2. Hva er et
satelittnavigasjonssystem?
-Litt historikk…
• Navigasjonssystem som baserer seg på
satellitter i bane rundt jorden
• Historisk utvikling fra 1970-tallet
• GPS gjort tilgjengelig for sivil bruk fra 1980-
tallet, fullt operativt fra 1994.
• Nøyaktigheten har blitt gradvis bedre
Siste generasjon GPS-satelit, block IIIA.
Foto: US Air Force CC0
3. Hvordan fungerer en
GPS-mottaker?
• Som en krysspeiling med 3 eller flere
kjente avstander, GPS må motta
signal fra minst 4 satellitter for å
beregne posisjon i 3D
• Satellittmottakeren måler hvor lang
tid signalet fra de forskjellige
satellittene bruker fra det sendes ut
fra satellitten til det ankommer
mottakeren.
• Satellittenes posisjon er kjent
• Radiosignal beveger seg med 300 000
km/s – tilnærmet lysets hastighet,
med utgangspunkt i dette kan så
mottakeren beregne hvor langt unna
de forskjellige satellittene er.
4. «Min posisjon er ---»
«Klokken er ---»
GPS-mottaker måler tiden signalet
bruker fra satellitten til mottaker,
og beregner avstand fra satellitten.
Dette gir en stedlinje
6. Hva må til?
• For å få en fullverdig posisjon må minst 4 satellitter
være synlige.
• Jo flere satellitter, desto bedre.
• De fleste mottakere har minst 12 kanaler, det vil si at
de kan følge opp til 12 satellitter samtidig.
• Mange av dagens mottakere tar i mot signaler både
fra GPS og andre systemer
• Vanlig android-telefon har GPS og Glonass-mottaker,
og hadde 20 synlige satelitter i Tromsø en vanlig
tirsdag
7. Svakheter, feilkilder og begrensinger ved systemet
• Du trenger strøm!
• Selv om systemer er svært robust kan det være utsatt for solstormer
o.l.
• Man trenger å se himmelen for å se satellittene! Hvis store deler av
himmelen er dekket til kan dette skape store problemer. Eksempler på
slike situasjoner kan være inne i en trang fjord med høye fjell, mens
man ligger under riggen o.s.v.
• Dette ser vi litt nærmere på
8. DOP – Dilution Of Precision
• DOP (kan være hdop,
vdop, pdop, gdop) er en
verdi mottakeren
regner ut som er basert
på antall synlige
satellitter og hvor godt
de er spredt ut. Jo
bedre satellittene er
spredt over den synlige
delen av himmelen,
desto bedre posisjon og
lavere DOP
• Lav DOP = god posisjon!
• Tenk krysspeilinger…
Lav DOP =
God posisjon
Høy DOP =
Dårlig posisjon
11. • 12 kanalers GPS
• 9 synlige satellitter
• DOP = 2,06
• Få satellitter over
horisonten i nord, GPS
har dårligere dekning i
polare områder.
12. GPS språk og forkortelser
• COG - Cource Over Ground = CMG - Cource Made Good = Rettvisende
beholden kurs (over bunnen)
• VMG - Velocity Made Good = resulterende hastighet mot målet (når
du ikke står rett på, for eksempel under kryss).
• CTS - Cource To Steer = Kurs til et gitt punkt, for eksempel neste
Waypoint
• WP – Waypoint = Punkt for kursendring
• CRS = Cource = Kurs
• BRG = Bearing = Peiling
• XTE - Cross Track Error = avvik til styrbord eller babord for kurslinjen.
13. GPS språk og forkortelser 2
• SOG - Speed Over Ground = beholdt fart (over bunnen)
• DTG - Distance To Go = gjenværende distanse til målet eller neste WP.
• DIST - Distance = distanse.
• RNG – Range = Avstand, gjerne under plotting
• TTG - Time To Go = beregnet seilingstid til et gitt punkt (med den
VMG som holdes i øyeblikket)
• ETA - Estimated Time of Arrival = beregnet ankomsttid.
• UTC - Universal Time Corrected, eller bare UT - Universal Time =
Standardtid (Tidligere GMT.)
14. Navstar GPS – space segment
• Eies og drives av det amerikanske forsvaret.
• http://www.gps.gov/systems/gps/space/#IIF
• Består av minst 24 operative satellitter i bane
rundt jorda. Per i dag er det 31 operative
satellitter
• Satellittene går i bane ca 20200 km over
jordoverflata. Satellittene går i polare baner og
skjærer ekvator med en vinkel på 55 grader.
• Satellittene bruker ca 12 timer på en runde
rundt jorda
• Hver av satellittene inneholder en atomklokke
• Man skal til en hver tid og over alt ha minst fire
satellitter over horisonten
Illustrasjon: NASA/Robert Simmon
15. Navstar GPS – Control
segment
• Hovedkontrollsenteret MCS ligger i
Colorado, USA.
• I tillegg ligger det en rekke
målestasjoner rundt om i verden som
tar ned data fra satellittene og sender
videre til MCS
• MCS overvåker satellittenes posisjon og
helse, og sørger for at oppdaterte data
om satellittenes posisjon distribueres
tilbake til satellittene
16. Andre systemer - Glonass
• Russisk system med 24 operative satellitter siden
2011
• Satellittene befinner seg i en sirkulær jordbane i 19
100 km høyde med 64,8 graders inklinasjon og
omløpstid på 11 timer og 15 minutter. Banen gjør
systemet spesielt godt egnet for posisjonering ved
høye breddegrader (nord eller sør), der det kan være
vanskelig å få gode GPS-signaler.
• Mange mottakere kan motta signaler fra både GPS og
Glonass.
• Har ellers hatt mindre kommersiell utbredelse enn
GPS tidligere.
• http://glonass-iac.ru/en/
17. Andre systemer - Galileo
• Sivilt europeisk system utviklet av EU
• Uavhengig av de militært styrte GPS og Glonass-
systemene.
• Skal gi nøyaktighet ned mot en meter!
• 24 operative satellitter, i bane 23 222km over
jorda, skjærer ekvator med 56 grader.
• Operativt fra desember 2016
• http://www.esa.int/Our_Activities/Navigation/T
he_future_-_Galileo/What_is_Galileo
18. Andre systemer - Beidou
• Kinesisk utviklet system
• Global dekning og delvis operativt fra desember 2018
• Skal være fullt operativt fra 2020
• Skal gi bedre nøyaktighet enn alle andre GNSS
• Skal ha 35 satelitter
19. Differensiell GPS
• Samlebetegnelse for en rekke systemer som skal korrigere GPS-signalene og gi
bedre posisjonsnøyaktighet.
• Fram til år 2000 hadde sivile brukere av GPS bare en nøyaktighet på ca 100 meter.
Dette fordi signalene ble bevisst gjort dårligere!
• Diff-systemer ble opprettet for å korrigere denne feilen
• Korreksjonene kan bli sendt ut både på radio (dette var vanlig frem til år 2000) og
per satellitt.
• Diff-korreksjoner per radio sendes på frekvenser ca 300 kHz
• Eksempel på satelittbasert diff-GPS er det europeiske EGNOS-systemet.
• EGNOS består av sensorer rundt om i Europa som finner unøyaktigheter i
signalene fra de forskjellige satellittene, utarbeider korreksjoner, og sender de ut
via egne satelitter!
• Gir en nøyaktighet på ca 1,5 meter.
• USA har et tilsvarende system, det kalles WAAS
20. Feilkilder
• En GPS-mottaker har ingen bevegelige deler, og er i utgangspunktet
tilnærmet vedlikeholdsfri.
• Men, den har flere deler som er utsatt for slitasje
• Antenne
• Antennekabel! Hvis man får lekkasje inn i en antennekabel vil det
kunne svekke signalet kraftig
21. Helt til slutt – hvor nøyaktig er nå GPS?
• For våre formål – navigasjon langs kysten – er selv den enkleste GPS-
mottaker mer enn nøyaktig nok.
• Forutsatt OK DOP kan man regne med en nøyaktighet på bedre enn
20 meter.
• I sin brosjyre for GP-150 (en ekstremt utbredt GPS fra Furuno) sier de:
22. Er det nøyaktig nok til alle formål?
• For vanlig navigasjon: Ja.
• Men hva med fly?
• Eller avanserte offshore-operasjoner?
23. Oppsummering
• Navigasjonssystemer med min 24 satellitter i bane ca 20000 km over
jordoverflaten
• 4 satellitter nødvendig for 3D posisjon
• Mange forkortelser…
• Fantastisk hjelpemiddel, men har sine begrensinger
