Reistijd afwijkingen

Ondanks alle maatregelen om het GPS systeem zo nauwkeurig mogelijk te maken blijven er toch nog bronnen van onnauwkeurigheid over die maken dat je positiebepaling nooit helemaal correct is. Ten eerste hebben we aangenomen dat we zonder meer de afstand tot de satelliet konden bepalen door de reistijd van het signaal te vermenigvuldigen met de lichtsnelheid.

Dat is helaas niet helemaal waar. De lichtsnelheid is namelijk alleen constant in vacuum. Wanneer het signaal door de atmosfeer reist wordt het een heel klein beetje vertraagd. En omdat de atmosfeer van plaats tot plaats en van moment tot moment anders van samenstelling is zullen we dus moeten accepteren dat hier een afwijking in je positiebepaling uit voortvloeit die ook iedere keer anders is.

Dat betekent dat deze fout niet kan worden gecorrigeerd (dat wil zeggen: helemaal weggewerkt), maar hij kan wel worden gecompenseerd (dat wil zeggen: kleiner gemaakt, maar niet tot nul teruggebracht).
Er zijn twee manieren om dat te doen, een dure en een goedkope, en de dure oplossing werkt beter dan de goedkope. De goedkopere manier is rekening te houden met de gemiddelde afwijking van de snelheid waarmee het signaal reist. De dure manier is te kijken naar de verschillen in snelheid van signalen op twee verschillende frequenties. Dit laatste is voorbehouden aan zeer geavanceerde en dus zeer dure ontvangers. Je wandel-GPS-je moet het doen met een gemiddelde foutcompensatie.

Weerkaatsing

Na de reis door de atmosfeer is de ellende nog niet voorbij voor het GPS signaal. Het kan namelijk nog weerkaatsen tussen bijvoorbeeld gebouwen, bergwanden en andere grote oppervlakken. Fouten die hierdoor ontstaan heten multi-path errors. Goede ontvangers kunnen detecteren dat ze hetzelfde signaal meermalen ontvangen en ze gebruiken dan alleen het eerst binnenkomende signaal. Het kan echter gebeuren dat er alleen een gereflecteerd signaal bij je ontvanger aankomt en geen signaal dat direct van de satelliet afkomstig is. In dat geval ziet je ontvanger dat als een rechtstreeks signaal en hij zal daarop de positiebepaling baseren. Maar een signaal dat weerkaatst is, is langer onderweg geweest, en de berekende afstand tot de satelliet komt hoger uit dan de werkelijke afstand. Een fout in je positiebepaling is het gevolg.

Klokfouten

Ook de satellieten zelf dragen, ondanks dat ze zeer geavanceerd zijn, toch ook nog bij aan kleine fouten in het systeem. De atoomklokken zijn wel heel nauwkeurig, maar ze zijn niet helemaal perfect. Ook in de atoomklokken kunnen nog minimale afwijkingen optreden en ook die veroorzaken dan een fout in de berekening van de afstand tot de satelliet.

Baanfouten

Al worden de satellieten voortdurend met radar in de gaten gehouden, ze worden niet ieder seconde gevolgd. Dus kleine afwijkingen in de doorgegeven baanpositie (ephemeris errors) blijven mogelijk.

Satelliet configuratie

Tenslotte is er nog het patroon waarin de satellieten staan ten opzichte van de ontvanger. Staan de satellieten dicht bij elkaar en hoog boven de horizon dan is een minder nauwkeurige plaatsbepaling het gevolg. Staan ze ver uiteen en laag boven de horizon dan is een nauwkeuriger plaatsbepaling mogelijk. Deze fout staat bekend als "Geometric Dilution of Precision" of kortweg GDOP. Gelukkig zijn er meestal meer satellieten boven de horizon dan er minimaal nodig zijn voor een positiebepaling. Een goede GPS ontvanger kiest zelf de satellieten die bij elkaar de beste GDOP configuratie geven en negeert de andere.

Samenvatting

Hier zie je een samenvatting van alle foutbronnen. Zoals je ziet mag je bij goede satellietontvangst rekenen op een nauwkeurigheid in je positiebepaling van circa tien meter. Het mag duidelijk zijn dat dat ruim voldoende is om een wandeling te maken zonder de weg kwijt te raken.

Conclusies

Als je het bovenstaande gelezen hebt zul je begrijpen dat je er niet op mag rekenen dat je GPS altijd en overal een nauwkeurigheid van circa 10 meter heeft.
Daar komt nog bij dat er omstandigheden kunnen zijn die maken dat de satellietontvangst niet altijd even goed is.
Als je bijvoorbeeld 's zomers onder bomen met een dicht bladerdek loopt kan de ontvangst zo sterk teruglopen dat er geen positiebepaling meer mogelijk is.

Ben je in een bergomgeving dan ligt door de bergen de horizon soms veel hoger dan je in Nederland gewend bent, waardoor je GPS regelmatig minder dan drie satellieten "ziet". In de praktijk valt dat overigens ook wel weer mee. De satellieten bewegen in een aardig vaartje om de aarde. Lukt het je op een zeker moment niet om je positie te bepalen dan zal dat meestal maar tijdelijk zijn. Enkele minuten later lukt het dan weer wel. Ook, als je die mogelijkheid hebt, kun je de ontvangst verbeteren door in de nabije omgeving een betere plek te zoeken. Bijvoorbeeld een open plek in het bos of een plek waar het zicht op de hemel minder door bergen belemmerd wordt.

Hou er dus rekening mee dat je af en toe in het geheel geen positie kunt bepalen of dat de nauwkeurigheid van je positiebepaling af en toe sterk terugloopt, soms tot een fout van wel enkele honderden meters.

De meeste GPS-en geven de nauwkeurigheid aan. Op basis van de GDOP, die de GPS zal kan bepalen, en de bovenomschreven bekende systeemfouten geven de meeste GPS-en een schatting van de (on)nauwkeurigheid van de positiebepaling. Dit wordt in de Engelse gebruiksaanwijzingen omschreven als EPE, wat staat voor Estimated Position Error, of als " Accuracy". Op dit plaatje zie je hoe bijvoorbeeld de Garmin Etrex Summit dit laat zien. Opmerking: op het plaatje staat Engelse tekst en accuracy-weergave in "feet", maar je kunt ook omschakelen naar Nederlandse tekst en weergave in "meters".