6.2.1 Mikä GPS on?

GPS  eli Global  Positioning  System on Yhdysvaltain   puolustusministeriön (DoD, Department of Defence) kehittämä ja rahoittama satelliittipaikannusjärjestelmä. Tarkoituksena oli rakentaa sotilaskäyttöön tarkka, reaaliaikainen ja yksisuuntainen paikannusjärjestelmä. Sotilaallisen käytön lisäksi järjestelmään suunniteltiin alusta alkaen myös siviilikäyttöön tarkoitettu osa.

Järjestelmä on saatu toimintakuntoon v.1994 ja se käyttää nimensä mukaisesti paikantamiseen satelliitteja, joita toimivassa järjestelmässä on 24 kappaletta. Samanaikaisesti niitä voi olla näkyvissä 12 kappaletta, mutta kuusi satelliittia on koko ajan näkyvissä. Satelliitit kiertävät maata yli 20 000 kilometrin korkeudessa. GPS-järjestelmä toimii siis tauotta vuorokauden ympäri kaikkialla maailmassa.

Järjestelmän siviiliosaa voidaan hyödyntää maksutta kaikkialla maailmassa. Kuluttajamarkkinoille on suunniteltu jo tuhansia vastaanottimia keveistä retkeilylaitteista järeisiin laajoja karttapohjia sisältäviin GPS-plottereihin. 

Kuva 1.  24 GPS-satelliittia kiertävät maata kuudella eri ratatasolla 20 200 kilometrin korkeudessa (Dana).

Kolme segmenttiä

GPS koostuu avaruus-, kontrolli- ja käyttäjäsegmenteistä.

Avaruusosalla tarkoitetaan 24:aa avaruudessa kiertävää satelliittia, joiden tilaa, ratoja ja toimintaa tarkkaillaan jatkuvasti kontrolliverkon avulla.  

Kontrolliverkko koostuu päävalvonta-asemasta ja useista tarkkailuasemista. Päävalvontakeskus on sotilastukikohdassa Coloradossa ja tarkkailuasemat sijaitsevat Diego Garciassa Intian valtamerellä, Ascensionin saarella Atlantilla, sekä Kwajalein-saarella ja Hawaijilla Tyynellä valtamerellä. Ne tarkkailevat jatkuvasti satelliittien tilaa, päivittävät niiden käyttäjille lähettämiä tietoja, sekä määrittävät paikannuksessa tarvittavia satelliittien rataelementtejä ja kellovirheitä.. 

Käyttäjäosa on puolestaan GPS-vastaanottimen omistaja tai järjestelmä, joka hyödyntää GPS:n antamaa sijaintia, nopeutta sekä tarkkaa aikaa.

Kuva2.  Päävalvontakeskuksen ja neljän tarkkailuaseman sijainti (Dana).

Kuva 3. Valvonta-asema lähettää satelliitille sen ratatiedot ja korjauksen sen kelloon. Näin GPS-järjestelmä pysyy "kunnossa" ja käyttäjät saavat oikeaa informaatiota olinpaikastaan (Dana).

GPS-laitteiden kehittymistä voisi verrata matkapuhelimiin, joiden kehitysvauhti on ollut viime vuosien aikana nopea. Markkinoille tulee jatkuvasti uusia entistä monipuolisempia laitteita, joihin on lisätty uusia käyttäjälle hyödyllisiä ominaisuuksia. Jatkuvasti kehittyvät standardit lisäävät puhelimen suorituskykyä, ja tekevät mahdollisiksi uusien palveluiden tarjoamisen.

Vaikka itse GPS-standardi ei olekaan muuttunut, ovat siviilikäyttöön tarkoitetut vastaanottimet kehittyneet niin vastaanottotekniikaltaan kuin palveluiltaankin. Uusimmat GPS-laitteet pystyvät seuraamaan kaikkia kahtatoista samanaikaisesti näkyvissä olevaa satelliittia. Niiden vastaanottimet ovat herkempiä, ja piirien virrankulutus on pienempi.

Myös näytöt ovat kehittyneet nopeasti, ja laitteisiin on mahdollista ladata erilaisia taustakarttoja. Muistien koon kasvaessa ja muistipiirien suorituskyvyn parantuessa laitteet pystyvät tallentamaan entistä enemmän reittejä, reittipisteitä ja niiden ominaisuuksia.

Edullisten GPS-paikantimien käyttökelpoisuutta lisäsi ratkaisevasti tarkoituksellisen häirinnän poistaminen järjestelmästä. Vuoden 2000 keväällä Yhdysvaltojen silloinen presidentti Bill Clinton määräsi, että GPS-paikannustarkkuutta tarkoituksellisesti huonontava sotilaallinen häirintäsignaali (S/A, Selective Availability) poistetaan käytöstä. Poiston ansioista GPS-paikannuksen siviilimoodin tarkkuus parani 50-200 metristä 15-30 metriin. 

GPS-paikannuksen tarkkuutta voidaan parantaa mittaamalla paikannusvirhettä toisella laitteella tunnettuun pisteeseen nähden, ja vähentämällä virhe varsinaisen  mittauslaitteen tuloksesta.  Tämä ns DGPS-järjestelmä (Differential GPS) oli erityisen tarpeellinen S/A häirinnän ollessa päällä, ja sen avulla voidaan nykyisinkin parantaa havaintojen tarkkuutta mm. ilmakehän aiheuttamien virheiden eliminoimiseksi..

GPS-laitteiden vapaa-ajankäyttö yleistyy nopeasti. Kuvassa n. 200 euron hintainen Garmin eTrex-paikannin teipattuna purjelaudan puomiin. Laitteelta voidaan purjehduksen jälkeen purkaa PC:lle reitti ja nopeus eri reitin vaiheissa.

  juhhuhuhh

Rannekelloon integroitu GPS-vastaanotin liitettynä PC:hen (Suunto).

Magellanin nykyaikainen GPS-navigaattori, johon voi liittää karttapohjan.

Kuvien lähde:Peter H. Dana, The Geographer's Craft Project, Department of Geography, The University of Colorado at Boulder