Home » GPS

GPS

GPS Systemet

NAVSTAR GPS-satellit

GNSS star for Global Navigation Satellite System og er en fællesbetegnelse for rumbaserede radiopositioneringssystemer.

Betegnelsen GNSS dækker over flere forskellige systemer, hvoraf GPS, der drives af USAs forsvarsministerium, er det mest udbredte og det første GNSS, der tilbydes til civilt brug i større omfang. GNSS er i daglig tale efterhånden nærmest blevet synonymt med GPS. Det russiske GNSS GLONASS minder om GPS, men har p.t. (29. juli, 2003) kun otte operationelle satellitter i kredsløb, hvorfor systemet kun kan benyttes i ca. 50% af tiden. EU og ESA udvikler for tiden et europæisk navigationssystem, Galileo, som skal være uafhængigt af det amerikanske.

Et af de store potentielle anvendelsesområder for GNSS er civil luftfart. Imidlertid er de eksisterende GNSS ikke I stand til at leve op til de krav den internationale civile luftfartsorganisation, ICAO (International Civil Aviation Organisation), har opstillet. Systemerne skal være i stand til at tilbyde højere nøjagtighed samtidig med, at pålideligheden og dækningen forøges væsentligt. Sådannne forbedringer kan opnås ved hjælp af Space Based Augmentation Systems (SBAS) og Ground Based Augmentation System (GBAS), som er under udvikling i specielt USA, Europa og Japan.

Det amerikanske GNSS-system, GPS, også kaldet NAVSTAR GPS, består af mindst 24 operationelle satellitter, men der er ofte flere i kredsløb, da nye satellitter bliver sendt op som erstatning for gamle satellitter, der bliver udrangeret. En GPS-modtager skal kunne se mindst fire GPS-satellitter for at bestemme position og tid.

Banekonfiguration for NAVSTAR GPS-systemet

Satellitterne er i baner om Jorden, der har en omløbstid på nøjagtig 12 timer. Det vil sige, at kredsløbene ligger ca. 20.000 km over Jordens overflade. Satellitterne befinder sig i seks baner, som alle har en inklination (hældning) på 55° fra ækvator. De seks kredsløb er „drejet” i forhold til hinanden, så der er 60° imellem hvert baneplan. Der er fire satellitter i hvert baneplan. På denne måde er der altid mindst fem og højst otte satellitter synlige fra et vilkårligt sted på jordoverfladen.

Satellitterne udgør „Space Segmentet”. Udover dette består det komplette GPS-system af et „Control Segment”, der udgøres af fem trackingstationer Jorden rundt: Schriever Air Force Base i Colorado Springs, der er hovedstation, samt monitorstationer på Hawaii, Ascension Island, Diego Garcia og Kwajalein. På monitorstationerne modtages signaler fra satellitterne, der bruges til at beregne præcise kredsløbsdata. Hovedstationen uploader herefter disse data til satellittene, som sender dele af disse informationer videre til brugerne.

Kontrolsegmentet (Grafik: Federal Aviation Administration)

Til sidst er der „User Segmentet” som udgøres af alle GPS-modtagerne. Der skal fire satellitter til at fastlægge de fire dimensioner X, Y, Z (position) og tiden.

GPS tilbyder to former for positioneringsdata:

Precise Positioning Service (PPS) er positioneringsdata, der muliggør sted- og tidsbestemmelse med meget høj nøjagtighed. Modtagelse af PPS kræver specielt krypteringsudstyr og -nøgler og specielle modtagere. Kun det amerikanske militær, allierede styrker, visse regeringsorganer samt udvalgte civile brugere specifikt godkendt af den amerikanske regering kan bruge PPS.´

Standard Positioning Service (SPS) er positioneringsdata, der kan bruges gratis og uden begrænsninger. Nøjagtigheden af SPS var oprindeligt med vilje gjort mindre af det amerikanske forsvarsministerium vha. „Selective Availability” (SA), men denne tilsigtede degradering af signalerne blev fjernet 1. maj 2000.

PPS nøjagtighed SPS nøjagtighed (med SA)
22 meters vandret nøjagtighed
27,7 meters lodret nøjagtighed
200 ns tidsnøjagtighed 100 meters vandret nøjagtighed
156 meters lodret nøjagtighed
340 ns tidsnøjagtighed

Siden SA blev slået fra, har den vandrette nøjagtighed på SPS været ca. 30 m.

Satellitterne transmitterer på to frekvenser:
Kanal Frekvens Anvendelse
L1 1575,42 MHz Navigationsdata og SPS-signaler
L2 1227,60 MHz Målinger af ionosfærisk forsinkelse (kun PPS-modtagere)

GPS bruges til navigation, positionering, tidsbestemmelse og anden forskning:

Navigation i tre dimensioner er GPS’ primære funktion. Der fremstilles kommercielle navigationsmodtagere til fly, skibe, køretøjer samt håndstationer til individuelt brug.

Præcis positionering er mulig vha. GPS-modtagere på referencepunkter, og anvendes bl.a. i forbindelse med opmåling, geodæsi og studier af pladetektonik.

Tid- og frekvensbestemmelse baseret på de præcise ure ombord på satellitterne og kontrolleret af kontrolsegmentet er en anden anvendelse af GPS. Astronomiske observatorier, telekommunikationsfaciliteter og laboratoriestandarder kan fastsættes vha. modtagning af præcise tidssignaler.

Forskningsprojekter har brugt GPS-signaler til bestemmelse af atmosfæriske parametre. Bl.a. har Ørsted-satellitten en GPS-modtager ombord, som anvendes til at undersøge ionosfæren, stratosfæren og troposfæren ved at måle signalet fra GPS-satellitten, når atmosfæren kommer mellem Ørsted-satellitten og GPS-satellitten, og sammenligne det med et uforstyrret signal.

Links:
http://tycho.usno.navy.mil/gpsinfo.html
http://www.spaceandtech.com/spacedata/constellations/navstar-gps_consum.shtml

Denne side er sidst opdateret 24. oktober 2004
webmaster@rumfart.dk