Tegenwoordig hebben veel mensen de beschikking over GPS: in de auto als navigatie-systeem, op de boot, telefoon, horloge of op de traditionele GPS-apparaten. Het werkt meestal feilloos en heeft zeker bijgedragen aan de veiligheid van zowel het autoverkeer als voor klimmers en wandelaars in de bergen. Maar wat is GPS eigenlijk en hoe werkt het? GPS is de afkorting van Global Positioning System en werkt met behulp van satellieten, zeker 24 stuks, die continu rondom de aarde cirkelen. Deze satellieten zenden radiogolven uit, die een GPS-apparaat op kan vangen. Deze satellieten beschrijven hun baan om de aarde in 12 uur. Door de positionering van de satellieten is er op ieder moment van de dag, op vrijwel elke plaats op aarde voldoende ontvangst om de positie uit te rekenen.
Maar hoe weet mijn GPS-ontvanger waar ik ben?
In tegenstelling tot wat veel mensen denken, berekent het GPS-apparaat (de ontvanger) waar jij je bevindt. Hij geeft dus niet door aan de satelliet waar jij bent. De GPS-ontvanger berekent een 3-tal variabelen: de positie van de satelliet, de afstand tussen de satelliet en de ontvanger en voegt de afstanden samen. Hiervoor zijn minimaal 3 satellieten nodig: een driehoeksmeting ofwel triangulatie:
Positie van de satelliet
De satelliet zendt radio-golven uit en daarmee een bepaalde identificatie-code. Omdat de omstandigheden op aarde overal verschillen en van dag tot dag wijzigen (denk aan het weer en politieke omstandigheden) zijn er enkele grondstations op aarde die de positie van de satelliet vergelijkt met de doorgegeven positie en de werkelijke positie. Als er afwijkingen zijn dan berekent het grondstation een correctiefactor, welke hij terugstuurt naar de satelliet. Deze stuurt de correctiefactor mee naar de ontvanger.
Afstand tussen de satelliet en de ontvanger
De satelliet zendt de tijd mee wanneer het signaal is verzonden. Omdat de snelheid waarmee het radiosignaal reist bekend is (namelijk die van het licht), kan de GPS-ontvanger uitrekenen hoe ver de satelliet verwijderd is van zijn positie. Hierbij dient aangemerkt te worden dat de klok van de GPS-ontvanger minder nauwkeurig is dan die van de satelliet. Kleine verschillen kunnen dus ontstaan. Dit is met name in bebouwde omgeving met veel verstoring, of in mijn eigen ervaring in het lokale bos waar ik regelmatig tot -60 meter diep ga. Volgens de GPS (in mijn Garmin VivoActive3) tenminste.
Afstand samenvoegen
Aan de afstand naar de satelliet op zich heb je nog niets. Dit worden pas waardevolle gegevens als je dit van meerdere satellieten weet, zodat je als het ware mogelijkheden uit kunt kruizen (trigonometrie). Bij 2 satellieten heb je al een idee waar je bent, namelijk binnen het bereik van beide satellieten, op een bepaalde lijn van gelijke afstand tussen de 2. Je hebt dus een derde satelliet nodig om exact aan te geven waar je bent: in het midden van een driehoek. Hier valt bij aan te tekenen dat geldt: hoe meer satellieten er zijn, des te nauwkeuriger is de positie berekend. Om de hoogte te bepalen heb je minimaal 4 satellieten nodig.
Nauwkeurigheid
Het satellietstelsel is eigendom van de regering van de Verenigde Staten. Het is niet in hun belang om iedereen op aarde té nauwkeurig te laten weten waar iemand zich bevindt. Hiervoor is een onnauwkeurigheid ingebouwd, die op elke plek op aarde anders kan zijn (en van moment tot moment kan verschillen). Deze onnauwkeurigheid wordt ingegeven door de grondstations die de correctiefactor meesturen aan de satelliet. Verder is de klok in de GPS ontvanger minder nauwkeurig dan die van de satellieten, waardoor de onzekerheid over de positie nog meer verschilt. Bij duurdere apparaten is de klok nauwkeuriger. Hierbij geldt dat telefoons het minst nauwkeurig zijn, gevolgd door auto, boot en traditionele GPS. Voor de meeste toepassingen maakt deze nauwkeurigheid niet veel uit. Reken op een nauwkeurigheid van je GPS van 3-5 meter in iedere richting (ook de hoogte).
Je kunt dit eenvoudig zien door ergens stil te staan met je GPS aan. Ondanks dat jij zeker weet dat je stilstaat, zal de GPS je toch op verschillende plekken neerzetten en lijk je dus te bewegen. Overigens geldt dat hoe meer satellieten er in beeld zijn, des te nauwkeuriger de locatie is. Verder naar het zuiden “zie” je meer satellieten dan naar het noorden, dankzij de baan van de satellieten.
Fabrikanten van GPS
Van oudsher waren het vooral de fabrikanten die aan de diverse legers mochten leveren en de traditionele wandelnavigatie bouwen: denk hierbij aan Garmin (wereld marktleider) en Suunto. Later kwamen hier de fabrikanten voor autonavigatie bij: TomTom, Navteq, Magellan, VDO Dayton en opnieuw Garmin, hoewel de meeste systemen tegenwoordig ingebouwd zitten in de auto.
Een andere categorie apparaten die de beschikking heeft gekregen over GPS zijn de telefoons. Door de enorme aantal smartphones die verkocht worden met GPS behoort de smartphone tegenwoordig tot het populairste GPS-apparaat.
De laatste categorie zijn horloges. De smartwatches en GPS horloges kunnen tegenwoordig vrijwel hetzelfde als je telefoon. Het scherm is uiteraard kleiner en de batterijlevensduur valt vaak tegen. Mijn VivoActive3 gaat ongeveer elke 2 dagen aan de lader, al hangt dit af van de activiteiten. Er zijn ook sporthorloges met ingebouwde zonnepaneeltjes die tot 60 uur mee zouden gaan.