Các Hệ Thống Định Vị Vệ Tinh Thông Dụng Nhất Hiện Nay
Trong lĩnh vực trắc địa, bản đồ, xây dựng và định vị, các thuật ngữ GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou hay GNSS xuất hiện rất thường xuyên. Nhiều người quen gọi chung thiết bị định vị là “máy GPS”, nhưng trên thực tế, các máy GNSS RTK hiện đại thường có khả năng thu tín hiệu đồng thời từ nhiều hệ thống vệ tinh khác nhau. Việc hiểu từng hệ thống sẽ giúp người dùng đọc thông số máy RTK chính xác hơn và lựa chọn thiết bị phù hợp với công việc.
GNSS là gì?
GNSS – Global Navigation Satellite System là thuật ngữ chung chỉ các hệ thống vệ tinh cung cấp dịch vụ định vị, dẫn đường và thời gian.
Vì vậy, GPS không đồng nghĩa với GNSS. GPS chỉ là một trong các hệ thống thuộc GNSS.
Hiện nay, bốn hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu nổi bật nhất là:
GPS – Hoa Kỳ | GLONASS – Nga | Galileo – Liên minh châu Âu | BeiDou – Trung Quốc.
Ngoài ra còn có các hệ thống mang tính khu vực như QZSS của Nhật Bản và NavIC của Ấn Độ.
1. GPS – Hệ thống định vị của Hoa Kỳ
GPS – Global Positioning System là hệ thống định vị vệ tinh của Hoa Kỳ và cũng là tên gọi quen thuộc nhất đối với người dùng phổ thông.
GPS cung cấp tín hiệu phục vụ xác định vị trí, vận tốc và thời gian. Các thế hệ vệ tinh và thiết bị khác nhau có thể hỗ trợ những tín hiệu như L1, L2 và L5.
GPS được ứng dụng rộng rãi trong điện thoại, ô tô, hàng hải, hàng không, bản đồ, nông nghiệp, xây dựng và trắc địa.
Trong máy GNSS RTK, GPS thường được kết hợp với các hệ thống khác thay vì hoạt động riêng lẻ.
2. GLONASS – Hệ thống định vị của Nga
GLONASS – Global Navigation Satellite System là hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu của Nga.
GLONASS hoạt động độc lập với GPS và là một thành phần quan trọng trong nhiều máy thu GNSS đa hệ thống. Các tín hiệu GLONASS truyền thống có kiến trúc khác GPS, trong khi những thế hệ mới cũng bổ sung các tín hiệu hiện đại hơn.
Đối với công việc trắc địa, việc thu thêm GLONASS có thể làm tăng số vệ tinh quan sát được và cải thiện hình học vệ tinh trong một số điều kiện.
Tuy nhiên, nhiều vệ tinh hơn không đồng nghĩa chắc chắn với độ chính xác cao hơn. Chất lượng kết quả còn phụ thuộc vào môi trường đo, multipath, correction, hình học vệ tinh và thuật toán của máy thu.
3. Galileo – Hệ thống định vị của châu Âu
Galileo là hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu do Liên minh châu Âu phát triển.
Galileo cung cấp nhiều tín hiệu phục vụ các nhóm người dùng khác nhau, trong đó các máy GNSS hiện đại có thể khai thác các tín hiệu như E1, E5a, E5b và E6, tùy thiết bị và dịch vụ.
Trong trắc địa, Galileo bổ sung thêm nguồn quan sát cho máy thu đa hệ thống. Khi kết hợp cùng GPS, GLONASS và BeiDou, người sử dụng có thể có thêm lựa chọn vệ tinh trong quá trình xử lý nghiệm GNSS.
Đây là một lợi thế đáng chú ý tại những khu vực bầu trời bị che khuất một phần.
4. BeiDou – Hệ thống Bắc Đẩu của Trung Quốc
BeiDou Navigation Satellite System – BDS là hệ thống định vị vệ tinh của Trung Quốc.
BeiDou hiện đã phát triển thành hệ thống có khả năng cung cấp dịch vụ toàn cầu. Một điểm đáng chú ý của BDS-3 là cấu trúc chòm vệ tinh kết hợp các vệ tinh ở nhiều loại quỹ đạo, gồm MEO, IGSO và GEO.
Các tín hiệu BeiDou mà thiết bị GNSS có thể hỗ trợ gồm B1I, B1C, B2I, B2a, B2b, B3I… tùy thế hệ vệ tinh và model máy thu.
Ngày nay, BeiDou xuất hiện trên nhiều máy GNSS RTK sử dụng tại Việt Nam, hoạt động kết hợp với GPS, GLONASS và Galileo.
5. QZSS – Hệ thống vệ tinh của Nhật Bản
QZSS – Quasi-Zenith Satellite System là hệ thống vệ tinh của Nhật Bản, được thiết kế tập trung phục vụ Nhật Bản và khu vực lân cận.
Khác với bốn hệ thống toàn cầu kể trên, QZSS mang tính khu vực. Kiến trúc quỹ đạo của hệ thống được thiết kế để cải thiện khả năng quan sát vệ tinh tại khu vực phục vụ, đặc biệt trong những môi trường có nhiều vật cản.
Một số máy GNSS RTK hiện đại có khả năng thu tín hiệu QZSS bên cạnh GPS, GLONASS, Galileo và BeiDou.
6. NavIC – Hệ thống định vị của Ấn Độ
NavIC – Navigation with Indian Constellation, trước đây thường được gọi là IRNSS, là hệ thống định vị khu vực do Ấn Độ phát triển.
Hệ thống tập trung cung cấp dịch vụ cho Ấn Độ và khu vực xung quanh, vì vậy phạm vi và vai trò khác với GPS, GLONASS, Galileo và BeiDou.
Khả năng hỗ trợ NavIC trên thiết bị GNSS phụ thuộc vào chipset, model và thị trường mà nhà sản xuất hướng đến.
Bảng so sánh các hệ thống định vị vệ tinh
| Hệ thống | Quốc gia/khu vực | Phạm vi chính | Loại |
|---|---|---|---|
| GPS | Hoa Kỳ | Toàn cầu | GNSS toàn cầu |
| GLONASS | Nga | Toàn cầu | GNSS toàn cầu |
| Galileo | Liên minh châu Âu | Toàn cầu | GNSS toàn cầu |
| BeiDou | Trung Quốc | Toàn cầu | GNSS toàn cầu |
| QZSS | Nhật Bản | Nhật Bản và khu vực lân cận | Hệ thống khu vực |
| NavIC | Ấn Độ | Ấn Độ và khu vực lân cận | Hệ thống khu vực |
Máy GNSS RTK hiện nay sử dụng hệ thống nào?
Các máy RTK thế hệ mới thường không chỉ sử dụng GPS. Tùy model, thiết bị có thể theo dõi đồng thời:
GPS + GLONASS + Galileo + BeiDou + QZSS và một số tín hiệu/hệ thống khác được hỗ trợ.
Khả năng đa hệ thống mang lại lợi ích quan trọng: máy thu có nhiều vệ tinh hơn để lựa chọn và xử lý.
Điều này đặc biệt hữu ích khi khảo sát gần nhà cao tầng, hàng cây, taluy hoặc khu vực bầu trời bị che khuất một phần.
Tuy nhiên, khi bị che chắn nghiêm trọng như trong nhà, đường hầm hoặc dưới tán rừng quá dày, việc hỗ trợ nhiều hệ thống GNSS cũng không thể hoàn toàn khắc phục vấn đề mất tín hiệu.
Nhiều hệ thống vệ tinh có giúp RTK FIX nhanh hơn không?
Trong nhiều điều kiện, việc theo dõi thêm vệ tinh và tín hiệu có thể cải thiện khả năng quan sát, hình học vệ tinh và độ ổn định của nghiệm.
Nhưng không nên kết luận rằng máy hỗ trợ nhiều hệ thống hơn sẽ luôn FIX nhanh hơn.
Tốc độ và độ ổn định FIX còn chịu ảnh hưởng bởi chất lượng anten, số tần số, môi trường đo, multipath, khoảng cách Base–Rover, chất lượng correction, CORS/NTRIP, thuật toán RTK và cấu hình thiết bị.
Do đó, thông số GNSS cần được đánh giá tổng thể.
Số kênh GNSS có phải số vệ tinh không?
Không.
Một máy RTK quảng cáo 1.400, 1.600 hay nhiều kênh hơn không có nghĩa thiết bị đang thu cùng lúc từng ấy vệ tinh.
Channel – kênh thu là tài nguyên của máy thu để theo dõi các tín hiệu GNSS. Một vệ tinh có thể phát nhiều tín hiệu trên các tần số khác nhau.
Vì vậy, khi mua RTK, không nên chỉ so sánh số kênh để kết luận máy nào tốt hơn.
Tại Việt Nam nên chọn RTK hỗ trợ hệ thống nào?
Đối với máy GNSS RTK hiện đại, nên ưu tiên thiết bị có khả năng khai thác đa hệ thống và đa tần số, đặc biệt là các hệ thống toàn cầu phổ biến:
GPS + GLONASS + Galileo + BeiDou.
Sau đó cần kiểm tra cụ thể model hỗ trợ những band/tín hiệu nào, khả năng sử dụng CORS/NTRIP, Radio UHF, IMU và phần mềm khảo sát.
Trong thực tế, hiệu quả của một chiếc RTK không nên được đánh giá chỉ bằng dòng quảng cáo “đa hệ vệ tinh”. Tốt nhất nên thử máy ngoài hiện trường và kiểm tra khả năng nhận correction, đạt FIX, đo lặp điểm và duy trì nghiệm trong môi trường công việc thực tế.
GPS, GNSS và RTK khác nhau như thế nào?
Ba thuật ngữ này thường bị sử dụng lẫn lộn.
GPS là một hệ thống vệ tinh cụ thể của Hoa Kỳ.
GNSS là khái niệm rộng hơn, bao gồm GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou và các hệ thống định vị vệ tinh khác.
RTK không phải một hệ thống vệ tinh. RTK là kỹ thuật định vị động thời gian thực sử dụng dữ liệu GNSS cùng thông tin hiệu chỉnh để đạt độ chính xác cao trong điều kiện phù hợp.
Có thể ghi nhớ đơn giản:
GNSS = tập hợp các hệ thống định vị vệ tinh.
GPS = một thành viên của GNSS.
RTK = một kỹ thuật định vị chính xác sử dụng GNSS.
Kết luận
Các hệ thống định vị vệ tinh thông dụng hiện nay gồm GPS của Hoa Kỳ, GLONASS của Nga, Galileo của Liên minh châu Âu và BeiDou của Trung Quốc. Đây là bốn hệ thống có phạm vi toàn cầu. Ngoài ra còn có các hệ thống khu vực như QZSS của Nhật Bản và NavIC của Ấn Độ.
Đối với trắc địa hiện đại, xu hướng không phải lựa chọn GPS hay BeiDou, mà là sử dụng máy GNSS đa hệ thống, đa tần số để tận dụng đồng thời nhiều nguồn tín hiệu.
Khi lựa chọn máy RTK, nên nhớ:
Đa hệ thống + đa tần số + anten tốt + thuật toán RTK + correction ổn định + phần mềm phù hợp quan trọng hơn việc chỉ nhìn vào số lượng kênh GNSS.
