Hoe zorgt GPS ervoor dat we nooit meer verdwalen?
Hoe zorgt GPS ervoor dat we nooit meer verdwalen?
Laatste update: 04-12-2024
'Over 300 meter rechts afslaan, probeer om te keren, bestemming bereikt.’ Dit soort zinnen zijn iedereen tegenwoordig bekend. Waar je vroeger moest zoeken op een kaart, vertelt je smartphone of auto-navigatie je nu precies waar je moet zijn. Het kan zelfs rekening houden met de laatste verkeersinformatie. Dit is allemaal mogelijk door het wereldwijde plaatsbepalingssysteem GPS. Hoe dit werkt en wie dit bedacht ontdek je hier.
Redacteur: Edda Heinsman
Wat is GPS?
GPS staat voor Global Positioning System. Dit is het totale systeem van satellieten die samen een precieze locatie op aarde kunnen vaststellen, om zo bijvoorbeeld routes te maken. Het bestaat uit een netwerk van 31 satellieten, waarvan er minimaal 24 actief zijn [1]. Om een locatie vast te stellen hebben die satellieten contact nodig met een GPS-ontvanger. Dit zit in bijna elke mobiele telefoon, maar bijvoorbeeld ook in de navigatie van je auto.
Die satellieten vliegen rond de aarde in zes vaste banen en beslaan zo samen elke locatie op de wereld. Per baan vliegen vier satellieten op 20.200 kilometer afstand van de aarde. Zo’n rondje om de aarde duurt 11 uur en 58 minuten voor een satelliet [2]. Voor die nauwkeurige plaatsbepaling moet je telefoon contact hebben met minstens 4 satellieten, maar er zijn ook momenten waarop je met meer satellieten in contact staat.
Hoe ontstaat GPS?
Vroeger gebruikte je herkenningspunten of coördinaten om duidelijk te maken op welke plek je bent. En voor het maken van gedetailleerde landkaarten werden vanaf de 17e eeuw ingewikkelde berekeningen gebruikt. Maar navigeren via de zon en de sterren, met een kompas, een landkaart en zelfs via radar blijft ingewikkeld.
Met de lancering van de eerste satelliet, de Russische Spoetnik in 1957, ontstaat het idee van een nieuw plaatsbepalingssysteem [3]. Het Amerikaanse leger doet hun best om de baan waarin Spoetnik vliegt te bepalen. Dit doen ze door de radiosignalen die Spoetnik uitzendt op te vangen. Die signalen worden door de beweging van de satelliet vervormd: ingedrukt zodra de satelliet naar je toe beweegt, en uit elkaar getrokken zodra hij van je af beweegt. Dit is vergelijkbaar met het geluid van een langsrijdende ambulance met sirenes. Dat geluid verandert afhankelijk van hoe dicht bij de ambulance is, dit heet het Doppler-effect [4].
De eerste satelliet, de Russische Spoetnik, werd via radar gevolgd. Dit heeft een belangrijke rol gespeeld in de ontwikkeling van een nieuw plaatsbepalingssysteem.
Door de verandering van het signaal te meten, kan je de afstand tot de satelliet bepalen. Maar dat kan natuurlijk ook andersom. Met diezelfde satelliet kan je de afstand tot de ontvanger op aarde meten. En dat is wat de Amerikanen doen bij het ontwerpen van het wereldwijde positiebepalingssysteem GPS (Global Positioning System). Ze laten een netwerk van satellieten rond de aarde draaien, waardoor een GPS-ontvanger op aarde altijd contact heeft met een aantal satellieten. Met het GPS-netwerk en verbinding met 4 satellieten kan je overal op aarde je snelheid en je locatie meten, niet alleen in het platte vlak maar ook in de hoogte.
Hoe werkt GPS?
Om zo nauwkeurig je plaats te bepalen op aarde wordt de tijd gemeten die de signalen van de satellieten nodig hebben om de GPS-ontvanger te bereiken, bijvoorbeeld je telefoon. Zo kan het systeem de afstand tot elke satelliet berekenen. En als je dit dus weet van 4 of meer satellieten, kan je de exacte plek van de ontvanger bepalen [5]. Zoals wordt uitgelegd in deze video:
Diederik Jekel legt in het programma Willem Wever (KRO-NCRV) uit hoe satellieten weten waar je bent.
Lange tijd zijn speciale GPS-ontvangers nodig om contact te maken met de satellieten en dus te weten waar je bent. Maar inmiddels heeft bijna elke smartphone een GPS-ontvanger. Je kan zonder internetverbinding toch de signalen van het GPS-satellietnetwerk ontvangen. Maar je locatie wordt nog nauwkeuriger bepaald als je wel internet hebt via wifi of zendmasten. De gegevens van de satellieten worden dan gecombineerd met de data van de zendmasten of het wifi-netwerkpunt, waardoor je je locatie nog sneller en precies weet.
Toch heb je niet overal bereik. In sommige gebouwen, in tunnels en onder water heb je geen vrij zicht op het heelal, en kun je dus ook geen verbinding maken. Misschien heb je het ook wel eens gemerkt in de bergen. Daar is de horizon niet vrij, je navigatie kan moeilijker verbinding maken met de satellieten en daarom lukt het dan vaak niet om je locatie goed te bepalen, omdat je dan niet verbonden bent met minstens 4 satellieten.
In 1994 was het traceren van een auto met behulp van satellietnavigatie nog bijzonder, zoals te zien in Deadline (BNNVARA). In die tijd werd dit voornamelijk gedaan via centrales en kon je dit niet via je telefoon doen.
Welke alternatieve GPS-systemen zijn er?
GPS is dus een plaatsbepalingssysteem ontwikkelt door het Amerikaanse leger. Maar ook andere landen hebben een plaatsbepalingssysteem ontwikkeld. Zo heeft Rusland GLONASS, China heeft BeiDou en verschillende Europese landen hebben Galileo ontwikkeld [6].
Alternatieve GPS-systemen
Veel smartphones en andere moderne ontvangers maken gebruik van meerdere systemen en combineren ze om zo nog nauwkeuriger en beter een locatie aan te duiden. Zo claimt Galileo dat zij in combinatie met GPS een plek op 30 centimeter nauwkeurigheid kan aanwijzen.
Toch werkt GPS niet altijd, ook niet in combinatie met andere systemen. Soms werken GPS-signalen minder goed of worden ze verstoord. Zulke verstoringen zijn meestal het gevolg van menselijk handelen of natuurlijke gebeurtenissen, zoals zonnestormen [7].
In het kort
Vroeger navigeerden we met de sterren, een kompas of kaart. Tegenwoordig maakt het plaatsbepalingssysteem GPS navigeren een stuk eenvoudiger.
Het idee van een satellietnavigatiesysteem ontstaat als het Amerikaanse leger de baan van de Russische Spoetnik-satelliet probeert te bepalen.
GPS bepaalt via satellieten en een GPS-ontvanger, zoals je telefoon precies je locatie. Dit werkt het beste bij een relatief vrije horizon.
De Amerikanen zijn niet de enigen met een eigen satellietnavigatiesysteem. China heeft Beidou en Europa heeft Galileo.
Geraadpleegde bronnen
En je weet het!
Anderen het laten weten?
