Det Globale Positioneringssystem (GPS) er et lokationssystem udviklet af det amerikanske forsvarsministerium til milit\u00e6re form\u00e5l. Det giver pr\u00e6cise estimater af position, hastighed og tid ved at bruge et computernetv\u00e6rk og en konstellation af 24 satellitter til at bestemme h\u00f8jden, l\u00e6ngdegraden og bredden af ethvert objekt p\u00e5 Jordens overflade gennem triangulering. Systemet har v\u00e6ret operationelt siden 1995.<\/p>\n\n\n
I den civile sf\u00e6re er det af sikkerhedsm\u00e6ssige \u00e5rsager kun tilladt at bruge en forringet delm\u00e6ngde af GPS-signalerne. Det civile samfund har dog fundet alternativer til at opn\u00e5 fremragende lokaliseringspr\u00e6cision gennem differentielle teknikker. Disse teknikker har f\u00f8rt til en enorm v\u00e6kst i civile anvendelser, og der findes i dag over 70 producenter af GPS-modtagere.<\/p>\n\n\n
Form\u00e5let med GPS-system<\/a> er at beregne positionen af et hvilket som helst punkt i et rum med koordinater (x,y,z) ud fra beregningen af punktets afstand til mindst tre satellitter, hvis placering er kendt. Afstanden mellem brugeren (GPS-modtageren) og en satellit m\u00e5les ved at gange flyvetiden for det signal, der udsendes fra satellitten, med dets udbredelseshastighed.<\/p>\n\n\n\n For at finde ud af, hvor lang tid radiosignalet var om at rejse, skal satellitternes og modtagernes ure indstilles til samme tid. Det skyldes, at de begge skal sende den samme kode ud p\u00e5 samme tid. Men mens urene p\u00e5 satellitterne er meget n\u00f8jagtige, er urene p\u00e5 modtagerne billige kvartsoscillatorer, som ikke er n\u00f8jagtige. Afstande med fejl p\u00e5 grund af synkronisering kaldes pseudoafstande. Forskellen i modtagernes ure er en anden ukendt faktor, som g\u00f8r det n\u00f8dvendigt at bruge mindst fire satellitter for at finde ud af, hvor modtagerne er.<\/p>\n\n\n Ved beregning af pseudoafstandene tages der h\u00f8jde for, at GPS-signalerne er svage og er neds\u00e6nket i den baggrundsst\u00f8j, der er forbundet med planeten i radiob\u00e5ndet. Denne naturlige st\u00f8j best\u00e5r af tilf\u00e6ldige impulser, som f\u00f8rer til, at GPS-modtagerne genererer en kunstig pseudo-tilf\u00e6ldig kode som et m\u00f8nster af udsving. I hvert \u00f8jeblik sender en satellit et signal med samme m\u00f8nster som den pseudo-tilf\u00e6ldige serie, der genereres af modtageren. Baseret p\u00e5 denne synkronisering beregner modtageren afstanden ved at flytte sin pseudo-tilf\u00e6ldige kode i tid, indtil den falder sammen med den modtagne kode; denne forskydning svarer til signalets flyvetid. Denne proces udf\u00f8res automatisk, kontinuerligt og \u00f8jeblikkeligt i hver modtager.<\/p>\n\n\n Selvom satellitternes hastighed er h\u00f8j (4 km\/s), kan deres \u00f8jeblikkelige position estimeres med en fejl p\u00e5 mindre end nogle f\u00e5 meter baseret p\u00e5 en forudsigelse af tidligere positioner i en periode p\u00e5 24 til 48 timer. Jordstationerne gennemg\u00e5r regelm\u00e6ssigt satellitternes atomure, to af c\u00e6sium og to af rubidium, og sender efemeriderne og korrektionerne af urene, da urenes pr\u00e6cision og stabiliteten af satellitternes bane er n\u00f8glen til GPS-systemets funktion.<\/p>\n\n\n Der er flere fejlkilder, som kan p\u00e5virke GPS-m\u00e5linger. Nogle af de vigtigste kilder er:<\/p>\n\n\n\n - Ionosf\u00e6risk forstyrrelse:<\/strong> Ionosf\u00e6ren best\u00e5r af et lag af elektrisk ladede partikler, som kan p\u00e5virke hastigheden af de radiosignaler, der passerer igennem den.<\/p>\n\n\n\n - Meteorologiske f\u00e6nomener:<\/strong> Vanddamp i troposf\u00e6ren, det lag, der er t\u00e6ttest p\u00e5 jordens overflade, kan bremse elektromagnetiske signaler og for\u00e5rsage fejl i GPS-m\u00e5linger, som er sv\u00e6re at rette op p\u00e5.<\/p>\n\n\n\n - Upr\u00e6cision i ure:<\/strong> Selv med omhyggelig justering og kontrol kan b\u00e5de GPS-satellitens atomur og modtagerens ur vise sm\u00e5 afvigelser.<\/p>\n\n\n\n - Uforudsete elektriske forstyrrelser:<\/strong> Elektrisk interferens kan for\u00e5rsage fejl i korrelationen af pseudo-tilf\u00e6ldige koder eller i beregningen af kredsl\u00f8b, hvilket f\u00f8rer til uoverensstemmelser p\u00e5 op til en meter.<\/p>\n\n\n\n - Multipath-fejl:<\/strong> GPS-signaler kan reflekteres fra overflader, f\u00f8r de n\u00e5r frem til modtageren, hvilket f\u00f8rer til fejl i den m\u00e5lte afstand. Det er en udfordring at minimere denne fejl, da den afh\u00e6nger af GPS-antennens omgivelser.<\/p>\n\n\n\n - Selektiv tilg\u00e6ngelighed (S\/A):<\/strong> Milit\u00e6ret introducerer bevidst denne fejlkilde og g\u00f8r den til den st\u00f8rste.<\/p>\n\n\n\n - Modtager-satellit-topologi:<\/strong> Det rumlige arrangement af synlige satellitter, der bruges til beregning af afstande, kan p\u00e5virke GPS-m\u00e5lingernes pr\u00e6cision. Avancerede modtagere kan \u00e6ndre fejlen i afstandsm\u00e5lingen.<\/p>\n\n\n\n Disse fejlkilder kan kategoriseres i dem, der afh\u00e6nger af satellitternes geometri, og dem, der ikke g\u00f8r. Selektiv tilg\u00e6ngelighed og urfejl p\u00e5virkes ikke af satellittens form, men ionosf\u00e6riske og troposf\u00e6riske forsinkelser og flervejsfejl p\u00e5virkes i h\u00f8j grad af satellittens form. Hver GPS-positionsm\u00e5ling har en v\u00e6rdi, der kaldes \"usikkerhed<\/a>\", som er baseret p\u00e5 alle de forskellige fejlkilder.<\/p>\n\n\n GPS-applikationer har mange anvendelsesomr\u00e5der, herunder navigationshj\u00e6lpesystemer, atmosf\u00e6risk og terrestrisk rummodellering og tidsm\u00e5ling med h\u00f8j pr\u00e6cision. Her er nogle eksempler p\u00e5 GPS-systemer, der bruges p\u00e5 civile omr\u00e5der:<\/p>\n\n\n\n - Unders\u00f8gelse af atmosf\u00e6riske f\u00e6nomener:<\/strong> GPS-signaler er nyttige i udviklingen af vejrforudsigelsesmodeller ved at analysere \u00e6ndringer i hastighed for\u00e5rsaget af vanddamp i troposf\u00e6ren.<\/p>\n\n\n\n - Lokalisering og navigation i ug\u00e6stfrie omr\u00e5der:<\/strong> GPS bruges til forskningsekspeditioner i sv\u00e6rt tilg\u00e6ngelige omr\u00e5der eller omr\u00e5der uden landem\u00e6rker. Det hj\u00e6lper med at uddybe kendskabet til polar- eller \u00f8rkenomr\u00e5der.<\/p>\n\n\n\n - Geologiske og topografiske modeller:<\/strong> GPS bruges af geologer til at studere tektoniske pladers bev\u00e6gelse og til at forudsige jordsk\u00e6lv. Det er ogs\u00e5 et grundl\u00e6ggende v\u00e6rkt\u00f8j inden for topografi til landm\u00e5linger og skov- og landbrugsopg\u00f8relser.<\/p>\n\n\n\n - Civilingeni\u00f8r:<\/strong> GPS bruges til i realtid at overv\u00e5ge deformationer af store konstruktioner, der uds\u00e6ttes for belastninger, f.eks. metal- eller betonkonstruktioner.<\/p>\n\n\n\n - Automatiske alarmsystemer:<\/strong> GPS bruges i alarmsystemer, der er forbundet med sensorer, som overv\u00e5ger transport af forurenende og letford\u00e6rvelige varer med h\u00f8j risiko. Alarmen giver mulighed for hurtig hj\u00e6lp til k\u00f8ret\u00f8jet.<\/p>\n\n\n\n - Synkronisering af signaler:<\/strong> Elbranchen bruger GPS til at synkronisere urene p\u00e5 sine overv\u00e5gningsstationer for at lokalisere mulige fejl i elforsyningen.<\/p>\n\n\n\n - Vejledning til fysisk handicappede:<\/strong> GPS-systemer er ved at blive udviklet til at hj\u00e6lpe blinde med at navigere gennem byen. Det unders\u00f8ges ogs\u00e5, om det kan bruges inden for turisme til at optimere ruterne mellem forskellige steder p\u00e5 en rute.<\/p>\n\n\n\n - Navigation og styring af k\u00f8ret\u00f8jsfl\u00e5der:<\/strong> GPS bruges til baneplanl\u00e6gning og styring af k\u00f8ret\u00f8jsfl\u00e5der af organisationer som politi, beredskabstjenester, taxistationer, kurertjenester og leveringsfirmaer.<\/p>\n\n\n\n - Civile luftfartssystemer:<\/strong> GPS bruges i den civile luftfart til at hj\u00e6lpe med navigation og landing. Dens betydning har f\u00f8rt til udvikling af systemer, der har til form\u00e5l at forbedre GPS'ens n\u00f8jagtighed.<\/p>\n\n\n\n - Uassisteret k\u00f8ret\u00f8jsnavigation:<\/strong> GPS er indbygget i DGPS-systemer til pr\u00e6cis man\u00f8vrering i omr\u00e5der med intens trafik, i autonome landk\u00f8ret\u00f8jer, overv\u00e5gning i fjendtlige milj\u00f8er og godstransport.<\/p>\n\n\n\n Med GPS-m\u00e5lingernes h\u00f8je pr\u00e6cision er der sket vigtige fremskridt i rummet i lave baner. Robotter kan nu udf\u00f8re farlige opgaver alene, som f.eks. at inspicere, reparere og samle kunstige satellitter.<\/p>\n\n\n I 1996 bestemte reglerne for GPS-systemer, at den selektive tilg\u00e6ngelighed ville blive afskaffet i 2006, og at endnu en frekvens ville blive indarbejdet til civil brug. Det betyder, at inden for f\u00e5 \u00e5r, GPS-satellitter sender civil kode p\u00e5 b\u00e5de L2- og L1-frekvenserne<\/a>. Dette vil skabe en redundans, der g\u00f8r det muligt at estimere ionosf\u00e6riske fejl og give en absolut modepr\u00e6cision svarende til, hvad der kan opn\u00e5s med differentielle teknikker. Signalet p\u00e5 L1-frekvensen vil forblive det samme, s\u00e5 de nuv\u00e6rende modtagere vil stadig kunne fungere.<\/p>\n\n\n\n Kontrolsegmentet vil blive forbedret med opstarten af et nyt kontrolsystem, der i \u00f8jeblikket er i designfasen, til ekspertstationen. Det vil omfatte op til i alt 20 overv\u00e5gningsstationer, hvilket vil resultere i en mere pr\u00e6cis styring af efemeriderne og satelliturene.<\/p>\n\n\n\n De nuv\u00e6rende GPS-, GLONASS- og GPS\/GLONASS-navigationssystemer er imidlertid ikke i stand til at opfylde de strenge sikkerhedsstandarder, der kr\u00e6ves til visse civile anvendelser, f.eks. flynavigation. Meddelelsen til brugeren om fejl i systemets drift kan tage fra et sekund, n\u00e5r fejlen opst\u00e5r i satellitten, til flere timer i tilf\u00e6lde, hvor kontrolsegmentet opdager fejlen.<\/p>\n\n\n\n For at l\u00f8se disse ulemper er Europa ved at udvikle EGNOS <\/a>(European Geostationary Navigation Overlay Service), som vil v\u00e6re i drift i 2003. Dette system vil opfylde sikkerhedsstandarderne for flynavigation ved at installere et netv\u00e6rk af 34 faste modtageantenner (RIMS) p\u00e5 landjorden for at modtage GPS-signaler og reducere positioneringsfejl. Disse signaler vil blive sendt til et kontrolcenter, hvor satellitoplysningerne vil blive kalibreret, idet man m\u00e5ler den mulige fejl for at korrigere den og sende den igen til 10 jordstationer. Derudover vil signalerne blive sendt til to nye geostation\u00e6re INMARSAT-satellitter i 35.000 km h\u00f8jde, som vil fungere som repeatere og sende signalerne videre til brugerne. B\u00e5de USA (WAAS: Bredt Omr\u00e5de Augmenteringssystem<\/a>) og Japan (MTSAS<\/a>: MTSAT Satellite-Based Augmentation System) arbejder p\u00e5 lignende tjenester.<\/p>\n\n\n\nBeregning af pseudorange<\/h3>\n\n\n
Jordstationer og atomure<\/h3>\n\n\n
Fejlkilder i GPS<\/h2>\n\n\n
GPS-applikationer<\/strong><\/h2>\n\n\n
Fremtiden for GPS<\/strong><\/h2>\n\n\n