GPS

Global Positioning System (GPS) Het Global Positioning System (GPS) bestaat uit 24 kunstmatige satellieten die rond de aarde draaien. Ieder van deze satellieten draait twee keer per dag in een vaste baan om de aarde en zendt een uniek signaal uit. Een GPS ontvangsttoestel verwerkt de signalen afkomstig van de GPS satellieten met behulp van de door de satellieten uitgezonden almanak. Deze almanak bevat een beschrijving van de banen van de GPS satellieten (de satellietefemerieden). Beschrijving GPS is opgebouwd uit 3 segmenten: 1. Het ruimtesegment omvat 24 satellieten (21 operationele en 3 reserve). De satellieten bewegen op een hoogte van 20.200 km boven het aardoppervlak. De ruimtelijke spreiding van de satellieten garandeert dat op ieder moment en op elke plaats op aarde minstens 4 satellieten zichtbaar zijn. 2. Het controlesegment bestaat uit het Master Control Station (MCS), meerdere monitor- stations verspreidt over de hele wereld en grondantennes die de data verzenden naar de satellieten. De monitorstations ontvangen de satellietsignalen en bepalen de afstanden tot de waargenomen satellieten. Deze afstandsmetingen worden samen met meteorologische data verzonden naar het MCS. Het MCS berekent de toekomstige satellietbanen, modelleert het gedrag van de satellietklokken en stelt de navigatieboodschap samen. De navigatieboodschap wordt op zijn beurt naar de grondantennes verzonden die het signaal doorsturen naar de satellieten. 3. Het gebruikerssegment bestaat uit een ontvanger met antenne, een controlescherm en een dataverwerkingssoftware. Dit gebruikerssegment kan bestaan uit verschillende types ontvangers, elk bestemt voor een specifieke doelgroep. Waarnemingsgrootheden

Een GPS ontvanger kan 2 soorten metingen uitvoeren: - codemeting - fasemeting
De codemeting is gebaseerd op het tijdsinterval, nodig om een duplicaatcode (gegenereerd in de ontvanger) te verbinden met de ontvangen code. De afstandsmeting wordt verkregen door het tijdsinterval te vermenigvuldigen met de lichtsnelheid. In ideale omstandigheden is dit tijdsinterval gelijk aan het verschil tussen het ontvangsttijdstip (gemeten op de klok van de ontvanger) en het emissietijdstip (gemeten op de klok van de satelliet). De fasemeting bestaat uit het verschil tussen de fase van het ontvangen signaal (met Doppler-verschuiving) en de fase van een duplicaatfrequentie, gegenereerd in de ontvanger. De meetprecisie van de fasemeting bedraagt 2 mm. Een kritiek punt bij de fasemeting is dat het contact tussen de ontvanger en de satelliet niet mag verbroken worden. Indien dit contact toch verloren gaat, dan uit zich dat door gehele sprongen in de gemeten fase, “cycle slips'' genoemd. Indien de fases voor hoog precieze toepassingen gebruikt worden, moeten deze cycle slips uit de data weggewerkt worden. GPS ontvangers
GPS ontvangers kunnen naargelang hun architectuur in 3 klassen onderverdeeld worden : · meer-kanaals ontvangers · sequentiële ontvangers · multiplex ontvangers
De meer-kanaals ontvangers vormen de topklasse van de GPS ontvangers en worden in het algemeen alleen gebruikt voor hoognauwkeurige toepassingen, of in hoog dynamische situaties. Deze ontvangers beschikken over één ontvangstkanaal per satelliet, waardoor iedere satelliet continue gevolgd kan worden. Een alternatief voor de meer-kanaals ontvangers vindt men bij de sequentiële ontvangers. Deze bestaan in een 1 of 2-kanaals versie. Het tweede kanaal wordt meestal gebruikt voor de acquisitie van een initiële satelliet of voor de collectie van de navigatie informatie. Het andere kanaal schakelt in 1 seconde van satelliet naar satelliet. Dit brengt met zich mee dat voor iedere satelliet per schakelbeurt een korte reacquisitiefase nodig is. Deze meetmethode heeft verder tot gevolg dat de ontvanger slechts om de 4 à 5 seconden een driedimensionale positie kan bepalen. Bovendien is deze positie minder nauwkeurig omdat de metingen naar de verschillende satellieten niet gelijktijdig uitgevoerd worden (Muls, 1993). Een compromis tussen de meer-kanaals en sequentiële ontvangers is gevonden in de multiplex ontvangers. Ondanks een analoog werkingsprincipe aan de sequentiële ontvangers kan de multiplex ontvanger, dankzij een verbeterd ontwerp, tussen de verschillende satellieten schakelen in minder dan 20 msec. Door deze hoge schakelfrequentie elimineert men de reacquisitiefase bij iedere schakelbeurt. Zowel bij de sequentiële als de multiplex ontvanger wordt het navigatiebericht voor iedere satelliet asynchroon ingeladen, waardoor een eerste positieberekening meer tijd vergt. GPS toepassingen GPS wordt onder andere toegepast voor de navigatie: - luchtvaart - ruimtevaart - scheepvaart - landmeetkunde - wetenschappelijk onderzoek - enz. enz. Toekomst van GPS De impact van het GPS is enorm. Niet onterecht spreekt men wel van de GPS-revolutie. Nog bijna wekelijks is er nieuws over toepassingen en/of technieken. Het door de Verenigde Staten, met meer dan tien miljard dollars, gefinancierde GPS kent verspreid over de gehele wereld zeer veel gebruikers. De operationele en verwervingskosten bedragen ongeveer 400 miljoen dollar per jaar. Het toepassingsgebied is groot en de ontvangers zijn betaalbaar. Redenen waardoor er miljoenen gebruikers worden verwacht, waarvan een verrassend hoog aantal civiele gebruikers. Maar ongeveer vijftien procent van alle ontvangers zijn militaire uitvoeringen. Het overweldigende civiele gebruik maakt het niet meer realistisch te veronderstellen dat de (bewuste) civiele onnauwkeurigheid nog vergroot zal worden. Vele, onschuldige, levens zullen afhangen van het GPS. Het GPS zal naar verwachting minimaal tot na 2020 operationeel blijven. De in productie zijnde Block IIR satellieten zullen niet volledig operationeel zijn voor 2000. Deze Block IIR satellieten moeten het mogelijk maken om de satellieten meer autonoom te laten functioneren. Dit maakte de wereldwijdverspreide, en relatief kwetsbare, controlestations overbodig. De toegevoegde onderlinge communicatiemogelijkheden dragen hier zorg voor. De doorsnee (civiele) gebruiker zal hier, in kwaliteitszin, weinig van merken.