Slik ble GPS-en til

I 1957 ble verdens første satellitt skutt opp.

Det var Sovjetunionen som var først ut med sin Sputnik-satellitt.

Sputnik sendte ut et signal som gjorde det mulig å posisjonere satellitten fra jorden.

Man brukte flere antenner på jorden som kunne posisjonere satellitten nøyaktig på stjernehimmelen.

Dette var det noen kloke hoder som skjønte at man kunne reversere.

Hvis man, ved hjelp av flere antenner på jorden, kan posisjonere en satellitt, må det kunne gå an å posisjonere en antenne ved hjelp av flere satellitter.

Og dermed var ideen om et globalt posisjoneringssystem født.

Les også: Slik sorterer du bildene på rekordtid

Usannsynlig nøyaktig

For å finne posisjoner bruker GPS forsinkelse i signalet.

Altså, tidsforskjellen mellom sending og mottak forteller hvor langt unna man er hver enkelt satellitt.

Ved hjelp av flere satellitter kan man dermed finne et krysningspunkt som forteller nøyaktig hvor man befinner seg hen.

Satellitten sender ut en tidskode som blir mottatt og sammenlignet med tiden i GPS-enheten og differensen mellom tiden signalet ble sendt, til signalet ble mottatt forteller avstanden. I teorien høres dette enkelt og greit ut, men virkeligheten er ikke så enkel.

Problemet ligger i nøyaktigheten.

Les også: Slik ser du NRK på PC-en

Signalet som satellittene sender ut er et elektromagnetisk signal.

Ulempen med elektromagnetiske signaler er hastigheten.

De beveger seg nemlig i lysets hastighet og det kreves vannvittig avansert måleutstyr for å måle forsinkelsen. I optimale omgivelser, med en god antenne, skal GPS ha en nøyaktighet på under 10 meter. Med andre ord må GPS-en kunne måle tiden lys bruker på å reise 10 meter.

Da lysets hastighet er på 300.000.000 meter pr sekund, tilsvarer dette ca 0,000.000.03 sekunder, eller 30 nanosekunder.

Hvis GPS-klokken går ett tusendels sekund feil, vil dette tilsvare en unøyaktighet på 300 km.

Denne nøyaktigheten kan man glemme med en vanlig klokke og man må benytte atomur.

Atomur er naturligvis alt for store og alt for dyre til å putte inn i hver enkelt GPS-enhet, så man har derfor valgt å ha et atomur i hver av satellittene som synkroniserer med enhetene på bakken.

Måten dette gjøres på er utrolig smart. Når man har kontakt med to satellitter, skapes en sirkel av mulige posisjoner.

Når man får kontakt med en tredje, skapes to mulige punkter.

Når man så får kontakt med fjerde satellitt er sjansen liten for at den skaper et krysningspunkt i en av de to mulighetene, foreslått av de tre andre.

Dette på grunn av at man ikke har et atomur i den håndholdte GPS-en. Men, ved hjelp av noen avanserte algoritmer klarer den håndholdte GPS-en å bli enig med seg selv om et klokkeslett da alle satellittsignalene krysses i et punkt.

Man har dermed klart å synkronisere en klokke ved hjelp av et system som bygger på tidsforsinkelse.

Andre utfordringer for nøyaktig posisjonering ligger i signalekko som oppstår i landskap, bygninger eller atmosfæren.

Signalet vil også bli noe forsinket i regn eller sterk tåke, man har forskjellig brytingsvinkel på signalet ettersom hvor på himmelen satellitten befinner seg og fordi satellittene beveger seg med en høy hastighet setter relativitetsteorien til Einstein inn og tid blir relativ og forskjellig for satellitt og mottaker.

I det hele tatt er det svært imponerende at GPS fungerer så godt som det faktisk gjør.

Les også: Test av Apple Time Capsule 500GB

Denne saken ble første gang publisert 20/07 2009, og sist oppdatert 05/05 2017.