Ontwikkelingsgeschiedenis
Opbouw
1°
heid van het systeem is echter nog te gering voor het
volledig blind uitvoeren van een landing in dichte mist.
Met het oog op de uiterst strenge veiligheidseisen moe
ten voor deze toepassing, vooral wat betreft de integriteit,
nog problemen worden opgelost. Dat wil zeggen, het
systeem moet gegarandeerd altijd beschikbaar zijn met
de vereiste nauwkeurigheid en mag nooit plotseling uit
vallen I
De geleidelijke totstandkoming van het systeem is weer
gegeven in fig. 1. Daarbij vallen de volgende zaken op:
de testfase (vóór 1986) bestond uit tien Block I-
satellieten;
tussen 1986 en 1990 trad vertraging op door het onge
luk met het ruimteveer „Challenger" op 28 januari
1986, waarbij de zeven bemanningsleden omkwamen;
gedurende 1991/1992 was er eveneens vertraging,
veroorzaakt door gebreken aan de satellieten;
de gemiddelde levensduur blijkt bijna tien jaar te zijn.
Militair systeem
Het GPS-systeem is ontwikkeld in opdracht van het Minis
terie van Defensie van de Verenigde Staten ten behoeve
van militaire gebruikers om onmiddellijk en ter plekke (in
real-time) hun positie te bepalen. Men is echter steeds
zeer welwillend geweest tegenover burger-gebruikers.
Zowel GPS (sinds 1979) als het Navy Navigation Satellite
System, beter bekend als het Doppler- of Transit-systeem
(sinds 1967), zijn steeds kosteloos voor de internationale
gemeenschap beschikbaar geweest. Er lijkt dan ook geen
aanleiding om de toekomstige beschikbaarheid voor
civiele doeleinden in twijfel te trekken. Wel zijn discussies
gaande om na het jaar 2000 een bijdrage te vragen van
alle landen, om zo de lasten voor de Amerikaanse be
lastingbetaler voor deze in wezen internationale
service, te verlichten.
Een oorlogssituatie zal uiteraard wel ingrijpende ge
volgen hebben voor deze „vrije" politiek. Omdat men een
potentiële vijand niet dezelfde voordelen wil geven als de
eigen strijdmachten, zijn er ook in vredestijd be
perkingen opgelegd aan het civiele gebruik. Deze zijn van
tweeërlei aard:
SA (Selective Availability). Dit houdt in dat een ver
slechtering is aangebracht op zowel de ephemeris als
op de klok. De ephemeris bevat de baangegevens
waaruit de posities van de satelliet worden berekend.
De klok, die van essentieel belang is voor de afstand
meting, wordt voorzien van snelle en onregelmatige
schommelingen (fig. 2). Het gevolg is dat de real-time
absolute nauwkeurigheid ongeveer 100 m wordt. SA is
sinds 15 november 1991 permanent aangebracht op
alle Block ll-satellieten;
A/S (Anti Spoofing). Hieronder wordt verstaan dat de
P-code, die thans vrij is, wordt versluierd tot een ge
heime Y-code. Dit wordt gedaan om het systeem beter
te beschermen tegen het met opzet storen van de
signalen. (Het begrip „P-code" wordt later in dit artikel
toegelicht). A/S heeft als bijkomend nadeel dat bur
gers niet meer op twee frequenties kunnen meten.
Hierdoor gaat de mogelijkheid verloren om de metin
gen te corrigeren voor onbekende signaalvertraging in
de ionosfeer. In het afgelopen jaar heeft A/S soms in
het weekend aangestaan. Sinds 31 januari 1994 staat
het permanent aan.
150
100
50
-50
SV 14
-100
-150
08:00
13:00
11:00
12:00
Fig. 2. Afstandsfouten door Selective Availability. SI/ 6 heeft geen
S/4; Sl/s 2 en 14 wel. (Bron: Trimble.)
Burger-gebruikers hebben alleen toegang tot de zoge
naamde SPS (Standard Positioning Service). Alle ge
machtigde militairen krijgen een speciale module dat de
effecten van SA en A/S tenietdoet, zodat zij wèl de volle
PPS (Precise Positioning Service) kunnen gebruiken.
De industrie heeft veel onderzoekswerk verricht naar
methoden om de hiervoor beschreven beperkingen te
omzeilen. Dit onderzoek is mede door een harde con
currentiestrijd opmerkelijk succesvol geweest. Het
heeft ertoe geleid dat thans de voor civiele gebruikers
bereikbare nauwkeurigheid nauwelijks meer onderdoet
voor de PPS.
Meetgrootheden
GPS-plaatsbepaling berust op het meten van de afstand
naar vier in positie bekende satellieten, welke vaak SV
(Space Vehicle) worden genoemd. Deze afstanden wor
den bepaald door het meten van de looptijd van door de
SVs uitgezonden signalen. Vier afstanden zijn nodig, om
dat naast de geografische lengte en breedte en de hoogte
ook de klokfout van de ontvanger ten opzichte van de
door het systeem gebruikte tijd moet worden opgelost.
Omdat alle afstanden met deze zelfde klokfout zijn be
hept, spreekt men van pseudo-afstanden. De klokken van
de satellieten onderling lopen vrijwel gelijk; kleine rest-
fouten in hun synchronisatie zijn met hoge nauwkeurig
heid bekend. De belangrijkste meetbare grootheden zijn
te verdelen in twee categorieën:
Codemetingen
Hierbij wordt de looptijd van door de satelliet uitgezonden
gecodeerde pulsen gemeten. Dit is de meetmethode,
zoals die oorspronkelijk was voorzien. De absolute plaats
kan hiermee tot op ongeveer 15 m worden bepaald.
Er zijn twee typen codes beschikbaar, de C/A-code en de
P-code. De P-code is de meest preciese en kan op twee
frequenties worden gemeten. Gewoonlijk worden deze
meetgrootheden met respectievelijk C1, P1 en P2 aan
geduid.
Fasemetingen op de draaggolf
Na enige jaren ervaring met GPS bleek dat een veel
grotere precisie kon worden bereikt door de fase te meten
van de draaggolf waarop de pulsen zijn gemoduleerd. De
resolutie hiervan ligt op het millimeterniveau; ook de rela
tieve positie van twee ontvangers kan tot op diezelfde
orde van grootte worden bepaald. Het principe is, dat een
verandering in de fase van de binnenkomende golf ten
opzichte van de fase van een referentiesignaal aanduidt
NGT GEODESIA 94 - 4
179
