GPS en navigatiesysteem

Onderwerp:

  • Algemeen
  • Plaatsbepaling
  • Navigatiesysteem

Algemeen:
GPS is een afkorting van Global Positionings System. GPS bestaat uit een netwerk van satellieten die om de aarde heen cirkelen. Deze geven voortdurend aan waar deze zich bevinden. GPS-ontvangers in navigatieapparatuur hebben 3 tot 8 satellieten nodig om exact op de meter nauwkeurig de positie en (rij-)richting op de aarde te bepalen. 

Plaatsbepaling:
Voor de plaatsbepaling worden 24 satellieten gebruikt die op ongeveer 20.000 km hoogte rond de aarde draaien. De posities van de satellieten zijn zodanig bepaald dat minimaal vijf satellieten tegelijkertijd éénzelfde punt op aarde in hun bereik hebben liggen.

Met minimaal drie satellieten is een driedimensionale ruimte te berekenen als we de afstand tussen drie vaste punten weten. De plaatsbepaling vindt plaats aan de hand van het berekenen van de tijd tussen het verzenden en ontvangen van de signalen. De afstand tussen de ontvanger en iedere satelliet kunnen we berekenen door de tijd te vermenigvuldigen met de lichtsnelheid (300.000 km per seconde). Wanneer we dat met minstens drie satellieten doen, kunnen we denkbeeldige lijnen trekken naar één gemeenschappelijk punt. Een vierde satelliet vergroot de nauwkeurigheid van de plaatsbepaling.

De positie wordt door de ontvanger weergeven in lengte- (longitude) en breedte (latitude)graden. De evenaar ligt op 0° en de polen op 90°. De lengtecirkels (meridianen) verbinden de polen met elkaar. Meridianen zijn denkbeeldige lijnen over de aarde:

  • haaks op de evenaar;
  • van pool naar pool.
De aarde is verdeeld in 360 graden, die vanaf een nulmeridiaan wordt gemeten. Vanaf deze nulmeridiaan wordt de afstand gemeten in graden (van 0° tot 180°) oosterlengte, respectievelijk westerlengte. Een graad (°) kan worden verdeeld in:
  • max. 60 minuten (‘)
  • en een minuut in max. 60 seconden (“).

Samen met de positie in graden ten opzichte van de evenaar (de breedte) en eventueel de hoogte, kan elke plek op de aarde worden aangegeven.

In Amsterdam wordt de volgende positie door de GPS-ontvanger bepaald:

  • Aantal satellieten: 4
  • N: 52°22’02.8″
  • O: 4°53’48.7″
De aangegeven plek in Amsterdam ligt op ongeveer 52° noorderbreedte (N) en 4° oosterlengte (O) af van de nulmeridiaan en de evenaar. 
 
Nederland ligt ten oosten van de nulmeridiaan en ten noorden van de evenaar. Als de links van de nulmeridiaan kijken (een deel van Frankrijk en het grootste gedeelte van Spanje) is dit in het noord-westelijk halfrond. Onder de evenaar spreken we over het zuidelijk halfrond. Als we de coördinaten van zuid-Afrika (zuid-oostelijk halfrond) en Brazilië (zuid-westelijk halfrond) op Google Maps opzoeken, zien de coördinaten er als volgt uit:
 
Coördinaten zuid-Afrika:
  • Z: 28°21’15.5″
  • O: 23°53’13.0″
Coördinaten Brazilië:
  • Z: 4°51’56.4″
  • W: 51°57’27.7″

Navigatiesysteem:
Op land- en wegenkaarten worden de lengte- en breedtecirkels weergeven. Van elke plaats is de geografische ligging bekend. Op het moment dat de GPS-ontvanger in de auto de huidige positie bekend is, kan deze worden vergeleken met de coördinaten van de wegenkaart.

De rijrichting en de afstand tot de bestemming worden met behulp van de satellieten uitgerekend en weergeven op de display in de auto.

Voorbeeld: we willen vanaf Dordrecht (zuid-Holland) naar Parijs rijden.
De coördinaten zijn als volgt:

  • Dordrecht: 51°48’33.2″N 4°38’53.0″E
  • Parijs: 48°51’16.8″N 2°20’52.0″E

Aan de hand van de coördinaten worden de locatie van de bestemming en de afstand berekend. Aan de hand van de informatie in de vorige paragraaf, kunnen we het volgende zeggen over de coördinaten:

  • Van 51 graden noordelijk naar 48 graden. Dit is dichterbij de evenaar, dus de route is richting het zuiden;
  • Van 4 graden oostelijk naar 2 graden: dit is dichter in de buurt van de nulmeridiaan, dus de route is richting het westen. 

De software in de navigatiecomputer berekent aan de hand van de wegenkaart de meest logische route. Hierbij wordt rekening gehouden met factoren als: onverharde wegen, tolwegen, veerdiensten, etc. Wanneer het systeem met internet is verbonden, houdt de software ook rekening met de verkeersomstandigheden. Wanneer blijkt dat er vertraging op de meest logische (standaard) route aanwezig is, wordt een alternatieve route aangeboden. Dit kan een route met een grotere afstand zijn, maar dankzij de gunstige verkeerssituatie toch een snelle route zijn.