Bilde av en satellitt Satellitter.no
Simplicatus
Banene til GPS satellittene (Illustrasjon: FAA)
Banene til GPS satellittene (Illustrasjon: FAA)

GPS (Global Positioning System)

Har du noen gang lurt på hvor du er? En GPS kan gi deg posisjonen din på jordkloden. Ved hjelp av 24 satellitter som går i bane rundt jorda vil en håndholt GPS kunne si deg hvor du er med en nøyaktighet på opp til noen få meter. For GPS-mottakere som brukes til landmåling er nøyaktigheten på noen få millimeter.

Levetiden til GPS satellittene har vært lenger enn forventet.Derfor hender det at flere enn 24 satellitter er operative. Satellittene kan også være ute av drift til tider, og antall operative satellitter forandres dermed over tid.

GPS er et satellittbasert navigasjons- og posisjoneringssystem som tilhører det amerikanske militæret. GPS systemet består av tre deler: Romdelen, brukerdelen og kontrolldelen.

Romdelen består av 24 satellitter som går i bane ca. 20 200 km over jordoverflata, samt raketter og utstyr for å skyte dem opp. Det er seks baner som hver har fire satellitter. Hver satellitt har en omløpstid rundt jorda på ca. tolv timer. Plasseringen av banene og satellittene gjør at det til enhver tid vil være mulig å bestemme mottakerens posisjon ved å motta signaler fra 4 til 12 satellitter.

Prinsipp for GPS mottak
Tilgang til fire satellitter gir posisjon i
x, y og z-retning og tid (Illustrasjon: NASA)
Posisjonen til mottakeren blir gitt i tre koordinater for eksempel X, Y og Z. Disse koordinatene refererer til en posisjon på en ellipsoide (WGS84 ellipsoiden) som er en matematisk modell for jordkloden. For å bestemme tre koordinater, trenger man i teorien bare å motta signaler fra tre satellitter. Metoden som brukes, gjør derimot at en trenger signaler fra minimum fire satellitter. Mottakerne måler avstanden til satellittene ved at det sendes ut et signal fra satellitten ved et spesielt tidspunkt. På det samme tidspunktet genererer mottakeren det samme signalet. Når mottakeren registrerer signalet fra satellitten, kan den måle forskjellen fra det signalet den selv lagde og finne reisetiden til signalet og dermed også avstanden fra satellitt til mottaker.

For at dette målesystemet skal virke, er det viktig at klokkene i satellittene og i mottakerne viser samme tid. En klokke med en slik nøyaktighet (en atomisk klokke) koster fra 300 000 kr til 600 000 kr. Det sier seg selv at vanlige brukere ikke har mulighet for å betale for en slik klokke til sin mottaker. Derfor er det bare satellittene som har slike dyre og nøyaktige klokker. Mottakeren vil justere sin tid ved å måle mot fire eller flere satellitter. Det er også slik at desto flere satellitter en får signal fra, og jo bedre spredt over himmelen de er, desto bedre blir nøyaktigheten ved posisjonsberegningen.

Satellittene sender ut signaler på to frekvenser kalt L1og L2. En må bruke minst to frekvenser for å bli kvitt forsinkelser som oppstår på signalets reise gjennom ionosfæren. Denne forsinkelsen er den største feilkilden i posisjonsmålinger. Signalene som sendes ut inneholder blant annet identifikasjon til hvilken satellitt som har sendt signalet, tiden for når signalet ble sendt og korreksjoner for denne, informasjon om statusen til satellitten og informasjon om banen som satellitten har.

GPS mottaker
GPS mottaker (Bilde: NASA)

Brukerdelen består av alle som har en mottaker som kan tolke signaler fra GPS-satellitter. Det finnes ulike typer mottakere som har ulik nøyaktighet, fra noen millimeter til noen meter. Ved bruk av GPS til navigasjon, får brukeren sin posisjon målt i sann tid. Dette er mindre nøyaktig enn posisjon målt og observert over et tidsrom, som for eksempel er metoden som brukes ved landmåling og andre operasjoner som krever høy nøyaktighet (millimeternivå).

Kontrolldelen består av fem bakkestasjoner som er spredt rund på jorda. Disse stasjonene kommuniserer kontinuerlig med satellittene og kontrollerer at de virker som de skal. Bakkestasjonene sender også opp banedata til satellittene, som igjen formidles videre til mottakerne.

En kort film på engelsk om hvordan GPS-systemet virker.

Visste du at..?
Jorda er ikke kulerund. GPS bruker en ellipsoidemodell (en flattrykt kule) til posisjonsberegning. Dette er bare en modell for jordkloden og det er fortsatt diskusjon om hvilken form jordkloden har.

Tilbake til toppen


Galileo

Banene til Galileo satellittene
Banene til Galileo satellittene
(Illustrasjon: ESA-J. Huart)
Galileo skal i løpet av 2008 være Europas eget globale satellittbaserte navigasjonssystem. Norge har med sitt medlemskap i den europeiske romorganisasjonen (ESA) vært med i definisjonsfasen av prosjektet og norske aktører er også med på utviklingen av Galileo systemet. Den største forskjellen mellom GPS og Galileo er at Galileo skal operere under sivil kontroll. Det vil si at det ikke er militæret i et land som har styring over systemet og kan slå av systemet i en eventuell krigssituasjon. En annen viktig forskjell er en søk- og redningsfunksjon som Galileo satellittene vil være utstyrt med. Hver satellitt vil være utstyrt med en installasjon som vil sende signaler fra brukere i nød til en redningssentral som vil sette i gang en redningsoperasjon. Brukeren vil motta et signal om at nødsignalet er registrert og at hjelp er underveis.

Det er planlagt at mottakere av GPS signaler også skal kunne ta imot signaler fra Galileo satellitter og omvendt. Dermed vil mottakerne få 30 nye satellitter som de kan motta signaler fra (27 operative satellitter og 3 reserve). Dette vil gi en forbedring i nøyaktigheten av målingene særlig i daler og storbyområder. Det skyldes at en må ha fri sikt til satellitten for å kunne motta signal fra den. I trange daler og i storbyområder vil den frie sikten være begrenset og en vil dermed ha tilgang til færre satellitter. Med flere satellitter i omløp, vil en få tilgang til flere satellitter. Plasseringen av banene til Galileo satellittene har også stor betydning for norske brukere. GPS satellittene har en helning på 55 grader med ekvator som gjør at områder i nord har liten dekningsgrad. Satellittbanene til Galileo satellittene vil få en helning på 56 grader og banen til satellittene vil være på ca. 23600 km over jordoverflata. Dette vil gjøre at nøyaktigheten blir større og en får en større dekning i de nordligste områdene.

Den første Galileo satellitten ble sendt opp 28. desember 2005. Den skal brukes til å teste teknologien som er benyttet. I løpet av 2006 skal det sendes opp enda tre eksperimentelle satellitter og innen 2008 skal alle Galileo satellittene være operative.

Animasjon på engelsk om Galileo

Visste du at..?
Når du ser nordlys på himmelen, bør du passe deg for å bruke GPS til posisjonsbestemmelse. Forstyrrelsene som oppstår i ionosfæren kan påvirke signalene fra GPS-satellittene slik at posisjonen blir mindre nøyaktig.

Tilbake til toppen

Logofoto: NASA/JPL-Caltech.