Bijvoegsel - Global Navigation Satellite Systemen (2/2)
Hoe GNSS werkt
Het doel van een GNSS is de locatie van een punt op aarde te berekenen, alsook de hoogte ervan, in een gekend coördinatensysteem. Om te bepalen waar men zich bevindt, is een ontvanger nodig die de signalen kan ontvangen die de satellieten uitzenden. De satellieten draaien in een zeer nauwkeurige en vaste baan rond de aarde en hun locatie is altijd bekend. Ze zijn ook uitgerust met een atoomklok om te verzekeren dat alle satellieten in de constellatie gesynchroniseerd zijn. De satelliet zendt continu een signaal uit dat haar locatie en de verzendingstijd bevat. Wanneer de ontvanger het signaal registreert, vergelijkt hij de tijd waarop het signaal werd verzonden door de satelliet en de tijd waarop het ontvangen werd. Daar het signaal zich met de lichtsnelheid voortplant en door te weten hoe lang het signaal erover deed, kan de ontvanger zijn afstand tot de satelliet berekenen.
Wanneer één satelliet als referentiepunt gebruikt wordt, vormen alle mogelijke locaties op een bepaalde afstand van de satelliet een bol. Als een tweede satelliet als bijkomend referentiepunt gebruikt wordt, dan vormen de mogelijke locaties, welke die twee bepaalde afstanden hebben, een cirkel.
Bron: Wikimedia Commons
Wanneer een derde satelliet wordt toegevoegd, dan bestaat het gemeenschappelijk gebied tussen de twee bollen uit exact twee punten. Eén van deze twee punten zal geen zin hebben (het ligt ofwel in de ruimte of diep binnenin de aarde). Dus er zijn minimaal drie satellieten nodig om jouw plaats op de planeet te bepalen. Om echter een hogere nauwkeurigheid te bereiken zijn er minimaal vier of zelfs vijf satellieten nodig.
Differentiële GPS (DGPS)
Wanneer het GPS aanvankelijk ontwikkeld werd, was het gericht op militaire toepassingen. Teneinde een militaire tegenstander ervan te weerhouden om het systeem te gebruiken voor het geleiden van raketten of om hun precieze locatie te kennen, werd er in het tijdsignaal een willekeurige fout ingebracht, die alleen gecorrigeerd kon worden als de gebruiker een sleutel bezat.
De Differentiële GPS (DGPS) is een netwerk van stationaire zenders en ontvangers met gekende locatie. Deze ontvangers lezen het GPS-signaal en vergelijken de resulterende locatie met hun actuele. Het verschil is de geïnduceerde fout, die dan aan de gebruikers wordt doorgegeven, die deze gebruiken om hun eigen signaal van de GPS-satellieten te corrigeren.
Foutenbronnen in GPS
Aangezien GPS het enige volledig operationele GNSS is, zullen we hiernaar verwijzen, maar de principes blijven hetzelfde voor om het even welk GNSS.
Naast de eerder genoemde kunstmatige fout zijn er andere foutenbronnen in een GPS-meting. Voor het vangen van een GPS-signaal is het noodzakelijk dat de satellieten zich in het gezichtsveld bevinden, wat wil zeggen dat er tussen de gebruiker en de satelliet een niet geblokkeerde baan moet zijn. Dit maakt het gebruik van GPS in een bos, of soms zelf in de stad, problematisch, wanneer we omgeven zijn door hoge gebouwen die ons zicht van de lucht blokkeren.
Wat bekend staat als satellietgeometrie is ook een factor die een groot aantal fouten kan veroorzaken, zelfs als het minimum aantal van vier satellieten bereikt wordt. Als de satellieten niet gelijkmatig in de voor ons zichtbare hemel verspreid zitten, zal een kleine fout in het signaal proportioneel een grote fout veroorzaken, zelfs in de orde van grootte van 100 meter.
Ten slotte kan de baan van het signaal afwijken en eigenlijk langer nodig hebben om onze ontvanger te bereiken. De atmosfeer zit vol deeltjes, gassen en damp die de baan van het signaal kunnen verstrooien. Een ander gelijkaardig effect is de weerkaatsing van het signaal van grote objecten in de buurt, zoals hoge gebouwen in stedelijk gebied. Deze weerkaatsingen maken de baan van het signaal ook langer en geven eigenlijk een foutieve schatting van onze afstand tot die satelliet.
