GPS & Beyond, part 1: What the hell is it?

Zoals eerder gezegd, is het aantal artikels dat navigatie met GPS aanhaald onnoemelijk gestegen. Het begint haast ‘bigger is better proporties’ aan te nemen en als we de reclame hier en daar moeten geloven bent u zonder GPS een loser. Face it. Kaarten zijn outdated, een LCD schermpje met een pointer is cool. Of niet?

In onze reeks artikels ‘GPS & Beyond’ benaderen we het fenomeen Global Positioning System (GPS) vanuit de typische MOTOR-EUROPE.COM hoek.
Tegen alle logica in mag u artikels verwachten die niet gaan over vergelijkingen van GPS units, AutoRouting navigatie systemen en ‘Hoe sluit ik mijn GPS aan op mijn Intercom’, want, om eerlijk te zijn: het interesseert ons gewoonweg niet!

Laten we alleszins al één groot probleem uit de wereld verhelpen. De terminologie. Er zijn drie zaken die u kan verwachten als u een GPS unit gaat kopen.
U wordt overstelpt met moeilijke termen, of... U krijgt basisuitleg en een folder in de hand om thuis even door te nemen (om vervolgens te zien dat u daar termen ziet staan waar men u nooit iets van gezegd heeft), of... In het laatste geval heeft u geluk, u loopt een specialist tegen het lijf die alles vertelt dat u moet weten en zorgt dat u als een volleerde consument de winkel verlaat met een gevoel van verrijking.
Wij kunnen u alvast garanderen dat het derde geval de utopie benadert.

WAAS dat?

De terminologie die rond GPS hangt is werkelijk een cafégangers natste droom. Uitpakken bij de medetechneuten is voortaan kinderspel. Van basistermen als Waypoints, Tracks, Routes, Basemaps tot WAAS, NMEA 0183, DGPS, Map Datums... Het stopt niet. Een GPS Unit folder bevat meer vieze woorden dan welk boekje dan ook, vooral als u niet weet waarvoor ze staan.
Laten we beginnen met de basis. GPS is meer dan alleen een afkorting. Het Global Positioning System is gebaseerd op drie belangrijke zaken. Als één van die zaken weg valt kan u opnieuw de landkaart en het kompas bovenhalen!

De meeste mensen weten al dat GPS satellieten gebruikt om de positie te bepalen. Dit is voor een deel correct.
Er zweven momenteel om en bij de 27 satellieten rondom de aarde. Volgens de oorspronkelijke opstelling worden 21 satellieten gebruikt voor navigatiedoeleinden, en dienen er drie als back-up, mochten er de geest geven.
Er zijn 6 banen waarin meerdere satellieten geplaatst zijn (bekijk onze gepikte tekening!), een satelliet heeft 11u en 58 minuten nodig om 1x rond de aarde te cirkelen.
Nu bestaat er best de kans dat een of andere groene beweging terstond een actie wil beginnen tegen ruimtevervuiling met satellieten, maar... Het ‘grote’ aantal satellieten is nodig omdat men minstens 4 satellieten wil voorschotelen voor het bepalen van de locatie, waar op de aardbol u zich ook bevindt. Behalve in een kelder of een afgesloten ruimte, want daar werkt de ontvanger niet.

Hoe zit het met die twee andere zaken?
Een ander belangrijk aspect – dat weinig invloed heeft op de navigatie op zich – zijn de grondstations die controleren of de satellieten goed functioneren. Deze stations monitoren 24u/24u de status van de satellieten, of ze op de correcte plaats staan en corrigeren waar nodig. Deze stations zijn op vastgelegde locaties geplaatst zodat een perfecte controle over de verschillende satellieten mogelijk is.
Zo een satelliet is trouwens geen hoop oud ijzer. Elke satelliet heeft een motor en ontvanger, zodat het grondstation correcties kan doorgeven als de positie niet 100% correct is, een zender om het signaal naar de GPS ontvanger (uw GPS unit dus) door te sturen, atoomklokken om een precieze tijd te garanderen en zonnecellen om het geheel aan de praat te houden.

Ok nice, maar hoe weet mijn GPS ontvanger waar ik zit?

Eenvoudig gezegd: de GPS ontvanger weet waar u zit door te meten op welke afstand u zich van de satellieten bevindt en berekend op basis daarvan uw exacte locatie. Dit gebeurd aan de hand van de tijd die in beslag wordt genomen vooraleer er een antwoord komt op het verzonden signaal. Helaas bewegen de satellieten, dit wordt echter gecompenseerd door het meesturen van extra informatie zodat de positie kan berekend worden relatief van uw ontvanger.
Op basis van de gegevens van één satelliet weet de ontvanger wel dat hij ergens op de aardbol gepositioneerd is op XXX km van die eerste satelliet. Door het signaal van een tweede satelliet toe te voegen weet de GPS ontvanger dat hij zich bevindt in de regio die valt tussen het snijpunt van beide cirkels. Voeg een derde satelliet toe en de GPS kan perfect berekenen waar hij zich bevindt, namelijk het snijpunt van de drie cirkels. De tweede figuur moet enige duidelijkheid brengen. In het geval van twee satellieten bevindt u zich ergens in het vlak waar 'A' staat. In het tweede geval - bij drie satellieten dus - heeft de GPS ontvanger het snijpunt gevonden en bevindt u zich ongeveer op die plaats.

U zal gemerkt hebben dat we hier slechts over drie satellieten praten. Waarom spreekt men in de folders van GPS ontvangers steeds over “kan signalen van 12 satellieten” ontvangen?
De berekening van de locatie op basis van drie satellieten is helaas onderhevig aan fouten.

Hoe komt dit? Op het moment dat de GPS ontvanger een signaal terugkrijgt bevat dat signaal een bericht met daarin de tijd dat het bericht door de satelliet werd verstuurd. Door van de huidige tijd - die op uw GPS ontvanger dus – de tijd af te trekken van het bericht – die van de satelliet – kan het verschil berekend worden en dus zo de correcte afstand. Helaas kan dit verschil zo minimaal zijn dat de GPS ontvanger het niet volledig juist kan berekenen. De Satelliet heeft wel een atoomklok aan boord, maar de GPS ontvanger niet!

Hier biedt de vierde - en eventueel bijkomende satellieten - een oplossing. De vierde satelliet zal weergeven dat er een fout zit in de afstandsberekening, omwille van de te beperkte klok. Door echter de gegevens steeds opnieuw te berekenen op basis van verschillende satellieten kan de GPS ontvanger uiteindelijk de juiste - en correcte! - positie bepalen. Op het moment dat u dus met de GPS ontvanger rondrijdt is de ontvanger permanent de afstand opnieuw aan het berekenen ten opzichte van de door hem gevonden satellieten. Concreet wil dit zeggen dat de ontvanger op basis van zijn ‘fix’ – namelijk de door de ontvanger gevonden satellieten – de positie herberekent.

Koude start? Heeft mijn GPS ontvanger een choke?!

Wat vaak op een brochure terugkomt is de positietijd of een koude of warme start van de GPS ontvanger. Wil dit concreet zeggen dat de GPS ontvanger moet ‘opwarmen’? Niet echt. Op het moment dat de GPS ontvanger wordt aangezet voor een eerste maal in een nieuwe omgeving zal de ontvanger zijn positie trachten te berekenen op basis van de satellieten die hij in de nabijheid vindt. Voor een succesvolle ‘koude start’ heeft de ontvanger drie gegevens nodig, waaronder een relatief correcte bepaling van zijn positie en een relatief correcte bepaling van de tijd. Deze gegevens noemen ‘ephimeris data’ en worden elke 30 seconden door de satellieten verzonden. Het verzenden van deze datapakketten is echter aan de trage kant: 50 bps (bits per seconde) en neemt bij gevolg ongeveer 18 seconden in beslag. Concreet wil dit zeggen dat het bekomen van deze gegeven van drie satellieten 36 of meer seconden in beslag kan nemen op voorwaarde dat er nergens een storing is. Eens deze ‘ephimerische data’ ontvangen is kan de GPS ontvanger in 45 seconden tijd een correcte positiebepaling berekenen volgens de methode die we hierboven hebben uitgelegd. Eens de GPS ontvanger zijn ‘fix’ heeft bekomen wordt de positie elke seconde (dit hangt af van de ontvanger) opnieuw berekend.
Een warme start heeft vaak een kortere tijdspanne nodig. Als er op de brochure van een GPS ontvanger staat ‘Warme start 15 seconden’ wil dit niks anders zeggen dat de GPS ontvanger binnen de 15 seconden een accurate positie kan bepalen, na bvb de ontvanger kort uit en weer in te schakelen.
Hoe komt dit? De ontvanger bewaard namelijk de ephimerische data van de vorige koude start en kijkt of deze nog kan gebruikt worden, namelijk of de satellieten nog aanwezig zijn en of de gegevens nog gelden. De ephimerische data wijzigt elke 2 uur en is 4 uur geldig, vandaar de mogelijkheid tot de warme start.
Het bepalen van positie kan ook nog op een andere manier bij bepaalde GPD ontvangers: op basis van Autolocatie. De Garmin units beschikken over deze optie. Concreet wil dit niks anders zeggen dan ‘kijk in de lucht of er satellieten te gebruiken zijn’. Dit neemt uiteraard meer tijd in beslag en kan 2 minuten of zelfs langer duren.

What’s next?

Na deze hele brok informatie mag u uiteraard een volgende deel verwachten. ‘We have only scratched the surface’ zoals men wel eens zegt.
In het volgende artikel over GPS gaan we de nauwkeurigheid van de ontvanger in detail bekijken, de verschillende technologieën en de opties van de verschillende GPS ontvangers.
GPS & Beyond gaat over enkele delen gespreid worden, wat u nog mag verwachten: welke GPS unit is goed voor mij, ...
Kortom, we wensen u nog veel leesplezier in de toekomst, en hopen dat u werkelijk wijzer wordt uit onze artikels!

Bron: motor-europe.com