Naugkeurigheid en/of onfeilbaarheid van het GPS systeem


GPS wordt door veel gebruikers nog te veel gezien als een onfeilbaar systeem! Dat is het dus niet.

 

Satellietnavigatie in het algemeen

Het bepalen van je positie op aarde kan goed en eenvoudig met een satellietplaatsbepalingssysteem. De posities van de satellieten ten tijde van uitzending van de signalen zijn bekend, en uit de (verandering van de) looptijd van minimaal vier satellietsignalen naar een ontvanger kan een ontvanger de positie van de ontvanger en de fout in de ontvangerklok berekenen en ook de koers en vaart over de grond. De precisie van deze systemen is onder andere afhankelijk van het aantal te ontvangen satellieten en hun positie aan de hemel (en dus van de plaats van de ontvanger op aarde), van de activiteit van verschillende luchtlagen (bijvoorbeeld de ionosferische activiteit) en van de aanwezigheid van opzettelijke signaalverslechtering. Ook is er een kans op grove fouten door bijvoorbeeld indirecte ontvangst van het satellietsignaal na weerkaatsing, het multipadeffect. Hiermee dient rekening gehouden te worden.

 

Op dit moment bestaan verschillende satellietplaatsbepalingssystemen (Global Navigation Satellite Systems of GNSS) waarvan het Amerikaanse Global Positioning System (GPS of NAVSTAR) het bekendste is. Het Russische Global Navigation Satellite System (GLONASS) is tegenwoordig weer te gebruiken nadat er enkele jaren te weinig onderhoud had plaatsgevonden. Europa werkt momenteel aan de opbouw van een eigen systeem: Galileo. Ook in China wordt gewerkt aan een eigen GNSS: Compass.

 

Met satellietnavigatie bepaalde posities zijn mogelijk nauwkeuriger dan de positie-informatie in zeekaarten. Zeekaarten zijn gebaseerd op hydrografische opnemingen uit de afgelopen decennia, die mogelijk uitgevoerd zijn met een mindere positienauwkeurigheid dan tegenwoordig mogelijk is. Dit betekent dat een gebruiker er rekening mee dient te houden dat een op zich precieze en nauwkeurige GPS-positie die correct in een kaart geplot wordt toch een verkeerd beeld geeft als de positionele informatie van de kaart grote fouten vertoont.(zie links)

 

De signalen van plaatsbepalingssatellieten zijn zeer zwak, en daardoor eenvoudig opzettelijk of onopzettelijk te verstoren. Een van de mogelijke storingsbronnen wordt gevormd door de zonneactiviteit; deze kent een periode van 11 jaar en heeft in 2013 de meest recente piek bereikt.
In plaats van een wereldwijde opzettelijke signaalverslechtering (de niet meer gebruikte Selective Availability) kan tegenwoordig het signaal regionaal verstoord worden. Ook kan de satellietgeometrie verslechteren door mankementen aan satellieten.

 

Waarschuwingen voor gebruikers worden gegeven door de United States Coast Guard (USCG) via Notices Advisory to NAVSTAR Users (NANU-s), zie (1). Deze zullen in belangrijke gevallen doorgegeven worden via een BaZ, en de NAVTEX-service van het Kustwachtcentrum.

 

Het GPS

Het NAVSTAR GPS-systeem kan tegenwoordig posities leveren die in 95% van de gevallen dichter dan 15 tot 22.5 meter van de werkelijke posities liggen. Deze precisie hoort bij de Standard Positioning Service (SPS) van het GPS. De Precise Positioning Service (PPS) levert betere resultaten, maar de hiervoor extra benodigde signalen zijn alleen toegankelijk voor defensietoepassingen van de Verenigde Staten en de NAVO-partners.

Een GPS-positie wordt altijd berekend t.o.v. de geodetische datum WGS84 maar kan door veel ontvangers ook getoond worden in andere datums (dit levert een risico op waar de gebruiker rekening mee dient te houden).

Het GPS is continu in ontwikkeling. Diverse moderniseringen worden uitgevoerd aan de satellieten, de signaalstructuur en de satellietwaarnemingsstations op aarde.

Differentiële satellietplaatsbepaling

Een andere mogelijkheid om de precisie te verhogen is Differentieel GPS (DGPS). Differentiële GPS-technieken meten de positie niet alleen op een bewegend object maar ook op minstens één vast punt met bekende positie. Hierdoor kan de waargenomen positie van bijvoorbeeld een vaartuig verbeterd worden. Het uitzenden van correcties vindt plaats via terrestrische stations (bv. IALA, zie verder) of communicatiesatellieten. Deze methode bewaakt de integriteit (waarschuwing bij slecht functioneren) en verhoogt de horizontale precisie (posities die in 95% van de gevallen dichter dan 2 tot 7 meter van de werkelijke posities liggen),  afhankelijk van de afstand tot het differentiële station.

 

De International Authority of Lighthouse Associations (IALA) verschaft een DGPS-service voor veel kustgebieden. In Nederland staan IALA DGPS-zenders te Hoek van Holland, Gilze-Rijen en Vlieland. Zie voor meer informatie (2). De signalen daarvan zijn voor iedereen gratis te gebruiken. In geval van slecht functioneren, zal dit blijken uit integriteitswaarschuwingen in de signalen zelf, en via NAVTEX en BaZ. Sinds 2006 zijn voor Europa gratis differentiële signalen beschikbaar via het European Geostationary Navigation Overlay System (EGNOS). Een dergelijk Satellite Based Augmentation System (SBAS) is ook in ontwikkeling in andere werelddelen. Zij zorgen voor een verbeterde precisie, maar ook voor een hogere integriteit. Ontvangers die hun posities intern  controleren worden aangeduid als Receiver Autonomous Integrity Monitoring (RAIM). Het wordt aangeraden hierop te letten bij aanschaf van een GPS-ontvanger.

Meer informatie

(1)

over GPS

www.navcen.uscg.gov en  http://www.gps.gov

(2)

over IALA

www.iala-aism.org

(3)

over EGNOS en Galileo

www.esa.int/Our_Activities/Navigation

(4)

over kaartfouten en GPS

http://msi.nga.mil/MSISiteContent/StaticFiles/Files/NautChrts_GPS_index.htm