Satellietplaatsbepaling
Van Wikipedia
Satellietplaatsbepaling (GNSS of Global Navigation Satellite System) is het bepalen van de locatie op aarde m.b.v. satellieten. Er zijn meerdere types satellietplaatsbepaling, waarvan GPS de bekendste is: GPS (VS), Galileo (EU), GLONASS (Rusland), Beidou (China).
Inhoud |
[bewerk] Werking
Hier wordt algemeen de werking van een satellietplaatsbepalingssysteem uitgelegd, voor specifieke informatie zie de respectievelijke systemen.
Een satellietplaatsbepalingssysteem gebruikt verschillende satellieten die boven het aardoppervlak cirkelen, op een zodanige manier dat er vanaf elke plaats op aarde op elk moment minstens vier satellieten te 'zien' zijn.
Het meetprincipe van de plaatsbepaling is gebaseerd op de afstandsmeting tussen satelliet en ontvanger en het bekend zijn van de positie van de satelliet. De afstanden tussen de satelliet en de ontvanger worden uit de gemeten looptijden van radiogolven afgeleid. De satellieten zenden de informatie op twee frequenties uit. Op deze frequenties zijn dan met modulatietechnieken digitale codes aangebracht. Die codes bevatten informatie over de satelliet zelf, zijn keplerse baanparameters, de onderlinge synchronisatie van de satellietklokken, en de benaderde baanparameters van alle satellieten. Deze codes vormen samen de informatie die van belang is voor de plaatsbepaling.
Het principe van het systeem berust erop dat iedere satelliet een zeer nauwkeurig radiosignaal uitzendt met daarin zijn identificatie plus een zeer precieze tijdmelding (iedere satelliet heeft meerdere atoomklokken aan boord). De baan van iedere satelliet is vooraf benaderend bekend, dus ook de plaats waar vandaan het signaal verzonden is (de precieze baan is slechts een tijdje na de meting beschikbaar en kan gebruikt worden om de nauwkeurigheid te verhogen). Door na te gaan hoeveel vertraging er is in de ontvangst van het tijdsignaal, kan de ontvanger berekenen hoever hij van die satelliet verwijderd is. Omdat de lichtsnelheid constant en in alle richtingen even groot is, wordt hiermee de ontvanger op een bol geplaatst met de satelliet in het denkbeeldige middelpunt. Ontvangst van een tweede signaal plaatst de ontvanger op een tweede denkbeeldige bol, en dus op de snijlijn van de twee 'bollen' van beide satellieten: een cirkel. Het signaal van de derde satelliet, gevoegd bij de aardbol waar de ontvanger zich ook op moet bevinden maakt maar twee punten mogelijk als oplossing van de drie satellietpeilingen. Slechts één van deze twee punten bevindt zich op een plek in de buurt van het aardoppervlak. Doordat de klokken in de ontvanger, die een onnauwkeurige kwartsklok gebruikt, en de satelliet onmogelijk gesynchroniseerd kunnen worden is voor een nauwkeurige meting het signaal van een vierde satelliet nodig, dit probleem wordt ook wel de klokfout genoemd. Om deze extra onbekende te vinden is een vierde satelliet nodig. Het probleem komt dan neer op het bepalen van een Δt en dus ΔR van alle bollen, zodat deze precies in één punt snijden. Voor een exacte hoogteberekening op aarde zijn meer satellietpeilingen nodig. Voor het hele systeem geldt: hoe meer satellieten hoe nauwkeuriger de berekende positie. Ook de onderlinge positie van de satellieten (constellatie) heeft invloed op de nauwkeurigheid, bij een goede spreiding zal het mogelijke volume waarin de ontvanger zich kan bevinden kleiner zijn en een gunstiger vorm hebben. Dit kan gevisualiseerd worden door bovengenoemde bollen een "schil" te geven van met een dikte gelijk aan twee keer de mogelijke fout. Het snijpunt van de bollen is dan geen punt maar een "doos" waarin de ontvanger zich bevindt.
De nauwkeurigheid (zie nauwkeurigheid en precisie) bedraagt enkele meters; met statistische technieken (herhaald meten met verschillende satellieten of meten over langere tijd) is de nauwkeurigheid nog verder op te voeren. Met behulp van het dopplereffect is het mogelijk om snelheden te meten. Een belangrijk nadeel is dat atmosferische omstandigheden invloed hebben op de looptijd van het signaal, hierdoor kan een fout van enkele meters ontstaan.
Bij satellietplaatsbepaling geldt dus: de satelliet is altijd de zender, het plaatsbepalingstoestel is altijd de ontvanger (op aarde). Het systeem kan dus niet iemand volgen, net zomin als 'Hilversum' iemand kan volgen die een transistorradio bij zich heeft (onder andere in De Da Vinci Code wordt deze fout gemaakt).
[bewerk] Praktisch gebruik
[bewerk] Plaatsbepaling
Inmiddels is het mogelijk geworden met een kleine ontvanger (moderne apparaatjes wegen een paar honderd gram) overal op aarde een exacte plaatsbepaling uit te voeren. De ontvanger weet dus steeds waar hij is op de aarde. Dit kan bijvoorbeeld uitgedrukt worden in coördinaten (lengte- en breedtegraden of Rijksdriehoekscoördinaten). Taak één in de navigatie is nu uitgevoerd: waar ben ik. De eigenlijke inbreng van het GPS houdt hier op, maar het verder gebruik ligt voor de hand. GPS wordt dan ook vaak toegepast bij een routenavigatiesysteem.
Het is bijvoorbeeld mogelijk om gidssoftware in auto's, schepen en vliegtuigen te installeren, die de exacte plaats op een kaart aangeeft en, op basis van die kaart, aanwijzingen kan geven over de te volgen koers. Hiermee wordt dus ook een richting geïntroduceerd en daarmee krijgt het systeem bovendien een kompasfunctie. Hiervoor moet er wel een beweging zijn. Dit is over het algemeen niet de voorliggende koers, door de invloed van stroming (schepen) en wind (schepen en vliegtuigen). Er zijn wel systemen die gebruikmaken van twee GPS-ontvangers, waarvan de onderlinge positie exact bekend is. Op deze manier kan ook stationair de voorliggende koers bepaald worden.
Men kan een te volgen route van tevoren uitstippelen, door het in een GPS-ontvanger invoeren van coördinaten van zogeheten waypoints (punten waar men achtereenvolgens langs moet komen). De GPS-ontvanger geeft dan een indicatie van de richting die men moet volgen naar het volgende waypoint en geeft een signaal wanneer men dat waypoint bereikt heeft. In dit geval is, althans in theorie, de kaart overbodig geworden. Ook het omgekeerde is mogelijk. Het opslaan van de plaats waar men is, maakt het mogelijk deze plaatsen weer terug te vinden, zodat verdwalen een stuk moeilijker wordt.
[bewerk] Landmeten
Hoewel de absolute nauwkeurigheid van een meting met behulp van satellietplaatsbepaling laag ligt (een fout van meerdere meters), halen metingen van positieverschillen ten opzichte van een eerder met satellieten ingemeten punt een grotere nauwkeurigheid. Landmeters gebruiken het dan ook om posities, afstanden en hoeken te meten. De grote absolute fout kan geneutraliseerd worden door een punt waarvan de coördinaten bekend zijn (bijvoorbeeld omdat deze door een geografische instantie bijgehouden wordt) in te meten, en de satellietmetingen hieraan aan te passen.
[bewerk] En route-navigatie
GPS wordt gebruikt door vliegtuigen en schepen voor 'en route'-navigatie, om vliegvelden en havens te naderen. GPS-gebaseerde volgsystemen volgen vrachtwagens en hulpdiensten om ze een optimale route te geven. Met een methode genaamd 'precision farming' worden GPS-gegevens gebruikt om het gebruik van (kunst)mest en bestrijdingsmiddelen te controleren. Het kan ook worden gebruikt als 'in-car'-navigatiehulp. Tevens wordt het tegenwoordig gebruikt door bergbeklimmers.
De lage betrouwbaarheid van de metingen belet een grootschalig gebruik in de luchtvaart, de lage nauwkeurigheid belet grootschalig gebruik bij de positiebepaling van treinen (fouten van enkele meters, m.a.w. een ander spoor, zijn ontoelaatbaar).
[bewerk] Geocaching
Geocaching is een buitensport en spel, waarbij gebruik wordt gemaakt van een GPS-ontvanger om ergens ter wereld een schat, de zogenaamde geocache te vinden.
[bewerk] Precieze tijdmetingen
Door het installeren van een speciaal type GPS-ontvanger krijgt men toegang tot precisie-tijdmetingen.
[bewerk] Zie ook
| {{{afb_links}}} | Satellietplaatsbepaling | {{{afb_rechts}}} | {{{afb_groot}}} |
|---|---|---|---|
|
Transit · GPS · GLONASS · Galileo · Beidou Gerelateerde onderwerpen: EGNOS · WAAS · LAAS |
