GPS, het Global Positioning System, is een satelliet-gebaseerd navigatiesysteem dat locatie- en tijdinformatie kan bieden overal op of nabij de aarde onder alle weersomstandigheden. Het volgende is een gedetailleerde introductie tot GPS:
Systeem Samenstelling - Ruimte Segment: Het bestaat uit 24 satellieten die zijn verdeeld over zes baanvlakken, op een hoogte van ongeveer 20.180 kilometer. De satellieten draaien in ongeveer 11 uur en 58 minuten om de aarde. Deze satellieten zenden continu signalen naar de grond, waardoor positionering en navigatiediensten aan gebruikers worden geleverd. - Grondbesturingssegment: Dit omvat het mastercontrolestation, monitorstations en injectiestations. Het mastercontrolestation is verantwoordelijk voor de werking en het beheer van het gehele GPS-systeem. Monitorstations houden de operationele status en signaalkwaliteit van de satellieten in de gaten, terwijl injectiestations verantwoordelijk zijn voor het injecteren van commando's en gegevens van het mastercontrolestation in de satellieten. - Gebruikerssegment: Voornamelijk verschillende GPS-ontvangers, zoals mobiele telefoons, navigatiesystemen in de auto en handheld GPS-units. Gebruikers ontvangen satellietsignalen via de ontvangers en berekenen hun positie, snelheid, tijd en andere informatie.
Werkingprincipe Het werkingsprincipe van GPS is gebaseerd op triangulatie. Specifiek ontvangt een GPS-ontvanger gelijktijdig signalen van meerdere satellieten, meet de voortplantingstijd van de signalen van de satellieten naar de ontvanger en kan, in combinatie met de positie-informatie van de satellieten, de positie van de ontvanger berekenen. Aangezien de satellietsignalen nauwkeurige tijdinformatie bevatten, kan GPS gebruikers ook voorzien van nauwkeurige tijdsynchronisatiediensten.
Toepassingsgebieden - Verkeersnavigatie: Veel gebruikt in voertuigen, schepen, vliegtuigen en andere vervoermiddelen, biedt het realtime navigatie en routeplanning voor mensen, waardoor ze snel en nauwkeurig hun bestemmingen kunnen bereiken. Ondertussen kan GPS ook worden gebruikt in verkeersstroommonitoring, intelligente verkeersbeheer en andere gebieden om de transportefficiëntie en veiligheid te verbeteren. - Opmetting en Geografische Informatie: Landmeters kunnen GPS-ontvangers gebruiken om snel en nauwkeurig de driedimensionale coördinaten van meetpunten te verkrijgen, wat de efficiëntie en nauwkeurigheid van opmeetwerkzaamheden aanzienlijk verbetert. Bovendien kan GPS worden gebruikt bij het maken van kaarten, topografische opmetingen, ruimtelijke ordening en andere gebieden, wat belangrijke gegevensondersteuning biedt voor Geografische Informatie Systemen (GIS). - Militaire Toepassing: Oorspronkelijk ontworpen voor militaire toepassingen, speelt GPS een cruciale rol in militaire navigatie, wapenguidance en situational awareness op het slagveld. Bijvoorbeeld, raketten kunnen nauwkeurige positie- en snelheidsinformatie verkrijgen via GPS-ontvangers om een precieze targeting te bereiken. - Landbouwveld: Het kan worden gebruikt voor nauwkeurige positionering en navigatie in landbouwgrond, wat boeren helpt bij precisiezaaien, bemesting, irrigatie en andere werkzaamheden, en de efficiëntie van de landbouwproductie en het gebruik van middelen verbetert. Bovendien kan GPS worden gebruikt in het autonoom rijden van landbouwmachines, het monitoren van landbouwgrond en andere gebieden, wat de modernisering van de landbouw bevordert.
Nauwkeurigheid en Fouten - Nauwkeurigheid: Onder normale omstandigheden ligt de positioneringsnauwkeurigheid van civiele GPS-ontvangers tussen enkele meters en tientallen meters, terwijl hoogprecisie meet-GPS-ontvangers centimeter- of zelfs millimeter-nauwkeurigheid kunnen bereiken. - Foutbronnen: Bevatten voornamelijk satellietklokfouten, satellietbaanfouten, atmosferische vertragingfouten, multipath-effectfouten en ontvangerruis. Om de positioneringsnauwkeurigheid van GPS te verbeteren, kunnen methoden zoals Differential GPS-technologie en satellietversterkingssystemen worden gebruikt om de impact van deze fouten te elimineren of te verminderen.
Ontwikkelingsgeschiedenis Het GPS-project werd in 1973 gelanceerd door het Amerikaanse Ministerie van Defensie. De eerste prototype-satelliet werd in 1978 gelanceerd, en een complete constellatie van 24 satellieten begon in 1993 te functioneren. Aanvankelijk was het alleen beschikbaar voor militair gebruik door de Verenigde Staten. In de jaren '80, nadat de Amerikaanse president Ronald Reagan een uitvoerend bevel had uitgevaardigd, mocht de civiele sector het gebruiken.
