GPS toegelicht

Nauwkeurigheid van GPS en foutoorzaken

Met het global positioning system (GPS) kunt u met de grootst mogelijke nauwkeurigheid uw locatie, hoogte en snelheid bepalen. Toch kunnen zich fouten voordoen wanneer een ontvanger de GPS-signalen van de constellatie van satellieten boven ons uitleest. Dit is iets waar u rekening mee moet houden.

De hoofdoorzaak van GPS-fouten is een onnauwkeurige tijdwaarneming door de klok van de ontvanger. Aan de hand van microgolven van minimaal drie satellieten die zich verplaatsen met de snelheid van het licht, berekent de in de ontvanger geïntegreerde computer de positie, hoogte en snelheid van de ontvanger.

Kleine afwijkingen tussen de klok van de GPS-ontvanger en de GPS-tijd, die het hele global positioning system synchroniseert, kunnen betekenen dat de berekende afstanden fluctueren. Voor dit probleem zijn er twee oplossingen. De eerste oplossing is dat in elke ontvanger een atoomklok wordt gebruikt, maar deze kost 100.000 dollar. De fout in de tijdmeting kan ook met een slim wiskundig trucje opgelost worden: de signalen van drie of meer satellieten worden door de ontvanger gedetecteerd, waarna deze zijn klok goed zet. Deze laatste oplossing is het minst kostbaar en wordt toegepast door fabrikanten van satellietnavigatie.

Een andere intrinsieke foutoorzaak in GPS houdt verband met de werking van het systeem. GPS-ontvangers analyseren drie signalen van satellieten in het systeem en bepalen hoe lang elk signaal erover deed om de ontvanger te bereiken. Op deze manier kan de ontvanger een trilaterale berekening uitvoeren en de exacte locatie van de ontvanger vaststellen. De signalen worden met een specifieke snelheid door de satellieten uitgezonden.

Helaas is de elektronische detector in standaard GPS-apparatuur tot op slechts één seconde van een bittijd nauwkeurig. Dat is ongeveer 10 miljardsten van een seconde (10 nanoseconden). Aangezien GPS-microgolfsignalen zich met de snelheid van het licht verplaatsen, levert dit een afwijking van circa drie meter op. Standaard GPS-apparatuur kan de positie dus niet op minder dan drie meter nauwkeurig bepalen. Geavanceerde GPS-ontvangers voor militaire toepassingen zijn tienmaal nauwkeuriger, tot op wel 300 millimeter.

Andere fouten zijn het gevolg van atmosferische storingen waardoor de signalen verstoord worden voordat ze een ontvanger bereiken. Ook reflecties van gebouwen en andere grote, vaste objecten kunnen problemen met de nauwkeurigheid van GPS opleveren. Bovendien kunnen zich problemen voordoen met betrekking van de nauwkeurigheid van de tijdmeting en de gegevens aan boord van een specifieke satelliet. Deze problemen worden omzeild door GPS-ontvangers die consistente gegevens proberen te krijgen door meer dan drie satellieten te volgen.