Global Positioning System(GPS)

Stellingenspel

Stelling 1

• GPS is een uitvinding van de Russen.

NEE

• GPS is een uitvinding van de Amerikanen.

Stelling 2

• GPS is een nieuwe uitvinding van de voorbije 10 jaar?

NEE

• GPS is een uitvinding van de jaren 70. Toen werd de eerste GPS satelliet gelanceerd. In 1995 werd het GPS systeem volledig operationeel verklaard.

Stelling 3

• In het begin werd GPS enkel gebruikt in de medische sector, waar het ingebouwd werd in ambulances.

NEE

• Aanvankelijk werd GPS enkel gebruikt voor militaire doeleinden. Pas later werd GPS ingeschakeld voor niet-militaire doeleinden.

• Jaren ‘70– Uitvinding Amerikaans Ministerie van Defensie– Militaire doeleinden

• Inzetten van troepen• Afvuren van wapens• ...

– Toepassing• Straaljagers• Bommenwerpers• Onderzeeërs• Tanks & jeeps• Individuele soldaten• ...

• Vanaf jaren ‘80– Niet-militaire doeleinden: plaats bepalen

en naar bestemming navigeren– Toepassing

•Vervoer•Sport & Spel•Industrie •Onderzoek•GSM

Selective availability (SA)

• Stukje foutieve info bij elk signaal• Vanaf ’98: SA uitgezet (ook al tijdens

golfoorlog)• mei 2000: Amerikaanse

overheid schakelt SA definitief uit

Stelling 4

• Een GPS-systeem is heel compact en bestaat uit een PDA (= zakcomputer), waarop wegenkaarten geïnstalleerd worden.

NEE

• GPS bestaat uit 3 segmenten: een ruimte-, een controle- en een gebruikerssegment.

RUIMTESEGMENT

• Wat hangt er in de ruimte? 600 satellieten, gebruikt voor:– Communicatie– Remote sensing (= verzamelen info over

aardoppervlak & atmosfeer)– Plaatsbepaling (GPS)

• Enkel voor GPS:– 24 circumpolaire satellieten (21 actief / 3

reserve)– 6 circulaire banen (4 satellieten / baan)– 1 omwenteling / 12 uur– Hoogte: ± 20.000 km

• Onderdelen Satelliet:– Atomische klokken– Computer– Radio

• 2 signalen:– 1 voor leger VS– 1 voor publiek

• Publiek signaal bevat:– Satellietnummer– Exacte positie satelliet– Exacte tijd verzending

CONTROLESEGMENT

Master-control station

• Locatie: Falcon Air Force Base in Colorado Springs

• Controleert optimale ruimtelijke opstelling van satellieten

Controlestations

• Kleinere stations verspreid over het aardoppervlak

• Sturen baan-, positie- en tijdsgegevens naar master-control station

GEBRUIKERSSEGMENT

• Gebruiker• GPS-ontvanger

– Hardware(Populair: zakcomputer)

– Software(Berekent huidige positie, bewegingssnelheid, richting & tijd en toont op display)

Stelling 5

• GPS kan aan plaatsbepaling doen omdat we op aarde steeds signalen van minimum 4 satellieten kunnen ontvangen.

JA• O.b.v. gegevens van 3 satellieten kan de

positie op aarde afgeleid worden (= driehoeksmeting).

• Afstanden tussen GPS ontvanger en satelliet worden berekend o.b.v. exacte positie satellieten & reistijd signalen.

• Vertragingen van signalen worden gecorrigeerd via een 4de satelliet.

Stap 1: driehoeksmeting

Stap 2: Hoe afstanden tot satellieten bepalen?

• Afstand = snelheid x tijd • Via volgende gegevens:

– Exacte positie van de satelliet– Snelheid = snelheid licht (± 300.000 km/s)

– Reistijd signalen tussen satelliet en GPS ontvanger

Stap 3: Meten van de tijd

• Meten hoelang een radiosignaal erover doet om de ontvanger te bereiken?

• Radiosignaal heeft unieke code: Pseudo Random Code

Stap 4: Corrigeren van fouten

• Signalen vertragen door atmosfeer: correctie vertraging door 4de satelliet

• Terugkaatsing signalen op storende voorwerpen.

• Atomische klokken van satellieten zijn precies, maar niet perfect vertekening in reistijd signalen.

• Veranderingen in de baan van satellieten (efemeris)

• Satellieten best verspreid over luchtruim

Stelling 6

• Op dit moment maakt elk werelddeel gebruik van een eigen GPS-systeem.

NEE

• Op dit moment wordt het Amerikaanse systeem (NAVSTAR) nog wereldwijd gebruikt. Wel concurrentie op komst van Europa (GALILEO) en Rusland (GLONASS).

GALILEO

• In werking in 2010• Nauwkeuriger• Beter posities bepalen

in noordelijke plaatsen op aarde

• 30 satellieten (27 actief + 3 reserve)

• Hoogte: ± 24.000 km

• Onafhankelijk van VS• Combineerbaar met NAVSTAR en

GLONASS• 3 lagen:

– (gratis) positiebepaling door particulieren

– Extra betrouwbaar voor bedrijven en systemen (vliegtuigen, treinen)

– Beveiligde laag voor Europese veiligheid

GLONASS

• Bestaat sinds 1995• Ongeveer even

nauwkeurig als NAVSTAR

• 24 satellieten /kunstmanen(21 actief / 3 reserve)

• Hoogte: ± 19.000 km

• Slecht onderhouden!• Max. levensduur satellieten: 3 jaar

(NAVSTAR: 10 jaar)• Eind jaren ’90 (economische crisis):

satellieten niet vervangen, GLONASS niet meer bruikbaar

• 2000: nog 8 satellieten actief • 2004: 3 satellieten van nieuw type

gelanceerd (levensduur van 7 jaar) • 2005 (einde economische crisis): opnieuw

11 satellieten in gebruik• 2010: via samenwerking met India systeem

opnieuw operationeel?

Stelling 7

• Afhankelijk van de eigenschappen van je GPS-systeem, kan je toestel:– Een positie bepalen.– Je van één locatie naar een andere leiden.– De beweging van mensen/zaken opvolgen.– De wereld in kaart brengen.– Exacte tijdstippen toekennen.

JA

• De toepassingen van GPS worden ingedeeld in 5 categorieën:– POSITIONING: plaatsbepaling– NAVIGATION: route bepalen tussen 2 locaties

en navigeren– TRACKING: opvolging van de verplaatsing zelf– MAPPING: in kaart brengen– TIMING: toekennen van exacte tijdstippen

Stelling 8

• GPS heeft minder goede ontvangst bij slecht weer zoals mist, regen, sneeuw, onweer, storm, ...

NEE

• Weersomstandigheden hebben geen enkele impact op de werking van GPS.

Stelling 9

• GPS heeft minder goede ontvangst in stedelijke gebieden.

JA

• Signalen, uitgezonden door de satelliet, zijn radiosignalen. Deze worden teruggekaatst op storende voorwerpen (vb. gebouwen, bruggen, ...)

Stelling 10

• Een GPS ontvanger is gemiddeld tot op 15 meter nauwkeurig.

JA

• Sommige GPS ontvangers zijn nog nauwkeuriger. In combinatie met verschillende correctietechnieken kan soms zelfs een nauwkeurigheid tot op 1 meter bekomen worden. Maar de meeste GPS ontvangers halen een gemiddelde nauwkeurigheid van 15 meter.

Schiftingsvraag

• Signalen worden door de satelliet verstuurd met de snelheid van het licht. Hoe snel is dit (uitgedrukt in km/sec)

299.792 km/sec