Global Positioning System (GPS) – vad det är och hur det fungerar
Global Positioning System, även känt som GPS, är ett rymdbaserat radionavigationssystem med satelliter som är utformat för att hjälpa till att navigera på jorden, i luften och på vattnet. Systemet gör det möjligt att bestämma en mottagares position (latitud, longitud och ofta höjd) samt tid överallt där en fri sikt mot himlen finns.
Hur GPS fungerar
GPS bygger på att minst fyra satelliter sänder tidsstämplade radiosignaler. En GPS-mottagare jämför tidpunkten då signalerna mottas med tidpunkten då de sändes. Eftersom signalerna färdas i ljusets hastighet kan mottagaren räkna ut avståndet till varje satellit. Genom att kombinera avstånden till flera satelliter (en metod som kallas trilateration) kan mottagaren beräkna sin exakta position.
Systemet består av tre huvuddelar:
- Rymdsegmentet – ett nätverk av GPS-satelliter i omloppsbana runt jorden.
- Kontrollsegmentet – markstationer som övervakar satelliterna, korrigerar deras banor och synkroniserar klockor.
- Användarsegmentet – de GPS-mottagare som du hittar i bilar, telefoner, båtar, flygplan och andra enheter.
Vad en GPS-mottagare kan visa
En vanlig GPS-mottagare visar var den befinner sig. Den kan också visa:
- Hastighet och färdriktning.
- Höjd över havet och ibland vertikal hastighet (hur snabbt man stiger eller sjunker).
- Vägar och platser (POI) såsom bilar-relaterade funktioner, hotell, restauranger och bensinstationer i bilnavigering.
- För båtar: sjökort med hamnar, småbåtshamnar, grunt vatten, klippor och vattenvägar.
- Specialiserade funktioner för flygnavigering, vandring, backpacking, cykling och andra friluftsaktiviteter.
- De flesta moderna enheter har GPS-funktionalitet inbyggd i smartphones.
De flesta GPS-mottagare kan också logga var de har varit (spårning) och hjälpa till att planera rutter. Under en planerad resa kan enheten förutse tid till nästa destination och ange ankomsttid.
Noggrannhet och felkällor
GPS-noggrannhet påverkas av flera faktorer:
- Atmosfäriska fördröjningar – jonosfär och troposfär kan fördröja signalerna.
- Multipath – signaler som studsar mot byggnader eller berg ger felaktiga avläsningar.
- Satelitgeometri – hur satelliterna är placerade i förhållande till varandra (PDOP/GDOP) påverkar precisionen.
- Blockering – tät skog, höga byggnader eller djupa dalgångar minskar antalet synliga satelliter.
- Störningar – avsiktlig störning (jamming) eller förfalskning (spoofing) kan påverka positionen.
Standard GPS för civila användare brukar ge ungefär 5–10 meters noggrannhet i öppet fält. Med tekniker som Differential GPS (DGPS), Real-Time Kinematic (RTK) eller satellitbaserade förstärkningssystem kan man uppnå meter- eller till och med centimeterprecision.
Andra system och förstärkningslösningar
Utöver amerikanska GPS finns flera andra globala navigationssatellitsystem (GNSS):
- Ryska GLONASS
- Europeiska Galileo
- Kinesiska BeiDou
Många moderna mottagare kan ta emot flera system samtidigt för bättre täckning och noggrannhet. Det finns också satellitbaserade förstärkningssystem (SBAS) som WAAS i Nordamerika och EGNOS i Europa, som skickar korrektioner för förbättrad noggrannhet.
Tillämpningar
GPS används i många områden utöver vanlig navigering:
- Geodetiska mätningar och kartläggning.
- Geofencing, spårning av fordon och logistik.
- Precision agriculture (jordbruk) för maskinstyrning.
- Tidsstämpling och synkronisering av system inom telekommunikation och finans.
- Säkerhetstillämpningar, räddningstjänst och militära operationer.
Praktiska tips för bättre GPS-precision
- Skaffa fri sikt mot himlen – undvik att stå nära höga byggnader eller under tät trädkrona.
- Låt enheten få tid att hitta satelliter vid start (särskilt efter längre tid avstängd eller efter byte av plats).
- Aktivera hög precision i smartphone-inställningar (”hög noggrannhet”/”GPS + nätverk”).
- Uppdatera kartor och enhetens programvara regelbundet för bästa prestanda.
- Använd extern GPS-antenn eller RTK/DGPS om mycket hög precision krävs.
- Spara batteri genom att justera uppdateringsfrekvensen om kontinuerlig spårning inte behövs.
Integritet och säkerhet
GPS spårar position, vilket kan påverka personlig integritet. Tänk på att appar på din smartphone ofta begär platsåtkomst – kontrollera behörigheter och dela inte din position i onödan. Var medveten om risken för jamming och spoofing i känsliga miljöer och använd säkerhetslösningar där det är påkallat.
Sammanfattningsvis är GPS ett kraftfullt och mångsidigt verktyg för positionering, navigation och tidssynkronisering. Genom att förstå hur systemet fungerar, dess begränsningar och möjliga förbättringar kan du få bättre resultat i både vardagsanvändning och professionella tillämpningar.
GPS-mottagare. Människor kan bära dem för att upptäcka var de befinner sig och planera var och hur de ska ta sig till nästa plats.
Hur det fungerar
En GPS-enhet tar emot radiosignaler från satelliter i rymden som kretsar runt jorden. Det finns 31 satelliter 20 200 kilometer över jorden. Omloppstiden är 11 timmar och 58 minuter. Varje cirkel har en radie på 26 600 kilometer (16 500 mi) på grund av jordens radie. Långt från nordpolen och sydpolen kan en GPS-enhet ta emot signaler från 6 till 12 satelliter samtidigt. Varje satellit innehåller en atomklocka som noggrant ställs in av NORAD flera gånger varje dag.
Radiosignalerna innehåller information om satellitens tid och position, inklusive dess efemäris. GPS-mottagaren subtraherar den aktuella tiden från den tidpunkt då signalen sändes. Skillnaden är hur länge sedan signalen sändes. Tidsskillnaden multiplicerad med ljusets hastighet är avståndet till satelliten. GPS-enheten använder trigonometri för att beräkna var den befinner sig utifrån varje satellits position och avstånd. Vanligtvis måste det finnas minst fyra satelliter för att lösa de geometriska ekvationerna. En GPS-mottagare kan beräkna sin position många gånger under en sekund.
Många billiga konsumentmottagare har en noggrannhet på 20 meter (66 fot) nästan var som helst på jorden.
En GPS-enhet kan vanligtvis också beräkna den aktuella hastigheten. Billiga enheter som i en mobiltelefon gör detta genom att jämföra den aktuella positionen med den senaste positionen. Dyrare enheter som i ett flygplan använder Dopplereffekten och är mycket exakta.
GPS-satelliterna kretsar runt jorden i fyra plan, plus en grupp över ekvatorn. De blå satelliterna här är synliga för en GPS-mottagare på 45° nord. Röda satelliter blockeras av jorden.
Historia
Olika radionavigationssystem har använts sedan mitten av 1900-talet. På 1960-talet försökte man placera radiosändare i satelliter. Ett nytt system, som först kallades Navstar, utformades på 1970-talet av det amerikanska flygvapnet. Det blev GPS och användes endast av den amerikanska militären. År 1983 utfärdade president Ronald Reagan en order som gjorde det möjligt för alla att använda systemet, även om det ännu var för litet för att vara särskilt användbart. Den högsta precisionssignalen var krypterad och endast de väpnade styrkorna fick använda den, men på 1990-talet avkrypterades den tillfälligt och detta gjordes permanent vid sekelskiftet.
Vissa GPS-mottagare är separata enheter med egen strömförsörjning och display. Dessa var vanligast på 1900-talet. Militära mottagare visade då endast de geografiska koordinaterna, eller så hade vissa ingen display utan gav bara koordinaterna till en annan maskin.
Numera ingår de flesta GPS-mottagare i mobiltelefoner, och många är inbyggda i armbandsur, bilar och andra enheter. GPS-delen i en mobiltelefon är liten och vanligtvis dålig, men telefonen använder också mobila basstationer och Wi-Fi-signaler till sin hjälp.
Andra system
Det finns andra system som fungerar på samma sätt. Ett av dem har placerats i rymden av Ryssland och kallas GLONASS. Ett annat som ännu inte är färdigt heter Galileo och byggs av Europeiska unionen.
Frågor och svar
F: Vad är ett globalt positioneringssystem (GPS)?
S: En GPS är ett system av satelliter som är utformat för att hjälpa till att navigera på jorden, i luften och på vattnet.
F: Vad visar en GPS-mottagare?
S: En GPS-mottagare visar var den befinner sig, hur snabbt den rör sig, i vilken riktning den rör sig, hur högt den befinner sig och kanske hur snabbt den går upp eller ner.
F: Vilken information innehåller GPS för bilar?
S: GPS:er för bilar innehåller resedata som vägkartor, hotell, restauranger och bensinstationer.
F: Vilken information innehåller GPS:er för båtar?
S: GPS:er för båtar innehåller sjökort över hamnar, marinor, grunda vatten, klippor och vattenvägar.
F: Vilka andra aktiviteter är GPS-mottagare gjorda för?
S: Andra GPS-mottagare är avsedda för flygnavigering, vandring och backpacking, cykling och många andra aktiviteter.
F: Var finns de flesta GPS-mottagare?
S: De flesta GPS-mottagare finns i smartphones.
F: Vad kan de flesta GPS-mottagare göra?
S: De flesta GPS-mottagare kan registrera var de har varit och hjälpa till att planera en resa. När man färdas på en planerad resa förutspår den tiden till nästa destination.
