GPS (Globalt positionssystem): Funktion, anvendelser og navigation
GPS: Få indblik i funktion, præcis navigation og praktiske anvendelser — fra bil og båd til smartphone, vandreture og effektiv rejseplanlægning.
Et Global Positioning System (GPS) er et satellitbaseret system, der er designet til at hjælpe med at navigere på jorden, i luften og på vandet. GPS leverer position (bredde, længde), højde samt hastighed og kurs, og bruges både af civile og militære brugere over hele verden.
En GPS-modtager viser, hvor den befinder sig, og kan ofte vise:
- Aktuel position (latitude/longitude) og højde.
- Hastighed og retning (kurs).
- Stigning eller faldshastighed (vertikal hastighed).
- Registreret rute og tidligere positioner (tracklog).
- Estimeret ankomsttid til næste waypoint eller destination.
Mange GPS-enheder og -apps indeholder også ekstra stedoplysninger. GPS'er til biler indeholder ofte vejkort, oplysninger om hoteller, restauranter og servicestationer. GPS-udstyr til både viser søkort med havne, marinaer, lavt vand, klipper og vandveje. Der findes særlige GPS-systemer til flynavigation, og til outdoor-aktiviteter som vandreture, rygsækrejser og cykling. De fleste funktioner er i dag også tilgængelige i smartphones, som kombinerer GPS med kort, ruteplanlægning og live-trafikdata.
Hvordan GPS virker
GPS fungerer ved, at en modtager måler afstande til flere satellitter i kredsløb om Jorden. Metoden kaldes trilateration:
- Hver GPS-satellit udsender et unikt signal med tidspunktet for udsendelsen (fra meget præcise atomure ombord).
- Modtageren måler, hvor lang tid signalet har brugt, og udregner derved afstanden til satellitten.
- Med målinger fra mindst tre satellitter kan modtageren bestemme sin position i to dimensioner; med fire eller flere satellitter får man en 3D-position (inklusive højde) og kan også rette for modtagerens urafvigelse.
GPS-satellitter ligger i medium jordbane (ca. 20.200 km højde) og er del af en global konstellation, der sikrer, at flere satellitter er synlige fra ethvert sted på Jorden til enhver tid.
Nøjagtighed og fejlkilder
Præcisionen af GPS afhænger af flere faktorer:
- Typisk forbrugernøjagtighed: I åbent terræn er nøjagtigheden ofte på få meter (typisk 3–10 m) for almindelige civile GPS-modtagere.
- Differential GPS (DGPS) og RTK: Med korrektionstjenester som DGPS eller Real-Time Kinematic (RTK) kan præcisionen blive forbedret til decimeter- eller centimeter-niveau, hvilket bruges ved opmåling og præcisionslandbrug.
- Satellitgeometri (DOP): Placeringen og fordelingen af synlige satellitter påvirker nøjagtigheden — dårlig geometri øger fejlen (høj DOP-værdi).
- Atmosfærisk forsinkelse: Signalets passage gennem ionosfæren og troposfæren giver tidsforsinkelser, som påvirker beregningerne.
- Multipath: Refleksioner fra bygninger eller terræn kan få signalet til at tage flere veje og forvrænge afstandsberegningen.
- Ur- og banefejl: Fejl i satellitternes atomure eller deres beregnede baner (ephemeris) kan give unøjagtigheder.
Der findes desuden forbedrende systemer som SBAS (f.eks. WAAS i USA, EGNOS i Europa), som leverer korrektioner via geostationære satellitter for at øge nøjagtigheden og pålideligheden for civilt brug.
Anvendelser
GPS anvendes bredt i både private og professionelle sammenhænge:
- Transport og navigation: biler, lastbiler, offentlig transport og fodgængere.
- Søfart: navigation, sikkerhed og ruteplanlægning med detaljerede søkort og oplysninger om havne og vandveje.
- Flyvning: instrumentnavigering, planlægning og overvågning af ruter (se flynavigation).
- Outdoor-aktiviteter: vandreture, geocaching, cykling og sejlads.
- Landmåling og byggebranchen: præcis positionsbestemmelse ved opmåling og anlæg.
- Landbrug: præcisions-landbrug styrer maskiner og optimerer såning/gødskning.
- Nødtjenester: hurtigt lokalisering af nødsituationer og koordination af redningsindsatser.
- Mobiltelefoner og apps: kort, rutevejledning, stedbaserede tjenester og sociale funktioner (se smartphones).
- Videnskab: seismologi, geodesi, klimaovervågning og forskning, hvor præcis position er nødvendig.
Historie og andre globale navigationssatellitsystemer (GNSS)
GPS blev udviklet af det amerikanske forsvar i 1970'erne og er siden blevet gjort tilgængeligt for civile formål. I 2000 blev den tidligere bevidste forringelse af civilt signal (Selective Availability) fjernet, hvilket markant forbedrede civile brugeres nøjagtighed.
GPS er en del af en større familie kaldet GNSS. Andre systemer omfatter Ruslands GLONASS, EU’s Galileo, Kinas BeiDou og regionale systemer som Japans QZSS. Moderne modtagere bruger ofte signaler fra flere systemer samtidig for at forbedre dækning og nøjagtighed.
Tips til bedre GPS-præstation
- Sørg for frit udsyn til himlen — bygninger, træer og kløfter kan blokere eller reflektere signaler.
- Hold enhedens software og kort opdateret for bedre ydeevne og nøjagtighed.
- Brug GNSS-modtagere, der understøtter flere systemer (GPS+GLONASS+Galileo) for øget tilgængelighed af satellitter.
- Ved behov for høj præcision, brug DGPS-, SBAS- eller RTK-løsninger.
- Reducer multipath ved at ændre placering eller vinkel på modtageren, eller flytte væk fra reflektive overflader.
Samlet set er GPS et af de mest udbredte værktøjer til positionsbestemmelse og navigation. Det har ændret, hvordan vi bevæger os, planlægger, arbejder og reagerer i nødsituationer, og fortsætter med at udvikle sig i tæt samspil med andre GNSS-teknologier.
GPS-modtagere. Folk kan bære dem for at finde ud af, hvor de befinder sig, og planlægge, hvor og hvordan de skal tage hen til det næste sted.
Sådan fungerer det
En GPS-enhed modtager radiosignaler fra satellitter i rummet i kredsløb om Jorden. Der er 31 satellitter 20.200 km over Jorden. Omløbstiden er 11 timer og 58 minutter. Hver cirkel har en radius på 26 600 km (16 500 mi) på grund af Jordens radius. Langt fra nordpolen og sydpolen kan en GPS-enhed modtage signaler fra 6 til 12 satellitter på en gang. Hver satellit indeholder et atomur, som NORAD omhyggeligt indstiller flere gange hver dag.
Radiosignalerne indeholder oplysninger om satellitens tid og position, herunder dens efemeride. GPS-modtageren trækker det aktuelle tidspunkt fra det tidspunkt, hvor signalet blev sendt. Forskellen er, hvor længe siden det er, at signalet blev sendt. Tidsforskellen ganget med lysets hastighed er afstanden til satellitten. GPS-enheden bruger trigonometri til at beregne, hvor den befinder sig ud fra hver satellits position og afstand. Normalt skal der være mindst fire satellitter for at løse de geometriske ligninger. En GPS-modtager kan beregne sin position mange gange i løbet af et sekund.
Mange billige forbrugermodtagere har en nøjagtighed på 20 meter (66 fod) næsten overalt på Jorden.
En GPS-enhed kan normalt også beregne sin aktuelle hastighed. Billige enheder som i en mobiltelefon gør dette ved at sammenligne den aktuelle position med den seneste position. Dyre enheder som f.eks. i et passagerfly anvender Doppler-effekten og er meget nøjagtige.
GPS-satellitterne kredser om jorden i fire planer, plus en gruppe over ækvator. De blå satellitter her er synlige for en GPS-modtager ved 45° nord. Røde satellitter er blokeret af Jorden.
Historie
Forskellige radionavigationssystemer har været i brug siden midten af det 20. århundrede. I 1960'erne blev der eksperimenteret med at placere radiosendere i satellitter. Et nyt system, der først blev kaldt Navstar, blev udviklet i 1970'erne af det amerikanske luftvåben. Det blev til GPS og blev kun brugt af det amerikanske militær. I 1983 udstedte præsident Ronald Reagan en ordre om at tillade alle at bruge systemet, selv om det endnu var for lille til at være særlig nyttigt. Det højeste præcisionssignal var krypteret, og kun de væbnede styrker måtte bruge det, men i 1990'erne blev det midlertidigt dekrypteret, og dette blev gjort permanent ved århundredeskiftet.
Nogle GPS-modtagere er separate enheder med deres egen strømforsyning og display. Det var de fleste i det 20. århundrede. Militære modtagere viste kun de geografiske koordinater, eller nogle havde ingen display, men gav kun koordinaterne videre til en anden maskine.
Nu er de fleste GPS-modtagere en del af mobiltelefoner, og mange er indbygget i armbåndsure, biler og andre enheder. GPS-delen i en mobiltelefon er lille og normalt dårlig, men telefonen bruger også mobilbasestationer og Wi-Fi-signaler til at hjælpe.
Andre systemer
Der findes andre systemer, der fungerer på samme måde. Et af dem blev opsat i rummet af Rusland og hedder GLONASS. Et andet, som endnu ikke er færdigudviklet, er opkaldt efter Galileo og er bygget af EU.
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er et globalt positioneringssystem (GPS)?
A: En GPS er et system af satellitter, der er designet til at hjælpe med at navigere på jorden, i luften og på vandet.
Q: Hvad viser en GPS-modtager?
A: En GPS-modtager viser, hvor den befinder sig, hvor hurtigt den bevæger sig, i hvilken retning den bevæger sig, hvor højt den befinder sig, og måske hvor hurtigt den stiger eller falder.
Spørgsmål: Hvilke oplysninger indeholder GPS'er til biler?
A: GPS'er til biler indeholder rejsedata som f.eks. vejkort, hoteller, restauranter og servicestationer.
Spørgsmål: Hvilke oplysninger indeholder GPS'er til både?
A: GPS'er til både indeholder søkort over havne, marinaer, lavt vand, klipper og vandveje.
Spørgsmål: Hvilke andre aktiviteter er GPS-modtagere lavet til?
A: Andre GPS-modtagere er fremstillet til flynavigation, vandreture og rygsækrejser, cykelture og mange andre aktiviteter.
Spørgsmål: Hvor findes de fleste GPS-modtagere?
A: Størstedelen af GPS-modtagerne findes i smartphones.
Spørgsmål: Hvad kan de fleste GPS-modtagere gøre?
A: De fleste GPS-modtagere kan registrere, hvor de har været, og hjælpe med at planlægge en rejse. Under en planlagt rejse forudsiger den tiden til den næste destination.
Søge