GPS - Hệ thống định vị toàn cầu

Sherlock Holmes xuất hiện!
Sherlock Holmes III, cháu nội đích tôn của nhà thám tử nổi tiếng năm xưa, ngẫu nhiên lại là bạn thân của cha mẹ nàng Vickie xinh đẹp. Vì thế, họ đã nhờ Holmes ra tay.
Sau khi xem xét qua tình thế, chàng Holmes trẻ tuổi đề nghị rằng hai người bạn của mình nên chuẩn bị số tiền chuộc và làm theo yêu cầu của bọn cướp. Trong khi đó, Holmes cố gắng tìm tòi manh mối từ lời nhắn trong cuốn băng nhận được. Anh cho rằng cô gái thực ra đang ở trong một toà nhà cao tối thiểu 10 tầng. Nhưng có hàng chục ngàn căn nhà như thế từng được xây dựng ở nước Anh, và không thể lục soát chừng ấy căn nhà, cho dù phải huy động toàn bộ lực lượng cảnh sát cả nước.
Sau khi nghe cuốn băng lại một lần nữa, Holmes đã biết chính xác mình phải làm gì.
Trong khi đó, tiền chuộc đang được mang tới điểm hẹn trong đêm hôm sau, theo đúng yêu cầu của bọn bắt cóc. Bọn bắt cóc được chia làm hai toán. . Toán một đi nhận tiền, còn nhóm thứ hai có nhiệm vụ canh gác cô gái. Trong khi bọn gác đang trông chừng cô gái, Holmes và các cộng sự lao vào đúng căn phòng nơi Vickie đang bị giam giữ, giải thoát cô gái và bắt sống bọn cướp trong chớp mắt.
Mọi người ai cũng thắc mắc trước những năng lực suy diễn dường như siêu nhiên của Holmes: cha mẹ của nạn nhân, cô con tin được giải thoát, cảnh sát, phóng viên báo chí, ngay cả bọn bắt cóc. Làm sao mà anh ta có thể biết chính xác nơi chúng ẩn náu ? Holmes yêu cầu những người muốn bíêt bí mật của mình, kể cả những tên bắt cóc với đôi tay bị còng, hãy ở lại trong căn phòng nơi giam giữ Rickie cho đến nửa đêm. Khi hai chiếc kim đồng hồ chuẩn bị nhích lại gần nhau, anh bật radio, xoay núm đến tần số đài phát có truyền đi tiếng chuông nửa đêm của Big Ben. Họ cùng đếm những tiếng chuông đang đĩnh đạc vang lên, gần như nín thở: 1, 2, 3, 4, 5, 6?10, 11, 12, 13! Mọi người ai cũng đếm dược 13 tiếng chuông ! Làm sao lại có chuyện đó nhỉ ? Mọi người hồi hộp chờ câu trả lời của Holmes.
GPS
Lat 10o27'09.7"
Lon 107o13'00.3"
Được gps sửa chữa / chuyển vào 08:26 ngày 17/01/2003

Không biết các bạn có hồi hộp không chứ gps thì có. Và mọi người cùng lắng nghe chàng Holmes giải thích. À, mà khoan đã, Sherlock Holmes thì đã thấy xuất hiện rồi còn GPS thì sao không thấy nói tới?
À, các nguyên tắc của hệ GPS thì thật sự thú vị, giông như câu chuyện các bạn vừa nghe vậy. Và nó cũng đơn giản đến mức ai cũng có thể hiểu được. Khái niệm căn bản nhất chính là việc đo khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu của bạn nhờ cái gọi là mã đồng bộ. Bằng cách theo dõi cuộc điều tra với các hình ảnh minh hoạ, bạn sẽ thấy những tương đồng và dị biệt giữa GPS và câu chuyện của Holmes.
Và Holmes đã suy luận như thế này:
?oNơi bọn cướp ẩn náu cách tháp Big Ben 4000 feet, (vì Holmes là người Anh nên hiển nhiên anh ta sử dụng hệ đo lường imperial), đủ gần để nghe tiếng chuông phát ra từ tháp. Anh ta giải thích ?oTrên vòng tròn đường kính 4000 feet với tháp Big Ben làm tâm, chỉ có 3 toà nhà cổ có tối thiểu 10 tầng như mô tả của Viclie. Chúng tôi đã có thể kiểm tra từng căn và không khó khăn gì để tìm thấy toà nhà mà chúng tôi cần?

Bán kính r = 4,000 feet, Khoảng cách từ Big Ben đến nơi giam giữ. Âm thanh mất 4 giây để đi hết khoảng cách này.
?oNhưng tại sao lại là 4000 feet mà không phải là con số nào khác ?? Vickie thắc mắc.
?oÀ, đó là quãng đường âm thanh truyền được trong 4 giây?. Holmes trả lời. ?oCô đã nói rằng cô đếm được 13 tiếng chuông vào lúc nửa đêm, và vừa rồi, chúng ta lại vừa được nghe thấy 13 tiếng chuông Big Ben trong căn phòng này?.
Bọn cướp vẫn chưa bị thuyết phục, nên gps phải thay mặt chàng Holmes nói rõ thêm một chút. Khi chuông Big Ben bắt đầu điểm thì đài phát thanh Luân đôn cũng phát những âm thanh du dương này lên làn sóng điện. Vì được truyền qua sóng điện từ với vận tốc ánh sáng nên xem như radio tại nơi chúng giam giữ Vickie nhận được ngay tức khắc. Trong khi đó, âm thanh từ Big Ben cũng truyền qua không khí đến căn phòng này với vận tốc 1000 feet/giây. Do đó, khi đến đây, nó đã bị trễ đi 4 giây và đó chính là nguyên nhân Vickie cũng như mọi người đã nghe tiếng chuông thứ 13. Holmes còn nhờ gps vẽ hình dưới đây và ghi chú bằng tiếng Việt.
Thời gian trễ?"và cũng là khoảng cách?"được xác định bởi xem xét một chuỗi các tiếng chuông nghe được từ Big Ben (nguồn) và máy radio (đích).
Giả sử chúng ta có 3 tháp Big Ben, thì chúng ta có thể xác định vị trí dễ dàng hơn

Một khó khăn nảy sinh là làm sao để phân biệt tiếng chuông nào đến từ tháp nào ? Có 3 cách để phân biệt:

1. Làm cho thời gian ngân của mỗi tiếng chuông khác nhau, hay
2. Làm cho khoảng cách thời gian giữa hai tiếng chông khác nhau, (GPS dùng cách này), hay
3. Làm cho cao độ của mỗi cái chuông khác nhau (GLONASS)
Tương tự như câu chuyện của Holmes, hệ GPS cũng dựa trên cùng nguyên tắc, thay vì tiếng chuông Big Ben, hệ GPS dùng cái gọi là mã ngẫu nhiên giả. Dựa vào thời gian trễ thông qua so sánh chuỗi mã ngẫu nhiên nhận được từ vệ tinhvà chuỗi mã ngẫu nhiên giả do máy thu tự tạo ra; máy sẽ tính ra khoảng cách.

GPS
Lat 10o27'09.7"
Lon 107o13'00.3"

Câu chuyện về chàng Holmes đệ tam đã hết nhưng code phase là gì vẫn chưa được đề cập. Cái này là sơ suất của gps, chứ không phải tại Holmes. Các bạn bình tĩnh, chờ trong giây lát.
GPS
Lat 10o27'09.7"
Lon 107o13'00.3"

Code phase và carrier phase đây !!!​

Giả sử một người bạn đang đứng ở bờ bên kia một cánh đồng rộng, ra sức đếm lặp đi lặp lại từ 1 tới 10 với nhịp điệu 1 số mỗi giây. Như vậy anh ta cần 10 giây để hoàn thành một chu kỳ chuỗi đếm. (Cũng tương tự như chuông Big Ben vậy mà, nhưng trong ví dụ này, chiều dài chuỗi là xác định, trong khi số tiếng chuông thay đổi từ 1 đến 12). Và giả sử bạn cũng làm y hệt như vậy từ bờ bên này của cánh đồng, một cách đồng bộ. Sự đồng bộ có thể đạt được bằng cách cả hai người cùng bắt đầu đếm cùng một thời điểm, và cùng nhìn đồng hồ để để đếm chính xác mỗi giây một lần. Giả sử rằng cả hai đều có đồng hồ xịn rất chính xác. Bởi vì âm thanh phải mất một khoảng thời gian nhất định để vượt qua cánh đồng, bạn sẽ nghe chuỗi số do người kia đếm trễ một chút so với chuỗi của bạn. Nếu bạn nghe trễ 1 số (ví dụ bạn đếm tới 7 rồi mà nghe anh kia đếm mới tới 6 thui), thì người bạn kia đang ở cách bạn khoảng 344 mét (vì vận tốc của âm thanh trong không khí là 344 m/s và mỗi lần đếm cách nhau 1 giây.)
Bây giờ, giả sử cả hai người ra sức đếm nhanh gấp đôi, 2 lần trong 1 giây. Với cùng khoảng cách, bạn sẽ nghe độ trễ bây giờ là 2 số. Bởi vì mỗi số đếm cách nhau ½ giây, và mỗi số đếm trễ tương đương 172 mét. Nếu bạn là siêu nhân để có thể đếm 100 lần mỗi giây thì thời gian giữa hai số đếm là 0.01 giây và mỗi số đếm trễ tương đương với 3.44 m. Đếm ngày một nhanh hơn cũng giống như bạn có cây thước với độ chia ngày một nhỏ hơn. Trong thực tế, rất khó tìm hai siêu nhân cùng đồng ý làm công việc đứng hai đầu một cánh đồng và ? đếm nên người ta phải sử dụng máy móc thiết bị để phát và thu những cái đếm cực nhanh. (Các máy này có cấu tạo và nguyên lý hoạt động ra sao thì gps không biết, nếu bạn nào quan tâm xin mời qua box Điện tử Viễn thông hỏi các cao thủ).
Rồi, bây giờ giả sử hai siêu nhân đang đếm rất nhanh, 100 lần 1 giây, hay 0.01 giây mỗi số (mỗi số trễ là 3.44 m). Y hệt như lần trước, cả hai cùng đếm từ 1 tới 10. Giả sử bạn đếm 7 và nghe giọng siêu nhân kia đếm 5. Như vậy là trễ 2 số nhưng bạn biết chắc chắn rằng khoảng cách giữa hai người lớn hơn 6.88 m. Nguyên nhân là do độ trễ không chỉ là 2 số mà là 2 cộng với một bội số của 10 (nghĩa là bội số của chu kỳ chuỗi đếm). Điều này cũng như bạn dùng một cái thước ngắn để đo một vật dài, bạn sẽ được một bội số của chiều dài cây thước cộng với một đoạn của nó. Bội số chưa biết của chu kỳ chuỗi đếm này đựoc gọi là phần nguyên chưa biết (unknown integer). Nếu cả hai siêu nhân đếm từ 1 đến 1000 (thay vì từ 1 đến 10), rất có thể bạn nghe 212 số trễ giữa số bạn nghe và số bạn đếm. Độ trễ đó có nghĩa là 212 số trễ x 3.44 m = 729.28 m. Đây là 21 chu kỳ của chuỗi 1-10 và 2 lần đếm. Số chu kỳ, 21, mà chúng ta đã không thể thấy khi sử dụng chuỗi ngắn (1-10) chính là phần nguyên chưa biết. Như vậy, khi ta đếm càng nhanh, thì ta có thể đạt được độ chính xác càng cao, và chuỗi đếm có chiều dài thích hợp sẽ loại trừ được phần nguyên chưa biết. Đó là các khái niệm về pattern granularity (độ chia trên thước đo) và pattern length (chiều dài thước đo).
Cơ sở của việc đo khoảng cách từ vệ tinh phát triển từ những gì được đề cập bên trên nhưng các vệ tinh phát đi các chuỗi mã thay vì đếm số. Người ta thấy rằng để có chuỗi đủ dài tốt hơn hết là dùng một chuỗi mã ngẫu nhiên giả. Một chuỗi mà ngẫu nhiên có độ dài là vô cùng, tuy nhiên, máy tính không thể tạo ra một chuỗi số thật sự ngẫu nhiên, vả lại, cũng không cần thiết phải tạo ra một chuỗi số dài như thế khi khoảng cách từ trái đất đến các vệ tinh là hữu hạn. Vì thế các kỹ sư luôn có giải pháp, đó là chuỗi mã ngẫu nhiên giả (pseudo random code). Và các máy thu cũng tạo ra chuỗi mã tương tự và so sánh với chuỗi nhận được từ các vệ tinh để xác định khoảng cách đến các vệ tinh này.
Các vệ tinh tạo ra hai loại chuỗi: một chuỗi có granularity khoảng 1 millimeter và length khoảng 20 centimeter, chuỗi kia có granularity khoảng 1 meter và chiều dài xem như vô hạn. Để các bạn rối trí một chút, (các kỹ sư hay làm như vậy có lẽ để trả thù các luật sư, kế toán, bác sỹ, vv đã dùng nhiều thuật ngữ để làm họ trông như những chàng ngốc), các kỹ sư gọi chuỗi ngắn là "carrier" và chuỗi dài là "code". Khoảng cách đo được bằng carrier được gọi là "carrier phase" và khoảng cách đo được bằng code được gọi là "code phase". Bởi vì chuỗi code đủ dài, do đó code phase không có phần nguyên chưa biết. Chúng ta có thể đo khoảng cách đến một vệ tinh, ví dụ là 19,234,763 meters. Một cách tương phản, chuỗi carrier thì ngắn và carrier phase có phần nguyên chưa biết rất lớn. Bạn có thể cho rằng điều đó thật vô dụng khi kết quả của phép đo khoảng cách đến vệ tinh là 13.2 centimeters công với một bội số của chu kỳ chuỗi carrier. Phần nguyên chưa biết là vào khoảng vài chục triệu. Bạn có thể thắc mắc điều gì đã khiến cho các kỹ sư bình thường thấy cũng thông minh lại làm cái việc đo lường phần lẻ chính xác đến thế trong khi đó lại bỏ qua hàng chục triệu chu kỳ ?
(Bài dài quá rồi nên hẹn các bạn bài sau)
GPS
Lat 10o27'09.7"
Lon 107o13'00.3"

Tui vừa được sở hữu một cái Palm Visor. Nó có khe cắm mở rộng cho phép cắm thiết bị thu GPS, nhưng tui ko biết mua thiết bị đó ở đâu cả. bác gps giúp tui với ...hix hix...

gps tui chỉ mới xài handheld GPS thui, chưa từng xài Palm. Tuy nhiên, bạn có thể thử vào đây:
http://www.magellangps.com/en/products/product.asp?PRODID=109
xem cái này
Giá khoảng 110$
Và vào đây đọc product review: http://www.gpsinformation.org/dale/Palm/gpscomp.htm#Visor
GPS
Lat 10o27'09.7"
Lon 107o13'00.3"
Được gps sửa chữa / chuyển vào 09:44 ngày 20/01/2003

Hãng Kodak đã cho ra đời máy ảnh DC290 Global Positioning System Solution Kit. Khi chụp, bạn sẽ có ảnh ( tất nhiên rùi), trên ảnh, ngoài ngày tháng, còn có giờ chính xác (gần như đồng hồ nguyên tử) và toạ độ của nơi đặt máy nữa.

GPS
Lat 10o27'09.7"
Lon 107o13'00.3"

Đúng cái này rùi.... bác tìm tài thế

Hãng Garmin (nhà sản xuất handheld #1) cũng có sản phẩm tương tự iQue 3600 nhưng chỉ bán "nguyên con". Bạn có thể xem ở đây:

http://www.garmin.com/products/iQue3600/
GPS
Lat 10o27'09.7"
Lon 107o13'00.3"

Các sản phẩm GPS tương tự khác cho máy tính bỏ túi:
GPS-9534 Compact Flash

Pharos GPS NAV Pocket Pack (khoảng 170$)

Navman GPS 3420 (khoảng 320$)

(khoảng 350$)

Vân vân và vân vân

xxxxxxxi
http://www.pocketmapstore.com/gps.html
GPS
Lat 10o27'09.7"
Lon 107o13'00.3"
Được gps sửa chữa / chuyển vào 16:23 ngày 28/01/2003