Hur fungerar en GPS?

Vad är en GPS?

GPS står för Global Positioning System och är ett nätverk som låter oss hitta vår exakta position var vi än är i världen. Systemet utvecklades i USA under 1970-talet, men började inte användas av allmänheten förrän många år senare. Idag förlitar vi oss på GPS så mycket att det är svårt att tänka sig att vi förr klarade oss utan det, att vi istället brukade bära med oss kartor och vika upp dessa när vi behövde orientera oss.

GPS-nätverket är uppbyggt av 31 satelliter som roterar runt jorden på ungefär 20 000 km höjd. Varje satellit har en radiosändare och ett exakt atomur, som med otrolig precision kan ange tid. Satelliterna roterar jorden i olika banor och är placerade på ett sätt att var man än är på jorden så kan man få kontakt med minst fyra satelliter.

Hur fungerar en GPS?

En GPS hittar din position genom att räkna ut avståndet mellan dig och satelliterna. Detta gör man genom kontakten som mottagaren (till exempel din mobiltelefon) gör med satelliterna. Mottagaren behöver ha kontakt med minst 4 av satelliterna, men kontakt med fler satelliter ger en ännu mer exakt lokalisering.

Varje satellit i kontakt med mottagaren skickar då ut signaler som innehåller information om exakt vart satelliten befann sig när signalen skickades och vilken tid signalen skickades. Mottagaren kan med den informationen räkna ut din position. Positionen beräknas genom att beräkna tiden det tog för signalen att nå mottagaren. GPS fungerar helt utan påverkan av andra nätverk, som exempelvis internet och kan därför fungera utan dem.

GPS i vardagen

GPS underlättar vårt vardagsliv på många sätt, ofta tänker vi kanske inte ens på hur mycket vi förlitar oss på GPS.

GPS är inbyggt i en stor del av den elektronik som vi använder som redskap varje dag. De finns i mobiltelefoner, bilar, båtar, klockor, kameror, datorer och lantbrukarmaskiner. Att GPS finns så lättillgängligt är mycket effektivt. Bland annat sparar vi mycket tid och kan lättare hitta platser, dessutom kan vi känna mer säkerhet när vi är på okända platser eftersom vår GPS alltid vet var vi är.

GPS används också för vårt nöje. Det är nog inte det första man tänker på när man tänker på en GPS-användning. Till exempel använder kameror och mobiler GPS för att spara information om var vi var och när vi tog en bild. Sedan kan bilderna framställas som ett album av minnen av platsen och tiden vi tog bilderna.

Lokalisering används också av olika internettjänster och appar för att ge en bättre användarupplevelse. Vissa nyhetsrum och sidor för onlineshopping brukar ofta lokalisera användaren för att visa sådant som kan vara mer relevant för en användare på den platsen.

Innan utvecklingen av GPS

Människor har rest och utforskat områden så länge som vi funnit. Idag är det betydligt lättare att utforska okända områden och få platser räknas idag som “okända”. Men, innan utvecklingen av GPS använde vi oss av en rad andra verktyg för att förstå var vi befann oss.

Några kända verktyg från denna tid inkluderar:

• Kronometer

Ett ur med mycket hög precision, det användes ofta när man reste med båt för att fastställa longitud.

• Sextant

En sextant är ett verktyg för att mäta vinklar. Det användes framförallt tills havs och för astronomi. Med en sextant kan man exempelvis solens höjd över horisonten.

• Räknesticka

Räknestickor är miniräknarens förfader och användes framförallt för matematik. Med hjälp av en räknesticka kunde man göra större beräkningar. Bygrave räknesticka användes specifikt för astronomisk navigering.

Som du märker så har människor genom alla tider kommit på verktyg för navigering och utforskning av olika slag. Idag är vi mer framstående än någonsin inom detta. Även om dessa verktyg var mycket användbara under sin stortid så kan de knappast mäta sig med dagens GPS.

Relativitetsläran

Lite intressant fakta! Det räcker inte med att bara räkna ut tiden mellan att en signal från en satellit når mottagaren som vi gör här på Jorden. Man måste dessutom räkna med Einsteins relativitetslära som förklarar att tiden går snabbare ju längre bort från ett föremål med gravitation man befinner sig.

Eftersom satelliterna befinner sig i rymden, och därför påverkas de inte av gravitation som vi gör här på jorden, måste man räkna med en tidsförskjutning på 38 mikrosekunder för varje dygn. Om man inte räknade med denna tidsförskjutning så skulle lokaliseringen bli mycket felaktig.

Andra navigationssystem

GPS är världens största navigationssystem. Det är så stort och omfattande att många inte ens tänker på att GPS bara är namnet på ett system, och att det inte är tekniken i sig själv som heter GPS.

GPS är amerikanskt och trots att det är tillgängligt för hela världen så har USA i slutändan kontroll över systemet. Det betyder att USA kan begränsa eller stoppa systemets användning för personer utanför USA, eller begränsa det så att bara militären kan använda det.

GPS var till en början ett system som utvecklades för den amerikanska militären och användes mycket i krig, detta är en anledning till varför GPS-användning utanför militären skulle kunna begränsas.

Det är dock inte så troligt att det skulle hända om inte USA hade en anledning till att göra det eftersom vi idag är så beroende av GPS för att vår vardag ska gå runt.

Förutom amerikanska GPS finns det några fler navigationssystem i världen:

• Ryssland har ett system som kallas GLONASS. GLONASS är ett fullt operativt system med 24 satelliter, tillräckligt för att täcka hela Jorden. Det har sedan ungefär 2011 funnits mobiltelefoner som kan motta signaler från GLONASS satelliter.
  
• Kina håller på att utveckla ett system som kallas Beidou-3. Tidigare har Kina haft ett system som kallas Beidou-1 som till stor del täckte Kina och närliggande områden. Sedan Beidou-1 avslutades år 2012 har Beidou-2 funnits, som är marginellt större än Beidou-1, med 10 satelliter, men denna täckte inte heller hela världen. Beidou-3 ska bli ett helt nytt system, helt utan koppling till de tidigare versionerna. Det nya systemet planeras att vara färdigt 2020.
  
• Indien har ett mindre system som kallas IRNSS. Systemet är regionalt och fungerar för användare i Indien.
  
• EU har ett system som kallas Galileo som öppnades för allmänheten år 2016. Systemet är fortfarande i sina tidiga stadier men det är EUs mål att Galileo ska bli ett alternativ till GPS.

Eftersom GPS ägs av USA satsar andra länder och unioner på egna navigationssystem ifall det skulle bryta ut en konflikt med USA som skulle kunna påverka eller begränsa användningen av GPS idag.

Framtiden för navigationssystem

Mer och mer ser vi involveringen av GPS i våra vardagsliv och påverkan som det har i vardagslivet är till stor del positiv. Systemet blir mer och mer integrerat i vår elektronik och har gett oss ett nytt lager av säkerhet som vi inte tidigare haft. Till exempel har mobiltelefoner och vissa “smarta” klockor möjlighet att veta om vi har varit med om en olycka och ringer därefter larmcentralen med platsen där olyckan skedde så att utryckningsfordon kan skickas dit. Dessutom kan de larma anhöriga om olyckan.

Eftersom vi redan kan se att funktionerna av navigationssystem blir mer integrerade i våra liv så kan vi förvänta oss att denna utveckling kommer att fortsätta i framtiden. Idag försöker man hitta fler sätt som vi kan förbättra och förenkla livet genom GPS, både på en samhällsnivå och en personlig nivå.

Utvecklingen går alltmer åt en skräddarsydd upplevelse för användaren. Det finns oändliga möjligheter som vi kan skapa med GPS, särskilt i samarbete med Internet. Det återstår bara att se var teknikens utveckling tar oss.