Historiek GPS
Wat
GPS (Global Positioning System) is een informatie-communicatie-systeem waarmee je, met behulp van een speciale kaart, je positie op de aardbol kunt vinden. GPS-systemen worden tegenwoordig overal gebruikt, op het water (beroeps- en pleziervaart), in auto's (de bekende autoroute-systemen), in de luchtvaart, ... Verder wordt GPS ook door militairen gebruikt voor o.a.: precisie-bombardementen en verplaatsingen van troepen.
Eigenlijk is GPS niet zo nieuw, maar sinds een paar jaar heeft het zijn weg gevonden naar de burgers. Hierdoor is het sinds kort uitgegroeid tot een veelgebruikt middel voor buitensporters, autonavigatie, e.d.
GPS wordt soms ook GPSS genoemd, Global Positioning Satellite System, wat de lading eigenlijk beter dekt. Het is dus een systeem om je positie te bepalen met behulp van satellieten. Door de werking met satellieten is het onafhankelijk van de hoogte of plaats op de aarde. Zolang je een rechtstreeks contact met de ruimte hebt, dus zonder daken of aardlagen (in grotten) ertussen, kan je precies aflezen waar je bent.
Het apparaatje, dat wij GPS noemen, waarmee je de positie kan aflezen mag eigenlijk geen GPS genoemd worden. Het is namelijk een 'ontvanger'. Deze GPS-ontvanger ontvangt informatie van de satellieten. Het is niet zo, wat vaak gedacht wordt, dat het apparaatje verbinding maakt met de satellieten.
Een GPS-ontvanger heeft signalen van drie satellieten nodig om te kunnen berekenen wat de huidige positie is. De meeste GPS-ontvangers kunnen signalen ontvangen van gemiddeld 10 satellieten (op het totaal van 24 civiele oriëntatie satellieten). Echter blijft het feit dat de aarde 'ongeveer' rond is, dus dat je nooit van alle satellieten ontvangst kan hebben.
Ontstaan
Het idee voor GPS (=Global Positioning System) ontstond na de lancering van de Sputnik in 1957. Sommige mensen realiseerden zich dat de radio-transmissie van een satelliet, in een voorafgedefineerde baan om de aarde, een indicatie van de plaats kon geven van een ontvanger die zich op de grond bevond. Het amerikaanse leger ging hiermee aan de slag en in 1974 werd de eerste GPS-satelliet in een baan rond de aarde gebracht. In de jaren die volgden werd er verder geëxperimenteerd met de GPS-technologie en werden nieuwe satellieten gelanceerd. In 1993 waren er al 24 satellieten beschikbaar en werd de GPS-technologie ook beschikbaar gesteld voor civiel gebruik?
Oorspronkelijk waren er nogal wat problemen omdat het systeem foute informatie verzond. Met opzet en dit om te voorkomen dat andere landen nauwkeurig gebruik konden maken van het systeem dat voor het Amerikaanse leger werd ontworpen. In 1996 zijn deze fouten echter uit het signaal gehaald zodat iedereen GPS met grote preciesie kan gebruiken.
Werking
GPS-satellieten hebben atomische klokken die de tijd met uiterste precisie meten. De tijd-informatie is geplaatst in de codes die de satellieten uitzenden, zodat de ontvanger constant de tijd kan bepalen wanneer het laatste signaal is uitgezonden. Het signaal bevat data die een ontvanger gebruikt om de locaties van de satellieten te bepalen, en om correcties te maken die nodig zijn voor een accurate positionering. De ontvanger gebruikt het tijdsverschil tussen de ontvangst van het signaal en de uitzendtijd om de afstand tot de satelliet te bepalen. De ontvanger moet rekening houden met vertragingen die veroorzaakt worden door de atmosfeer. Met drie afstanden tot drie satellieten en de tijd wetende van de satelliet, wanneer het laatste signaal was uitgezonden, kan de ontvanger dan de driedimensionale positie bepalen.
De gebruiker kan de afstanden ook direct bepalen, maar dan moet de gebruiker echter wel een atomische klok hebben die gesynchroniseerd is met het GPS-systeem. Door nog een meting van een extra satelliet te nemen, hoeft de gebruiker geen atomische klok te hebben. Het resultaat is dat de ontvanger van vier satellieten het signaal gebruikt om de breedte, lengte, hoogte en tijd te berekenen.
Mogelijkheden
Tot nu toe werd GPS eigenlijk alleen maar gebruikt voor navigatie. Als het om navigatie op zee ging werd de route in de meeste gevallen al opgeslagen, maar in de auto bleef het eigenlijk alleen bij het reizen van A naar B. Het lijkt dat daar nu verandering in komt. Langzaam maar zeker wordt een poging gedaan om meer te doen dan alleen navigeren. TomTom heeft sinds kort een programma dat “TomTom Home” heet, waarbij het mogelijk is om gratis routes te downloaden in vele landen van Europa. De gebruiker kan de route uploaden naar zijn TomTom en op deze manier bijvoorbeeld een wijn-route door de Chianti maken.
Een Duitse firma exploireert ook de mogelijkheden van GPS en creëerde het programma “Navideo”. Dit is een vrij innovatief product omdat het net iets verder gaat dan de meeste software voor GPS. Dit programma maakt het onder andere mogelijk om een gereden route op te slaan. Deze route is weer te importeren in TomTom of te zien met “Google Earth”. Dit programma opent meteen een aantal mogelijkheden voor deze functionaliteit. Een van de meest voor de hand liggende mogelijkheid is het “opnemen” van de routes die tijdens de vakantie worden gereden, gefietst of gelopen. Dit is vooral grappig en leuk, maar kan ook echt nuttige zijn. Door ieder moment dat je op weg bent de route op te slaan, wordt kilometer-registratie meteen een stuk eenvoudiger.
Onderdelen
De afstandsmeting bij dit systeem komt tot stand doordat het tijdstip van vertrek met het gps-signaal wordt meegezonden en de gps-ontvanger de aankomsttijd meet. Het verschil tussen de vertrektijd en de aankomsttijd van het signaal noemt men de looptijd. Het systeem kan onderverdeeld worden in drie componenten, namelijk: het ruimtesegment, het gebruikerssegment en het controlesegment.
- Tot het ruimtesegment behoren de satellieten en de Delta-raketten die de satellieten van Cape Canaveral in Florida, USA lanceren. Gps-satellieten draaien in circulaire banen rond de aarde op 20200 km hoogte, elke ronde duurt 11 uur en 58 minuten. De banen zijn gekanteld ten opzichte van de evenaar met 55º, om de dekking in het poolgebied te garanderen. Aangedreven door zonnecellen, corrigeren de satellieten zich voortdurend om de zonnecellen richting de zon, en de antennes richting de aarde te keren. Elke satelliet heeft vier atoomklokken.
- Het controlesegment bevat het 'master-controlstation' op Schriever Air Force Base (vroeger "Falcon Air Force Base") in Colorado Springs, USA. Verder zijn er gewone controlestations op Schriever Air Force Base, Hawaï, Ascension in de Atlantische Oceaan, Diego Garcia in de Indische Oceaan en Kwajalein Island in de Grote Oceaan. Hiermee is elke satelliet continu binnen het bereik van minstens één controlestation. De metingen die verzameld zijn door de controlestations worden gebruikt om het gedrag te bepalen van elke satelliet(-baan) en de klokinstelling. Voorspelde tijd- en baangegevens worden vergeleken met de daadwerkelijk uitgezonden data. Zo nodig krijgt een satelliet correctieopdrachten vanaf een station. Het controlesegment heeft ook tot taak er voor te zorgen dat de gps-satellietbanen en klokafwijkingen binnen de vastgestelde limieten blijven.
- Met het gebruikerssegment werden oorspronkelijk de militaire ontvangers bedoeld. Militaire gps-systemen zijn opgenomen in: straaljagers, bommenwerpers, tankvliegtuigen, helikopters, schepen, onderzeeërs, tanks, jeeps en individuele soldaat uitrustingen. Tot het militaire gebruik behoren ook doelbepalingen, 'smart'-wapens en rendez-vous-plekken. Later zijn daar gps-ontvangers voor civiele gebruikers bijgekomen.
Toekomst
In de toekomst zal het waarschijnlijk mogelijk worden om de auto, op de 'automatische piloot', over de snelweg te laten rijden zonder dat hij zelfs maar tegen een auto zou botsen. Deze ontwikkeling is nu al bezig maar de uitvoering zal waarschijnlijk pas over een groot aantal jaren zijn. Als men het tenminste waard vindt om dit systeem aan te leggen.
De EU was een tijdje geleden bezig met het opzetten van van ons eigen Europees GPS systeem, genaamd Galileo. Dit systeem zal ons eigen Europese GPS systeem worden. De Russen hebben intussen al een groot aantal jaren een eigen GPS systeem, GLONASS. Dit alles omdat de VS de knop om kan zetten en dan zitten wij met een onnauwkeurig systeem. Dit zal waarschijnlijk alleen in tijden van oorlog voorkomen.
In vliegtuigen zal GPS waarschijnlijk nooit echt als standaard gebruikt worden omdat het risico te groot is dat de VS het systeem weer onnauwkeuriger maakt, en dan kunnen de piloten niet meer op hun automatische piloot vertrouwen, als die moet landen. Dan zitten ze voor ze het weten 100 meter naast de baan.
Voor de landbouw zal GPS ook een groot aandeel hebben. Tegenwoordig wordt het al gebruikt om te bepalen welk gedeelte van het land vruchtbaar is en welk deel niet. Dit en meer komt allemaal op een kaartje, op een computer, te staan. Later zal misschien wel alles met GPS gedaan worden. De boer zal dan zelfs weten waar zijn koeien op het land staan zonder ook maar buiten te komen.
