Vloot Beheer

GPS, Global Positioning Systeem

De globale positionering system (GPS) is een satellietgebaseerd navigatiesysteem gemaakt door een netwerk van 24 satellieten geplaatst in de ruimte door het departement van defensie van de verenigde staten. De GPS was oorspronkelijk bedoeld om in te zetten als militaire toepassing. In de jaren 80 heeft de overheid het systeem beschikbaar gemaakt voor burgerlijk gebruik. De GPS werkt in alle weersomstandigheden, overal ter wereld, 24 uur per dag. Er is geen inschrijving of instellingsbijdrage om de GPS te kunnen gebruiken.

Hoe het werkt

GPS satellieten circuleren twee maal per dag rond de aarde in een heel precieze baan in de ruimte en zenden signaalinformatie uit naar de aarde. GPS ontvangers nemen die informatie op en gebruiken triangulatie om een gebruikers’ exacte positie te bepalen. In essentie vergelijkt de GPS ontvanger de tijd waarbij het signaal werd uitgezonden door een satelliet met de tijd waarop het signaal werd ontvangen. Het tijdsverschil verteld de GPS ontvanger hoe ver de satelliet is. Nu, met afstandsmeter van enkele andere satellieten kan de ontvanger de gebruikers’ positie bepalen en tonen op de map van de elektronische eenheid.

Een GPS ontvanger moet het signaal van minsten drie satellieten bepalen om een 2D positie te kunnen berekenen (lengte -en breedtegraad) om beweging te kunnen opvolgen. Met vier of meerdere satellieten in beeld kan de ontvanger de gebruikers’ positie bepalen in 3D (lengte -en breedtegraad, hoogtegraad). Eens de gebruikers’ positie werd bepaald, kan de GPS eenheid andere informatie berekenen zoals, snelheid, positie, spoor, ritafstand, afstand tot bestemming, zonsopkomst, zonsondergang, tijd en meer…

Hoe accuraat is een GPS?

GPS ontvangers van vandaag zijn uiterst accuraat dankzij hun parallel multi-kanaal ontwerp. Parallel kanaal ontvangers zijn snel in het vinden van satellieten van het moment waarop ze aangezet worden. Ze blijven een sterke verbinding behouden, zelfs in dicht gebladerte of stedelijke plaatsen met hoge gebouwen. Zekere atmosferische factoren en andere bronnen van fouten kunnen de nauwkeurigheid van de GPS ontvangers beïnvloeden.

Gebruikers kunnen ook betere nauwkeurigheid verkrijgen met Differentiaal GPS (DGPS), welke GPS signalen corrigeert op een gemiddelde van drie tot vijf meter. De kustwacht maakt het meest gebruik van de DGPS dienst. Dit systeem bevat een netwerk van torens dat GPS signalen ontvangt en verzendt een gecorrigeerd signaal bij bakenzenders.

Het GPS satelliet systeem

De 24 satellieten dat het GPS deel opmaakt in de ruimte draait ongeveer 12.000 mijlen (19320 km) boven ons. Ze zijn constant in beweging en draaien twee keer rond de aarde in minder dan 24 uur. Deze satellieten gaan in snelheden van geschat 7000 mijlen per uur (11270 km/u). GPS satellieten worden aangedreven door zonne-energie. Aan boord zijn er back-up batterijen zodat ze blijven draaien in geval van een zonsverduistering of wanneer er geen zonne-energie is. Kleine raket boosters in elke satelliet zorgen ervoor dat ze in de juiste baan blijven.

Hieronder nog enkele interessante feiten over de GPS satellieten (ook genaamd NAVSTAR, de officiële naam van de Amerikaanse defensie voor de GPS)

• De eerste GPS satelliet werd gelanceerd in 1978
• Een volle groep van 24 satellieten werd bereikt in 1994
• Elke satelliet werd gebouwd om het tien jaar uit te houden. Er wordt constant gewerkt aan vervangingen, die worden dan gelanceerd in de ruimte
• Een GPS satelliet weegt ongeveer 908 kg en meet 518,5 cm wanneer de panelen gestrekt zijn
• Verzendkracht is slechts 50 watt of minder
• Een GPS signaal bevat drie verschillende stukken van informatie, een pseudocode, efemeriden en almanak data. De pseudocode is een simpele identificatie code dat identificeert welke satelliet welke informatie verzendt.
• GPS satellieten verzenden twee lage radio signalen, aangewezen L1 en L2. De burgerlijke GPS gebruikt de L frequentie of 1575.42 MHz in de UHF band. De signalen reizen in ooglijn dat wil zeggen dat ze door wolken, glas en plastic kunnen passeren, maar niet door solide objecten zoals gebouwen en bergen.
• Efemeriden data, dat constant wordt verzonden door elke satelliet bevat belangrijke informatie over de status of de satelliet (gezond of ongezond), actuele data en tijd. Dit deel van het signaal is essentieel voor positiebepaling.
• De almanak data vertelt de GPS ontvanger waar elke GPS satelliet zou moeten zijn op elke tijdstip doorheen de dag. Elke satelliet verzendt almanak data dat de baaninformatie voor die satelliet en elk ander satelliet in het systeem heeft.

Bronnen van GPS signaalfouten

Factoren data en het GPS signaal kan degraderen waardoor de nauwkeurigheid geaffecteerd wordt:

Ionosfeer en troposfeer vertragingen – het satelliet signaal vertraagt wanneer het door de atmosfeer komt. De GPS systeem gebruikt een ingebouwd model dat het gemiddelde berekent van de hoeveelheid aan vertraging om dit soort fouten gedeeltelijk te verbeteren.
Signal multipath – dit gebeurt wanneer het signaal wordt tegengehouden door hoge gebouwen of grote gesteenten voor het de ontvanger bereikt. Deze verhoogt de reistijd van het signaal waardoor fouten ontstaan.

Klokontvanger fouten – een ingebouwde klokontvanger is niet zo nauwkeurig als de atomische klok aan boord van de GPS satellieten. Daardoor kan er een kleine fout in timing ontstaan.

Baan fouten – (ook bekend als efemeriden fouten) dit zijn onnauwkeurigheden van de gerapporteerde positie van de satelliet.

Aantal zichtbare satellieten – hoe meer satellieten een GPS kan ‘zien’ hoe nauwkeuriger. Gebouwen, terreinen, elektronische bemoeienissen of in sommige gevallen zelfs dicht gebladerte kunnen signalen blokkeren, waardoor positiefouten of soms zelfs helemaal geen positielezing ontstaan. GPS eenheden werken meestal niet binnenhuis of ondergronds.

Satelliet geometrie/schaduw – dit refereert naar de relatieve positie van satellieten op elk tijdstip. Ideale satelliet geometrie bestaat wanneer de satellieten gelokaliseerd zijn in wijde hoeken relatief van elkaar verwijderd. Slechte geometrie ontstaat wanneer een satelliet gelokaliseerd is in een lijn of een dichte groep.

Intentionele degradaties van een satelliet signaal – selectieve beschikbaarheid is een intentionele degradatie van het signaal eens het is opgelegd door de VS departement van defensie. SB was bedoelt om militaire tegenstanders te voorkomen om hoogstaande nauwkeurige GPS signalen te gebruiken. De overheid schakelde SB uit in mei 2000, waardoor de nauwkeurigheid van burgerlijke GPS ontvangers aanzienlijk verbeterde.