Để hiểu về GNSS (Hệ thống Định vị Bằng Vệ Tinh Toàn Cầu), trước hết cần hiểu mối quan hệ giữa GNSS và GPS. Cách tốt nhất để tóm tắt khái niệm này là Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) chỉ là một phần hỗ trợ của mạng lưới GNSS. Trong khi GPS rất quan trọng đối với GNSS, có bốn hệ thống vệ tinh khác tạo nên toàn bộ hệ thống GNSS. Một chức năng chính của việc có nhiều hệ thống (tập hợp các vệ tinh) là tạo ra tính bảo mật tốt hơn trong trường hợp một hệ thống vệ tinh trở nên không đáng tin cậy hoặc không thể hoạt động dưới một số điều kiện nhất định.
5 tập hợp vệ tinh GNSS đã được phát triển bởi các chính phủ riêng biệt và Liên minh châu Âu tương ứng:
- Mỹ (GPS)
- QZSS (Nhật Bản)
- BEIDOU (Trung Quốc)
- GALILEO (Liên minh châu Âu)
- GLONASS (Nga)
1. GPS
GPS là hệ thống GNSS đầu tiên bắt đầu vào năm 1978 và trở nên hoàn toàn sẵn có cho việc sử dụng toàn cầu vào năm 1994. GPS được giới thiệu để hoạt động như một hệ thống định vị quân sự độc lập sau khi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ nhận ra giá trị tiềm năng của công nghệ. Hệ thống được thiết kế để cung cấp độ chính xác cao và bảo mật cao chống lại nhiễu và can thiệp từ kẻ thù trong chiến tranh. GPS lần đầu tiên được công bố công khai thông qua một sắc lệnh của Reagan vào năm 1983.
GPS hoạt động trong một phần của băng tần radio giữa 1 và 2 GHz được gọi là Dải L. Lựa chọn này được thực hiện vì các lý do chính sau:
- Tần số thấp có độ trễ Ionospheric lớn hơn
- Thiết kế ăng-ten có thể được đơn giản hóa
- Ảnh hưởng của thời tiết đối với truyền dẫn tín hiệu GPS sẽ được giảm thiểu
Mặc dù là hệ thống GNSS đầu tiên, GPS vẫn là hệ thống dẫn đường chính xác nhất trên toàn thế giới ngày nay. Các vệ tinh GPS mới nhất sử dụng đồng hồ rubidium và được đồng bộ với đồng hồ cesium trên mặt đất để đạt độ chính xác cao hơn.
2. QZSS
QZSS (Hệ thống vệ tinh Quasi-Zenith) là hệ thống vệ tinh khu vực của Nhật Bản, đôi khi được gọi là "GPS của Nhật".
QZSS sử dụng một vệ tinh đồng vị trí và ba vệ tinh trong QZO có quỹ đạo hình số tám với không đối xứng bắc-nam.
Hệ thống giữ thời gian thế hệ đầu tiên của QZSS (TKS) sẽ dựa trên đồng hồ Rubidium và sẽ mang theo một bản thử nghiệm cơ bản của hệ thống đồng bộ đồng hồ tinh thể thí nghiệm. Công nghệ TKS (Hệ thống giữ thời gian) là một hệ thống mới không yêu cầu đồng hồ nguyên tử trên tàu vệ tinh và đã được sử dụng bởi các hệ thống vệ tinh dẫn đường bao gồm GPS, GLONASS và Galileo. Điều này cho phép hệ thống hoạt động tối ưu khi vệ tinh tiếp xúc trực tiếp với trạm đất, tạo ra một giải pháp tuyệt vời cho hệ thống vệ tinh QZSS.
QZSS tương thích với GPS, điều quan trọng để đảm bảo có đủ vệ tinh để đảm bảo ổn định với việc xác định vị trí chính xác cao.
3. BeiDou
BEIDOU là hệ thống dẫn đường bằng vệ tinh của Trung Quốc bao gồm ba hệ thống vệ tinh riêng biệt, BeiDou-1 và BeiDou-2, và BeiDou-3.
BeiDou-1
Hệ thống Thí nghiệm Dẫn đường Bằng Vệ tinh BeiDou-1 (BeiDou-1) được xây dựng vào năm 2000 chỉ với ba vệ tinh có khả năng dẫn đường và phủ sóng hạn chế. Nó chủ yếu được sử dụng tại Trung Quốc và các vùng láng giềng gần và đã kết thúc vào cuối năm 2012.
BeiDou-2
BeiDou-2 (COMPASS) là phiên bản thứ hai của hệ thống bắt đầu hoạt động vào tháng 12 năm 2011 với việc sử dụng một phần của 10 vệ tinh. Hệ thống đã phục vụ khách hàng tại khu vực châu Á-Thái Bình Dương từ năm 2012.
BeiDou-3
Hệ thống thế hệ thứ ba có tên BeiDou-3 bắt đầu vào năm 2015 với mục tiêu phủ sóng toàn cầu.Việc triển khai đã hoàn thành vào năm 2020, cho phép khả năng bộ phát tín hiệu tìm kiếm và cứu hộ trên hệ thống.
4. Galileo
GALILEO là hệ thống GNSS châu Âu được thiết kế để tương thích với GPS và GLONASS và bắt đầu cung cấp dịch vụ vào tháng 12 năm 2016.
Hệ thống thu của hệ thống sử dụng "Hệ thống Tham chiếu GALILEO" để theo dõi vị trí của vệ tinh bằng cách triển khai nguyên lý ba điểm.
Tổng cộng, hệ thống Galileo bao gồm ba phần chính là Không gian, Mặt đất và Người dùng.
- Đoạn không gian hoạt động để tạo ra và truyền tín hiệu mã và pha tín hiệu vận chuyển trong cấu trúc tín hiệu Galileo. Nó cũng lưu trữ và phát lại dữ liệu định vị được gửi bởi Đoạn Mặt đất.
- Đoạn mặt đất điều khiển toàn bộ hệ thống vệ tinh bao gồm dịch vụ định vị và phân phối. Các phần chính của đoạn mặt đất bao gồm:
- Hai Trung tâm Điều khiển Mặt đất (GCC)
- Mạng Telemetry
- Trạm Theo dõi và Điều khiển (TT&C)
- Mạng Trạm Gửi lên Nhiệm vụ (ULS)
- Mạng Trạm Cảm biến Galileo (GSS)
- Đoạn người dùng được tạo thành từ các bộ thu GALILEO với mục đích chính là theo dõi tọa độ của các hệ thống vệ tinh và cung cấp dịch vụ đồng bộ hóa thời gian. Để làm điều này, họ nhận tín hiệu Galileo, đo pseudorange và hoàn thành phương trình định vị.
5. GLONASS
GLONASS là phiên bản của Nga của GPS bắt đầu phát triển vào năm 1976 dưới Liên Xô. Kể từ khi ra đời, đã có tổng cộng 5 phiên bản:
- GLONASS (1982)
- GLONASS-M (2003)
- GLONASS-K (2011)
- GLONASS-K2 (2015)
- GLONASS-KM (2025 - Hiện đang trong giai đoạn nghiên cứu)
GLONASS hỗ trợ (A-GLONASS) có các chức năng cơ bản giống nhưng với nhiều tính năng đặc biệt dành riêng cho điện thoại thông minh. Hướng dẫn bước đi và dữ liệu giao thông thời gian thực là ví dụ về tiện ích bổ sung có sẵn với A-GLONASS và hoạt động mạnh mẽ dựa vào các tháp di động trong việc theo dõi vị trí một cách nhanh chóng và chính xác.
Tại sao GLONASS và GPS GNSS khác nhau?
Mạng lưới GPS của Mỹ sử dụng 31 vệ tinh trong khi GLONASS sử dụng 24 vệ tinh. Hệ thống GPS của Mỹ có độ chính xác cao hơn một chút so với GLONASS và hoạt động ở tần số thấp hơn. Điều này có nghĩa là GPS cung cấp mạng lưới mạnh mẽ hơn cho người dùng và không có sự nhượng bộ lớn cho GLONASS. Do sức mạnh mạng lưới lớn hơn, GLONASS thường được sử dụng như một phương tiện dự phòng cho GPS khi tín hiệu bị mất.