Global Positioning System

Global Positioning System (GPS) er eit nettverk av minst 24 satellittar som er plassert i bane rundt jorda. Systemet gjer det mogleg for ein mottakar å finna eigen posisjon med svært stor grannsemd overalt i verda, under nær sagt alle vêrforhold. Systemet vert omtalt til dagleg som «GPS» (Global Positioning System).

Eit utval GPS-mottakarar for tur­nytte eller for geocaching.

Døme på GPS med 24 satellitter. Dei grøne streka viser kor mange satellitter som er synlige (og dermed mottakbare) for en GPS-mottakar utan horisonthindringer ein stad på jordoverflata.

GPS var opphavleg laga for militært bruk. I 1973 gav forsvarsdepartementet i USA ordre om at systemet skulle utviklast til navigasjon som kunne gje koordinatar i sanntid i alle tre dimensjonar (breidd, lengd og høgd). Systemet skulle mellom anna kunne brukast under alle vêrforhold og vera rombasert. Den første satellitten vart skoten opp i 1978. I 1994 vart den siste satellitten skoten opp før systemet var fullt operativt. I 1980-åra vart systemet stilt til disposisjon for sivil bruk, då fortrinnsvis innanfor sjøfart og andre maritime aktivitetar. GPS verkar under alle vêrforhold, kvar som helst i verda og heile døgnet, dersom signala frå satellittane ikkje vert stoppa av massive objekt som husvegger eller fjell. Systemet er tilgjengeleg og gratis å bruka for alle.

Det finst satellittar til ­fleire globale navigasjon-system (Global Navigation Satellite System (GNSS)), NAVSTAR er eitt av desse. NAVSTAR er eit akronym som står for NAVigation System using Timing And Ranging.

GPS - korleis verkar systemet

NAVSTAR-satellittane krinsar rundt jorda to gonger per døgn i nøyaktig berekna banar, og sender radiosignal som mellom anna inneheld opplysningar om tidspunktet signalet vart sendt ut frå satellitten, om banen til satellitten og banen til andre satellittar. GPS-mottakaren tek imot denne informasjonen og reknar ut sin eigen posisjon ut frå avstand og posisjon i høve til satellittane han tek imot signal frå. Signal frå tre satellittar gjev ein todimensjonal posisjon: breidd og lengd. Viss mottakaren har kontakt med fire satellittar eller meir, kan posisjonen rapporterast i tredimensjonalt format: breidd, lengd og høgd. Satellittane inneheld særs nøyaktige atomur, og på bakgrunn av skilnaden kan GPS-mottakaren samanlikna tidspunktet eit signal er send frå ein satellitt med tidspunktet det vart motteke. Tidsforskjellen fortel GPS-mottakaren kor langt unna satellitten er. Med avstandsmål frå fleire satellittar, fastset GPS-mottakaren sin posisjon. Mange mottakarar kan òg visa den eksakte posisjonen grafisk på eit kart.

Der er fleire grunnleggjande berebølger:

• L1 (1575,42 MHz): Den sivilt tilgjengelege tidskoden (C/A-koden) og ein militær kode.
• L2 (1227,60 MHz): Ein militær tidskode som er kryptert og i byrjinga ikkje til sivilt bruk, men dette vart utvida etter kvart.
• L3 (1381,05 MHz): Brukt til militær overvaking.
• L4 (1841,40 MHz): Ukjend status
• L5 (1176,45 MHz): Ukjend status

Signalet er på 1023 bit og vert send med ein frekvens på 1,023 MHz, så heile signalet varer eit millisekund. På denne måten kan mottakarane sine klokker synkroniserast.

Alle GPS-satellitter sender på same frekvensar, men signala er ikkje koda på same måte og vert åtskilde att ved dekoding. Kvar satellitt har eit kodingsnummer som heiter PRN – som skriv kodesekvensen. Prinsippet vert kalla CDMA (Code division multiple access), og vert òg nytta innafor nokre mobiltelefoni-system.

Fordi tidspunkt kan visast så noggrant med GPS, kan satellittane òg brukast til å styra klokker.

Digitale kart

Det finst fleire typar digitale kart som kan lastast inn i GPS-mottakaren og kan nyttast ved bilkjøring, navigasjon til sjøs, flyging, sykling og ferdsle til fots. Desse kan programmerast med vegpunkt, ruter og alarmar som gjer det enklare å navigera i ukjent terreng eller farvatn. I mange situasjonar er det likevel viktig å ha tradisjonelle navigasjonshjelpemiddel som papirkart, kompass, klokke, passar og linjal i tilfelle straumforsyning eller radiosignal sviktar.

Kartreferansar

GPS-mottakerene kan gje posisjonsavgjerd i ei stor mengd typar kartreferansar. Den vanlegaste internasjonalt er gradar og desimalminutt (desimalgradar og dessutan gradar, minutt og sekund vert òg brukt), nord eller sør og aust eller vest. UTM-koordinatar er eit anna standard rutenett for heile kloden som vert brukt mykje på gradteigskart (t.d. dei norske topografiske karta i målestokk 1 : 50 000). Dette vert m.a. brukt av militæret, AMK-sentralar, ambulansar, politi, hjelpekorps, brannvesen og skogbrannovervaking. Det militære koordinatsystemet MGRS som er ein enklare måte å skriva dette på, vert framleis brukt på desse karta.

Felles norsk referanse

Noreg dekkjer sonene 32–36 i UTM-systemet, soner 29–37 om ein tek med alle havområde. Det kan vera ei feilkjelde ved registrering av posisjonar ved bruk av GPS. Det er difor vanleg å nytta UTM sone 33 som ein felles referanse for geografiske data som skal dekka heile Noreg, og det er denne som vert nytta i dei fleste digitale norske online karttenester og digitale brukarstadar som Artsobservasjoner. Dei fleste handhaldne GPS-ar har likevel ikkje noko val for å gje fast UTM 33, det må stillast inn som «Brukarrutenett» i din GPS, med innstillingane:

• Type:UTM
• Feil forandra austlengd: +500 000 m
• Feil forandra nordlengd: 0 m
• Skala: +0,9996
• Lengdgrad opphavleg: E015°00,00
• Opphavleg breiddegrad: 0°00,00

Grannsemd

Grannsemda for ein vanleg mottakar under særs gode tilhøve kan vera på ca. 7 meter (utan signala til­korreksjon). Signala til ­korreksjon frå landbaserte GPS-stasjonar kan forbetra grannsemda ytterlegare til nokon centimeter, men dette krev spesialutstyr. GPS vert med denne grannsemda brukt til blant anna vegbygging, tomteoppmåling og brøyting av veg. Før 2. mai 2000 var den sivile posisjons­signalet av militære omsyn sett til grensa til ei­ nedre grannsemd på ca. 100 meter, men etter denne datoen har alle tilgjenge til eit meir presist signal.

I Europa vart det satellittbaserte korreksjonssystemet EGNOS erklært operativt 1. oktober 2009. Fleire år før dette var mange mottakarar klåre for å motta slike signal. For dei mottakarane som kan handsama desse korreksjons­signala, vert grannsemda forbetra til rundt 2 meter.

Verkemåte

Ein GPS-mottakar må låsast på signalet frå minst tre satellittar for å kalkulera ein to-dimensjonal posisjon (breidd, (nord/sør) og lengd, (aust/vest)) og rørsle. Med fire eller fleire satellittar i sikte, fastset mottakaren sin tre-dimensjonale posisjon (breidd, lengd og høgd). Etter at posisjonen er fastsett, kan GPS-eininga kalkulera annan informasjon, slik som fare, peiling, spor, turlengde, avstand til destinasjon, soloppgang og solnedgang.

NAVSTAR krev svært nøyaktige tidsberekningar. For at GPS-systemet skal verka, er det naudsynt å ta omsyn til relativistisk tidsforskyving, eit fenomen forbunde med relativitetsteorien, både den spesielle og den generelle. I korte trekk går dette ut på at eitt sekund for ein observatør på jorda, ikkje er den same tidslengden som eitt sekund for ein satellitt med enorm fart i bane rundt jorda, eller omvendt. Dermed vert berekninga av tidspunkt og tidsforskjellar endå meir komplisert, og noko ein absolutt må ta omsyn til i berekninga av posisjon. GPS er difor eit håndfast bevis for at dei relativistiske rørslelikningane er korrekte.

Militært bruk

Det var det amerikanske forsvaret som byrja å bruka NAVSTAR GPS, blant anna til styring av missil (eksempelvis Tomahawk-missil) og bomber (JDAM). Det vert òg brukt til navigerings­system ombord i fly, båtar og liknande.

Det norske forsvaret har gjort forsøk på å «jamma» GPS-systemet ved å setja opp ein falsk GPS-stasjon som medvite sende feilinformasjon.

Privat nytte

GPS er i dag i utstrekt sivil bruk, i bilar, fly, båtar og for turgåere. Dei leiande produsentane av GPS-mottakarar for privat bruk er: Garmin, Magellan, Mio og TomTom. GPS har òg gjeve blinde og svaksynte eit høve å røra seg i ukjende omgivnader utan leiar.

Elektronisk krigføring

Ved konfliktsituasjon kan det vere freistande å forstyrre motparten sin tilgang til navigasjon og synkronisering av tid. Derfor er det utvikla fleire apparat som kan senda forstyrrande signal på same frekvensar som GPS. Eit døme på slike er det russiske Aviaconversiya, vist på våpenutstillinga MAKS 1999, som har ein uteffekt på 8 W og vert drive av eit 12 volts batteri. Ved militærøvingar er det vanleg at jamming av GPS vert brukt som eit øvingsmoment. Eit døme er truleg militærøvinga Zapad-2017, der jamminga òg vart registrert på norsk side.

Sjå òg

• Assisted Global Positioning System (A-GPS)
• GLONASS
• LORAN – bakkebasert radionavigasjon
• Radio
• Radiostyrt ur
• Bilnavigasjon

• Geocaching

Kjelder

• Denne artikkelen bygger på «GPS - Global Positioning System» frå Wikipedia på bokmål, den 16. april 2017 tittel=Global Positioning System.

Referansar