ELEKTRONISCHE NAVIGATIE

Global Navigation Satelitte Systems (GPS)

Wereldwijde satellietnavigatiesystemen zijn in de huidige tijd de basis van navigatiesystemen aan land, op zee en in het luchtruim. Satellietavigatiesystemen bestaan uit een samenstelling van ongeveer 30 satellieten die in een baan om de aarde draaien en die informatie verstrekken. Deze satellieten worden gecontroleerd en gedirigeerd vanuit grondstations de de satellieten voorzien van de uit te zenden informatie. De signalen die door de satellieten worden uitgezonden geven nauwkeurige informatie over tijd en baan. Uit de gegevens van meerdere tegelijk waargenomen satellieten worden door ontelbare ontvangers de eigen positie en daarvan afgeleide informatie berekend. Als aanvulling op de satellietnavigatie kan er een differentiatie worden toegevoegd met signalen vanuit grondstations, om te komen tot GNSSD. Vaak wordt ‘GPS’ gebruikt als een algemene term, maar er zijn inmiddels meerdere wereldwijde navigatiesystemen die werken volgens vergelijkbare principes maar met verschillende benamingen:

Global Positioning System (GPS) – Amerikaans systeem
Globalnaya Navigazionnaya Sputnikovaya Sistema (GLONASS) – Russisch systeem
Galileo – Europees systeem
BeiDou – Chinees systeem

Principe van een Global Navigation Satelitte System zoals GPS, GLONASS en Galileo

Principe

GNSS-posities worden verkregen wanneer een GNSS-ontvanger een ‘fix’ verkrijgt door het gelijktijdig vastleggen van de signalen van drie, vier of meer ‘in zicht’ zijnde satellieten. Alle apparatuur werkt op basis van een exacte atoomklok en tijdwaarneming. Wanneer de satellieten onderling ver uit elkaar zijn verspreid zijn is de nauwkeurigheid van de fix beter dan wanneer ze dicht bij elkaar gelegen zijn, vergelijkbaar zoals met zicht-, kompas- en radiopeilingen.  De exacte tijd verstreken tussen uitzenden door de satellieten en het ontvangen van het signaal door de apparatuur is maatgevend. nauwkeurigheid neemt af bij een (te) beperkt aantal satellieten in zicht voor de apparatuur. Dit kan zich in de praktijk voordoen bij het navigeren in een omgeving met hoge bebouwing die de signalen afdekken van benodigde satellieten. Ook in kustgebieden kan dit zich voordoen en kan de positionering minder nauwkeurig zijn dan bij een open horizon.

Nauwkeurigheid

GNSS-ontvangers die meer dan één systeem kunnen gebruiken om een ​​fix te verkrijgen hebben toegang tot meerdere satellieten, wat het systeem betrouwbaarder zou moeten maken. Dilution of Precision (DoP), in het bijzonder de horizontale DoP (HDoP), is een indicator voor de kwaliteit van een GNSS-positie. DoP houdt rekening met de locatie en geometrie van satellieten ten opzichte van de GNSS-ontvanger. Een lage HDoP-waarde (minder dan 2,0, 1,0 is ideaal) duidt op een relatief hoge waarschijnlijkheid van nauwkeurigheid.

Beïnvloeding van satellietnavigatiesystemen

Signalen van GNSS-satellieten kunnen last hebben van verstoring en zijn kwetsbaar. Op hun baan vanuit de satellieten in de ruimte naar de aarde kunnen de signalen worden verstoord door natuurlijke gebeurtenissen zoals ruimteweer, zonnewind en door invloeden in de aardse atmosfeer zoals radiogolven en straling. GNSS-signalen hebben gewoonlijk een extreem laag vermogen wanneer ze de aarde bereiken, waarmee zij vatbaar zijn voor zowel opzettelijke verstoring, bijvoorbeeld van nabijgelegen communicatiemasten. Signalen kunnen tegen de zee, bebouwing of kunstwerken weerkaatsen, resulterend in langere padlengtes en positiesprongen. Andere effecten zijn op zich zeldzaam maar kunnen wel positiefouten veroorzaken. Dit kunnen onbedoelde signaalfouten zijn als gevolg van menselijke of technische fouten in satellietcontrolecentra, of het opzettelijk verzenden van misleidende signalen door derden.

Soms zijn deze problemen duidelijk omdat het positiedisplay aangeeft dat het verloren is of niet beschikbaar is. Het is echter gebruikelijker dat deze effecten resulteren in een onnauwkeurige positie zonder dat er een fout wordt gemarkeerd. Alles zal in orde lijken, ondanks het feit dat de positienauwkeurigheid wordt verminderd, mogelijk in grote mate – tot honderden meters of meer zijn bij talloze gelegenheden gezien. Systemen die zijn aangesloten op de GNSS-ontvanger kunnen ook worden beïnvloed, vooral als GNSS wordt geweigerd of verloren voor meer dan een kort moment.

Philips MK9 GPS navigator

Systeemstoringen

Hoewel de mogelijkheid van een volledige systeemstoring onwaarschijnlijk is, blijft het een risico. GPS is ontwikkeld als een Amerikaans militair systeem, er zou om tactische redenen voor gekozen kunnen worden om het systeem minder nauwkeurig te laten werken voor civiele gebruikers. Maar tegelijk is het systeem zo ‘ingeburgerd’ voor praktisch alle vitale civiele systemen, zowel in de Verenigde Staten aan land, op zee en in het luchtruim, dat er wel heel veel gaande moet zijn eer het daartoe komt. Een verstoring of uitschakelen zou daarmee een grote impact op de samenleving hebben, niet alleen op de navigatie. Desondanks zijn lokale positie-onnauwkeurigheden niet ongebruikelijk en we moeten ons ervan bewust zijn dat ze ons kunnen beïnvloeden.

Natuurlijke GNSS-verstoring

Ruimteweer

De aardse atmosfeer beïnvloed en vertraagt ​​altijd satellietsignalen, alle GNSS-ontvangers met één frequentie bevatten modellen om dit te compenseren. Soms zorgen verschijnselen zoals zonnevlekken, zonnevlammen en scintillatie voor veranderingen in de ionosfeer en / of troposfeer die te groot of snel veranderend zijn om door de modellen te worden gecompenseerd. meld een standpunt helemaal niet.

Onopzettelijke storing

Onopzettelijke afwijkingen kunnen zich voordoen bij defecte apparatuur of een slechte opstelling van antennes. Ook nabijgelegen zendantennes zijn veelvoorkomende oorzaken van storing. Aan boord is de locatie van de GNSS-antenne ten opzichte van een andere zendantenne / antenne, bijvoorbeeld een VHF-antenne, het eerste waar rekening mee gehouden moet houden. Ook constructies met gewapend beton of bekabeling op de zeebodem kunnen onbedoeld verstoringen veroorzaken.

GEDIGITALISEERDE KAARTEN

Digitale kaarten in combinatie met satellietnavigatie maken het mogelijk om onder meer de eigen positie, koers en snelheid in de kaart te projecteren. Waarbij de digitale kaarten op verschillende manieren op het beeldscherm kunnen worden opgebouwd, respectievelijk als ‘rasterkaart’ en als ‘vectorkaart’. Met onderling de volgende verschillen.

Rasterkaarten

Rasterkaarten zijn digitale kaarten waarbij er als het ware een digitale foto is genomen van een papieren kaart. Net als bij een foto bepalen het aantal pixels de scherpte van de rasterkaart. Bij het inzoomen van rasterkaarten kan er worden overgeschakeld op onderliggende digitale kaartfragmenten in een andere kaartschaal met meer details. Bij kaarten zonder onderliggende kaartfragmenten worden de pixels groter waardoor er een wollig beeld ontstaat. Bij rasterkaarten kan het voorkomen dat een deel van het scherm een gedetailleerd beeld vertoond, maar dat een ander deel op het scherm details achterwege laat, ofwel een scherp kaartdeel en een vaag kaartdeel. De afbeelding hieronder toont een voorbeeld van een rasterkaart (NV-Atlas op een IPad) waarbij voorzien is in het tonen van positie, koers, snelheid enzovoort.

Een rasterkaart van NV-Verlag op een IPad, met van links naar rechts een uitgezoomd fragment, een onderliggend maar naar voren gehaald fragment en rechts een uitgeklapt navigatiescherm

Vectorkaarten

Bij vectorkaarten worden gedigitaliseerde kaarten regel voor regel geschreven. Waarbij aan details in de kaarten onderliggende en oproepbare informatie kan worden geschreven. Bij vectorkaarten wordt bij inzoomen de kaartbals het ware opnieuw op het scherm geschreven. Door op een detail te ‘klikken’ komt de onderliggende informatie naar voren, maar er is ook een programma actief dat de vectorkaarten op het beeldscherm projecteert en details ofwel toont of achterwege laat.

Digitale zeekaart getoond op een tablet voorzien van GPS

Visie op elektronisch navigeren

Belangrijk om te realiseren dat satelliet navigatiesystemen afhankelijk zijn van factoren buiten de eigen invloedssfeer, zoals hierboven beschreven. Ook technische storingen of stroomuitval  kunnen het navigeren parten spelen,  Daarom blijft het waardevol om ook de onafhankelijke navigatiemiddelen te blijven benutten en de vaardigheden te oefenen. Deels om de Wereldwijde Sateliet Navigatie Systemen te controleren  op de goede werking, deels om op terug te vallen wanneer de genoemde systemen uitvallen of afwijken, al zal dat waarschijnlijk kortstondig zijn. Eenvoudig om te zeggen dat een landmark een landmark en een hemellichaam een hemellichaam blijft, evenals tal van andere voor de navigatie bruikbare en bedoelde merktekens. Goed zeemanschap wil zeggen alle beschikbare middelen kunnen gebruiken voor een veilige vaart. Goed zeemanschap wil niet altijd zeggen de kortste route van A naar B, maar kan zeggen een daarvan afwijkende koers uitzetten om onderweg het gegist bestek maar ook de Sateliet Navigatie Systemen zelf, en de daarvan afhankelijke apparatuur te controleren.