Principe afstandmeting

Satellieten sturen radiogolven naar de aarde. Hieruit wordt de afstand tussen de satelliet en de ontvanger afgeleid. De afstand wordt bepaald aan de hand van de looptijden van de radiogolven. De snelheid van radiogolven is 300.000 km/sec (de lichtsnelheid). De satellieten zenden de informatie op twee frequenties uit. Op deze radiogolven zijn digitale codes opgeslagen. De radiogolven bevatten informatie over de huidige tijd van de satelliet en de plaats van de satelliet (X, Y en Z-coördinaat van de huidige positie). De exacte tijd van verzenden is nodig om de afstand tussen de satelliet en de ontvanger te bepalen. Deze afstand kan bepaald worden door het tijdsverschil tussen verzenden en ontvangen te vermenigvuldigen met de lichtsnelheid. Aangezien de radiogolven zich verplaatsen met lichtsnelheid resulteren kleine afwijkingen in de huidige tijd van de satelliet direct in grote afwijkingen in de bepaalde afstand. Dit is de reden dat een satelliet aan boord beschikt over meerdere atoomklokken voor een juiste tijdsbepaling. Daarnaast kan het signaal vertraging ondervinden als gevolg van wisselende atmosferische omstandigheden, deze vertraging kan een fout veroorzaken die gelijkstaat aan enkele meters. 

 

Specifieke plaatsbepaling

Voor een goede plaatsbepaling is voldoende dekking van satellieten nodig. Daarom moet een satelliet constellatie minimaal 20 werkende satellieten tot zijn beschikking hebben. Hieronder een opsomming van satellieten stelsels met hun beschikbare aantal satellieten. 

  • NAVSTAR-GPS beschikt over 24 satellieten;
  • GLONASS beschikt over 22 satellieten;
  • Galileo zal over 27 satellieten gaan beschikken.


In theorie kan een ontvanger van maximaal 10 satellieten een signaal ontvangen (10 staat gelijk aan de helft van de satellieten in een satelliet stelsel). In de praktijk is dit vaak niet haalbaar door de aanwezigheid van obstakels, zoals bomen, gebouwen en gebergte. Indien de afstand tussen een satelliet en de ontvanger bepaald is dan kan een denkbeeldige cirkel over de aarde worden getrokken, waarbij de satelliet het middelpunt is en de straal gelijk is aan de bepaalde afstand. Deze cirkel geeft aan in welk geografisch gebied de ontvanger zich kan bevinden. Om een geografische punt op aarde te kunnen bepalen zijn meerdere satellieten nodig. Bij twee satellieten snijden de cirkels van beide satellieten elkaar bij twee punten, een punt licht op de aarde en het andere in het heelal. Voor een juiste bepaling van de plaats is een derde satelliet nodig. De plaats waar de drie cirkels elkaar snijden is het geografische punt van de ontvanger.

 


Afbeelding 2: Met drie satellieten is het mogelijk om een positie op aarde te bepaald. Positie op aarde staat gelijk aan het snijpunt van de 3 satellieten. Bron: (Schans, 2011)

Bij hoogte bepaling is een vierde satelliet nodig. Daarnaast geld hier dat bij meerdere satellieten de nauwkeurigheid groter wordt. Met GPS plaatsbepaling kunnen lengte en hoogte metingen gedaan worden. Hierdoor kan het traditioneel meetwerk worden vervangen door nauwkeurige GPS-ontvangers. De processor en software die toegepast wordt bij de ontvanger werkt op elke plaats op elk moment razend snel, mits er voldoende satelliet signalen zijn. Mogelijkheden voor GPS-plaatsbepalingen zijn: 

 

  1. Landbouw
  2. Kartering infrastructuur, natuur en landschap
  3. Weg- en waterbouw
  4. Navigatie
  5. Volksgezondheid
  6. Veiligheid


(Schans et al, 2011)(Agrometius, 2012) (Sonsbeek, 2010) ( Garmin, 2012) 

Correctie signaal bij GPS

Tijdens de reis door de atmosfeer worden satellietsignalen beïnvloled, waardoor de nauwkeurigheid afneemt. Daarnaast verschilt de precisie afhankelijk van het aantal satellieten dat wordt ontvangen en de positie van de bewegende satellieten. Plaatsbepaling zonder correctiesignaal heeft een nauwkeurigheid van 5 meter – 15 meter over een perioden van 72 uur. (Schans et al, 2008) Voor een nauwkeurigere signaal en werking is een correctie signaal noodzakelijk. Er zijn verschillende correctiesignalen beschikbaar, met elk hun eigen nauwkeurigheid. Voor meer informatie hierover zie het onderdeel: Correctie signalen.