5 fakta om satellittnavigasjon

1. Et satellittnavigasjonssystem består av 3 segmenter:

• Satellitter
• Kontroll- og referansestasjoner
• Mottakere

2. Satellittene går i en sirkulær bane, hovedsakelig i om lag 20 000 km høyde. Denne banehøyden er den mest gunstige for en optimal dekning av jordoverflaten.

3. Bakkesegmentet består av en sentral kontrollstasjon og flere målestasjoner plassert ulike steder på jordas overflate. Disse stasjonene overvåker satellittene, og sender data tilbake til kontrollstasjonen for prosessering. Deretter sender kontrollstasjonen oppdatert informasjon til hver enkelt satellitt som deretter inkluderer informasjonen som del av navigasjonsmeldingen som kringkastes ut til brukerne.

4. Brukersegmentet består av mottakere som beregner sin posisjon basert på signalene fra satellittene.

5. For å fastslå brukerens posisjon må mottakeren ta imot signaler fra minst fire navigasjonssatellitter. Mottakeren beregner avstanden til hver enkelt satellitt ved å finne tidsdifferansen mellom når signalet ble kringkastet fra satellitten og når det ankom mottakeren. I tillegg er kjennskap til satellittenes posisjon, som er en del av navigasjonsmeldingen, påkrevd. Ved hjelp av avstandene til minst fire ulike satellitter er det mulig å beregne en posisjon med en nøyaktighet på noen få meter. I tillegg til mottakerens posisjon får brukeren nøyaktig tid og hastighet.

Flere satellitter gir en mer nøyaktig posisjon. Nøyaktig posisjonsbestemmelse forutsetter en nøyaktig måling av den tiden radiosignalet bruker på å tilbakelegge distansen mellom satellitten og mottakeren. 

Siden radiosignaler beveger seg med lysets hastighet, opereres det med tidsenheter på milliarddeler av et sekund (nanosekund). Et tidsavvik på et nanosekund gir en avstandsfeil på 30 centimeter.

Mottakeren får tidsmerkede signaler fra satellitten og sammenligner dem med mottakerens klokke. All tidsinformasjon kontrolleres av presise atomklokker i satellittene. For at et satellittnavigasjonssystem skal gi god ytelse over alt på kloden, må atomklokkene i satellittene synkroniseres med en felles tidsreferanse på bakken.

Satellittsignalene er sårbare for skjerming. Skjerming betyr at satellittsignalene ikke kommer frem til mottakeren fordi bygninger, fjell eller skog er i veien mellom satellitten og mottakeren. 

Mottak av signaler krever mest mulig fri sikt til satellittene. Signalene kan svekkes i byområder med høye bygninger (byjuv), i daler og fjorder med omliggende fjell, i tette skogsområder, i nærheten av store konstruksjoner og dersom mottakeren holdes nært inntil kroppen. Innendørs og i tunneler vil du oppleve at signalet faller helt bort.

Hvis man bruker flere satellittnavigasjonssystemer samtidig, vil en få bedre dekning av satellittene, og dermed redusere sannsynligheten for signalskjerming. Signaltilgjengelighet vil spesielt bli forbedret i bystrøk med høye bygninger, under vanskelige terrengforhold og nær høye konstruksjoner.

I sammenheng med reflekterte signaler brukes ofte begrepet flerveisinterferens (multipath). Brukeren vil i disse tilfellene motta en kombinasjon av det opprinnelige signalet med et signal som ble reflektert på en flate i nærheten. En slik flate kan være en bygningsfasade, en bil, vann, snø eller andre reflekterende objekter.

Mottakeren registrerer ikke den korrekte avstanden mellom satellitten og mottakerantennen og dermed blir posisjonen unøyaktig. Risikoen for signalrefleksjon er betydelig i mange omgivelser der brukere befinner seg, og konsekvensen er avhengig av brukerkompetanse og kvaliteten på brukerutstyret (mottaker og spesielt antenne).

Signalene fra satellittnavigasjonssystemer er i utgangspunktet relativt svake. Den lave sendereffekten på satellittene gjør at signalene lett kan forstyrres. Forstyrrelser kan oppstå dersom annet radioutstyr sender på (nær) de samme frekvensene som benyttes til satellittnavigasjon.

Satellittenes posisjon på himmelen endrer seg hele tiden og påvirker posisjonsnøyaktigheten. Satellittgeometri sier noe om satellittenes posisjon på himmelen sett fra brukeren. En god geometri betyr at det er spredning av satellitter utover himmelhvelvingen. Da vil også mottakeren få bedre dekning for å motta signaler. 

Etter hvert som satellittene beveger seg i sine baner, vil geometrien variere. Flere satellitter med god spredning gir bedre satellittgeometri og dermed gi mer nøyaktig posisjonsbestemmelse.