Den økte aktiviteten i nordområdene, spesielt oljevirksomhet, øker behovet for nøyaktig posisjonering. Men jo lenger nord man kommer jo mer atmosfære skal GPS-signalene trenge gjennom. I nord blir de også eksponert for partikkelstormer fra solen som skaper vanskeligheter for signalene på veien gjennom ionosfæren.
GPS – systemet, Global Positioning System, er blitt en formidabel suksess. Opprinnelig var det laget til militært bruk og det ble vedtatt så tidlig som i 1973. I perioden mellom 1978 og 1994 ble det skutt opp 31 satellitter som nå går i seks ulike baneplan rundt 20 200 km over jorden.
Denne sivile bruken av GPS er ikke av ny dato. Allerede på 80-tallet ble det tatt i bruk innen sjø og luftfart. Ut over 90-tallet tok det av for alvor fordi elektronikken ble masseprodusert til biler, fritidsbåter og friluftsliv.
Det siste året er det blitt enda mer fart i sakene fordi mottakerne er blitt integrert inn i brikkene mobiltelefonprodusentene bruker. Det betyr at mobiltelefoner er i ferd med å bli den største brukerplattformen for systemet.
X,Y og Z
Prinsippet bak GPS-systemet er ganske enkelt. En mottaker på jorden har som regel fri sikt til mange av GPS-satellittene som går i bane over. Hver av satellittene vet nøyaktig hvor den er og hva klokka er. Satellittens oppgave er å kommunisere akkurat det til mottakerne.
Når mottakeren har kontakt med tre satellitter og har fått tid og sted fra dem kan den regne ut hvor på kartet den er. Kontakt til fire satellitter gir kontakt også informasjon om høyden. På flat mark får man lett kontakt med syv til ni satellitter, men i byer med høye hus kan det være et problem å få kontakt med mange nok.
Men så kommer problemet. Signalene skal bevege seg gjennom ionosfæren. Det er den øvre delen av atmosfæren fra rundt 90 til 1000 km over bakken. Navnet ionosfære kommer av at den blir ionisert av ståling fra solen og det betyr at det er mye frie elektroner i dette området som radiosignalene skal bevege seg igjennom.
Det hadde vært vel og bra hvis elektronene var jevnt fordelt, men det er de ikke. Det er vanskelig å spå hva som skjer i ionosfæren og hvor mye elektronene vil forsinke radiobølgene på sin vei fra satellitten til mottakeren.
Selvkalibrerende
For å bøte på problemet sender hver satellitt ut signalene på to ulike frekvenser i området 1,5 GHz. Hvis det ikke var noen atmosfære ville radiobølgene gå med lysets hastighet, men siden de møter frie elektroner vil hastigheten dempes. Hvor mye de dempes signalene er avhengig av signalets frekvens.
Tidsforskjellen, delta t, er et uttrykk for hor mange elektroner det er i atmosfæren og kalles for TEC-verdien; Total Electron Content. Den kan brukes til å finne den nøyaktige avstanden mellom punktet satellitten befant seg på da signalene ble sendt ut og mottakeren.
For å bygge nøyaktige mottakere trengs det stor forståelse av hvordan signalene beveger seg gjennom ionosfæren. Men på tross av den selvkalibrerende effekten er det ikke alltid nok til å skape et nøyaktig signal. Det kan bli ganske turbulente forhold i den øverste del av atmosfæren.
Partikkelstormer fra solen kan skape elektronskyer som påvirker signalene kraftig. De som arbeider med nordlys er blant de som vet mest om denne dynamikken i ionosfæren.
I verste fall kan den elektriske turbulensen i ionosfæren forvrenge signalene så at mottakerne ikke klarer å vise posisjonen i det hele tatt. Slike situasjoner kan vare i timer og dager. Men forstyrrelsene kan også påvirke instrumentene slik at de viser feil på opptil hundre meter.
Kilde. Professor i plasma- og romfysikk ved UiO, Jøran Moen
