gian hành trình của bản tin vô tuyến từ vệ tinh tới một
máy thu mặt đất. Để đo thời gian hành trình, GPS sử dụng các đồng hồ rất chính
xác trên các vệ tinh. Một khi khoảng cách tới vệ tinh đã được đo thì việc biết trước
về vị trí vệ tinh trong không gian sẽ được sử dụng để hoàn thành tính toán. Các
máy thu GPS trên mặt đất có một “cuốn niên giám” được lưu trữ trong bộ nhớ máy
tính của chúng để chỉ thị mỗi vệ tinh sẽ có mặt nơi nào trên bầu trời vào bất kỳ thời
điểm nào. Các máy thu GPS sẽ tính toán các thời gian trễ qua tầng đối lưu và khí
quyển để tiếp tục làm chính xác hơn phép đo vị trí.
Để bảo đảm chắc chắn vệ tinh và máy thu đồng bộ với nhau, mỗi vệ tinh có
bốn đồng hồ nguyên tử chỉ thời gian chính xác tới 3 ns, tức ba phần tỷ giây. Nhằm
tiết kiệm chi phí, các đồng hồ trong các máy thu dưới đất được làm ít chính xác hơn
đôi chút. Bù lại, một phép đo tầm hoạt động vệ tinh được trang bị thêm. Phép đo
lượng giác chỉ ra rằng, nếu ba số đo chính xác định vị được vị trí một điểm trong
không gian ba chiều thì một phép đo thứ tư có thể loại bỏ mọi độ chênh lệch thời
gian nào đó. Phép đo thứ tư này chỉnh lại sự đồng bộ hoá không hoàn hảo của máy
thu.
Khối mặt đất thu nhận tín hiệu vệ tinh đi tới với tốc độ bằng tốc độ ánh sáng.
Ngay như tại tốc độ như vậy tín hiệu cũng phải mất một lượng thời gian đáng kể mới
tới được máy thu. Sự chênh lệch giữa thời điểm tín hiệu được gửi đi và thời điểm tín
hiệu được thu nhận với tốc độ ánh sáng cho phép máy thu tính được khoảng cách tới
vệ tinh. Để đo lường chính xác độ cao, kinh độ và vĩ độ, máy thu đo thời gian các tín
hiệu từ một số vệ tinh truyền tới máy thu.

GPS sử dụng một hệ tọa độ gọi là Hệ thống Trắc địa học Toàn cầu 1984
(WGS-84 - Worldwide Geodetic System 1984). Hệ thống này tương tự như các
đường kẻ kinh tuyến và vĩ tuyến quen thuộc thường thấy trên các bản đồ treo tường cỡ
lớn. Hệ thống WGS - 84 cung cấp một khung tham chiếu gắn sẵn tiêu chuẩn hoá,
cho phép các máy thu của bất kỳ hãng sản xuất nào cũng cung cấp đúng cùng một
thông tin định vị.
Hoạt động của GPS có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:
Khi các vệ tinh ở quá gần nhau, chúng sẽ khiến cho việc xác định một vị trí
12
chính xác trở nên khó khăn hơn.
Hình 5: Các vệ tinh đặt quá gần nhau
- Vì tín hiệu radio đi từ vệ tinh xuyên qua tầng điện ly và tầng đối lưu, tốc độ
cần thiết để tín hiệu truyền tới thiết bị nhận sẽ bị chậm đi. Hệ thống GPS có dự
phòng điều đó bằng cách tính thêm khoảng thời gian chậm trễ trung bình, nhưng
cũng không được hoàn toàn chính xác.
Hình 6: Tín hiệu radio đi từ vệ tinh xuyên qua tầng điện ly và tầng đối lưu
V. Truyền dẫn tín hiệu GPS
Các vệ tinh GPS phát hai tín hiệu vô tuyến công suất thấp giải L1 và L2.
(Giải L là phần sóng cực ngắn của phổ điện từ trải rộng từ 0.39 tới 1.55GHz).
Tín hiệu GPS chứa ba mẩu thông tin khác nhau:
– Mã giả ngẫu nhiên
– Dữ liệu thiên văn
– Dữ liệu lịch.
13
Hình 7: Tín hiệu tín hiệu vô tuyến công suất thấp giải L1 và L2
Mã giả ngẫu nhiên: là mã định danh để xác định được vệ tinh nào là phát
thông tin gì. Có thể nhìn số hiệu của các quả vệ tinh trên trang vệ tinh của máy thu
để biết nó nhận được tín hiệu của vệ tinh nào.
Dữ liệu thiên văn: cho máy thu GPS biết các vệ tinh ở đâu trên quỹ đạo ở mỗi
thời điểm trong ngày. Mỗi quả vệ tinh phát dữ liệu thiên văn chỉ ra thông tin quỹ đạo

cho vệ tinh đó và mỗi vệ tinh khác trong hệ thống.
Dữ liệu lịch: Được phát đều đặn bởi mỗi vệ tinh, chứa thông tin quan trọng về
trạng thái của vệ tinh, ngày giờ hiện tại. Phần này của tín hiệu là cốt lõi để phát hiện ra
vị trí.
Những thiết bị nhận tín hiệu GPS thông thường bắt sóng tần số L11575.42
MHz trong giải UHF. Tín hiệu truyền trực thị, có nghĩa là chúng sẽ xuyên qua mây,
thuỷ tinh và nhựa nhưng không qua phần lớn các đối tượng cứng như núi và nhà.
Tần số L1 chứa đựng 2 tín hiệu số (mã hoá bằng kỹ thuật số), được gọi là P-code
và C/A-code. Mã P nhằm bảo vệ thông tin khỏi những sự truy nhập trái phép. Tuy
nhiên, mục đích chính của các tín hiệu mã hóa là nhằm tính toán thời gian cần thiết
để thông tin truyền từ vệ tinh tới một thiết bị thu nhận trên mặt đất. Sau đó, khoảng
cách giữa 2 bên được tính bằng cách nhân thời gian cần thiết để tín hiệu đến nơi với
14
tốc độ của ánh sáng là 300.000 km/giây và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy. Tuy
nhiên, tín hiệu có thể bị sai đôi chút khi đi qua bầu khí quyển. Vì vậy, kèm theo
thông điệp gửi tới các thiết bị nhận, các vệ tinh thường gửi kèm luôn thông tin về
quỹ đạo và thời gian. Việc sử dụng đồng hồ nguyên tử sẽ đảm bảo chính xác về sự
thống nhất thời gian giữa các thiết bị thu và phát. Nếu có bản đồ điện tử, nhiều thiết
bị nhận GPS sẽ hiển thị rõ ràng vị trí của bạn qua một màn hình, điều đó giúp cho việc
định hướng trở nên thuận lợi.
Hình 8: Thiết bị nhận tín hiệu GPS
Vị trí một vật được xác định bởi 4 thông số X,Y,Z,T
Hình 9: Các tọa độ xác định một vật trong không gian
Trong đó : X ,Y,Z : là khoảng cách so với gốc tọa độ
T : Thời gian từ GPS truyền đến
15
Hình 10: Tiếp nhận tín hiệu vào và xử lý ngõ ra
Hình 11:Tín hiệu được mã hoá bằng kỹ thuật số
16

Hình 13: Sơ đồ khối phương thức điều khiển của GPS
Hình 12: Tín hiệu số C/A code
17
VI. Ứng dụng hệ thống GPS
Mặc dù hệ thống GPS chỉ mới được hoàn thành vào năm 1994 nhưng nó đã
thực sự tự khẳng định mình trong rất nhiều ứng dụng quân sự và dân sự. Theo dõi các
phương tiện vận chuyển là một trong những ứng dụng GPS phát triển nhanh nhất. Các
đoàn tàu, các hệ thống vận chuyển công cộng, các đoàn xe tải quá cảnh, các chuyến
xe bưu chính có trang bị các máy thu GPS để giám sát các vị trí của chúng vào
mọi thời điểm. Hiện nay, hệ thống GPS được trang bị trên nhiều hảng xe nổi tiếng
như hệ thống OnStar của General Motors, Bluetooth của Chrysler và Armada của
Mercedes…
Hình 14: Máy dẫn đường GPS trên xe taxi ở Nhật
Hệ thống GPS trang bị trên ôtô giúp người lái biết tin tức về lộ trình phía
trước trên bản đồ màn hình hay họ tìm ra hướng đi đúng khi bị lạc ở một nơi xa lạ và
có thể tìm chính xác địa chỉ của một tòa nhà cần đến. Ngoài ra, người lái hoàn toàn
có thể đón nhận những thông tin nóng về tình hình thời sự quốc tế, theo dõi các bản
tin thời tiết, cập nhật giá cả thị trường chứng khoán, vừa kết nối internet vừa nghe
radio, xem phim TV kỹ thuật số và nghe nhạc MP3 qua sóng vệ tinh, thậm chí có thể
đặt vé cho một trận đấu bóng đá sắp diễn ra.
Hiện tại, các nhà khoa học tại Bỉ đang thử nghiệm một hệ thống có tên gọi E-
merge, có chức năng tự động dò khi một chiếc ô-tô gặp nạn và gửi tin nhắn khẩn cấp
tới các đơn vị cứu hộ địa phương bằng ngôn ngữ bản địa để thông báo tai nạn nhờ
vào việc ứng dụng tính năng của hệ thống GPS. Đó là một thiết bị có kích cỡ bằng
chiếc điện thoại di động, được gắn vào dưới bảng đồng hồ và được kích hoạt bằng
18
máy cảm biến. Thiết bị bao gồm một mạch điện thoại di động, bộ phận định vị
toàn cầu GPS, một microphone và một loa. E- merge ghi lại tính nghiêm trọng của
vụ đâm xe bằng cách đọc dữ liệu giảm tốc từ máy cảm biến. Sử dụng thông tin GPS,
thiết bị xác định chiếc xe tai nạn nằm ở quốc gia nào và từ đó xác định ngôn ngữ để

soạn tin báo mô tả chi tiết vị trí của vụ tai nạn. Sau đó, E-merge tự động gọi điện
tới đơn vị cứu hộ địa phương. Nếu người trong xe còn tỉnh táo, họ có thể nói chuyện
với đơn vị cứu hộ thông qua microphone. E-merge cũng truyền đi hình dáng, kiểu,
màu sắc, số đăng ký và hướng đi của xe khi nó gặp tai nạn. Những thông tin này
giúp nhân viên cứu hộ xác định xe nằm ở phần nào trên đường cao tốc nhiều làn xe
và tìm ra xe ngay lập tức khi tới hiện trường.
Hình 15: Tính năng Telematics: sự kết của GPS và hệ thống viễn thông
Tại các trường học ở Houston – Mỹ, hội đồng giáo dục đã thông qua một kế
hoạch trang bị các máy thu tín hiệu GPS trên các xe buýt đưa rước học sinh của họ
nhằm kiểm soát an ninh và an toàn cho học sinh trên những con đường đông đúc và
bận rộn. Hệ thống GPS sẽ cho biết chính xác vị trí của các xe chở học sinh bất cứ lúc
nào, và xe ấy có chạy lạc khỏi tuyến đường ấn định hay không. Khi bị hỏng máy hay
trường hợp khẩn cấp khác, hệ thống GPS sẽ ngay lập tức cho biết vị trí để gửi đến
nhóm cấp cứu hay cảnh sát viên. Hệ thống này cũng tự động gửi "email" cho các lái
xe nếu xe buýt chạy quá tốc độ hoặc quá chậm trễ nhằm duy trì sự an toàn cho học
sinh.
Các dữ liệu GPS sẽ trở nên hữu ích hơn đối với khách hàng khi nó được liên
kết với kỹ thuật vẽ bản đồ số. Theo đó, một số hãng sản xuất ô tô đang chào hàng
19
một phương án chế tạo xe mới là trang bị các màn hình trình bày hành trình xe chạy
do các máy thu GPS hướng dẫn. Các màn hình này thậm chí còn có thể tháo ra đem
về nhà để lập chương trình cho một chuyến đi. Một số phương tiện xe cộ có trang
bị GPS đưa ra các bảng hướng dẫn trên màn hiển thị cho các lái xe và qua các lệnh
bằng tiếng nói tổng hợp. Những tính năng này cho phép lái xe đến được bất kỳ nơi
nào anh ta muốn một cách nhanh chóng hơn và an toàn hơn so với trước đây.
Hình 16: AVIC-Z1, hệ thống âm thanh kiêm thiết bị dẫn đường của Pioneer.
Hình 17: Thiết bị dẫn đường kiêm thông tin giải trí StreetPilot 7200 của Garmin.
Mới đây, hãng Skytel, nhà cung cấp các dịch vụ nhắn tin vô tuyến, đã cho ra
đời hệ thống AutoLink dựa trên GPS của họ dùng cho xe ô tô. Hệ thống AutoLink
này cung cấp các dịch vụ trả lời khẩn cấp tự động, ngăn chặn trộm cắp, theo dõi và

bắt xe cộ dừng lại, nhắn tin cá nhân hai chiều, mở khoá xe từ xa, đánh dấu số hiệu
20
lái xe, hướng dẫn đường đi và thông tin dựa trên vị trí.
Chắc rằng, thiết bị dẫn đường GPS sẽ là tiêu chuẩn trên các dòng sedan cao cấp
trong một tương lai gần.
VII. Tình hình ứng dụng GPS ở Việt Nam hiện nay.
1. Quy định của pháp luật về việc áp dụng thiết bị giám sát hành trình
“Hộp đen GPS”
Theo quy định tại Nghị định 91/2009, thiết bị giám sát hành trình (TBGSHT)
phải có khả năng ghi và lưu trữ các thông tin về: Tốc độ chạy xe, hành trình chạy, thời
gian lái xe theo quy định (không quá 4 tiếng), số lần và thời đểm đóng mở cửa xe, số
lần và thời gian dừng đỗ xe. Những yêu cầu này nhằm đảm bảo các xe tuân thủ các
quy trình an toàn, nhất là đối với những xe container, xe siêu trường, siêu trọng và xe
khách đường dài
Căn cứ theo điều 12 của nghi định này thì từ ngày 01 tháng 07 năm 2011 xe vận
tải thì ô tô kinh doanh vận tải hành khách theo tuyến cố định có cự ly từ 500 km trở
lên, xe kinh doanh vận chuyển hành khách du lịch, xe kinh doanh vận chuyển hàng
hóa bằng bằng container đều phải gắn thiết bị giám sát hành trình. với điều kiện
phải đạt các yêu cầu như lưu giữ các thông tin : hành trình, tốc độ vận hành, số lần và
thời gian dừng đỗ, đóng cửa và mở cửa xe.
2. Hiện trạng áp dụng TBGSHT hiện nay.
Hiện nay một số doanh nghiệp vận tải có số lượng phương tiện lớn trên địa bàn
TP.HCM như Mai Linh, Phương Trang, Công Thành đã lắp đặt TBGSHT cho các
phương tiện của mình trước khi quy định có hiệu lực. Ông Lương Công Thành, Giám
đốc Công ty TNHH Dịch vụ giao nhận vận tải và thương mại Công Thành cho biết,
Công ty đã tiến hành lắp đặt thiết bị TBGSHT hơn một năm nay. Theo ghi nhận thì từ
khi lắp đặt TBGSHT, đã giúp doanh nghiệp quản lý phương tiện của mình khoa học và
dễ dàng hơn. Người ở nhà có thể kiểm soát phương tiện suốt dọc hành trình, có thể hậu
kiểm khi có sự cố từ đó mà bản thân người lái xe đã có ý thức hơn trong việc tuân
thủ quy định khi đang chạy trên đường. “Với những lợi ích mang lại như giảm nhân

công, quản lý được phương tiện, lái xe an toàn chúng tôi đã hoàn vốn sau một năm”,
ông Thành cho biết.
21
Với các doanh nghiệp vận tải hành khách, trang bị TBGSHT có thể kiểm soát
tình trạng dừng, đỗ của phương tiện trên đường, tránh tình trạng tài xế bắt khách dọc
đường gây phản ứng với hành khách. Lợi ích là vậy, song việc trang bị TBGSHT cho
các phương tiện vận tải của các doanh nghiệp ở TP.HCM hiện nay vẫn chưa thực sự
nhiều.
Ông Thái Văn Chung, Tổng thư ký Hiệp hội vận tải TP.HCM cho biết, hiện tại
chỉ mới 15% số phương tiện trong tổng số phương tiện của khoảng 100 doanh nghiệp
hội viên Hiệp hội đã lắp TBGSHT. Có doanh nghiệp chưa lắp đầy đủ cho tất cả các
phương tiện của mình, những doanh nghiệp ít phương tiện thì hầu như chưa lắp
TBGSHT.
Ước tính sẽ có khoảng 100.000 đến 150.000 đầu xe lắp mới TBGSHT và chi
phí lắp đặt khoảng 5.000.000 đồng trên / xe. Vậy là sẽ mất thêm 750 tỉ đồng, chưa kể
phí duy trì khoảng 150.000 đến 200.000 đồng / tháng / xe, cộng thêm trang thiết bị như
là server lưu trữ thông tin, máy tính nối mạng, chứ lắp GPS vào mà để đó thì coi như
là không.
Một số doanh nghiệp đi đầu trong việc lắp đặt TBGSHT băn khoăn không biết
thiết bị của họ có đạt tiêu chuẩn hay không. “Chúng tôi đã có 14 xe container lắp đặt
TBGSHT nhưng không biết có đạt chuẩn theo quy định không. Nếu sau này có những
thay đổi, sửa chữa thì sẽ rất tốn kém cho doanh nghiệp” ông Hoàng Quốc Hùng, Giám
Đốc công ty TNHH Hoàng Hồng Anh (Đồng Nai) cho biết. Ngoài ra, tính bảo mật
thông tin khi lắp đặt TBGSHT cũng là điều mà các doanh nghiệp quan tâm nhưng
chưa có văn bản nào quy định vấn đề này.
Tóm lại trước những lợi ích đem lại từ hệ thống định vi toàn cầu GPS thì bên
cạnh đó vẫn còn tồn tại nhiều vấn đề bất cập như: Quy định của pháp luận về chuẩn
của thiết bị, lộ trình áp dụng phù hợp, hệ thống phần mềm bản đồ, các trạm thông tin
giao thông phục vụ cho hệ thống chưa được đầu tư, doanh nghiệp vận tải chưa mặn mà
do chi phí đầu tư và duy trì hệ thống khá lớn… Hy vọng trong thời gian sắp tới, với sự

tham gia ngày càng nhiều của các nhà cung cấp dịch vụ thông tin, sự phát triển của hệ
thống phần mềm kết nối, sẽ giúp cho hệ thống định vi GPS ngày càng trở nên hoàn
thiện, giá cả hợp lý và dịch vụ đi kèm sẽ góp phần phục vụ tốt nhu cầu của toàn xã hội.
22
3. Nhà cung cấp và giá cả thiết bị sử dụng phổ biến tại Việt Nam hiện nay
Nhu cầu ứng dụng GPS trong nước đang ở dạng tiềm năng, chưa bùng nổ. Do
vậy, đa số các DN GPS ngoại đến Việt Nam chủ yếu cung cấp về phần cứng còn về
phần mềm chưa có nhiều. Trong khi đó, DN trong nước nắm bắt nhanh nhạy hơn về
chính sách, có ưu thế hơn hẳn trong việc nắm bắt nhu cầu thị trường và dịch vụ hậu
mãi, giá trị gia tăng, chẳng hạn nếu hệ thống trục trặc sẽ có mặt ngay để xử lý. Về
năng lực thì ngay các DN nước ngoài cũng phải thuê các kỹ sư, chuyên gia trong nước
làm việc.
Hiện nay trong nước có khoảng 20 doanh nghiệp cung cấp thiết bị GPS như:
Tomtom (Đan Mạch), Garmin, Holux (Đài Loan) Trong đó có công ty Vietmap, là
công ty đầu tiên trong nước xây dựng phần mềm bản đồ 64 tỉnh thành cho hệ thống
định vi GPS với giá bản quyền là 1,6 triệu VND.
Giá cả 1 số sản phẩm đang được sử dụng phổ biến tại việt nam hiện nay:

Giá bán của GPSmile 450 USD Bộ sản phẩm GPS PRO giá bán 500$

GPS định vị dẫn đường
PAPAGO 6600
5.590.000 đ

GPS Định Vị Dẫn Đường
PAPAGO H8
6.300.000 đ

Thiết Bị Định Vị
VIETMAP 1000TL

3.515.000 đ
23
KẾT LUẬN
Thông qua đề tài hy vọng phần nào cung cấp được tổng thể các kiến thức về hệ
thống định vị vệ tinh GPS, giúp những ai quan tâm về hệ thống có được những hiểu
biết cơ bản về hệ thống này. Cũng như nắm bắt được hiện tại hệ thống đang được khai
thác và phát triển ra sao trên thế giới và tại Việt Nam.
Với những tiện ích từ hệ thống định vị vệ tinh GPS đem lại, hy vọng trong một
thời gian không xa nữa. Việt Nam sẽ phát triển toàn diện cơ sở hạ tầng, cũng như
những quy định pháp lý phù hợp, nhằm mục đích đáp ứng được nhu cầu sử dụng của
các doanh nghiệp vận tải và người dân, theo kịp sự phát triển của thế giới, về những
tiện ích và dịch vụ công cộng.
Đề tài còn nhiều thiếu sót, và chưa đề cập hết các vấn đề của hệ thống định vị
toàn cầu GPS, cũng như tình hình khai thác và sử dụng hiện nay. Rất mong được sự
đóng góp và xây dựng để những kiến thức về hệ thống này được hoàn chỉnh và phổ
biến rộng rãi hơn trong thời gian tới.
24
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Audio, Navigation and Telematics in the vehicle – Robert Bosch GmbH
2. Safety, comfort and convenience systems - Robert Bosch GmbH
3. Một số trang web:






http:// www.otosaigon.com

25