GPS, Glonass, Galileo, Multiband GNSS

Door Allard Kremer (2018)

Eerst even een introductie; wat is wat.

GPS is het Amerikaanse Satellietsysteem voor plaatsbepaling. Er hangen 32 satellieten in de ruimte die een tijdssignaal uitzenden. Met een GPS ontvanger kan je berekenen waar je op de aarde staat. De nauwkeurigheid voor consumenten is 3-5 meter.

Glonass is het Russische Satellietsysteem bestaande uit 21 satellieten. Je hebt een ontvanger nodig die de signalen van de Glonass satellieten kan oppikken. De meeste Garmins van de laatste jaren kunnen naast GPS ook Glonass ontvangen. De nauwkeurigheid voor consumenten is 4-10 meter.

Galileo is het Europese Satellietsysteem. Je snapt het al, je hebt hiervoor een ontvanger nodig die deze signalen kan oppikken voor het berekenen van je positie. De chips die Glonass kunnen ontvangen kunnen ook Galileo positiesignalen ontvangen. Sinds 2016 worden bijna alle telefoons in Europa al uitgerust met een chip geschikt voor het ontvangen van Galileo positiesignalen. De nauwkeurigheid voor consumenten wordt 20 tot 50 cm bij 24 satellieten. Op dit moment zijn er 22 bruikbare satellieten.

Dus alle nieuwere GPS ontvangers die ook Glonass kunnen ontvangen kunnen ook Galileo signalen ontvangen. Het is dus een softwarematige beperking dat de nieuwere Garmins er toch nog geen gebruik van maken. Waarom niet?
Het Galileo systeem is nog niet klaar. Er zijn sinds augustus 2018 voldoende satellieten operationeel voor plaatsbepaling met een nauwkeurigheid gelijk aan dat van GPS. Pas in november 2020 gaan de laatste satellieten in gebruik genomen worden waarna de nauwkeurigere plaatsbepaling mogelijk is.
Ondanks dat de satellieten al vanaf 2016 bruikbaar zijn, heeft pas sinds eind 2018 (15-11-2018) de Amerikaanse overheid het gebruik van de signalen in de USA toegestaan. Dus tot voor kort waren ze niet zichtbaar / bruikbaar in de USA.

Wat heeft die hogere accuraatheid in de positiebepaling voor meerwaarde in het dagelijks leven?

In de auto / motor: op dit moment niet. In de toekomst kan het systeem aangeven welke rijbaan beter is voor de doorstroming, en bij het wegrijden vanuit de garage al een fix. Ook bij de rotonde kan er nauwkeuriger weergegeven worden waar je precies zit ten opzichte van waar je er af moet.

Op de fiets: Ook niet zo veel. Een kruising is over het algemeen minimaal 12 meter in doorsnee dus met een nauwkeurigheid van 3 meter weet ik precies genoeg waar ik af moet slaan.

Wandelend: zie op de fiets. Bij het wandelen in de bergen kan de preciezere plaatsbepaling wel essentieel zijn (10 meter of 331 meter nauwkeurig) maar deze nauwkeurigheid is er op dit moment nog niet. Wel kun je door te spelen met de combinatie van satellieten voor jouw locatie en tijdstip een betere plaatsbepaling krijgen.

Geocachen: je hoeft haast niet meer te zoeken als er op 20 cm nauwkeurig aangegeven wordt waar de cache ligt. Er van uit gaande dat de plaatser van de Cache niet 12 jaar geleden de cache met een nauwkeurigheid van 15 meter heeft beschreven….

Het Galileo satellietsysteem gaat verder dan alleen plaatsbepaling. In de toekomst biedt dit platform mogelijkheden voor automatische noodsignalen van bijvoorbeeld auto's, Noodsignalen voor reddingen met een terugkoppeling en aansturing van reddingsdiensten. Op zich is het wel fijn als het signaal binnen 20 minuten bij de reddingsdiensten binnenkomt in plaats van de 75 minuten die het nu gemiddeld duurt. En dat ze bij het zoeken een gebied van 25m2 moeten uitkammen in plaats van 300m2 helpt ook. Voor deze toepassingen moet nog hard- en software ontwikkeld worden voordat we hier gebruik van kunnen maken.

Door Ruud Schut (2020)

Multi-GNSS

GNSS staat voor Global Navigation Satellite System. Waar we vroeger eigenlijk alleen het Amerikaanse GPS systeem hadden zijn er nu meerdere systemen te gebruiken. Hier in Nederland is Galileo (naast GPS ) natuurlijk de belangrijkste, daarnaast is Glonass natuurlijk al bekend. Maar er zijn meer landen die een eigen systeem gebruiken. Een Multi-GNSS ontvanger is dus geschikt om deze verschillende systemen te gebruiken. Multi-GNSS zien we eigenlijk terug in de toestellen van de afgelopen tijd, zoals de GPSMAP  66S(T), maar ook in de recente auto- en motorsystemen zien we dat er 2 systemen gecombineerd worden. Overigens is dit bij deze toestellen beperkt tot maximaal 2 systemen. Dus of GPS+Galileo, of GPS+Glonass

Multi-band GNSS

Multi-band GNSS ontvangers zijn dan weer de volgende stap. Naast dat dat het niet of GPS+Galileo of GPS+Glonass is, is het GPS+Galileo+Glonass. Eventueel zijn er nog meer systemen te ontvangen maar is en Europa geen dekking voor. Naast de verschillende sytemen worden er ook verschillende 'banden' gebruikt. Dit gedeelte wordt iets technischer maar we proberen het zo simpel mogelijk uit te leggen. De huidige GPS ontvangers gebruiken de signalen die uitgezonden worden op de L1 band. De GPS satellieten zenden signalen uit op meer banden dan alleen de L1 band. De beschikbare banden voor civiel gebruik zijn nu L1 C/A, L2C en L5. Bij de nieuwe multi -band GNSS ontvangers zien we nu dat deze zowel het signaal op de L1 band als het signaal op de L5 band kunnen ontvangen. Door deze twee banden te combineren kun je een nauwkeurigere positiebepaling doen. Met name de L5 band heeft hier invloed op. De frequentie die hiervoor gebruikt wordt is krachtiger en heeft minder last van interferenties en storingen die zorgen voor meer afwijking. Ook de Galileo satellieten zenden op verschillende banden uit, bij dit systeem heten ze  E1 en E5a. Door het combineren van deze banden heb je met name in meer uitdagende omstandigheden een nauwkeurigere positiebepaling. Ook in steden waar je veel te maken hebt met reflecterende signalen heb je voordeel met een multi-band ontvanger.

Je kunt de ontvangst van de satellieten op de verschillende banden ook zien op je multi-band ontvanger. Op deze toestellen is het ook mogelijk om de multi-band functie uit te schakelen. Er wordt dan alleen nog gebruik gemaakt van de L1 en E1 band. Eigenlijk functioneert het toestel dan als een Multi-GNSS ontvanger. Dus wel verschillende systemen, maar niet verschillende banden.
Op onderstaande afbeeldingen zie je het satellietontvangstscherm van de GPSMAP66sr, je kunt dus door de verschillende schermen heen klikken om de ontvangst per systeem te zien. Je ziet dus dat je van meerdere satellieten zowel het L1 als L5 signaal ontvangt.

In de praktijk

Het is leuk om een zo hoog mogelijke nauwkeurigheid te kunnen halen, maar met de huidige generatie ontvangers zullen weinig mensen echt verdwalen. Of je nu op 5 meter of 1,8 meter nauwkeurig je positie kunt bepalen is een verschil. Maar bij een wandeling door het bos kijk je natuurlijk ook om je heen en zie je de paden die je kunt volgen. Een groep gebruikers die natuurlijk wel gebaat is bij een hoge nauwkeurigheid zijn de geocachers. Het scheelt wel of je binnen een straal van 5 meter of 1,8 meter moet zoeken. Je moet hier alleen wel bij bedenken dat er op het moment van schrijven er nog geen geocaches zijn die  met een multi-band toestel verstopt zijn. Dus de vastgelegde locatie zal ook altijd een bepaalde afwijking hebben.

Nauwkeurig?

Het is mogelijk om op je handheld ontvanger te zien hoe (on)nauwkeurig je toestel is. Het toestel geeft daarmee je positie op de kaart aan met daarbij dus het aantal meters hoe ver dit af kan wijken. De single-band ontvangers zullen eigenlijk nooit onder de 3 meter nauwkeurigheid komen. In de praktijk zou het natuurlijk kunnen dat je positie misschien wel nauwkeuriger is, maar je ontvanger houdt rekening met storingen die op kunnen treden tijdens het lange traject die een GPS signaal af moet leggen. Doordat de multi-band toestellen met een sterker signaal werken zie je dat bij die toestellen de (on)nauwkeurigheid teruggaat naar 1,8 meter.
Wat opvalt bij verschillende testwandelingen is dat de nauwkeurigheid eigenlijk continu op 1,8 meter staat. Wanneer we dit vergelijken met een single-band toestel dan zien we daarbij deze waarde nog wel eens oplopen naar 4-5 meter als de omstandigheden wat lastiger worden. Ook in die situaties blijven de mutli-band toestellen dus exacter hun positie weergeven.

Vind je het leuk om achteraf je tracklogs op een kaart weer te geven dan zal je opvallen dat je veel minder uitschieters zult zien bij de multi-band toestellen Ook wanneer je wat langer stil staat op en plek dan zie je bij de single-band toestellen vaak een soort van spinnenweb in de tracklog. Ook dat is een heel stuk minder met de multi-band toestellen.

Op pad

Uiteraard zijn we op pad gegaan met de nieuwe multi-band toestellen, vergezeld van een good-old GPSMAP 64st. Hieronder zie je wat tracklogs met wandeling. Multi -band is groen, single-band is rood. De eerste is een kort stukje door Hilversum. Wat je daar bij de start ziet is dat het Multi-band toestel gelijk een betere fix heeft en vanaf het begin gelijk de gelopen route volgt. Het single-band toestel moet daar nog even zoeken. Bij de Egelatiestraat zie je de groene lijn een klein sprongetje maken, die is ook verklaarbaar, daar stond een auto op het pad waar omheen gelopen moest worden. Het multi-band toestel pakt dit direct weer goed op. Bij het meest linkse vlaggetje zijn de toestellen even uitgezet en later weer aan. Je ziet dat het single-band toestel zeker in het begin wat meer moeite heeft het juiste pad te volgen.

In het voorbeeld hieronder hebben we een stuk door de bossen gelopen. De toestellen hebben iets meer tijd gehad voor we op pad gingen, dus ook het single-band toestel doet hij ook gelijk goed vanaf het begin. Bij de plekken waar ik stil heb gestaan zie je dat het multi-band toestel wat beter op zijn plek blijft, daar maakt het single-band toestel wat meer uitstapjes. Aan het eind van de wandeling zie je het multi-band toestel nog een klein uitstapje maken (rechter vlaggetje). Dat heeft het Multi-band toestel precies goed geregistreerd want ik ging kijken waarom dat pad afgesloten was. Er stond daar een bordje dat het om een rustgebied ging voor het wild.

Tot slot

Wanneer je de resultaten in detail gaat bekijken dan zijn de verschillen dus wel te zien en te verklaren. Maar het is natuurlijk niet zo dat je met een Single-band toestel  hopeloos gaat verdwalen. Het multi-band toestel heeft sneller een nauwkerigere fix, maar als je een klein beetje geduld hebt komt dit bij een single-band toestel ook wel goed. Gedurende de wandeling zal een multi-band toestel nauwkeuriger blijven, met name in een stad merk je dat je track net wat minder zenuwachtig wordt. Maar het is nu niet zo dat iedereen met een single-band toestel gelijk naar de winkel moet rennen om een nieuw multi-band toestel te kopen. Ben je nu wel op het punt om een nieuwe toestel te kopen dan is het zeker te overwegen. Het Galileo systeem wordt steeds verder operationeel en het signaal via de de E5a en L5 (bij GPS) is gewoon krachtiger. Koop je nu een toestel waar je jaren mee wilt doen dan zou ik kiezen voor een toestel met de nieuwe techniek.