2. Hvordan fungerer en
GNSS-mottaker?
• Som en krysspeiling med 3 eller flere
kjente avstander, GNSS 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.
3. «Min posisjon er ---»
«Klokken er ---»
GNSS-mottaker måler tiden
signalet bruker fra satellitten til
mottaker, og beregner avstand fra
satellitten.
Husk: Distanse = Tid x Hastighet
Dette gir en stedlinje
5. Hva er det GNSS finner?
• GNSS-mottakeren finner en
posisjon
• Dersom mottageren beveger
seg kan mottakeren med
utgangspunkt i endring i
posisjonen finne COG
• GNSS-mottakeren kan IKKE
finne kurs/heading
• For å finne det må man ha et
kompass
• En GNSS-mottaker er altså en
posisjonssensor, IKKE et
kompass
POS
N58°13’
E012°54’
COG
045°
HDG
???
6. 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
• I dag har vi flere forskjellige systemer
Siste generasjon GPS-satellitt, block IIIA.
Foto: US Air Force CC0
7. 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, Glonass, Galileo og
Beidou-mottaker, og hadde 46 synlige satelitter på
Senja en vanlig fredag
8. 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
9. 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
10. Utendørs – god
signalstyrke
Styrken på det radiosignalet du mottar
har også betydning for om mottakeren
klarer å benytte signalene.
I utgangspunktet er GNSS avhengig av fri
sikt til satellittene og fungerer dårlig
innendørs
11. Inne på kontoret –
svakere
signalstyrke
Styrken på det radiosignalet du mottar
har også betydning for om mottakeren
klarer å benytte signalene.
I utgangspunktet er GNSS avhengig av fri
sikt til satellittene og fungerer dårlig
innendørs
12. • 12 kanalers GPS
• 9 synlige satellitter
• DOP = 2,06
• Få satellitter over
horisonten i nord, GPS
har dårligere dekning i
polare områder.
13. Hvilke satellitter ser vi, og
hvor er de?
• Vi ser at det er synlige satellitter fra alle de globale
GNSS-systemene
• Alle systemene har satellittbaner med inklinasjon på
55-65 grader. Det betyr at satellittene aldri er lenger
nord enn 65 grader på jorda. Det er altså ingen
satellitter rett over polare områder
NP
Inklinasjonsvinkel
14. Vanlige forkortelser
• COG - Course Over Ground = CMG - Cource Made Good =
Rettvisende beholden kurs (over bunnen)
• SOG - Speed Over Ground = beholdt fart (over bunnen)
• WP – Waypoint = Punkt for kursendring
• CRS = Course = Kurs
• BRG = Bearing = Peiling
• XTE/XTD - Cross Track Error/Distance = avvik til styrbord eller babord for kurslinjen
• 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)
• DOP – Dilution Of Precision = Tall som GNSS-mottaker beregner som sier noe om kvalitet
på posisjon. Jo lavere tall, desto bedre posisjon
Disse forkortelsene
brukes på utstyr av
forskjellig slag, og
dere må vite hva
de betyr
15. 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 20.02.2020 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
for nøyaktig tid
• Man skal til en hver tid og over alt ha minst fire
satellitter over horisonten
Illustrasjon: NASA/Robert Simmon
16. 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
17. 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
• http://glonass-iac.ru/en/
18. 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/The_fu
ture_-_Galileo/What_is_Galileo
Bilde: ESA
19. 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 satellitter. Det som skiller Beidou fra andre
GNSSer er blant annet at de bruker både geostasjonære
satellitter og satellitter som går i forskjellige baner til å
sende ut posisjoneringssignaler
20. Differensiell GNSS
• Samlebetegnelse for en rekke systemer som skal korrigere
GNSS-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 satellittbasert diff-GNSS 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 satellitter!
• Gir en nøyaktighet på ca 1,5 meter.
• USA har et tilsvarende system, det kalles WAAS
Landstasjon genererer og
sender ut korreksjoner til
satellittenes signaler
21. Feilkilder
• En GNSS-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
22. Hvor nøyaktig er nå GNSS?
• 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:
23. Er GNSS nøyaktig nok til alle formål?
• For vanlig navigasjon: Ja.
• Men hva med fly?
• Eller avanserte offshore-operasjoner?
Oppsummering:
• Navigasjonssystemer med min 24 satellitter i bane ca 20000 km over
jordoverflaten
• 4 satellitter nødvendig for 3D posisjon
• Fantastisk hjelpemiddel, men har sine begrensinger
