Hva du bør vite om satellittnavigasjon

Hvordan fungerer satellittnavigasjon?
Vær oppmerksom på mulig signalskjerming
Forstyrrelser fra andre radiokilder
Reflekterte signaler kan gi unøyaktig posisjon
Hva er satellittgeometri?

Satellittnavigasjon er en teknologi for posisjonsbestemmelse, navigasjon og tidsbestemmelse (PNT) på land, til sjøs, i luften og i rommet ved hjelp av signaler fra navigasjonssatellitter. USA, Russland, Kina og Den europeiske union (EU) opererer hvert sitt globale system, henholdsvis GPS (Global Positioning System), GLONASS, BeiDou og Galileo.

Slike satellittsystemer går under fellesbetegnelsen GNSS (Global Navigation Satellite Systems). GPS, GLONASS og BeiDou er militære systemer som i tillegg tilbyr signaler til sivile brukere. Spesielt GPS har frem til nå hatt stor sivil betydning. Det europeiske systemet Galileo har vært i drift siden 15. desember 2016, og er det eneste systemet under sivil kontroll. 

Hvordan fungerer satellittnavigasjon?

Et satellittnavigasjonssystem består av et romsegment med satellitter, et bakkesegment med kontroll- og referansestasjoner, samt et brukersegment med mottakere.

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.

Bakkesegmentet består av en sentral kontrollstasjon og flere målestasjoner plassert ulike steder på jordas overflate. Disse stasjonene overvåker navigasjonsytelsen og helsetilstanden til 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.

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

For å fastslå brukerens 3D-posisjon (horisontal- og vertikalposisjon) 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 3D-posisjon med en nøyaktighet på noen få meter. I tillegg til mottakerens posisjon får brukeren nøyaktig tid og hastighet.

Jo flere satellitter som kan anvendes, desto bedre posisjonsnøyaktighet er det vanligvis mulig å oppnå. 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.

Vær oppmerksom på mulig signalskjerming

Satellittsignalene er sårbare for skjerming. 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.

Samtidig bruk av flere satellittnavigasjonssystemer med flere satellitter vil redusere sannsynligheten for signalskjerming. Signaltilgjengelighet vil spesielt bli forbedret i bystrøk med høye bygninger, under vanskelige terrengforhold og nær høye konstruksjoner.

Reflekterte signaler kan gi unøyaktig posisjon

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 posisjonsbestemmelsen 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).

Forstyrrelser fra andre radiokilder

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.

Illustrasjon av ulike feilkilder som kan påvirke posisjonsbestemmelsen, inkludert signalskjerming og flerveisinterferens.

Hva er satellittgeometri?

Satellittenes posisjon på himmelen endrer seg hele tiden og påvirker posisjonsnøyaktigheten. Satellittgeometri sier noe om satellittenes posisjon på himmelen sett fra brukeren. 

En mottaker som har fri sikt til fire satellitter plassert nær hverandre eller på en rett linje på himmelen, vil få en mindre nøyaktig posisjon (figur til venstre). Fri sikt til satellitter med god spredning over hele himmelen vil gi bedre posisjonsnøyaktighet (figur til høyre).

Ugunstig satellittgeometri er ikke en statisk situasjon. Etter hvert som satellittene beveger seg i sine respektive baner, vil geometrien variere. Flere satellitter med god spredning gir bedre satellittgeometri og dermed forbedret ytelse på posisjonsbestemmelsen. Risikoen for tap eller degradering av signaler på grunn av ugunstig satellittgeometri er blant annet avhengig av satellittenes posisjon og skjermingsforhold rundt mottakeren.

Flere satellitter fra flere satellittnavigasjonssystemer vil øke sannsynligheten for gunstig satellittgeometri og dermed for bedre posisjonsnøyaktighet. Bildene viser satellittbanene, sett fra en mottaker på taket av Den Norske Opera i løpet av en time (fra venstre: GPS, GPS + GLONASS, GPS + GLONASS + Galileo).