FREQUENTIESTANDAARD
NOMINAAL :10.23 MHz
stabiliteit:1CT-^/dag
Het GPS-systeem laat toe de volgende onbekenden te
bepalen:
de driedimensionele plaats (qp, X, H) of (Xk, Yk, h);
de snelheid van de waarnemer: in het geval van de
geodesie is deze snelheid gelijk aan nul, maar het
systeem is ook bruikbaar aan boord van voertuigen,
schepen of vliegtuigen;
de tijd in een overeengekomen tijdschaal;
de basiscomponenten afstand en richting tussen
twee waarnemingsstations op het aardoppervlak.
4. Het werkingsprincipe van het GPS-systeem
4.1Inbreng van de satelliet
Elke GPS-satelliet heeft een frequentiestandaard, of
anders gezegd, een zeer stabiele oscillator, met een
nominale frequentie f 10,23 MHz, aan boord.
Van deze basisfrequentie worden afgeleid (zie fig. 3):
a. twee draaggolven
L,: 1575,42 MHz (10,23 MHz x 154)
L2: 1227,60 MHz (10,23 MHz x 120)
b. twee gedragen golven (of modulatiegolven)
P-code 10,23 MHz (10,23 MHz x 1
C/A-code: 1,023 MHz (10,23 MHz x 0,1)
De C/A-code (course acquisition code) zou men een be
naderingscode kunnen noemen, terwijl de P-code (pre
cision code) de nauwkeurigheidscode is.
Deze gedragen golven worden omgevormd tot recht
hoekige golven en volgens een binaire willekeurige
manier gesuperponeerd op de draaggolven volgens het
fasemodulatieprincipe. In het geval van de P-code krijgt
men een gemoduleerde golftrein met een theoretische
periode van 38 weken, maar in de praktijk zal de sequen
tie om de week opnieuw beginnen.
DRAAGGOLVEN
MODULATIEGOLVEN
Lj GOLF
1575,42 MHz
10.23 MHz 154
P CODE*
10.23 MHz
10.23 MHz 1
\-2 GOLF
1227.60 MHz
10.23 MHz 120
/\oF
C/A CODE**
1,023 MHz
10.23 MHz 0.1
IDENTIFICATIE SATELLIET
EFEMERIDEN
TIJDPARAMETERS
ATMOSFERISCHE PARAMETERS
P CODE PRECIS ION CODE
C/A CODE: COURSE ACQUISITION CODE
Fig. 3. Go/fsysteem in de satelliet.
In het geval van de C/A-code vindt een herhaling van de
cyclus om de milliseconde plaats. Op de draaggolven
wordt verder nog een informatiegolf gesuperponeerd (50
bits per seconde); deze bevat alle parameters die nodig
zijn om de berekeningen in het waarnemingsstation te
kunnen uitvoeren, zoals de correctieparameters van de
tijdschaal, de baanparameters van de satelliet, de nume
rieke waarden van bepaalde atmosferische parameters,
de identificatie van de satelliet, enz.
De satelliet beschikt over een klok die is gesynchroni
seerd met de tijdschaal, die door het controlestation
wordt bijgehouden.
4.2. Inbreng van de ontvanger in het waarnemingspunt
De functie van de ontvanger bestaat in de demodulatie
van de door de satelliet uitgezonden golftrein (L, P
en C/A) of (L2 P of C/A) en de componenten ervan
te exploiteren.
De ontvanger beschikt verder over oscillatoren, die zo
wel de draaggolven (L, of L2) als de gedragen golven (P
of C/A) genereren.
4.3 De afstandmeting
De afstand „waarnemer-satelliet" zal worden verkregen
door eerst de gegenereerde C/A-code te verschuiven in
de tijd tot een maximale correlatie ontstaat met de ont
vangen C/A-componenten van de gemoduleerde golf.
Vermits de C/A-code een zeer korte periode heeft 1 ms)
zal deze correlatie zeer vlug worden verkregen. Nu kan
men dezelfde procedure herhalen met de P-code, waar
voor de correlatie nu ook vlug wordt verkregen, dank zij
de voorafgaande benadering door de C/A-code.
De ontvanger beschikt over een tijdschaal die bij bena
dering is gesynchroniseerd met de tijdschaal in de satel
liet. Op die manier kan een tijdsinterval At worden be
paald als verschil tussen de klokaanwijzingen die, gezien
door de ontvanger, respectievelijk de satelliet, met het
lopende signaal corresponderen.
Dit tijdsinterval is de gemeten grootheid en geeft de
looptijd aan van de uitgezonden elektromagnetische golf
van de satelliet tot de waarnemer. Indien nu ook de
voortplantingssnelheid van de golf bekend is, kan hieruit
de afstand „satelliet-waarnemer" worden bepaald. Daar
de satelliet- en ontvangertijdschalen niet volledig gesyn
chroniseerd zijn, meet men pseudo-afstanden. Vermits
de snelheid van de golf zal worden beïnvloed door het
medium waarin de golf zich voortplant, is het nodig
correcties in te voeren voor de atmosferische refractie.
Voor wat de ionosferische refractie betreft, is de correc
tie vrij goed te bepalen dank zij het gebruik van de twee
verschillende hoogfrequente draaggolven L, en L2. Voor
wat de troposferische refractie betreft, is het probleem
niet zo eenvoudig, en moet men gebruik maken van
modellen, die dit medium beschrijven.
Indien nu de pseudo-afstanden van de waarnemer tot
vier satellieten bekend zijn op bepaalde tijdstippen, en in
dien de posities van de satellieten bekend zijn in een con
ventioneel assenstelsel, kan de positie van de waar
nemer worden bepaald in datzelfde assenstelsel, dank zij
de snijding van drie omwentelingshyperboloïden, waar
van de brandpunten samenvallen met de satellieten.
4.4. Het meten van afstandveranderingen (Doppler)
Naast de afstandmeting kunnen ook afstandverschillen
worden bepaald met behulp van de draaggolven L, en
L2. Hierbij maakt men gebruik van het Doppler-effect
dat ontstaat door de relatieve verplaatsing van de satel
lietzender ten opzichte van de waarnemer. In feite be
paalt men de geïntegreerde radiale snelheid van de satel
liet. Door de kennis van de Dopplerverschuiving, be
paald over drie waarnemingsperioden, kan men de posi
tie van de waarnemer bepalen door de snijding van drie
omwentelingshyperboloïden waarvan de brandpunten
158
NGT GEODESIA 83
