Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu
Tietotekniikan osasto

SISÄLLYSLUETTELO

LYHENTEET

1 Johdanto

2 GPS:n toiminta ja rakenne

3 GPS:n palveluluokat

4 GPS-satelliittien signaalit

5 GPS-data

6 Virhelähteet GPS:ssä

7 Differentiaalinen GPS

8 GPS:n sovelluksia

9 GPS:n tulevaisuus

LÄHTEET

AS Anti-Spoofing

C/A Coarse Acquisition

DGPS Differential GPS

DoD Department of Defence

GDOP Geometric Dilution of Precision

GPS Global Positioning System

PPS Precise Positioning Service

RDS Radio Data System

SPS Standard Positioning Service

SV Space Vehicle

Global Positioning System eli lyhyesti GPS on satelliittipaikannusjärjestelmä, joka vuodesta 1994 lähtien on kattanut koko maailman. GPS kehitettiin alusperin yhdysvaltain puolustushallinnon käyttöön ja sitä hallinnoi ja ylläpitää Department of Defence eli DoD. Järjestelmä on levinnyt Yhdysvalloissa laajalti eri puolustushaarojen käyttöön sekä siviilipuolella maailmanlaajuisesti. GPS tarjoaa kahdenlaista palvelua: Yhdysvaltojen ja sen tärkeimpien liittolaisten sotilaalliseen käyttöön tarkoitettua Precise Positioning Service:ä (PPS) sekä kaikille vapaasti käytössä olevaa Standard Positioning Service:ä eli SPS:ää.

GPS:stä on myös kehitetty SPS:n tarkkuutta parantamaan differentiaalinen GPS eli DGPS, joka perustuu maa-asemiin, jotka laskevat korjaustietoa satelliitin navigointidatalle ja lähettävät sen radioteitse GPS-vastaanottimiin.

Tässä työssä selvitetään GPS:n perusteet, GPS:ään liittyvät ongelmat sekä kerrotaan GPS:n tämänhetkisistä sovelluskohteista. Lisäksi luodaan lyhyt katsaus suunnitteilla oleviin uusiin GPS:ää hyödyntäviin sovelluksiin.

GPS-järjestelmä perustuu maataympäröivään satelliittiverkkoon ja järjestelmän käyttäjällä olevaan vastaanottimeen. Paikan määrittämiseksi mitataan vastaanottimen ja satelliittien välinen etäisyys.

Tarkan ja yksikäsitteisen sijainnin määrittämiseksi GPS-järjestelmä on suunniteltu siten, että vastaanottimella on käytettävissään vähintään neljän satelliitin tiedot. Näiden neljän satelliitin lähettämiä koodattuja signaaleita käyttämällä voidaan laskea vastaanottimen sijainti kolmiulotteisessa koordinaatistossa ja aika (kuva 1). Vastaanotin ottaa kultakin määrityksessä käytettävältä satelliitilta vastaan koodatun viestin, jonka koodin pulssireunoista voidaan päätellä viestin lähetysaika. Tätä kellonaikaa käyttämällä voidaan laskea viestin siirrossa kulunut aika ja sitä kautta vastaanottimen etäisyys satelliitista. Tarkka paikanmääritys olisi mahdollista suorittaa myös kolmen satelliitin avulla käyttäen erilaisia matemaattisia menetelmiä, mutta neljään satelliittiin päädyttiin, koska neljän satelliitin avulla vastaanotin saatiin mahdollisimman yksinkertaiseksi ja muunmuassa tarkkaa kelloa ei vastaanottimessa tarvita. Satelliiteissa sitävastoin on erittäin tarkka atomikello, joka on järjestelmän toiminnan ja tarkan etäisyysmäärityksen kannalta keskeinen. /1/

Kuva 1. Neljän satelliitin käyttö vastaanottimen sijainnin (X,Y,Z) ja ajan (T) määrittämiseksi.

GPS-järjestelmä jaetaan kolmeen segmenttiin: avaruussegmenttiin, käyttäjäsegmenttiin ja kontrollisegmenttiin. Avaruussegmentti koostuu satellittiverkosta, käyttäjäsegmentti järjestelmän käyttäjien vastaanottimista ja kontrollisegmentti järjestelmää valvovasta ja ylläpitävästä maa-asemajoukosta.

Avaruussegmentti (Space Segment) koostuu 24:stä GPS-satelliitista (Space Vehicle eli SV), jotka kiertävät maata ympyränmuotoisella radalla. Satelliitit kiertävät maata 20200 kilometrin korkeudessa kuudella ympyränmuotoisella radalla, joista kullakin on neljä satelliittia. Radat ovat 60 asteen kulmassa toisiinsa nähden ja ne niillä on 55 asteen kallistus- eli inklinaatiokulma päiväntasaajan nähden (kuva 2). Kukin satelliitti kiertää maan 2 kertaa vuorokaudessa eli kiertoaika on noin 12 tuntia. Satelliitti kiertää maahan nähden lähes saman radan kerran vuorokaudessa. Tälläinen satelliittien sijoittelu mahdollistaa sen, että käyttäjällä on aina käytössään viidestä kahdeksaan näkyvissä olevaa satelliittia missäpäin maailmaa tahansa.

Kuva 2. GPS-satelliittien radat. /2/

Avaruudessa saattaa ajoittain olla yli yllämainitut 24 satelliittia, koska ikääntyvien tilalle on lähetettävä aika-ajoin uusia. GPS- eli NAVSTAR-satellittien kehitysversiot jaetaan Block-perheisiin. Vuodesta 1978 lähtien testattiin Block I-perhettä, johon kuului yhteensä 10 satelliittia. Nykyisin käytössä olevat satellittit laukaistiin avaruuteen vuosien 1989 ja 1994 välillä ja ne kuuluvat niinsanottuun Block II-perheeseen. Block II-perheen kehitysversion satelliiitit pystyvät toimimaan 3,5 vuorokautta ilman maasta tulevia päivitystietoja. Seuraavan eli Block IIa-perheen satelliitit ovat kuten Block II-sarjan, mutta ne pystyvät operoimaan 180 vuorokautta ilman maasta tulevia päivityksiä. Uusimmat käyttöön otettavat satelliitit eli Block IIR-perheen satelliitit on kehitetty edelleen Block IIa:sta, mutta ne pystyvät aiempien ominaisuuksien lisäksi tuottamaan itsenäisesti navigointitietoa, jolloin satelliittien toimittaman tiedon tarkkuus säilyy pitempään päivitysten välillä. /5/

Käyttäjäsegmentti (User Segment) koostuu tuhansista GPS-palveluita käyttävistä käyttäjistä eli sekä kiinteistä että liikkuvista vastaanottimista antenneineen. Vastaanottimen tehtävänä on muuttaa satelliiteista saatavat signaalit paikka-, nopeus- ja aikaestimaateiksi. GPS-vastaanottimia käytetään muunmuassa navigointiin, kartoitukseen, erilaisten hajautettujen aikasynkronisten järjestelmien synkronointiin sekä erilaiseen tutkimustyöhön. GPS-vastaanottimia on kehitetty lukuisiin eri tarkoituksiin aina matkapuhelimen kokoisista kannettavista vastaanottimista kiinteisiin maailmanlaajuisten hajautettujen järjestelmien aikasynkronointiin käytettäviin GPS-keskuksiin.

Kontrollisegmentti (Control Segment) koostuu miehittämättömistä valvonta-asemista Yhdysvaltain sotilastukikohdissa eri puolilla maailmaa, päävalvonta-asemasta Schrieverin lentotukikohdassa Coloradossa sekä neljästä suuresta antenniasemasta, jotka lähettävät signaaleja satelliiteille. Valvonta-asemat mittaavat jatkuvasti satelliiteilta saatavia signaaleja, laskevat niiden pohjalta lyhytaikaisia malleja, jotka sisältävät tietoa satelliittien radoista ja atomikellojen tiloista. Päävalvonta-asema lähettää mallien pohjalta päivityksiä ja kellokorjauksia satelliiteille, jotka lähettävät tiedot edelleen vastaanottimille (kuva 3). /1,2/

Kuva 3. Valvonta-osion toiminta

GPS:n palvelut jaetaan aiemmin kerrotulla tavalla kahteen luokkaan: PPS:ään ja SPS:ään. PPS on rajoitettu vain Yhdysvaltain puolustushallinnon ja joidenkin liittolaismaiden käyttöön. Lisäksi PPS on mahdollista saada myös siviilikäyttöön esimerkiksi tutkimustarkoitukseen, muta tällöin on saatava hyväksyntä Yhdysvaltain hallitukselta. PPS:n vaatima signaali on kyllä kaikkien vastaanotettavissa, mutta PPS-paikannuksen mahdollistava koodauksenpurkulaitteisto on salainen ja vaatii toimiakseen jatkuvasti muuttuvat salausavaimet.

SPS on maailmanlaajuisesti vapaassa käytössä ja sen tarkkuutta on huononnettu niinsanotulla rajoitetulla saatavuudella (Selective availability). Rajoitettu saatavuus tarkoittaa sitä, että satelliittien lähettämän signaalin tasoa on tarkoituksella heikennettu, jotta SPS:n suoritusarvot saataisiin PPS:ää huonommiksi (taulukko 1). Käytännössä rajoitettu saatavuus on toteutettu siten, että satelliitit ilmoittavat sijaintinsa vastaanottimelle hiukan väärin vaihdellen virheen suuntaa ja suuruutta jatkuvasti ettei rajoituksia olisi helppo kiertää. PPS vastaanottimet on varustettu kryptografisella laitteistolla, jolla rajoitetun saatavuuden aiheuttamat virheet voidaan poistaa. /3/ Rajoitettu saatavuus on laitettavissa päälle/pois päältä päävalvonta-asemalta ja onkin tiedossa lyhyita jaksoja, jolloin kaikki GPS-vastaanottimet ovat toimineet PPS-tarkkuudella. Esimerkiksi 17. Huhtikuuta 1997 rajoitettu saatavuus oli 19 tuntia pois päältä, jotta Kalliovuorille Yhdysvaltoihin pudonnut A-10 sotilaslentokone olisi löytynyt nopeammin. Tällöin SPS-vastaanottimet olivat näyttäneet sijainnin 2 metrin tarkkuudella ilman differentiaalikorjausta. /4/

Tämä viittaa siihen että PPS:n tarkkuutta on vähätelty julkisuuteen annetuissa tiedoissa.

Taulukko 1. PPS:n ja SPS:n tarkkuuksien vertailu

GPS-satelliitit lähettävät dataa kahdella mikroaaltotaajuudella. L1-taajuus (1575,42 MHz) siirtää navigaatioviestejä ja SPS-koodisignaaleja. L2-taajuutta (1227,60 MHz) käytetään arvioimaan ilmakehän aiheuttamia viiveitä PPS-vastaanottimissa. Näiden taajuuksien signaalin vaihetta moduloidaan kolmella eri binäärikoodilla: C/A-koodilla, P-koodilla ja navigaatioviestillä.

C/A-koodi (Coarse Acquisition) moduloi L1 kantoaallon vaihetta ja koostuu 1 MHz:n taajuisesta pseudosatunnaiskohinaa sisältävästä kooodista. Tälläinen modulointi levittää L1:n spektrin yli 1 MHz:n kaistanleveydelle. C/A-koodi toistuu 1023 bitin eli yhden millisekunnin välein. Kullakin satelliitilla on oma 1023 bitin pseudosatunnaiskoodi, jonka avulla satellitti voidaan tunnistaa. C/A-koodi on siviilikäytössä olevan SPS:n perusta.

P-koodi moduloi sekä L1 että L2 kantoaaltoja. P-koodin perustana on myös pseudosatunnaiskoodi, jonka pituus on kuitenkin huomattavasti C/A-koodia suurempi eli se toistuu seitsemän päivän välein. P-koodin taajuus on 10 MHz. Anti-spoofing (AS) moodissa P-koodi kryptataan Y-koodiksi. Enkryptatun Y-koodin purkamiseksi tarvitaan salainen AS-moduuli kullekin kanavalle ja tätä moduulia voi käyttää vain asianmukainen käyttäjä oikeiden salausavainten avulla. P/Y-koodi on PPS:n perusta.

L1-C/A-signaalia moduloidaan myös navigointiviestilla. Navigointiviesti on 50 Hz:n binäärikoodi, joka koostuu databiteistä, jotka kertovat kuvaavat muunmuassa satelliittien ratoja, kellokorjauksia ja muita järjestelmäparametrejä. GPS-signaalien muodostuminen esitetty markemmin kuvassa 4.

Kuva 4. GPS-signaalien muodostuminen

GPS-satelliitin lähettämä navigointiviesti koostuu aikamerkityistä databiteistä, jotka merkitsevät kunkin alikehyksen sen lähetyshetkellä satelliitista. Datakehys on kooltaan 1500 bittiä ja se jakautuu viiteen 300 bitin alikehykseen. Tälläinen datakehys lähetetään 30 sekunnin välein. Kolme viidestä alikehyksestä sisältää kiertoratatietoa ja kellokorjauksia. Kellokorjaukset lähetetään alikehyksessä 1 ja kiertoratatiedot lähettävälle satelliitille lähetetään kehyksissä 2 ja 3. Loput kaksi alikehystä eli kehykset 4 ja 5 sisältävät eri sivuja systeemidatasta. Koko navigointiviesti saadaan lähetettyä 25 datakehyksessä eli yhden kokonaisen navigointiviestin lähettämiseen kuluu 12.5 minuuttia. 300 bitin alikehykset sisältävät pariteettitietoa, joka mahdollistaa siirtovirheiden havaitsemisen ja rajoitetun korjauksen. /2/

Satelliitin kiertoratatiedot kuvaavat lyhyitä jaksoja kiertoradasta. Yleensä vastaanottimet keräävät uutta tietoa kiertoradasta kerran tunnissa, mutta vielä 4 tuntia vanhalla tiedolla voidaan toimia ilman suurempia virheitä. Almanakka (osa systeemidataa) on eräänlainen kalenteri, jossa kerrotaan summittaiset ratatiedot kaikille järjestelmän satelliiteille pidemmältä ajanjaksolta. Almanakka sisältää muunmuassa tiedon mikä referenssiviikko on menossa ja tiedon kyseisen satelliitin kellokorjauksista. Ajantasalla oleva almanakka voi nopeuttaa huomattavasti signaalin löytymistä käynnistettäessä laite uudelleen kiinniolon jälkeen.

GPS:n paikannusvirheet johtuvat kohinan, taipumisen ja haparoinnin yhdistelmästä. Lisäksi virhettä aiheuttaa geometrinen tarkkuuden heikkeneminen (Geometric Dilution of Precicion eli GDOP) sekä näkyvyys.

Kohinavirheitä aiheuttaa pseudosatunnaiskoodin kohina ja vastaanottimen kohina. Kohinavirheet ovat suuruudeltaan yhden metrin luokkaa.

Taipumisvirheita aiheuttavat rajoitetun saatavuuden lisäksi muunmuassa satelliitin kellon virheet, joita maa-asema ei ole korjannut, kiertoratatiedon virheet, ilmakehän eri kerrosten esimerkiksi kostausvaihteluiden aiheuttamat taipumat sekä monitie-eteneminen, joka johtuu pinnasta heijastuneista signaaleista. Monitie-etenemistä johtuvat virheet ovat erityisen vaikeita havaita ja välttää, koska heijastunut signaali voi joko interferoida oikean signaalin kanssa tai sitä voidaan luulla aidoksi signaaliksi. Erilaisten taipumavirheiden suuruusluokka vaihtelee yhdestä kymmeneen metriin.

Haparointivirheet johtuvat käyttäjän tai ylläpidon joko inhimillisestä tai koneen virhetoiminnasta.

Valvontaosiossa tehdyt virheet voivat aiheuttaa virheitä suuruusluokaltaan yhdestä metristä useisiin satoihin kilometreihin. Käyttäjän vastaanottimen käsittelyssä tekemät virheet aiheuttavat virheita, joiden suuruusluokka voi vaihdella metristä useisiin satoihin metreihin.

Geometrinen tarkkuuden heikkeneminen johtuu siitä, että muut virheet kertautuvat vastaanottajan ja SV:iden etäisyysvektorien poikkeamien mukaan. Vastaanottimen ja määrityksessä käytettyjen satelliittien etäisyysvektorien määrittämä tilavuus on kääntäen verrannollinen GDOP:iin. GDOP:n heikkeneminen aiheutuu yleensä mittauksessa käytettyjen satellittien välisen kulman pienuudesta. Kuva 5 havainnollista satelliittien välisen kulman vaikutusta GDOP:iin.

Kuva 5. Satellittien keskinäisen kulman vaikutus GDOP:iin /2/

GDOP lasketaan vastaanottimen ja mittaukseen osallistuvien satellittien välisistä geometrisistä suhteista. GDOP lasketaan usein suunnittelutarkoituksessa almanakoista ja arvioiduista sijainneista. Arvioitu GDOP ei huomioon mahdollisia näkyvyysesteitä ja saattaa siksi olla toteutuskelvoton kenttäolosuhteissa kuten kuva 6 osoittaa.

Kuva 6. Näkyvyyden vaikutus GDOP:iin /2/

GDOP koostuu neljästä eri komponentista eli 3D-sijainnin, vaaka- sekä pystysuuntaisen ja ajallisen tarkkuuden heikkenemisestä, jotka voidaan laskea erikseen. Näiden komponenttien laskeminen erikseen ei kuitenkaan yleensä ole järkevää, koska eri komponentit eivät ole toisistaan täysin riippumattomia, joten yleensä kokonais-GDOP:n laskeminen riittää.

Differentiaalinen GPS eli DGPS kehitettiin parantamaan SPS-palvelun tarkkuutta. Vaikka SPS:n tarkkuus riittää mainiosti esimerkiksi navigointiin valtamerillä, saattaa 150 metrin epätarkkuus ajoneuvoseurannassa kaupunkialueella tehdä järjestelmästä käyttökelvottoman. DGPS parantaa SPS tarkkuutta esittelemällä järjestelmään uuden komponentin: differentiaalikorjauksia lähettävän maa-aseman eli viiteaseman. Näiden maa-asemien koordinaatit GPS-järjestelmässä ovat tunnetut ja ne laskevat tunnettua sijaintiaan apuna käyttäen kullekin satelliitille taipumavirheen, jonka ne välittävät vastaanottimille radiotietä käyttäen. DGPS:n hyödyntäminen vaatii DGPS-kelpoisen vastaanottimen, joka kykenee kykenee niiden avulla korjaamaan kunkin mittauksessa käytetyn satelliitin. DGPS:n hyödyntäminen on mahdollista vain rajoitetulla alueella, koska viiteaseman ja vastaanottimen on kyettävä käyttämään mittauksessa samoja satelliitteja ja niiden GDOP-olosuhteiden on oltava samankaltaiset, jotta niihin vaikuttaisivat samat taipumavirheet. Käytönnön maksimietäisyys näiden välillä on alle 1000 kilometriä, joten maailmanlaajuiseen käyttöön esimerkiksi merillä DGPS ei sovellu.

DGPS:n avulla voidaan poistaa lähes kaikki yhteismuotoiset virheet eli ne virheet, jotka lähekkäisillä vastaanottimilla esiintyvät samansuuruisina. Korjaus voidaan suorittaa tosiaikaisena mittauksen yhteydessä tai jälkikäsittelynä mittauksen jälkeen. DGPS:ää voidaan soveltaa sekä koodi- että kantoaaltohavaintoihin. Korjaukset tehdään koordinaattien sijasta satelliittien etäisyyksiin, jolloin käyttäjän laite voi vapaasti valita käyttöönsä parhaat satelliitit kaikista näkyvistä. DGPS:n avulla voidaan SPS:n tarkkuus nostaa aina tasolle 1-10 metriä, joka on siis jopa alle PPS:n tarkkuudeksi ilmoitettujen lukujen.

Kuva 7. DGPS-paikannus

DGPS-palveluja tuottaa suomessa Digita, joka on yleisradion tytäryhtiö. FOCUS-niminen palvelu kattaa koko suomen ja lähimerialueet. Toimiakseen palvelu vaatii differentiaalikelpoisen GPS-vastaanottimen, teknisen RDS-vastaanottimen (Radio Data System), koska korjaukset lähetetään Radio Suomen ULA3 RDS-signaalissa, sekä FOCUS-lisenssin vastaanottimeen. FOCUS-lisenssejä on kahta tyyppiä: kalliimpi mahdollista kahden metrin tarkkuusluokan ja halvempi kymmenen metrin tarkkuusluokan. Koska korjaukset lähetetään salattuina on palvelun käyttäminen ilman voimassaolevaa lisenssiä mahdotonta.

Alunperin sotilaskäyttöön tarkoitettu GPS on 90-luvulla levinnyt nopeasti kaikille yhteiskunnan sektoreille metsänhoidosta ilmakehän tutkimukseen. Uusia sovelluksia julkistetaan lähes päivittäin, uusimpina käyttökohteina on GPS:n integrointi johonkin toiseen laitteeseen esimerkiksi radioon tai matkapuhelimeen. Yllättävää on myös se kuinka laajassa mittakaavassa ikäänkuin sivutuotteena saatavaa tarkkaa kellosignaalia on hyödynnetty. Seuraavassa esitellään GPS:n erilaisia sotilassovelluksia sekä kerrotaan GPS:n käytöstä eri siviilialoilla.

Alunperin sotilaskäyttöön suunniteltu GPS-järjestelmä sai tulikasteensa Persianlahdella 1991, liittouman ajaessa Irakilaisjoukot Kuwaitista vain noin 4 päivää kestäneessä maasodassa. Amerikkaisjoukoilla oli käytössään noin 9000 GPS-vastaanotinta, joiden käyttötarkoitus oli pääasiassa navigointi ja joukkojen liikeiden seuranta. Jälkikäteen tehtyjen arvioiden mukaan GPS:llä oli merkittävä asema liittouman tappioiden minimoinnissa, koska aavikolla kiintopisteiden puuttuessa GPS mahdollisti omien joukkojen tarkan sijainnin jatkuvan ylläpidon, joka taas osaltaan minimoi riskin joutua omaan tuleen. Lisäksi tehokkaan navigoinnin avulla saavutettiin kiistattomia etuja muunmuassa logistiikassa ja joukkojen tehokkaassa liikuttelussa. Erään liitouman maajoukkoja johtaneen kenraalin mukaan GPS:llä oli merkittävä rooli maasodan nopeassa voittamisessa. Ongelmia oli kuitenkin tiettävästi aiheuttanut silloinen vajaa peitto eli vuonna 1991 ei GPS-satelliittiverkko ollut vielä täysin kattava (valmistui 1994), joten oli olemassa katve-alueita ja aikoja jolloin näkyvissä ei ollut tarpeeksi satellitteja paikannuksen suorittamiseksi.

GPS-vastaanottimia on asennettu lähes kaikkiin sotilaskulkuneuvoihin laivoista helikoptereihin helpottamaan navigointia ja paikanmääristystä sekä joukkojen liikuttelua ja hallintaa. Jalkaväen liikkumista voidaan avustaa ja seurata kannettavien PPS-vastaanottimien avulla, mikä mahdollistaa yksittäisen sotilaan liikkeiden seuraamisen ja ohjaamisen tuhansien muiden joukosta.

GPS-järjestelmän avulla voidaan esimerkiksi mereen pudonneiden lentäjien etsintää helpottaa varustamalla lentäjät hätälähettimellä, joka sisältää GPS-vastaanottimen. Hätälähetin suorittaa GPS-paikannuksen ja alkaa sen jälkeen lähettää koordinaatteja, joiden avulla pelastushelikopteri voidaan nopeasti ohjata paikalle. GPS:ää on hyödynnetty myös miinanetsinnässä. Eri tavoilla havaitut miinat merkitään tietojärjestelmään niiden GPS-koordinaattien perusteella, jolloin miinat voidaan helposti tulevaisuudessa purkaa tai ainakin kiertää. PPS:n tarkkuus mahdollistaa erittäin tarkan paikanmerkinnän. /5/

GPS:ää hyödyntämällä voidaan esimerkiksi ohjusten ja ohjautuvien pommien ohjausta tehostaa ja täsmäaseiden käyttö tehdä käyttäjilleen turvallisemmaksi. Ohjus tai pommi varustetaan GPS-vastaanottimella ja laukasisuvaiheessa annetaan koordinaatit joihin tulee hakeutua (pommit) tai jopa koordinaattijoukko (ohjus), jonka kautta tulee kohteeseen lentää. Testiympäristössä on saatu aikaan osumatarkkuuksia, jotta vastaavat ensimmäisen sukupolven täsmäaseita, joiden heikkoutena GPS-ohjattuihin verrattuna on ollut se, että maali on täytynyt "maalata" laserilla, joko maasta tai lentokoneesta. /5/

Tykistö hyödyntää GPS:ää oman paikan määrittämistä nopeuttamalla. Nykyaikaisen tykistön on liikuttava nopeasti tehokkaasta vastatykistöstä johtuen. GPS:n avulla tykistöajoneuvo voi tuliasemaan ajettuaan nopeasti määrittää oman paikkansa ja sitä kautta tulittaa nopeammin ja viettää vähemmän aikaa samassa paikassa. /7/

Alunperin sotilaskäyttöön tarkoitettu GPS on 90-luvun jäkimmäisellä puoliskolla levinnyt rajähdysmäisesti erilaisiin siviiliympäristöihin. GPS:ään liittyvän siviiliteollisuuden arvon epäillään vuoteen 2000 mennessä kohoavan lähes 50 miljardiin markkaan. /8/ Monet siviilissovellukset ovat muunnoksia vastaavista sotilassovelluksista esimerkiksi navigointi ei eroa mitenkään siviili- ja sotilassovelluksen välillä eli siviilipuolellakin GPS-navigointia hyödynnetään aina retkeilystä ja metsästyksestä valtamerilaivojen ja matkustajalentokoneiden suunnistukseen. Seuraavassa esitellään muutamia mielenkiintoisia ja innovatiivisia GPS:n siviilipuolen sovelluksia.

GPS:ää on sovellettu lukuisilla eri tieteen aloilla. Tarkkaa paikannusta on pystytty hyödyntämään muunmuassa valtameritutkimuksessa, mannerlaattojen liikkeiden seurannassa ja villieläinten seurannassa varustamalla eläin GPS-vastaanottimella, joka raportoi sijaintinsa tasaisin väliajoin. Merkittävää hyötyä GPS:stä on ollut myös ilmakehän tutkimuksessa, koska signaalin viiveitä ja taipumia tutkimalla tehdä johtopäätöksiä ilmakehän kulloisestakin tilasta. /5/

GPS:n eriskummallisimpia sovelluksia ovat maanviljelyksen käyttöön kehitetyt viljelysrobotit. Nämä robotit navigoivat itsenäisesti DGPS-vastaanottimen avulla ja voivat suorittaa ennalta laaditun ohjelman avulla esimerkiksi kylvöä tai sadonkorjuuta.

Tietoliikenneteollisuus hyödyntää GPS-järjestelmästä saatavaa tarkkaa aikasignaalia synkronisten mobiiliverkkojen aikasynkroinointiin. Yhdysvaltain viranomaiset ovat lisäksi antaneet määrayksen jonka mukaan matkapuhelimista hälytyskeksuksiin tulevat puhelut täytyy tulevaisuudessa voida paikantaa vähintään 100 metrin tarkkuudella. Tämä on vauhdittamassa GPS:n integroimista matkapuhelimiin ja ainakin Nokia ja Ericsson ovat investoineet GPS-tekniikkaan. /10/

Julkisista palveluista muunmuassa palo- ja pelastuslaitokset sekä poliisi on monissa maissa panostanut GPS-tekniikkaan. Ajoneuvoseurannan avulla voidaan hätätapauksessa nopeasti lähettää lähin yksikkö taphtumapaikalle. Lisäksi esimerkiksi Yhdysvalloissa jatkuvaa ajoneuvoseurantaa pidetään poliisin työturvallisuutta lisäävänä tekijänä poliisiin kohdistuvien uhkien varalta.

GPS:n tulvaisuudesta on keskusteltu paljon. Tiedeyhteisö on jo pitkään vaatinut rajoitetun saatuvuuden poistamista ja Clintonin hallitus onkin luvannut tuoda PPS:n kaikkien ulottuville. Mitään aikatauluja PPS:n vapauttamiselle ei ole esitetty ja onkin oletettavaa, että PPS tulee yleiseen käyttöön vasta sitten kun Yhdysvaltain puolustushallinto on kehittänyt jonkin toisen tavan (esimerkiksi elektroninen häirintä) estää vihollista käyttämästä GPS:ää kriisitilanteessa. /8/ Alkuvuodesta 1998 julkistettiin toinen siviilikäyttöön tarkoitettu signaali, joka tulee käyttöön uusissa BlockIIf-satelliiteissa. Tarkkoja arvoja siitä, kuinka paljon SPS:n suorituskyky pitäisi toisen signaalin myötä parantua ei kuintenkaan samassa yhteydessä julkistettu.

90-luvun jälkipuoliskolla saatiin käyttöön venäläisten kehittämä GLONASS, joka on GPS:ää vastaava järjestelmä. GLONASS:in tekniikka on lähes suora kopio GPS:n vastaavasta. GLONASS:in satelliitit on jaettu radoille eri tavoilla ja L1 ja L2 taajuudet ovat toiset, muutoin tekniikka on lähes identtistä. GLONASS:in yleistymistä estänee kuitenkin GPS:n laaja levinneisyys ja sovelluspohja. Mielenkiintoisia sekä GPS- että GLONASS-signaaleja vastaanottavia hybridilaitteita on tuotu markkinoille ja näiden kahden järjestelmän antamia tuloksia vertaamalla päästään aiempaa suurempaa tarkkuuteen SPS:llä.

/2/ Texas University, GPS Postioning System overview

http://www.utexas.edu/depts/grg/gcraft/notes/gps/gps.html

/3/ Javad Positioning Systems, A GPS Tutorial

http://www.javad.com/gpstutorial/TOC.html

/5/ Red Sword Corporation, Introduction to GPS-applications

http://ares.redsword.com/GPS/apps/index.htm

/6/ Digita, Focus DGPS-palvelu

http://www.yle.fi/jakelutekniikka/dgps/dgps.htm

/7/ Clancy, Tom, Armored Cavalry, A Guided Tour of an Armored Cavalry Regiment,

Berkley Publishing, 1994

/9/ US Coast Guard Navigation Center WWW-palvelin, GPS-lehdistötiedotteet

http://www.navcen.uscg.mil/gps/issues/gpspressreleases.htm

/10/ Nokia investoi GPS-tekniikkaan, Maanmittauslaitoksen WWW-palvelin

http://www.nls.fi/ptk/positio/uutisia/983/pos98312.html