Plaats bepaald

Europa heeft ambitieuze plannen voor een eigen netwerk van satellieten voor positiebepaling op aarde. ``Het is vooral een kwestie van macht.''

`De eerste personenauto's uit de duurdere klasse zijn nu uitgerust met een navigatiesysteem op basis van GPS. Over vijf tot tien jaar zal dat net zo normaal zijn als air conditioning nu in auto's', zegt Peter Dieleman, ruimtevaartdeskundige verbonden aan het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium in Amsterdam. Dieleman sprak afgelopen dinsdag op een colloquium over verkeer en navigatie, georganiseerd door de Nederlandse Vereniging voor Ruimtevaart. Nederlandse GPS-deskundigen waren er bijeen om de potenties van satellietnavigatiesystemen te bespreken. GPS, Global Positioning System, heeft in korte tijd een stormachtige ontwikkeling doorgemaakt. Sinds de introductie in de jaren tachtig zijn er vele nieuwe toepassingen ontstaan en nog steeds zijn er nieuwe in ontwikkeling. `The sky is the limit', grapt men in GPS-kringen. Politici zien likkebaardend uit naar de nieuwe mogelijkheden. Europa wil bijvoorbeeld graag een geautomatiseerd systeem voor autosnelwegen, waarbij de auto's via GPS worden aangestuurd. Dat moet leiden tot een hogere veiligheid en betere benutting van de wegcapaciteit. Tolpoorten voor rekeningrijden kunnen in de toekomst worden gereduceerd tot een denkbeeldige streep.

Er is echter één grote maar: Europa heeft geen zelfstandig systeem van navigatiesatellieten. En dat steekt. De Amerikaanse GPS-satellietvloot is evenals de Russische tegenhanger GLONASS ontwikkeld voor militair gebruik. De satellieten zenden twee verschillende radiosignalen uit: een nauwkeurig GPS-signaal dat alleen gecodeerd beschikbaar is voor het Amerikaanse leger en een civiel GPS-signaal. Dat laatste signaal werd tot voor kort met opzet onnauwkeurig gehouden om te voorkomen dat vijandelijke mogendheden er gebruik van zouden maken. Maar dat is nu verleden tijd. Op 1 mei van dit jaar haalde het Amerikaanse ministerie van Defensie de schakelaar over en werd het civiele GPS-netwerk veel preciezer. Waar de plaatsbepaling eerst een nauwkeurigheid had van honderd meter, haalde die ineens tien meter nauwkeurigheid.

Het geeft Europeanen het gevoel dat ze zijn overgeleverd aan de willekeur van een ander. Vooral het feit dat de Amerikanen met een druk op de knop het GPS-signaal wereldwijd voor anderen kunnen degraderen, zint veel Europese landen niet. ``Het is pure machtspolitiek: Europa wil gewoon onafhankelijk zijn van Amerika. Voor Nederland is dat overigens niet zo'n belangrijk argument. Wij zijn altijd redelijk tevreden geweest met het GPS-systeem van onze transatlantische bondgenoot'', aldus Pieter Paap van het DG Goederenvervoer van het ministerie van Verkeer en Waterstaat.

COÖRDINERENDE ROL

Het Galileo-systeem zal een wereldomspannend netwerk van dertig satellieten op een hoogte van 23.000 kilometer een zeer precieze positiebepaling mogelijk maken. De Europese ruimtevaartorganisatie ESA zal de belangrijkste coördinerende rol krijgen bij de ontwikkeling van Galileo. In december beslist de Europese Commissie of het Galileo-netwerk groen licht krijgt. Direct betrokkenen verwachten dat de plannen doorgaan, omdat ze op de steun van de meeste Europese landen kunnen rekenen. Nederland maakt zich hard om één van de grondstations voor Galileo te mogen bouwen.

Galileo zal, zoals het er nu uitziet, twee GPS-signalen uitzenden. Een gratis en voor iedereen te gebruiken, en een ander gecodeerd signaal dat veel nauwkeuriger is en alleen tegen betaling beschikbaar is. De radiosignalen van de satellieten zullen op verschillende frequenties worden uitgezonden waardoor het signaal minder gevoelig is voor verstoringen. Het is echter nog verre toekomst, want op zijn vroegst in 2008 zal Galileo volledig functioneren.

Het huidige Amerikaanse GPS-systeem omvat 24 satellieten die op 18.000 kilometer hoogte in zes verschillende banen om de aarde cirkelen. Voor een correcte positiebepaling met een GPS-ontvanger moeten minimaal drie GPS-satellieten `in beeld' zijn. Doordat elke satelliet exact tegelijkertijd een signaalsequentie uitzendt kan de ontvanger daaruit de afstand herleiden en van daaruit zijn positie op het aardoppervlak berekenen. Om te zorgen dat de satellieten synchroon uitzenden zijn ze uitgerust met uiterst nauwkeurige atoomklokken. De exacte tijdsafstemming luistert heel nauw: de uitgezonden radiosignalen reizen met de snelheid van het licht (300.000 km/seconde). Elke nanoseconde verschil levert al meteen een afwijking van dertig centimeter. Omdat een gecalibreerde atoomklok voor een doorsnee GPS-ontvanger veel te kostbaar en te zwaar is, accepteert men een zekere klokfout. Om daarvoor te compenseren maken de meeste ontvangers gebruik van een tijdssignaal afkomstig van een vierde satelliet. GPS-ontvangers leveren op die manier een precisie van enkele meters, maar dat is voor sommige toepassingen onvoldoende. Vaste referentiezenders op het aardoppervlak kunnen uitkomst bieden, door middel van Differential GPS (DGPS). Het bedrijf Geometius uit Leiderdorp heeft zojuist de laatste hand gelegd aan een DGPS-systeem langs het traject van de toekomstige Betuwelijn. ``De spoorlijn moet in slechts vijf jaar worden aangelegd. Opdrachtgever Projectorganisatie Betuweroute gaat het positiebepalingssysteem gebruiken om alle onderaannemers (landmeters en uitvoerders) heel precies met dezelfde standaard te laten werken'', vertelt Jasper Ambagtsheer, directeur van Geometius. ``Met behulp van negen referentiezenders haalt het systeem hoge nauwkeurigheden: tot één centimeter in het horizontale vlak en twee centimeter in verticale richting. De zenders staan op zeer nauwkeurig uitgemeten plaatsen. Deze stations registreren continu het GPS-signaal van satellieten en registeren klokfouten en atmosferische afwijkingen die in het signaal optreden.''

BETROUWBAAR

De referentiezender en de ontvanger in het veld pikken gelijktijdig hetzelfde signaal van identieke satellieten op. Daardoor is het mogelijk binnen een centimeter het coördinaatverschil tussen beide ontvangers te berekenen. Het radiosignaal van de referentiezender is 24 uur per dag beschikbaar op twee speciaal voor dit project gereserveerde frequenties. Hierdoor kan verstoring door derden worden voorkomen. De referentiestations liggen maximaal 15 kilometer uit elkaar, wat een hoge nauwkeurigheid met een hoge betrouwbaarheid van 99,98 procent garandeert.

Ambagstheer: ``Het netwerk is voorbereid op toekomstige GPS-faciliteiten zoals Machine Guidance, waarbij graafmachines uitgerust met een DGPS-ontvanger zeer nauwkeurig kunnen worden aangestuurd. Na afloop van het bouwproject kan het systeem door de Nederlandse Spoorwegen gebruikt worden voor tracking and tracing van goederenwagons en voor het meten van de optimale doorstroom van het treinverkeer.''

Dezelfde functie als de referentiestations, maar dan over een veel groter gebied en niet alleen op het land, kan ook worden vervuld door een geostationaire satellieten. Europa werkt daarom aan EGNOS, European Geostationary Navigation Overlay Service. Dit systeem van referentiesatellieten moet de nauwkeurigheid en de betrouwbaarheid van Amerikaanse GPS en en het Russische GLONASS zodanig verbeteren dat de signalen gebruikt kunnen worden voor `veiligheidskritische' toepassingen zoals vliegverkeer of scheepvaartnavigatie door smalle kanalen. Het EGNOS-systeem moet in 2003 volledig operationeel zijn. De satellieten van dit systeem bevinden zich geostationair op een hoogte van 36.000 kilometer.

Het systeem waarschuwt als er fouten optreden in de constellatie van GPS of GLONASS-satellieten. Een eerste proef die deze week in Turijn werd gehouden, toonde aan dat EGNOS voldoet aan de verwachtingen. Het biedt ten opzichte van GPS op zichzelf niet alleen een grotere precisie, maar ook een grotere consistentie en betrouwbaarheid. EGNOS wordt gezien als een eerste stap naar Galileo.