Drie­maal is scheeps­recht

C’t Magazine - - Achtergrond | Galileo -

Na­vi­ga­tie­sa­tel­lie­ten wer­ken met een laag zend­ver­mo­gen (cir­ca 50 watt). Een GNSS-ont­van­ger pikt het zwak­ke breed­band­sig­naal van de sa­tel­lie­ten op. Dat ver­zuipt in de ruis en moet er­uit ge­fil­terd wor­den. Daar­toe ver­me­nig­vul­digt de ont­van­ger het sig­naal met een ont­van­ger­spe­ci­fie­ke co­de. Ver­vol­gens wor­den de ver­me­nig­vul­dig­de sig­na­len over lan­ge­re tijd ge­mid­deld. Op die ma­nier ver­dwijnt de ruis ge­mid­deld en komt het sig­naal te­voor­schijn.

Bol­door­sne­des

De ra­dio­sig­na­len van de sa­tel­lie­ten ver­plaat­sen zich blik­sem­snel, maar er ver­strijkt een meet­ba­re tijds­duur voor­dat ze op het aard­op­per­vlak op­ge­van­gen wor­den. Daar­mee kan de af­stand tot de sa­tel­liet be­paald wor­den. Een sig­naal van een GPS-sa­tel­liet recht bo­ven je heeft bij­voor­beeld zo'n 67 mil­li­se­con­den no­dig om cir­ca 20.000 ki­lo­me­ter te over­brug­gen.

De sa­tel­lie­ten zen­den hun sig­naal naar al­le kan­te uit met een spe­ci­fie­ke co­de die zo­wel de tijd van een atoom­klok als de po­si­tie op dat mo­ment be­vat. Een ont­van­ger die slechts één sig­naal ont­vangt, kan via het ver­schil tus­sen dat tijd­stip en het ont­vangst­tijd­stip de af­stand tot de sa­tel­liet be­re­ke­nen. Hij be­vindt zich dan op die af­stand van de sa­tel­liet, maar dat kan dan er­gens op een bol rond die sa­tel­liet zijn.

Als het sig­naal van een twee­de sa­tel­liet er­bij be­trok­ken wordt, kan de po­si­tie wor­den te­rug­ge­bracht tot een punt er­gens op de snij­cir­kel van twee bol­len. De af­stand van al­le ont­van­gers op die cir­kel tot de bei­de sa­tel­lie­ten is het­zelf­de. Met een der­de bol blij­ven er nog twee snij­pun­ten met die cir­kel over, maar één daar­van be­vindt zich niet op het aard­op­per­vlak. Daar­door zijn drie sa­tel­lie­ten in the­o­rie vol­doen­de om de lo­ca­tie van een ont­van­ger te be­pa­len.

Daar­bij moet je he­laas wel re­ke­nen op een fout­mar­ge van 300 ki­lo­me­ter om­dat de klok­ken in GPS­ont­van­gers op zijn best tot op een dui­zend­ste se­con­de nauw­keu­rig zijn. Pas als een vier­de sa­tel­liet­sig­naal ont­van­gen wordt, kan de ont­van­ger wor­den ge­syn­chro­ni­seerd met het GNSS-sys­teem en wordt een 3D-fix aan­ge­ge­ven. De GNSS-ont­van­ger moet een ver­ge­lij­king op­los­sen met vier on­be­ken­den: drie va­ri­a­be­len voor de lo­ca­tie (leng­te, breed­te en hoog­te) en de exac­te tijd. De ont­vangst van ex­tra sa­tel­liet­sig­na­len ver­min­dert de fout­mar­ge.

Sig­na­len uit ruis

Waar­om duurt de eer­ste fix zo lang? Dat heeft te ma­ken met de sig­naal­ver­wer­king. Een GPS-ont­van­ger maakt eerst uit de da­ta van een soort al­ma­nak een sa­tel­liet­tijd­sche­ma. Daar­uit kan hij af­lei­den wel­ke sa­tel­lie­ten op dat mo­ment zicht­baar zijn. Bo­ven­dien houdt hij re­ke­ning met even­tu­e­le Dop­pler-ef­fec­ten, of­te­wel fre­quen­tie­ver­schui­vin­gen die ont­staan door het voor­bij­vlie­gen van de sa­tel­lie­ten. Met cor­rec­tie­waar­den zoekt de ont­van­ger naar in de ruis be­gra­ven sa­tel­liet­sig­na­len en haalt hij de co­des er­uit die no­dig zijn voor de na­vi­ga­tie. Ook die co­des zijn door­gaans ver­scho­ven in tijd. Als ac­tu­e­le al­ma­nak­ge­ge­vens ont­bre­ken, duurt een po­si­tie­be­pa­ling veel en veel lan­ger. In GPS-jar­gon heet dat een 'kou­de start'. Als ex­ter­ne al­ma­nak­ge­ge­vens de po­si­tie­be­pa­ling ver­snel­len, bij­voor­beeld da­ta die een smartpho­ne via in­ter­net bin­nen­haalt, dan heet dat As­sisted-GPS, kort­weg A-GPS. Die be­vat­ten door­gaans de da­ta voor vijf tot tien da­gen en be­slaan slechts en­ke­le ki­lo­by­tes.

Dat smartpho­nes een po­si­tie vaak snel­ler aan­ge­ven dan zelf­stan­di­ge na­vi­ga­tie­sys­te­men, komt door­dat ze nog meer ge­ge­vens kun­nen ge­brui­ken. Mo­bie­le zend­mas­ten zor­gen bij­voor­beeld voor een glo­ba­le plaats­be­pa­ling. Ver­der kan een smartpho­ne da­ta­ba­ses waar­in de po­si­ties van WiFi-toe­gangs­pun­ten wor­den bij­ge­hou­den (bij­voor­beeld Na­vi­zon en Sky­hook) ge­brui­ken voor een nauw­keu­ri­ge­re plaats­be­pa­ling. Pas en­ke­le se­con­den la­ter ko­men daar de GNSS­ge­ge­vens bij.

Newspapers in Dutch

Newspapers from Netherlands

© PressReader. All rights reserved.