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

Combineerbaar met NAVSTAR en GLONASS 3 lagen: 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.

299.792 km/sec 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