Miten GPS-paikannin tietää sijaintinsa?
Huolellisesti suunniteltu 31 satelliitin verkosto 20 200 kilometrin korkeudella toimii yhteistyössä paikantaakseen sijaintisi Maan päällä, jotta sinä löydät perille. Pian on uusi ja entistäkin tarkempi järjestelmä valmiina käyttöön.
GPS-satelliittipaikannusjärjestelmän (Global Positioning System) ytimen muodostavat 31 satelliittia, jotka kiertävät Maata 20 200 kilometrin korkeudessa. Satelliittien radat on suunniteltu niin, että mistä tahansa Maan pinnan pisteestä katsottuna vähintään neljä niistä sijaitsee horisontin yläpuolella.
Jokaisessa paikannussatelliitissa on radiolähetin ja atomikello, joka ilmoittaa ajan kolmen miljardisosasekunnin tarkkuudella. Satelliitit lähettävät jatkuvasti radiosignaaleja, joista käy ilmi satelliitin tunniste ja sijainti sekä signaalin tarkka lähetysaika. GPS-paikannin vastaanottaa nämä signaalit.
Järjestelmä kehitettiin alun perin armeijalle
Oman kellonsa avulla paikannin laskee, miten kauan radiosignaalien saapuminen kestää. Paikannin vastaanottaa aina signaaleja neljästä satelliitista, ja yhdistämällä niiden lähettämät tiedot sen tietokone laskee sijaintinsa ja näyttää sen paikantimeen tallennetulla kartalla. Sijantitiedon poikkeama on yleensä 20–75 metriä, mutta erilaisilla apujärjestelmillä tarkkuutta voidaan parantaa niin, että poikkeama kutistuu muutamaan senttimetriin. Esimerkiksi auton navigaattorissa pieni epätarkkuus ei juuri haittaa, mutta esimerkiksi karttoja laadittaessa poikkeaman pitää olla mahdollisimman pieni.
GPS-järjestelmä on rakennettu alun perin Yhdysvaltojen armeijan tarpeisiin, mutta se on nykyisin avoin kaikille. Rakenteilla on myös eurooppalainen Galileo-järjestelmä, jonka on määrä olla käyttövalmis 2020.
Neljä palloa kertoo paikantimen sijainnin
GPS-järjestelmän paikannussatelliittien radat on suunniteltu niin, että paikannuslaite on koko ajan yhteydessä vähintään neljään satelliittiin. Kukin satelliitti lähettää paikantimeen sijaintinsa, ja paikannin laskee, miten kaukana siitä satelliitti on. Tarkkaan paikanmääritykseen tarvitaan tieto neljän satelliitin sijainnista paikantimeen nähden.
1. Satelliitti A kertoo, että paikannuslaite on 21 000 kilometrin päässä siitä. Tiedon perusteella voidaan piirtää pallo, jonka säde on 21 000 kilometriä. Paikannin voisi periaatteessa sijaita missä tahansa pallon pinnalla.
2. Satelliitti B:n signaali kertoo, että paikannin on 22 000 kilometrin päässä siitä. Siitä voidaan päätellä, että paikannin sijaitsee sillä alueella, missä satelliittien ympärille piirrettyjen pallojen pinnat leikkaavat.
3. Satelliitti C:n signaalista ilmenee, että sen ja paikantimen etäisyys on 20 000 kilometriä. Siitä tiedetään, että paikannin sijaitsee jommassakummassa niistä kahdesta pisteestä, joissa A:n, B:n ja C:n pallojen pinnat leikkaavat. Neljäs satelliitti kertoo, kumpi pisteistä on oikea.