GPS is een navigatietechnologie die door middel van satellieten de exacte informatie over een locatie vertelt. In wezen bestaat een GPS-systeem uit een groep satellieten en goed ontwikkelde tools zoals een ontvanger. Het systeem moet echter uit minstens vier satellieten bestaan. Elke satelliet en de ontvanger zijn uitgerust met een stabiele atoomklok. De satellietklokken zijn met elkaar gesynchroniseerd en grondklokken. GPS-ontvanger heeft ook een klok maar deze is niet gesynchroniseerd en is niet stabiel (minder stabiel). Elke afwijking van de werkelijke tijd van satellieten ten opzichte van de grondklok moet dagelijks worden gecorrigeerd. Vier onbekende grootheden (drie coördinaten en klokafwijking van de satelliettijd) moeten worden berekend op basis van het gesynchroniseerde netwerk van satellieten en de ontvanger.Het werk van de GPS-ontvanger is om signalen van het netwerk van satellieten te ontvangen om drie onbekende basisvergelijkingen van tijd en positie te berekenen.
Een GPS-signaal bevat pseudo-willekeurige codes en het tijdstip van verzending en de satellietpositie op dat moment. Het door GPS uitgezonden signaal wordt ook wel draaggolffrequentie met modulatie genoemd. Verder is een pseudo-willekeurige code een reeks nullen en enen. In de praktijk worden de ontvangerpositie en de offset van de ontvangerklok ten opzichte van de ontvangersysteemtijd gelijktijdig berekend, met behulp van de navigatievergelijkingen om de vluchttijd (TOF's) te verwerken. TOF zijn de vier waarden die de ontvanger vormt op basis van aankomsttijd en tijd van verzending van het signaal. De locatie wordt meestal omgezet in lengte-, breedtegraad en hoogte ten opzichte van geoïden (in wezen gemiddeld zeeniveau). Vervolgens worden de coördinaten op het scherm weergegeven.
Elementen van GPS
De structuur van de GPS is complex. Het bestaat uit drie hoofdsegmenten: een ruimtesegment, een controlesegment en een gebruikerssegment. De satelliet in een middelhoge baan om de aarde lanceren is een zware klus. Het ruimtesegment omvat 24 tot 32 satellieten of ruimtevoertuigen in dezelfde baan, 8 elk in drie cirkelvormige banen. Bijna overal op het aardoppervlak zijn ten minste zes satellieten altijd in zicht.
Naast het ruimtesegment is het controlesegment. In het besturingssegment is er een hoofdbesturingsstation, een alternatief hoofdbesturingsstation, grondantennes en een monitorstation. Het gebruikerssegment bestaat uit duizenden civiele, commerciële en militaire positioneringsdiensten. Een GPS-ontvanger of apparaat bestaat uit een antenne, afgestemd op de frequentie die door satellieten wordt uitgezonden. Het bevat ook een weergavescherm om locatie en tijd te geven.
Een gps-ontvanger wordt ingedeeld op het aantal satellieten dat hij tegelijkertijd kan monitoren, dat wil zeggen het aantal kanalen. Ontvangers hebben over het algemeen vier tot vijf kanalen, maar recente vorderingen hebben aangetoond dat er ook tot twintig kanalen zijn gemaakt.
Satellietfrequentie: alle frequenties van satellietuitzendingen. De frequentieband omvat vijf typen, zoals L1, L2, L3, L4 en L5. Deze banden hebben een frequentiebereik tussen 1176 MHz en 1600 MHz.
Hoe gps werkt
GPS-satellieten draaien twee keer per dag rond de aarde. Het draait in een zeer nauwkeurige koers rond en zendt aanwijzingen en informatie naar de aarde. De ontvangers van GPS krijgen alle informatie en passen triangulatie toe om de nauwkeurige locatie van de gebruiker te achterhalen. Fundamenteel, de ontvanger van GPS contrasteert de duur waarmee een signaal werd verspreid door een satelliet en wijst de tijd toe waarop het werd ontvangen. Het tijdsverschil geeft aan hoe ver de ontvanger verwijderd is van de satellieten van de GPS. Het meet de exacte afstand met nog een paar satellieten en de ontvanger bepaalt de positie van de gebruiker en geeft deze weer op de kaart van het elektronische apparaat.
De ontvanger moet op het signaal zijn vergrendeld met ten minste drie satellieten om een tweedimensionale positie te produceren en ook de beweging van de gebruiker te volgen. Door vier of meer satellieten te gebruiken, kan de ontvanger de driedimensionale positie van de gebruiker bepalen die bestaat uit hoogte, breedtegraad en lengtegraad. Na het bepalen van de positie van de gebruiker, berekent de GPS-eenheid andere informatie zoals snelheid, peiling, track, afstand, bestemming, zonsopgang en zonsondergang.
Hoe nauwkeurig is gps?
De ontvangers van de GPS zijn zeer nauwkeurig vanwege het parallelle meerkanaals ontwerp. De parallelle kanalen zijn erg snel en nauwkeurig, hoewel bepaalde factoren, zoals atmosferische ruis en storingen, de nauwkeurigheid van GPS-ontvangers in het algemeen soms kunnen verstoren en beïnvloeden.
Gebruikers kunnen ook een verbeterde precisie krijgen met Differential GPS (DGPS), dat GPS-signalen corrigeert zodat ze omgeven worden door een normale van drie tot vijf meter. De Amerikaanse kustwacht exploiteert de meest voorkomende DGPS-correctiedienst. Het systeem bevat een opstelling van torens die GPS-signalen ontvangen en een nauwkeurig signaal uitzenden via bakenzenders. Om het exacte signaal te krijgen, moeten gebruikers naast een GPS een differentiële bakenontvanger en bakenantenne hebben.
Bronnen van GPS-signaalfouten
Factoren die de nauwkeurigheid van GPS-signalen kunnen verstoren en dus de nauwkeurigheid kunnen beïnvloeden, zijn onder meer:
- Vertragingen in ionosfeer en troposfeer - Het satellietsignaal vertraagt naarmate het de lagen van de atmosfeer passeert. Het gps-systeem maakt gebruik van een ingebouwd model dat wordt gebruikt om de reguliere duur van de hinder te berekenen die nodig is om dit soort onnauwkeurigheden te corrigeren.
- Signaal multipad - Deze fout treedt op wanneer het signaal wordt gereflecteerd door objecten zoals hogere gebouwen en grotere rotsen voordat het de ontvanger bereikt. Dit verhoogt de totale tijdsduur van de signaalbeweging en veroorzaakt fouten en onnauwkeurigheid.
- Orbitale fouten - Deze fouten staan ook bekend als efemeride-fouten die worden gebruikt om de onnauwkeurigheden van de locatie van de satelliet te berekenen.
- Aantal zichtbare satellieten - de nauwkeurigheid hangt af van het exacte aantal satellieten dat een GPS-ontvanger kan zien. De factoren zoals gebouwen, terrein, elektronische interferentie blokkeren de signaalnauwkeurigheid en ontvangst, wat een fout in de positie en soms geen uitlezing van signalen veroorzaakt. Het werkt meestal niet binnenshuis, onder water en onder de grond.
Toepassingen
Niet alleen voor militair gebruik is een GPS-machine algemeen bekend om zijn gebruik in civiele en commerciële diensten. Enkele civiele toepassingen zijn:
1. Astronomie: wordt gebruikt bij berekeningen van astrometrie en hemelmechanica.
2. Geautomatiseerde voertuigen: Het wordt ook gebruikt in geautomatiseerde voertuigen (zelfrijdende voertuigen) om locaties voor auto's en vrachtwagens toe te passen.
3. Mobiele telefonie: Moderne mobiele telefoons zijn uitgerust met GPS-trackingsoftware. Het is aanwezig omdat men zijn positie kan kennen en ook nabijgelegen nutsvoorzieningen kan volgen, zoals geldautomaten, coffeeshops, dwangmaatregelen, enz. De eerste gps met gsm-functionaliteit werd gelanceerd in de jaren negentig. Bij mobiele telefonie wordt het ook gebruikt bij het opsporen van noodoproepen en vele andere toepassingen.
4. Rampenbestrijding en andere hulpdiensten: in geval van een natuurramp is een GPS het beste hulpmiddel om de locatie te bepalen. Zelfs voorafgaand aan de rampen zoals cyclonen, helpt GPS bij het berekenen van de geschatte tijd.
5. Vloot volgen: GPS is een ontwikkelaarstool die bekend staat om zijn potentieel om militaire schepen tijdens de oorlog te volgen.
6. Locatie van de auto: een auto met GPS-ondersteuning maakt het gemakkelijker om de locatie te volgen.
7. Geo-fencing: Bij geo-fencing gebruiken we GPS om een mens, een dier of een auto te volgen. Het apparaat wordt aan het voertuig, de persoon of aan de halsband van een dier bevestigd. Het biedt continue tracking en updates.
8. Geo-tagging: een van de belangrijkste toepassingen is geotagging, wat betekent dat lokale coördinaten worden toegepast op digitale objecten.
9. GPS voor mijnbouw: gebruikt positioneringsnauwkeurigheid op centimetersniveau.
10. GPS-tochten: helpt bij het bepalen van de locatie van nabijgelegen interessante punten.
11. Landmeetkunde: Landmeters maken gebruik van Global Positioning System om kaarten in kaart te brengen.