Zo werkt GPS

Veel auto’s zijn tegenwoordig uitgerust met een navigatiesysteem. Maar ook mobiele telefoons en handcomputers beschikken steeds vaker over zo’n systeem. Een navigatiesysteem helpt bij het bepalen van de route naar de bestemming. Om dat te kunnen doen is het om te beginnen van groot belang dat je weet waar je precies bent. Daarvoor is een GPS-ontvanger nodig. In dit artikel wordt uitgelegd wat GPS is, hoe GPS werkt en wat de toepassingsmogelijkheden zijn.

wat is GPS
GPS is de afkorting van de Engelse term “Global Positioning System”, wat in het Nederlands vertaald wordt als “Wereldwijd Plaatsbepalingssysteem”.Het systeem bestaat uit een groot aantal (minimaal 24) satellieten die in een baan om de aarde draaien. Deze satellieten zenden radiosignalen uit. Via een zogenaamde GPS-ontvanger kun je deze signalen op de grond ontvangen. De GPS-ontvanger kan aan de hand van de signalen met verbazingwekkende precisie bepalen waar de ontvanger zich bevindt.
Naast de satellieten en de GPS-ontvangers zijn er ook nog een aantal grondstations. Deze helpen bij het vaststellen van de locatie van de satellieten
Waaruit bestaat GPS?
Het meest spectaculaire onderdeel van het GPS systeem is het netwerk aan GPS satellieten dat in een baan om de aarde cirkelt. Het zijn er op enig moment minstens 24. De satellieten bevinden zich op een hoogte van ongeveer 20.200 kilometer. Ze bewegen met een hoge snelheid, waardoor ze elke twaalf uur een volledige baan om de aarde afleggen. Door het grote aantal satellieten en de grote hoogte waarop ze zich bevinden zijn er op elke plaats op aarde altijd minstens vier satellieten ‘in beeld’, maar meestal meer.
Hoe nauwkeurig is GPS?
GPS is heel nauwkeurig, maar je moet er toch rekening mee houden dat de positie die door de ontvanger wordt aangegeven tussen de 1 en 25 meter afwijkt van de werkelijke positie.

Hoe meer satellieten de ontvanger kan ontvangen, hoe nauwkeuriger de positiebepaling. De klok in de GPS ontvanger is namelijk minder nauwkeurig dan de atoomklokken in de satellieten, maar door middel van wiskundige formules en het signaal van minimaal 4 satellieten kan de ontvanger de onnauwkeurigheid opheffen en de exact juiste tijd vaststellen.

Werkt GPS overal?
Het GPS systeem werkt met satellieten die een radiosignaal uitzenden met een zeer klein vermogen (tussen de 25 en 50 Watt). Ter vergelijking, een gloeilamp is al snel 100 Watt, en een FM radiostation heeft een vermogen dat wordt uigedrukt in duizenden Watts of miljoenen Watts. Het radiosignaal heeft een frequentie van 1575,42 MHz (Megahertz). Weer even ter vergelijking, een radiostation dat je op een radio kunt ontvangen zendt uit met een frequentie tussen 88 en 108 MHz.

Door het lage vermogen en de hoge frequentie kan het signaal van de GPS satellieten niet worden ontvangen in een gebouw of onder de grond. Er moet als het ware een zichtlijn mogelijk zijn tussen de ontvanger en de satelliet. Vergelijk het met licht, dat kan niet door muren of rotsen. Het GPS signaal is zo zwak dat het zelfs problemen kan opleveren als je met je ontvanger in een dicht bos bent.

Waarvoor kan GPS gebruikt worden?
Een GPS ontvanger kan voor diverse toepassingen gebruikt worden. De meest eenvoudige toepassing is ook letterlijk de naamgever van het systeem: wereldwijd in staat zijn om precies te bepalen waar je bent. Als je weet waar je bent kun je die positie ook op een kaart afbeelden (veel GPS ontvangers doen dat automatisch aan de hand van een ingebouwde elektronische kaart).

Als vervolgens ook de bestemming bekend is (aan de hand van de kaart of de coördinaten) dan kan de GPS ontvanger een richting aangeven. Dat is een veel gebruikte manier waarop wandelaars of fietsers in de natuur hun route vinden, door een serie van tussenpunten van te voren uit te rekenen of op te zoeken, en die stuk voor stuk in het veld op te zoeken. De manier om aan die tussenpunten te komen is door gebruik te maken van een andere wandelaar of fietser die de route al eerder heeft afgelegd en onderweg op belangrijke punten (kruisingen of bochten) de locatie heeft vastgelegd. Een serie van die tussenpunten wordt een waypoint bestand genoemd. Voor veel wandeltochten of fietstochten kun je tegenwoordig waypoint bestanden kopen of zelfs gratis downloaden.

GPS wordt ook gebruikt in een navigatiesysteem in een auto. Dergelijke systemen hebben een gedetailleerde wegenkaart, die gebruikt wordt om een routebeschrijving te bepalen van vertrekpunt naar bestemming. Onderweg stelt het GPS deel van het navigatiesysteem voortdurend de actuele locatie vast, en past de routebeschrijving als dat nodig is aan.

Tenslotte kan GPS ook gebruikt worden als een soort universele klok. Zoals eerder beschreven stellen GPS ontvangers met behulp van vier of meer satellietsignalen de tijd vast. Die tijd kan gebruikt worden voor locatiebepaling, maar ook gewoon als klok.

Wat is satellietnavigatie?
Satellietnavigatie bestaat niet! Dat klinkt in eerste instantie raar, maar het is toch echt waar. De GPS-satellieten zenden alleen maar radiosignalen uit waarmee een GPS-ontvanger kan bepalen waar deze zich bevindt. Vervolgens kan met behulp van ingebouwde kaarten een route worden bepaald naar de bestemming, waarna het navigeren kan beginnen.

De satellieten hebben dus in feite vrijwel niets met het navigeren te maken, dat gebeurt met de computer in de ontvanger. De satellieten zenden alleen maar hun signaal uit, en hebben er ‘geen weet van’ of deze signalen worden ontvangen of waarvoor ze gebruikt worden.

Geschiedenis van GPS
Het GPS systeem is ontworpen en gemaakt door het Amerikaanse Ministerie van Defensie, als ondersteuning voor Amerikaanse legereenheden bij het bepalen van hun positie. De eerste satellieten werden gelanceerd in 1978, en in 1994 was het volledige aantal van 24 satellieten operationeel.

In de jaren 80 van de vorige eeuw is door de Amerikaanse overheid besloten om het systeem ook beschikbaar te stellen voor particulier en zakelijk gebruik. En het gebruik is nog gratis ook! Je moet natuurlijk wel een GPS-ontvanger of (auto)navigatieysteem aanschaffen.

Het Amerikaanse leger gebruikt als officiële naam niet GPS maar NAVSTAR, een afkorting voor “Navigation Satellite Timing and Ranging”.