Was ist GPS?

K l e i n e   E i n f  ü h r u n g    i n   G P S ,  D G P S .u n d E G N O S                                                     Die drei Systeme sind technisch identisch Abdeckung über Europa

Global Positioning System  (GPS)   Was ist GPS? GPS ist in den sechziger Jahren vom US-Verteidigungsministerium unter dem Namen Navstar entwickelt worden, zu militärischen und zivilen Zwecken. Das System besteht aus 24 Satelliten, die die Erde in einer Höhe von 22500 km zweimal pro Tag umrunden. Es ermöglicht die Bestimmung der geographischen Position des Empfängers an jedem Punkt der Erde. GPS ersetzt heute die meisten Navigationssysteme, vom  Sextant des Seefahrers bis hin zur  Strassenkarte des Autofahrers. Um dieses Navigationsmittel zu nutzen  brauchen Sie einen GPS–Empfänger (erhältlich im Handel ab 150.-).   Wie funktioniert GPS? Jeder Satellit sendet Signale, in denen Informationen über Absendezeit und die aktuelle Position enthalten sind. Ein GPS-Empfänger kann  bis zu 10 Satelliten gleichzeitig empfangen und aus  der Reisezeit der Signale die Distanz zwischen Satellit und Empfänger errechnen. Aus diesen Daten wird die Position des Empfängers berechnet.   Die Störeinflüsse von GPS Leider verfälschen einige Faktoren die Genauigkeit des Systems. Zeit: Jeder Satellit besitzt eine hochgenaue Atomuhr, der Empfänger muss aus Kostengründen mit einem weniger genauen Chip die Zeit errechnen. Daraus kann eine Verfälschung  entstehen. Atmosphäre: Die Reisegeschwindigkeit der Signale verändert sich durch verschiedene Wetterlagen oder elektronisch geladen Teilchen in der Atmosphäre.  Gebäude: Da  Satelliten mangels Energie eine schwache Sendeleistung haben, ist es wichtig, dass der Empfänger freie Sicht zum Satellit hat. Ansonsten kann es durch Reflektionen an Hindernissen zu Abweichung kommen. SA Code: Diese Verfälschung gibt es nicht mehr, sie war künstlich von den Betreibern der USA generiert  worden und betrug ca. 30 m.   Stand der heutigen Technologie Die heutigen Empfänger probieren diese Ungenauigkeiten mit raffinierten Tricks zu beheben. Dazu gibt es verschiedene Möglichkeiten: Zeit: Die heutige Chiptechnologie ermöglicht immer genauere Uhren für den Empfänger. Atmosphäre: Modernste Empfänger empfangen nicht nur wie normal GPS Empfänger die Trägerfrequenz von 1575.42 MHz sondern gleichzeitig eine zweite auf 1227.6 MHz da die elektrischen Teilchen in der Ionosphäre das Signal nicht auf jeder Frequenz gleich stark bremst kann aus der Differenz die Ungenauigkeit errechnet und Korrigiert werden. Gebäude: Durch vergleichen von mehren Signalen und deren Differenz können reflektierte Signale Ausgehfilter werden. Wie viele solcher Reflektionen empfangen werden wird im sogenannten DOP Wert vom Empfänger angezeigt. Wobei die Skala von 1  -  10 reicht . Je kleiner der Wert desto besser.   Dies sind erst die  Ungenauigkeiten die sich  beim Messen zweier Positionen innerhalb kurzer Zeit ergeben. Noch komplizierter wird es wen man eine genau Koordinate ermitteln will und diese nach geraumer Zeit wieder finden. Dazu braucht man einen Referenzpunkt und diese Technologie nennt man DGPS (differenziertes GPS)   Was ist DGPS? Da die Satteliten nicht fest mit der Erde verbunden sind verschiebt sich das ganze System trotz täglicher Positionskorrektur der Satelliten um mehrer Meter . Um diese Ungenauigkeit zu korrigieren setzt man ein Hilfssystem ein (Korrekturdienst). Ein hochgenauer Empfänger (Referenzstation) wird auf einer bekannten Position fest installiert. Er misst seine eigene Position und vergleicht sie mit den Koordinaten seines Standorts. Die Abweichungen wird zum Empfänger gesendet und dessen eigene Position wird um die Abweichung korrigiert. So bekommt eine ermittelt Position eine Georeferenz, das heisst  einen Bezug zum jeweiligen Koordinaten system. Je näher sich die Referenzstation beim eigen Empfänger befindet desto genauer ist die Korrektur. Fast jedes Land hat sein eigen Korrekturdienst, meistens wird er von den Landesvermessungsanstalten angeboten. Ausser den Staatlichen gibt es auch noch viele Privatunternehmen die solche Dienste anbieten. Bei den Angeboten unterscheidet man wie der Dienst empfangen wird. Empfangsarten sind UKW RDS Natel oder Satteliten. Der Empfang über UKW wird immer stärker durch Satteliten Empfang Abgelöst, da dieser meist direkt vom GPS Empfänger ohne Zusatzgeräte genutzt werden kann. Der Empfang über Telefon (Natel) wird von RTK (Real Time Kinematik) Empfängern genutzt. Bei dieser Technologie  verfügt der Korrekturdienst ein enges  Netzt von Referenzstationen die über ein Zentralrechner miteinander verbunden sind. Der eigen Empfänger sendet seine ungefähre Position  an den Zentralrechner, dieser ermittelt  aus mehren am nächstenliegenden Referenzstationen die genaue Korrektur, und schickt diese an den Empfänger zurück. Diese Art von Korrektur verwendet vor allem der Geometer. Alle diese Dienste sind mit Ausnahme des unten beschriebenen EGNOS Kostenpflichtig. Wem das noch zu wenig genau ist hat die Möglichkeit eine eigenen Mobile  Referenzstation einzusetzen. Diese Technologie wird beim Bau von Tunnels oder der Steuerung von Strassen und Schienenbaumaschinen verwendet.   Was ist EGNOS? Ein System auf der oben beschriebenen DGPS Basis, jedoch von drei Satelliten flächendeckend über Europa ausgestrahlt. EGNOS ist ein Projekt der ESA und wird für die zivile  Luftfahrt entwickelt, es ist für jedermann kostenlos verfügbar. Das selbe  System gibt es unter dem Namen WAAS über Amerika und Asien. Somit ist die Abdeckung der wichtigsten Industrieregionen weltweit gewährleistet. Das Korrektursignal wird auf den gleichen Frequenzen gesendet wie GPS. Ein modernes GPS kann gleichzeitig 12 Satteliten (12 Kanal) empfangen, jedoch besteht im Schnitt nur zu 8 - 9 Satteliten Sichtverbindung, somit stehen immer freie Kanäl für das Korrektursignal zur Verfügung. Auf diese Weise musste an den bestehenden Geräten nur die Software geändert werden, was diese Technik sehr kostengünstig macht. EGNOS läuft zwar bis Ende 2004 noch im Testbetrieb, dies bedeutet jedoch nur geringen Einschränkung für den Nutzer.   Wie Genau ist GPS? Eine Frage die immer wieder gestellt wird, die man aber so nicht beantworteten kann. Wenn Sie den oberen Teil meines Berichts gelesen haben sehen Sie das dies stark von der Empfangstechnologie die man verwendet abhängt. Die Genausten Messungen Liegen heut unter einem cm, dies ist jedoch nur möglich indem aus tausenden von Messungen ein Schnitt genommen wird. Da Ein GPS Empfänger immer für eine bestimmte Anwendung Programmiert wird ist er auch nur in dieser genau. So ist zum Beispiel ein Empfänger immer nur für einen bestimmten Geschwindigkeitsbereich Programmiert. Im Bereich Vermessung mit stillstehenden Empfängern und entsprechenden Korrekturdiensten sind Genauigkeiten von 1cm möglich. Bei bewegten Empfängern auf Fahrzeugen liegt die Genauigkeit bei max. 5cm mit eigener Referenzstation und 10cm mit Korrekturdienst . Genauigkeit ist auch hier ein Preisfrage.     Navstar US Satellitennavigationssystem