SV 2
SV 3
At-, -vAWAARNEMER
Fig. 1. Afstandmeting naar drie satellieten bepaalt de plaatsomdat
geldt: Ware afstand IsPseudo-afstand ID) - Klokfout (/It), is
meting naar een vierde satelliet nodig.
ging met de bekende voortplantingssnelheid resulteert
dit in de afstand. Door een speciale pulscodering kunnen
deze metingen zeer nauwkeurig geschieden.
Synchronisatie
Het zal duidelijk zijn, dat alle satellietklokken precies ge
lijk moeten lopen, of dat hun relatieve fouten bekend
moeten zijn. Het is de taak van het Master Control Cen
tre in Colorado Springs (USA) om dit te bewerkstelligen.
Dit is geen geringe eis, omdat een fout van tien nano
seconden reeds een fout van drie meter in de afstand
veroorzaakt. Toch wordt deze nauwkeurigheid nage
noeg bereikt.
Ook de klok van de gebruiker moet natuurlijk in dezelfde
zgn. GPS tijd meten. Een fout hierin zal de aankomsttijd
van alle signalen en daarmee de gemeten afstanden
gelijkelijk beïnvloeden. Door nu naar vier in plaats van
naar drie satellieten te meten, kan deze „optelconstan-
te" worden berekend. Men zegt daarom, dat men niet
ware afstanden maar „pseudo-afstanden" meet; dus
vier afstanden, alle behept met dezelfde fout.
Differentiële metingen
Toch blijven er altijd fouten in de posities en in de klok
ken van de satellieten aanwezig, en deze veroorzaken
positiefouten van enkele meters. Dat is uiteraard te veel
voor de meeste landmeetkundige toepassingen. Door
dat op een zeker tijdstip deze fouten slechts één bepaal
de waarde hebben, bestaat de mogelijkheid hun effect
grotendeels te elimineren, door gelijktijdig vanaf twee of
meer stations naar dezelfde satellieten te meten. Dit is
het hoofdprincipe waarop de landmeetkundige toepas
singen berusten. Men heeft dus altijd minstens twee
instrumenten nodig en meet positieverschillen.
Pulsvorm
Zoals eerder vermeld, zijn de satellietsignalen op een
speciale wijze gecodeerd, o.a. om de aankomsttijd
nauwkeurig te kunnen meten. Het signaal bestaat dan
ook niet uit één krachtige puls, maar uit een lange
trein" van zwakke pulsjes, die met vrij willekeurige
tussenpozen worden verzonden. Deze onderlinge tus
senpozen vormen een voor iedere satelliet unieke code,
genaamd de Pseudo Random Noise (PRN) code.
De ontvanger kent deze code en is in staat een exacte
replica te genereren. In het algemeen zal de lokaal opge
wekte pulstrein niet synchroon lopen met de van de
satelliet afkomende. Door de eerste te vertragen en de
twee voortdurend te vergelijken, wordt synchronisatie
bereikt via een proces van „kruiscorrelatie".
Elektronisch resulteert dit proces in een puls (voltage
piek) in de vorm van een driehoek. De basis hiervan is
voor de C/A-code (Coarse Acquisition) twee micro
seconden, ofwel 600 meter (fig. 2). Op deze wijze is het
mogelijk de aankomsttijd op ongeveer één honderdste
van de pulslengte te meten, tot op ca. 10 meter. Deze
correlatie kan vrij snel worden bereikt, omdat de C/A-
code zich iedere milliseconde herhaalt. Daardoor kan
vrijwel continu worden gemeten, maar het moet wel
binnen 300 km (1 msec.) bekend zijn hoever men van de
satelliet is verwijderd. Dit is nooit een beperkende factor.
Satelliet
signaal
Intern
signaal
Opgelijnd
C/A-code
Correlatie,,
puls
Fig. 2. De C/A-code wordt elke milliseconde herhaald. Eén schaal-
deel is 1 microseconde. Kruiscorrelatie tussen ontvangen en interne
code levert de aankomsttijd.
1 milliseconde
Satelliet|„„HiB„ii,
signaal
Intern UULuJUU
signaal
linniiBniiiB
1111 i i il
II
Mm iBBLJLllu-JBL JUL
imiiinn JBUuui
1111111111111111111 m111111111 li 111nim1111
0pgellind|„„||,B/l,|
(P-code)
Correlatie A
puls
Fig. 3. De P-code herhaalt zich elke weekéén schaaldeel is 100
nanoseconde. Correlatie wordt verkregen met behulp van de reeds
bekende C/A-code synchronisatie.
Naast de C/A-code kan hetzelfde proces ook met de
eveneens uitgezonden P-code worden uitgevoerd, waar
bij de eerder bereikte C/A-code synchronisatie het zoek
proces versnelt. Doordat de schaalverdeling van de P-
code tienmaal zo fijn is, wordt de correlatiepiek ook veel
scherper en is de resolutie van de tijdmeting tienmaal
groter, dat is ongeveer één meter (fig. 3). Bovendien
wordt de P-code op twee frequenties uitgezonden,
waardoor de invloed van refractie in de ionosfeer groten
deels kan worden geëlimineerd. In de toekomst zal de P-
code niet beschikbaar zijn voor de normale civiele ge
bruiker, waardoor ook het toepassen van de ionosfe-
rische correctie problematisch wordt.
Tijd afstand
Uit het voorgaande blijkt, dat (loop)tijdmetingen uiterst
belangrijk zijn bij GPS plaatsbepaling. Dit valt ook af te
leiden uit de officiële naam van het systeem, namelijk
NA l/igation by Satellite Timing And /Tanging (NAV-
STAR). In de geodesie zijn we uiteraard bekend met het
gebruik van looptijdmetingen bij Distomat, Geodimeter,
Mekometer, enz.
Hoewel vrijwel iedereen vertrouwd is met het aanduiden
van astronomische afstanden in lichtjaren, wordt deze
vertrouwdheid minder als bijvoorbeeld wordt gesproken
van de afstand naar de zon als acht (licht)minuten. Ook
vindt men het al gauw vreemd als 1 voet van ongeveer
NGT GEODESIA 87
43
