GPS-System Glossar GPS

GPS-System
Glossar
GPS-System
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Index GPS-System
AGPS, assisted GPS
Navigationsgerät
ALF, accurate positioning by low frequency
Almanach
PND, portable navigation device
Navigationssystem
C/A, coarse/aquisition
CEP, circular error probable
NAVSTAR, navigation satellite timing and
ranging
DGPS, differential global positioning system
DOP, dilution of precision
drms, distance root mean square
EGNOS, European geostationary overlay
Offener Dienst
Ortung
P-Code
PDOP, position dilution of precision
service
Ephemeride
Galileo
GLONASS, global navigation satellite system
PNA, personal navigator assistent
PPS, precision positioning service
QZSS, quasi zenith satellite system
RIMS, ranging and integrity monitor station
GNSS, global navigation satellite system
GPS, global positioning system
GPS-Frame
GPS-Frequenz
RINEX, receiver independent exchange
RNSS, radio navigation satellite service
SA, selective avaibility
Satelliten-Navigation
GPS-Logger
GPS-Positionsbestimmung
SBAS, satellite based augment system
SPS, standard positioning service
Jam-Signal
MSAS, multi-functional satellite augmentation
system
TTFF, time to first fix
WAAS, wide area augmentation system
Impressum
Navigation
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GPS-System
AGPS, assisted GPS
Assisted GPS (AGPS) kombiniert die Nutzung des satellitenbasierten GPS-Systems mit dem
Empfang so genannter Assistenzinformationen aus zellularen Mobilfunknetzen. Mit AGPS ist
eine höhere Ortsgenauigkeit und eine schnellere Bestimmung der Erstposition, TTFF, möglich.
Die Ortsgenauigkeit reicht bis zu wenigen Metern und wird dank der hohen Empfindlichkeit
auch in Städten und Gebäuden erzielt.
Als Assistenzinformationen benutzt AGPS
Laufzeitinformationen in GPS-Funkzellen.
Wenn ein AGPS-Empfänger gleichzeitig
die Funksignale von mehreren Funkzellen
empfangen kann, dann kann er über
Kreuzpeilung seinen Standort ermitteln.
Alternativ kann ein AGPS-Empfänger
seinen Standort aus der Signallaufzeit
zum GPS-Sendemast ermitteln. Die über
das GSM-Netz gesendeten
Assistenzinformationen entlasten den
GPS-Empfänger und führen zu wesentlich
schnelleren Ergebnissen, als direkt über
das GPS-System, weil der AGPS-Server
kontinuierlich mit aktuellen
Satellitenpositionen versorgt wird und die ortsbezogenen Daten in den Mobilfunknetzen
sendet. Der Vorteil liegt darin, dass die Lokalisierung auch dann erfolgen kann, wenn das
Empfangsgerät, das Handy oder der PDA, nur einen GPS-Satelliten empfängt.
Positionsbestimmung mit Assistenzinformationen aus dem
GSM-Netz
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GPS-System
ALF, accurate
positioning by low
Um die benutzbare Genauigkeit des GPS-Systems zu erhöhen, gibt es mehrere Systeme die
Korrektursignale errechnen und diese dann terrestrisch oder über Satelliten übertragen. Alle
frequency
Systeme arbeiten mit einer oder mehreren Referenzstationen, deren Koordinaten exakt
bekannt sind und berechnen mittels DGPS (Differential) ein Korrektursignal, das an die
mobilen GPS-Empfänger übertragen wird.
Der ALF-Dienst (Accurate Positioning by Low Frequency), entwickelt vom Bundesamt für
Kartografie und Geodäsie in Frankfurt ist ein Weitbereichsdienst, der in regelmäßigen
Abständen von einem ortsfesten Sender aus, die DGPS-Korrektursignale im RTCM-Format
sendet. Der ALF-Dienst wird in Langwelle übertragen und hat daher eine Sendereichweite von
600 km; die Positionsgenauigkeit liegt bei einem Meter und darunter.
Almanach
In der Satelliten-Navigation versteht man unter Almanach einen Datensatz, der die
almanac
kurzlebigen Parameter mit denen die GPS-Empfänger die Elevation und den Winkel des
Azimuts der Satelliten berechnen, umfasst. Dazu gehören u.a. die Umlaufbahnen und die
Abweichungen der Zeitreferenzen. Jeder der 24 Satelliten des GPS-Systems sendet die
Almanachs aller Satelliten.
C/A, coarse/aquisition
C/A-Code
Der C/A-Code (Coarse/Aquisition) ist ein spezieller Code für die zivile Nutzung von SatellitenNavigationssystemen, bei denen die Auflösung verringert wird. Der C/A-Code wird im GPSSystem und in Glonass benutzt. Im GPS-System wird er über Pseudozufallszahlen (PRN) als
1.023 Bit langer Code aus der 10,23-MHz-Frequenz der Atomfrequenznormale gewonnen und
wiederholt sich jede Millisekunde. Das C/A-Signal wird in Spreizbandtechnik (DSSS) mit einer
Bandbreite von 2 MHz übertragen. In dieser Technik benutzt man anstelle der Bezeichnung
Bits die Bezeichnung Chips. Es handelt sich dabei um die Elemente einer Pseudozufallszahl.
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GPS-System
CEP, circular error
probable
Circular Error Probable (CEP) ist ein Kennwert mit dem die Ortsgenauigkeit von Satellitengestützten Navigationen angegeben wird. Der CEP-Wert ist ein Wahrscheinlichkeitswert. Er
wird in Prozent angegeben und bezieht sich auf den Radius einer kreisförmigen Fläche, deren
Mittelpunkt das GPS-System bildet.
Beträgt beispielsweise der angezeigte CEP-Wert 50 % für einen Radius von 5 m, dann besagt
das, dass sich die Hälfte aller Messergebnisse innerhalb dieses Radius von 5 m befindet,
allerdings auch die Hälfte der Messwerte außerhalb liegt. Des Weiteren ist es so, dass sich 95
% aller Messpunkte in einem Kreis mit doppelt so großem Radius befinden, das entspräche 10
m.
DGPS, differential global
positioning system
Das DGPS-System (Differential Global Positioning System) bietet eine weitaus höhere
ortsbezogene Genauigkeit als das GPS-System. Mit ihm kann die Position eines Benutzers auf
DGPS-System
1 m und sogar auf wenige Zentimeter genau bestimmt werden. Zu diesem Zweck arbeitet das
DGPS-System mit einer stationären
Referenzstation, deren Koordinaten
exakt bekannt sind. Diese
Referenzstation enthält einen GPSEmpfänger, der die Differenzen
zwischen den gemessenen Distanzen
zu den Satelliten und den tatsächlichen
Genauigkeit des DGPS-Signals in Abhängigkeit vom Abstand
zwischen Referenzstation und GPS-Empfänger
Sollwerten ermittelt. In einem solchen
DGPS-System bildet die Referenzstation
eine neue Referenzposition für einen
bestimmten lokalen Bereich.
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GPS-System
Die Differenzwerte
werden je nach
Dienst als
Korrektursignale
über UKWRundfunk oder
Mobilfunk an die
GPS-Benutzer im
Umkreis
übertragen, die
diese decodieren
und in ihrer
Positionsberechnung
berücksichtigen.
Die DGPS-
Prinzip des DGPS
Korrektursignale
werden nur alle
paar Sekunden
übertragen, bei hochgenauen Anwendungen mehrmals in einer Sekunde.
Neben den terrestrischen Funkdiensten gibt es auch satellitengestützte Systeme wie Egnos
und WAAS.
Die Genauigkeit des DGPS-Korrektursignals hängt von dem Abstand zwischen der
Referenzstation und dem GPS-Empfänger ab, der sich beispielsweise in einem Auto befindet.
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GPS-System
Die Genauigkeit wird umso besser, je näher der GPS-Empfänger an der Referenzstation ist.
DOP, dilution of
Die Dilution of Precision (DOP) ist die Ungenauigkeit in der Satelliten-Navigation. Sie kann
precision
verschiedene Ursachen haben, die in der geometrischen Positionsbestimmung liegen. In der
Satelliten-Navigation unterscheidet man zwischen verschiedenen Standardabweichungen wie
der GDOP (Geometric), HDOP (Horizontal), PDOP (Position), VDOP (Vertical), TDOP (Time) und
RDOP (Relative).
drms, distance root
mean square
Zur besseren Bestimmung der Positionsgenauigkeit von Navigations-Satelliten wird der
quadratische Mittelwert, die Distance Root Mean Square (drms), gebildet. Es handelt sich
dabei um den quadratischen Mittelwert der Abweichung der Entfernung zwischen den richtigen
und den über mehrere Messungen ermittelten Wert. Beim GPS-System werden meist zwei
drms-Werte verwendet, die in einem Kreis liegen, der mit bestimmten Abweichungen
gekennzeichnet ist und 95 % aller Messwerte repräsentiert.
EGNOS, European
EGNOS (European Geostationary Overlay Service) ist ein von den Europäern initiiertes
geostationary overlay
service
EGNOS-System
Navigationssystem mit dem die Ortungsgenauigkeit des GPS-Systems auf weinige Meter
erhöht wird. Das Egnos-System arbeitet mit drei geostationären Satelliten, die, ebenso wie
die 34 Empfangsstationen, den so genannten Ranging and Integrity Monitor Station (RIMS),
Korrektursignale für den GPS-Empfang errechnen. Diese Korrektursignale beziehen sich auf die
Schwankungen in den GPS-Satellitenbahnen und Störungen der Ionosphäre, die die
Ortungsgenauigkeit beeinträchtigen. Die berechneten Korrektursignale werden von GEOSatelliten wie Inmarsat auf der GPS-Frequenz L1 mit 1.575,42 MHz abgestrahlt.
Das von den Europäern entwickelte und von der European Space Agency (ESA) betriebene
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GPS-System
Egnos-System gehört zu den SBAS-Systemen und ist vergleichbar dem von den Amerikanern
entwickelten WAAS-System und dem von den Asiaten entwickelten MSAS-System. Die drei
geostationären Satelliten des Egnos-Systems, Inmarsat AOR-E, Artemis und Inmarsat IOR-W,
sind auf den Längsgraden 15,5° West, 21,3° East und 65,5° East positioniert und decken den
europäischen und afrikanischen Kontinent ab.
Die Egnos-Signale können mit entsprechenden Empfängern in der Luft, auf dem Land und zu
Wasser empfangen und zivil genutzt werden. Die Ortungsgenauigkeit liegt bei etwa 1 m bis 3
m im Gegensatz zur GPS-Genauigkeit von etwa 15 m.
Ephemeride
ephemeris
Ephemeride sind vorher berechnete Positionsdaten von astronomischen Himmelskörpern und
Satelliten.
In der Satelliten-Navigation werden nicht nur die aktuellen Positionsdaten der Satelliten und
die der Satellitenbahnen übertragen, sondern auch Vorhersagedaten über die zukünftigen
Satellitenpositionen. Diese Positions-Vorhersagedaten über die genaue Satellitenposition zu
einem bestimmten Zeitpunkt nennt man Ephemeride. Sie werden u.a. als Steuersignale für die
präzise Steuerung von großen Satellitenantennen benutzt. Außerdem im GPS-System und bei
MEO- und LEO-Satelliten mit relativ schnellen Umlaufbahnen.
Galileo
Das von der Europäischen Union (EU) initiierte Satelliten-Navigationssystem Galileo ist das
Pendant zum US-amerikanischen Global Positioning System (GPS). Es wird von der
europäischen Raumfahrtagentur ESA geleitet und soll 2013 in Betrieb gehen.
Galileo ist genauer als das GPS-System und zielt primär auf zivile Anwendungen ab, außerdem
stellt es mehr Dienste zur Verfügung. Entsprechend den vielseitigen Einsatzgebieten, bietet
Galileo fünf unterschiedliche Dienste: den Basisdienst, den kommerziellen,
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GPS-System
sicherheitskritischen
und den
öffentlich
regulierten
Dienst sowie
den Such- und
Rettungsdienst.
- Der offene
Dienst oder
Basisdienst
(OS)
übermittelt
Zeit- und
Positionssignale
mit einer
Genauigkeit
Dienste des Galileo-Navigationssystems
von 15 m.
Dieser
kostenlose
Dienst kann
beispielsweise
für Fahrzeugleitsysteme eingesetzt werden.
- Im kommerziellen Dienst, dem Commercial Service (CS), der sich durch eine Genauigkeit von
etwa 1 m auszeichnet, wird der Empfang auch in Schattenbereichen von Gebäuden oder
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GPS-System
Bergen garantiert.
- Der sicherheitskritische Dienst (SoL) ist speziell für die Funktionsüberwachung von Luft-,
Schienen- und Schiffsverkehr gedacht.
- Beim öffentlich regulierten Dienst, dem Public Regulated Service (PRS), der eine lokale
Auflösung von 1 m hat und eine Verfügbarkeit von bis zu 99,9 %, werden die Signale
verschlüsselt und sind gegen Störungen gesichert. Dieser Dienst ist für öffentliche
Sicherheitseinrichtungen wie Polizei, Grenzschutz und Militär vorgesehen.
- Der Such- und Rettungsdienst (SAR) ist für Rettungseinsätze vorgesehen, bei denen die
Signale der Hilfesuchenden als Koordinaten an die Rettungsdienste übermittelt werden.
Galileo arbeitet mit 30 MEO-Satelliten,
von denen 3 als Reserve-Satelliten
dienen, die auf drei kreisförmigen
Satellitenbahnen in einer Höhe von
23.616 km die Erde umkreisen.
Galileo sendet zehn
Navigationssignale in drei
Frequenzbändern.
- Band 1 für das Downlink liegt
zwischen 1,164 GHz und 1,215 GHz,
- Band 2 zwischen 1,260 GHz und
1,300 GHz und
- Band 3 zwischen 1,559 GHz und
Kenndaten von Galileo
1,593 GHz.
Die Frequenzbänder wurden von der
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GPS-System
ITU festgelegt. Das unterste Frequenzband ist den Radio Navigation Satellite Services (RNSS)
zugeordnet. Die Datenraten sind dienst- und modulationsabhängig und liegen zwischen 50
bit/s und maximal 1.000 bit/s beim kommerziellen Dienst mit BPSK.
Außerdem ist Galileo interoperabel zum GPS-System und Glonass, wodurch auch bei
ungünstigsten Galileo-Empfangsbedingungen immer noch genügend Navigationssignale von
den beiden anderen Navigationssystemen empfangen werden können.
GLONASS, global
navigation satellite
system
GLONASS (Global Navigation Satellite System) ist das russische Satelliten-Navigationssystem,
das Pendant zu Galileo und dem Global Positioning System (GPS). Mit der Installation im
Weltraum wurde bereits 1982 begonnen, allerdings wurde die geplante Konstellation mit 24
Satelliten, die in drei Orbitalbahnen die Erde umkreisen, bis zum heutigen Tag nicht erreicht.
Stattdessen arbeitet Glonass im Jahre 2006 nur mit 12 Satelliten. Die Höhe der Umlaufbahnen
liegt bei 19.100 km, der Neigungswinkel zum Äquator 64,8°, die Umlaufzeit liegt bei 11
Stunden und 15,8 Minuten.
Jeder Satellit sendet auf den Sendefrequenzen 1,602 GHz und 1,246 GHz. Als Dienste werden
wie beim GPS-System ein allgemein nutzbarer Dienst mit geringer Auflösung und C/A-Code
angeboten, aber auch ein hochauflösender Dienst mit P-Code.
GNSS, global navigation
satellite system
Globale Satelliten-Navigationssysteme (GNSS) dienen der weltweiten Ortung, der
Koordinaten- und der Zeitübermittlung. Sie werden in kommerziellen Bereichen in der Luftund Schifffahrt aber auch im Auto- und Schienenverkehr eingesetzt. Sie werden von der
Polizei, dem Grenzschutz, Zoll und dem Militär benutzt, ebenso wie von Such- und
Rettungsdiensten.
Weltweit gibt es das US-amerikanische Global Positioning System , das primär für
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GPS-System
Militäraufgaben konzipiert wurde und mit einer verringerten Auflösung auch für zivile Zwecke
genutzt wird. Daneben platziert sich das von der Europäischen Union initiierte SatellitenNavigationssystem Galileo, das im Jahre 2008 betriebsbereit sein soll und in seinen
Anwendungsmöglichkeiten weiter gefasst ist als das GPS-System.
GNSS wird im deutschen Mauterhebungssystem eingesetzt und ist integraler Bestandteil der
On-Board-Units (OBU).
GPS, global positioning
system
GPS-System
Das GPS-System ist ein weltumspannendes US-amerikanisches Satelliten-Navigationssystem
zur hochgenauen Ortung, Navigation und Zeitverteilung. Das Global Positioning System (GPS),
der eigentliche Name ist NAVSTAR, arbeitete seit Beginn mit 24 umlaufenden Satelliten (21
Betriebs- und 3 Ersatzsatelliten) auf 6 Umlaufbahnen in 20.180 km Höhe. Inzwischen sind 29
GPS-Satelliten aktiv. Die Umlaufbahnen sind oberhalb der MEO-Satelliten positioniert, und
zwar so, dass an allen Punkten der Erdoberfläche gleichzeitig vier Satelliten empfangen
werden können. Ausgestattet sind die GPS-Satelliten mit mehreren Caesium- oder RubidiumNormalen, die eine konstante Zeit mit einer Langzeitkonstanz von 10exp-13 erzeugen. Aus
der Grundfrequenz der Atomfrequenznormale von 10,23 MHz werden alle benötigten
Frequenzen abgeleitet.
Die beiden Sender der GPS-Satelliten arbeiten in Spreizbandtechnik und senden auf den GPSFrequenzen von 1,57542 GHz und 1,2276 GHz. Die Abstrahlleistung der GPS-Satelliten beträgt
lediglich 50 W, was ursächlich für die geringe Datenrate von 50 bit/s verantwortlich ist. Die
GPS-Signale werden in Phasenmodulation moduliert.
Die GPS-Positionsbestimmung kann mit zwei GPS-Satelliten erfolgen, wenn es sich um
Ortungen auf Meereshöhe handelt. Wenn bei der Ortung allerdings auch die Höhenangabe
berücksichtigt wird, werden die GPS-Frames von mindestens drei GPS-Satelliten benötigt.
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GPS-System
Die Genauigkeit der Ortung ist abhängig vom geschalteten Service ab und vom
Abweichungsfehler, der durch die Satellitenstellungen und die Störeinflüsse durch die
Ionosphäre bedingt ist. Die Verschlechterung der Genauigkeit wird als Dilution of Precision
(DOP) bezeichnet. Es gibt zwei Auflösungsservices: den Precision Positioning Service (PPS) für
autorisierte Institutionen, vorwiegend US-Militär, und den Standard Positioning Service (SPS)
für die zivile Nutzung. Die Genauigkeit liegt nach der Aufhebung der Selective Availability (SA)
im Jahre 2000 für zivile Nutzung bei etwa
+/-15 m, vorher lag sie bei etwa 100 m,
bei militärischen Anwendungen unter
Benutzung des P-Codes liegt er unterhalb
von einem Meter. Die Höhengenauigkeit
liegt für private Nutzung bei 20 m und
die Zeitgenauigkeit bei ca. 60 ns.
Es gibt verschiedene Verfahren mit denen
die Genauigkeit des GPS-Systems für
zivile Nutzung erhöht werden kann. Zu
diesen Systemen, die man SBAS-Systeme
nennt und die mit Korrektursignalen
arbeiten, gehören WAAS, EGNOS und
MSAS. Außerdem gibt es mit DGPS ein
Spezifikationen des GPS-Systems
Verfahren, das über Differenzmessungen
der Laufzeiten das örtliche
Auflösungsvermögen auf wenige Meter
erhöht.
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GPS-System
Das von der Europäischen Union initiierte strategische Konkurrenzsystem ist Galileo; das von
der damaligen UDSSR entwickelte System heißt Glonass.
GPS-Frame
GPS frame
Der GPS-Datenrahmen besteht aus mehreren Frames, die kontinuierlich gesendet werden und
die Korrekturdaten für die Empfänger-Zeitreferenz, die Bahndaten, Korrekturdaten und das
Almanach.
Der gesamte GPS-Datenrahmen besteht aus mehreren Subframes, die jeder für sich aus 10
Datenwörtern bestehen. Ein solches Datenwort umfasst 30 Bit und dauert bei einer Datenrate
von 50 bit/s 0,6 s. Daraus folgt die Länge eines Subframes mit 300 Bit und einer
GPS-Datenrahmen
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GPS-System
Übertragungsdauer von 6 s. Das Frame selbst besteht wiederum aus 5 Subframes und dauert
30 s. Und das gesamte GPS-Datensignal besteht wiederum aus 25 Frames, 37.500 Bit und
benötigt bei der niedrigen Übertragungsrate von 50 bit/s eine Übertragungszeit von 12,5
Minuten.
Zur GPS-Positionsbestimmung wird die Impulsfolge der empfangenen GPS-Frames grafisch
dargestellt und auf dem Display des GPS-Empfängers durch Verschiebung zur Deckung
gebracht. Die Verschiebung dieser Impulsfolge ist ein Maß für die Signallaufzeiten und die
Satellitenpositionen im Verhältnis zum GPS-Empfänger. Über diese Signallaufzeiten errechnet
der GPS-Empfänger den genauen Standort, der gespeichert und fortlaufend aktualisiert wird.
GPS-Frequenz
GPS frequency
Das Global Positioning System (GPS) arbeitet mit drei verschiedenen Frequenzen: den
Trägerfrequenzen für die GPS-Signale und der von den Atomfrequenznormalen abgeleiteten
Frequenz von 10,23 MHz, von der alle internen Frequenzen abgeleitet werden.
Es gibt zwei GPS-Trägerfrequenzen von 1.575,42 MHz und 1.227,6 MHz, beide liegen im LBand und werden mit L1 und L2 bezeichnet.
Das L-Band wurde für die Navigations-Satelliten ausgewählt weil die Übertragung ohne
Parabolantennen erfolgen kann und die Beeinträchtigungen der Übertragung durch
ionosphärische Störungen geringer sind als in anderen Frequenzbereichen. Hinzu kommt, dass
die Wellenabsorption durch Wettereinflüsse nicht beeinträchtigt wird.
Die GPS-Trägerfrequenz L1 mit 1,57542 GHz hat eine Wellenlänge von 19,05 cm und überträgt
die zivil nutzbaren GPS-Frames. L2 mit 1,2276 GHz und einer Wellenlänge von 24,45 cm ist für
militärische Nutzung.
Die GPS-Trägerfrequenzen werden mit Navigationsdaten und Codes für die
Auflösungsgenauigkeit, dem C/A-Code und dem P-Code in Phasenmodulation moduliert.
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GPS-System
GPS-Logger
GPS-Logger sind kleine, batteriebetriebene Geräte,
die bei Fahrten, Touren, Sportaktivitäten und
Wanderungen mitgenommen werden können und die
die geografische Positionen der Routen ermitteln
und speichern. Die so gespeicherten Routen können
GPS-Logger, Foto: xcshop.de
auf Personal Computern, Notebooks oder PDAs
herunter geladen und für die Nachbearbeitung der
Wanderung benutzt oder in Landkarten von GoogleMaps eintragen werden.
Aus den gespeicherten Daten können Routenprofile
mit Strecken- und Höhenangaben aber auch
Bewegungsdaten und Geschwindigkeiten errechnet
werden.
Ein GPS-Logger ermittelt in regelmäßigen Zeitabständen die Position des Benutzers aus den
Positionssignalen des GPS-Systems und speichert diese zusammen mit der exakten Uhrzeit.
Ein solcher Datenlogger ist batteriebetrieben, seine Batterienutzungsdauer hängt nicht zuletzt
davon ab, wie oft die Positionsdaten erfasst und gespeichert werden. Die Speichergröße ist so
bemessen, dass 100.000 und mehr Tracks aufgezeichnet werden können, was für einen
mehrwöchigen Urlaub ausreicht, wenn alle zehn Sekunden eine Positionsbestimmung
vorgenommen wird.
GPS-Positionsbestimmung
GPS positioning
Um die exakte Position eines Empfängers mit der Satelliten-Navigation bestimmen zu können,
werden die GPS-Frames von mindestens zwei Satelliten benötigt. Man spricht in diesem Fall
von einem zweidimensionalen Modell, das keine Höhenangabe berücksichtigt und die GPS16
GPS-System
Empfangseinrichtung so behandelt, als ob sie sich auf Meereshöhe befindet.
Für Ortungen mit Höhenermittlung sind die GPS-Signale von mindestens drei Satelliten
erforderlich. Es handelt sich dabei um ein dreidimensionales Modell.
Generell wird die Position aus den Signallaufzeiten und den Satellitenpositionen zu der GPSEmpfangsstation berechnet.
Die Navigations-Satelliten senden kontinuierlich Signale aus, aus denen die
Satellitenposition, die
Satellitenbahndaten und vor allem
der Zeitpunkt der Aussendung des
GPS-Signals hervorgehen. Der GPSEmpfänger vergleicht den Zeitpunkt
der Aussendung mit seiner eigenen
Zeitreferenz und ermittelt aus der
Zeitdifferenz die Entfernung des
Satelliten. Die errechnete
Abweichung von der tatsächlichen
Position ist durch die Genauigkeit
der eigenen Zeitreferenz gegeben.
Das bedeutet, dass je genauer die
Zeitreferenz des GPS-Empfängers
Positionsbestimmung mit zwei Satelliten
ist, desto genauer ist die
Positionsbestimmung. Ein Zeitfehler
von 500 ns ergibt einen
Ortungsfehler von 150 m. Da man
17
GPS-System
die Zeitreferenz des Empfängers aber aus Kostengründen nicht beliebig steigern kann, wird
die Ortsgenauigkeit über den bekannten Abstand zwischen den Satelliten errechnet.
Bei zwei empfangenen Satellitensignalen kann der GPS-Empfänger anhand der beiden
Satellitenentfernungen und der Satellitenpositionen seine Position bestimmen, allerdings
bezogen auf Meereshöhe.
Unter Berücksichtigung der Höhenberechnung und der Ungenauigkeit der GPS-EmpfängerZeitreferenz kann mit drei Satelliten eine exakte Ortsbestimmung vorgenommen werden.
Jam-Signal
Beim GPS-System gibt es den Begriff des Jammen. Ein GPS-Jammer ist ein Störsender, der in
einem bestimmten regionalen Umkreis den GPS-Empfang verhindert. Störsender mit einer
Sendeleistung von einigen Watt können dabei den Empfang im Umkreis von hundert und mehr
Kilometer beeinträchtigen oder verhindern.
MSAS, multi-functional
satellite augmentation
system
Das MSAS-System (Multi-functional Satellite Augmentation System) ist ein von Japan und
einigen asiatischen Ländern entwickeltes Navigationssystem, mit dem die Ortungsgenauigkeit
des GPS-Systems erhöht wird. MSAS ist vergleichbar und kompatibel zu dem europäischen
MSAS-System
EGNOS-System und dem amerikanischen WAAS-System. Es arbeitet wie diese mit
Korrektursignalen, die die Fehler in den Satellitenbahnen und durch ionosphärische Störungen
bedingte Fehler in Korrektursignale umrechnet und diese zu den entsprechenden GPSEmpfängern überträgt. Die Ermittlung der Korrektursignale erfolgt über mehrere geostationäre
Satelliten und viele Empfangsstationen, den so genannten Ranging and Integrity Monitor
Station (RIMS).
Die Ortungsgenauigkeit des GPS-Systems wird durch das MSAS-System um etwa Faktor 10 auf
einige wenige Meter erhöht. Diese Ortungsgenauigkeit wird vor allem in der Flugsicherung
18
GPS-System
beim Landeanflug und schlechter Sicht benötigt, da die GPS-Genauigkeit für diese
Anwendungen nicht ausreicht.
Navigation
NAV, navigation
Navigation ist die Wegbestimmung von einem Ort zu einem Zielort. Solche netzspezifische
Services werden von der Satelliten-Navigation unterstützt sowie in manchen Mobilfunknetzen
angeboten und auf das Display des Handys eingeblendet. Darüber hinaus unterstützt die
Navigation Flottenmanagement-Systeme von Spediteuren.
Die Positionsbestimmung des Mobilfunkteilnehmers dient aber auch dazu dem Handy-Benutzer
ortsbezogene Dienste (LBS) zu offerieren (Kino, Restaurants, Museen) und im Notfall den
Standort für Rettungsmaßnahmen zu ermitteln.
Navigationsgerät
Ein Navigationsgerät (PND) ist ein kleiner handlicher GPS-Empfänger für die Ortung und
PND, portable navigation
device
Navigation. Diese kompakten Navigationsgeräte arbeiten mit GPS-System und SatellitenNavigation. Es gibt sie als funktional eigenständige Geräte für die Ortung, Navigation,
Routenplanung und -berechnung. Die Routenberechnung kann dabei auf Basis der kürzesten
oder der schnellsten Route erfolgen, die Routenführung erfolgt visuell auf dem Display und
sprachlich, durch Streckenhinweise, bis hin zu Hinweisen auf
Geschwindigkeitsbeschränkungen. Die Routeneingabe erfolgt auf dem Display, einem
Touchscreen, auf das die Bedienerführung eingeblendet und mit den Fingern aktiviert wird. Die
Menüführung reicht bis zur Einblendung des Alphabets, über das die Orts- und Straßennamen
eingegeben werden können.
Für die Darstellung haben Navigationsgeräte ein mehr oder weniger großes Display mit
Auflösungen in QVGA oder höher, auf dem das Kartenmaterial zwei- oder pseudodreidimensional dargestellt wird. Die Time To First Fix (TTFF), das ist die Zeit für die erste
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GPS-System
Positionsbestimmung, liegt je nachdem in
welchem Betriebszustand sich das
Navigationsgerät befindet zwischen einige
wenigen Sekunden und ca. einer Minute. Die
Ortungsgenauigkeit ist abhängig vom GPS-
Navigationsgerät von TOMTOM
System und beträgt etwa 5 m. Die
Aktualisierung der Kartensoftware kann über
Downloads vom Personal Computer aus
erfolgen oder auch über das Smartphone.
Darüber hinaus besitzen sie einen relativ
großen Arbeitsspeicher und einige Funktionsund Steuerungstasten.
Je nach Konzept und Ausstattung können PNDs
in der Automotive-Technik eingesetzt werden und Staumeldungen oder Umleitungen vom
digitalen Verkehrsfunk (TMC) herunterladen und in die Routenplanung einfließen lassen.
Neben den reinen Navigationsgeräten gibt es handliche PDAs und Smartphones, in denen die
entsprechenden Navigations- und Routenfunktionen integriert sind. Die Weiterentwicklung der
klassischen Navigationsgeräte berücksichtigt ortsbezogene Informationen von
Sehenswürdigkeiten und Bauwerken. Diese Informationen werden aus einer Bibliothek
abgerufen und als Markierungen in die Straßenkarten eingeblendet. Auf die Kultur und
Geschichte dieser Sehenswürdigkeiten wird sprachlich und textlich eingegangen.
Navigationssystem
navigation system
Navigationssysteme dienen der geografischen Ortsbestimmung, einschließlich der Höhe, und
können aus den ermittelten Daten der Längen- und Breitenkoordinaten, der Höhe und die
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GPS-System
Geschwindigkeit, den Kurs die zurückgelegte Strecke, die Restdistanz bis zum Ziel und andere
Navigationsdaten errechnen.
In der Automotive-Technik unterstützen Navigationssysteme den Autofahrer bei der
Routenauswahl. Der Fahrer gibt sein Reiseziel d.h. den Zielort in das Navigationssystem ein,
das daraufhin den Routenplan entwirft. Die meisten Navigationsgeräte stützen sich dabei auf
die Satelliten-Navigation, die mit dem GPS-System oder Egnos arbeitet, später dann auch mit
Galileo.
Ein allein auf die Satelliten-Navigation gestütztes Navigationssystem kann eine statische
Routenplanung ausführen, aber keine kurzfristigen Routenanpassungen an aktuelle
Verkehrssituationen vornehmen. Daher verarbeiten solche Systeme auch Informationen aus
dem digitalen Verkehrsfunk (TMC) oder TPEG. Somit können Informationen über vorhandene
Straßenengpässe, die beispielsweise durch Baustellen bedingt sind, aber auch kurzfristig
auftretende Verkehrsstaus in die alternative Routenplanung einfließen.
NAVSTAR, navigation
satellite timing and
Navstar ist das US-amerikanische Bezeichnung für die Konstellation des GPS-Systems. Aus der
Bezeichnung geht hervor, dass die Navigationssatelliten für die Zeit und die Ortung bestimmt
ranging
sind. Das Navstar-System besteht aus 24 Satelliten, die in 6 Orbits die Erde umkreisen.
Offener Dienst
OS, open service
Die Satelliten-Navigationssysteme Galileo, Glonass und das GPS-System stellen verschiedene
Dienste mit niedriger und höherer Positionsgenauigkeit zur Verfügung.
Der offene Dienst (OS) ist beim GPS-System und bei Galileo der Basisdienst, der kostenlos
genutzt werden kann. Die Positionsauflösung des OS-Dienstes liegt in der Horizontalen bei 15
m in der Vertikalen bei 35 m und wird mit einem Einfrequenz-Empfänger empfangen. Die
Positionsgenauigkeit kann durch den Einsatz von Zweifrequenz-Empfängern auf 4 m erhöht
21
GPS-System
werden. Die Sendefrequenz beträgt 1.575,42 MHz und ist bei den beiden genannten Systemen
gleich.
Dieser Dienst ist in seiner Verfügbarkeit nicht garantiert.
Ortung
Ortung ist die Bestimmung eines geografischen Standortes. Sie kann mittels Satelliten-
locating
Navigation erfolgen wie beim GPS-System, über vorhandene Mobilfunknetze oder über WLANs.
Die Ortung kann sich gleichermaßen auf Personen oder auf bewegte und statische Objekte
beziehen, so kann es in der Patientenüberwachung zum Auffinden von geistig verwirrten
Personen eingesetzt werden oder im offenen Strafvollzug. Ebenso ist die Lokalisierung von
Schiffen und Fahrzeugen möglich, die Positionsbestimmung von Containern in einem
Containerhafen, oder von Geräten innerhalb eines Unternehmens. Da die Ortung sowohl für
statische als auch für bewegte Objekte eingesetzt wird, ist der Übergang zum Tracking, dem
Verfolgen, fließend.
Bei der satellitengestützten Ortung gibt es diverse Verfahren mit denen die
Ortungsgenauigkeit des GPS-Systems erhöht wurde. Zu nennen sind u.a. WAAS, EGNOS,
MSAS, AGPS und DGPS.
Bei den funkgestützten Systemen ist die Ortungsgenauigkeit dagegen eingeschränkt. Die
meisten Ortungsmaßnahmen zielen darauf ab dem Mobilfunkteilnehmer weitere regionale
Services anbieten zu können wie Location Based Services (LBS). Darüber hinaus ist die Ortung
aber auch im Falle eines Notrufs von Interesse um einen Kranken ohne dessen Hilfe ausfindig
machen zu können. Ein weiteres Einsatzgebiet sind Flottenmanagement-Systeme (FMS) von
LKW-Fuhrparks.
Die Mobilfunknetz-abhängigen Ortungsverfahren bestimmen aus den Informationen des
Standort- und des Besucherverzeichnisses die Position oder aber über die Feldstärke. Die
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GPS-System
Verschiedene Ortungstechniken mit satelliten- und mobilfunkgestützter Ortung und der Ortung über WLANs
erstgenannte Technik ist relativ ungenau und abhängig von der Größe der Funkzelle. Sie liegt
bei GSM im städtischen Bereich bei ca. 100 m, bei größeren Funkzellen auf dem Land bei ca.
500 m bis 800 m. Das von der Federal Communications Commission (FCC) unterstützte
Ortungskonzept setzt voraus, dass die netzgestützte Ortung innerhalb festgelegter
Fehlergrenzen erfolgt, damit sie auch für Notrufe eingesetzt werden kann. Zu diesem Zweck
wird für die Ortung die Laufzeit zwischen den Signalen von mindestens drei benachbarten
Basisstationen im Handy erfasst und an die Basisstation gesendet. Dieses Verfahren nennt
sich Enhanced Observed Time Difference (E-OTD) und erhöht die Ortungsgenauigkeit
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GPS-System
beträchtlich. E-OTD wird in Verbindung mit General Packet Radio Service (GPRS) eingesetzt,
damit die Mobilfunkteilnehmer immer mit den Basisstationen verbunden sind. Neben E-OTD
bietet bereits UMTS eine wesentliche Verbesserung der Ortungsgenauigkeit auf 30 m bis 50
m, da die Funkzellen kleiner sind.
Eines der einfacheren Verfahren für die Ortung ist das der Received Signal Strength (RSS), das
die Feldstärke misst. Da die Feldstärke einer elektromagnetischen Welle bei isotroper
Abstrahlung mit dem Quadrat der Entfernung vom Sender abnimmt, können aus der
gemessenen Feldstärke Rückschlüsse auf die Entfernung zwischen Empfänger und Sender
gezogen werden. Die ermittelte Feldstärke sagt lediglich etwas aus über die Entfernung nichts
dagegen über den Winkel. Erst wenn dieses Verfahren die Feldstärke von mehreren
Basisstationen misst, kann aus der Laufzeit, der Time Difference of Arrival (TDOA), und der
Empfangsfeldstärke der Received Signal Strength Indicator (RSSI) und daraus der Standort
ermittelt werden. Anstelle der Feldstärke werden beim AOA-Verfahren, Angle of Arrival, die
Laufzeit- bzw. Phasenunterschiede ermittelt und daraus der Winkel abgeleitet, aus dem die
Reflexion kommt.
Bei WLANs gibt es darüber hinaus das WLAN Positioning System (WPS), das außerhalb und
innerhalb von Gebäuden arbeitet und als Referenzdaten die Position der Zugangspunkte (AP)
benutzt. Außerhalb von Gebäuden erreichen WPS-Systeme Ortsgenauigkeiten zwischen 10 m
bis 20 m, innerhalb liegt die Ortungsgenauigkeit bei etwa 3 m.
P-Code
precision code
Der P-Code ist der Präzisionscode des GPS-Systems, der für militärische Anwendungen
genutzt wird und gegenüber dem zivil genutzten C/A-Code eine um eine Zehnerpotenz höhere
Auflösung aufweist. Diese erreicht eine Ortungsgenauigkeit von unter 2 m. Daher auch die
Bezeichnung P-Code, was für Precision steht.
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GPS-System
Der P-Code wird aus der Referenzfrequenz der Atomfrequenznormale von 10,23 MHz
abgeleitet und auf beiden GPS-Frequenzen übertragen. Zur Verringerung der
Störbeeinträchtigung erfolgt die Übertragung in Spreizbandtechnik mit einer Bandbreite von 20
MHz.
Da der P-Code vorwiegend für militärische Anwendungen genutzt wird, wird er
manipulationssicher verschlüsselt und ausschließlich als verschlüsselter Y-Code übertragen.
PDOP, position dilution
of precision
Position Dilution of Precision (PDOP) ist ein dimensionsloser Wert, der die
Positionsgenauigkeit bei der Satelliten-Navigation anzeigt. Diese hängt unmittelbar von den
Satellitenpositionen im
Weltraum und von der
Stellung der Satelliten
zueinander ab.
Weichen beispielsweise
die Winkel der einzelnen
Satelliten zur
Empfangsposition nicht
wesentlich voneinander ab,
dann ist die
Positionsgenauigkeit
gering, im Gegensatz dazu
ist sie bei stark
voneinander abweichenden
PDOP in Abhängigkeit von der Satellitenposition
Satellitenpositionen sehr
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GPS-System
hoch. Sind die PDOP-Werte und damit die prozentuale Abweichung hoch, bedeutet dies, dass
die Satelliten nahe beieinander stehen, sind sie gering ist die Genauigkeit höher, was darauf
hindeutet, dass die Satelliten weit voneinander entfernt stehen.
PNA, personal navigator
Ein Personal Navigator Assistent (PNA) ist nichts anderes als ein einfach zu bedienender
assistent
Personal Digital Assistent (PDA) mit eingeschränkten, auf die Navigation bezogene
Funktionen, bei dem auf die standardmäßigen Organizer-Funktionen von PDAs verzichtet wird.
Solche PNAs sind für die Navigation von Verkehrsteilnehmern von besonderem Interesse, aber
ebenso auch für rein private Anwendungen. Die Navigation der PNAs basiert auf dem GPSSystem mit Unterstützung von Kartenmaterial, das bereits bei der Produktion installiert
wurde. Das Kartenmaterial kann aber auch auf Speicherkarten mitgeliefert und in den PNA
eingelesen werden. Die Aktualisierung der Landkarten kann über ein Download erfolgen.
Es gibt auch PNAs, die auf aktuelle Verkehrssituationen, Staus oder Baustellen hinweisen.
Diese PNAs beziehen ihre Informationen über den Radiotext (RDS) oder den digitalen
Verkehrsfunk (TMC) und verarbeiten die Informationen direkt für die Routenplanung.
PPS, precision
positioning service
Das GPS-System für die Satelliten-Navigation unterstützt mehrere Dienste, die sich in der
Auflösung der Ortsgenauigkeit unterscheiden. Der Precision Positioning Service (PPS) ist der
GPS-Dienst, der nur von autorisierten Institutionen benutzt werden darf, vorwiegend vom USMilitär. Der PPS-Service wird durch den P-Code realisiert und hat eine Ortsauflösung unterhalb
von einem Meter.
QZSS, quasi zenith
satellite system
Das in Japan entwickelte QZSS-System (Quasi Zenith Satellite System) bietet Dienste, die
den europäischen Location Based Services (LBS) entsprechen. Darüber hinaus werden über das
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GPS-System
QZSS-System auch Navigationsdaten für die Automotive-Technik übertragen. Diese
Navigationsdaten dienen der exakten Ortsbestimmung und der Verbesserung der
Verkehrssicherheit.
Mit dem QZSS-System soll die Verfügbarkeit des GPS-Systems in den Straßenschluchten
verbessert werden. Zu diesem Zweck arbeitet das QZSS-System mit drei Satelliten von denen
jeder für acht Stunden im Zenith über Japan steht und in den engen Straßenschluchten
Sprachkanäle bereitstellt, Nachrichten im Broadcast überträgt und GPS-Zusatzsignale
bereitstellt.
Teilnehmer dieses Dienstes sind über einen Mobilfunkdienst im Notfall direkt mit der Zentrale
verbunden und können aus den Ortungsdaten die Position bestimmen.
RIMS, ranging and
Bei den navigationsbasierten Satelliten-Systemen mit denen die Ortungsgenauigkeit erhöht
integrity monitor station
wird, dem WAAS-System der Amerikaner, dem EGNOS-System der Europäer und dem MSASSystem der Asiaten, werden mehrere geostationäre Satelliten und diverse Empfangsstationen
auf dem Boden für die Berechnung der Korrektursignale benutzt. Die Empfangsstationen
werden auch als Ranging and Integrity Monitor Station (RIMS) bezeichnet. Um eine exakte
Korrektursignalberechnung durchführen zu können, muss die Position der RIMS auf wenige
Zentimeter genau bekannt sein. Egnos verwendet beispielsweise 34 RIMS, WAAS hingegen
25.
Die Empfangsstationen empfangen die Navigationssignale der Navigations-Satelliten des GPSSystems, von Glonass und Galileo. Anhand der exakten Position und dem empfangenen
Ortungssignal errechnet die Empfangsstation aus der Differenz ein Korrektursignal. Darüber
hinaus errechnet die Empfangsstation die aus der Signalverzögerung beider GPS-Frequenzen
die Fehler durch ionosphärische Störungen.
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GPS-System
Die Korrekturdaten aller RIMS werden im zentralen Rechenzentrum zu verschiedenen Kurz- und
Langzeitfehler berechnet.
RINEX, receiver
independent exchange
Receiver Independent Exchange (RINEX) ist ein Dateiformat, das in GPS-Systemen eingesetzt
wird und den Datenaustausch zwischen verschiedenen GPS-Geräten ermöglicht. RINEX
umfasst diverse Formate, Standardbefehle und Zeitangaben und unterstützt auch die
Nachbearbeitung der Satelliten-Navigation.
RNSS, radio navigation
satellite service
Radio Navigation Satellite Services (RNSS) sind Systeme und Dienste für die
satellitengestützte Ortung, wie Global Positioning System (GPS), Galileo und Glonass. Für
diese Ortungs- und Navigationssysteme stehen folgende Frequenzbänder zur Verfügung: für
das Downlink 1,164 GHz bis 1,2215 GHz, 1,260 GHz bis 1,300 GHz und 5,010 GHz bis 5,030
GHz. Für das Uplink sind es die Frequenzbereiche 1,300 GHz bis 1,350 GHz und 5,000 GHz bis
5,010 GHz.
SA, selective avaibility
GPS-Systeme haben eine sehr hohe Ortsgenauigkeit. Diese konnte nur für militärische
Anwendungen genutzt werden; bei der privaten Nutzung wurde die Ortsgenauigkeit
eingeschränkt. Dies geschah mit der Selective Avaibility (SA), die das Auflösungsvermögen für
die Ortsbestimmung bei der zivilen Nutzung auf ca. 100 m reduzierte. Diese bewusste
Verschlechterung des Auflösungsvermögens wurde im Mai des Jahres 2000 von den
Amerikanern aufgehoben. Das bedeutet allerdings nicht, dass der Privatanwender über die
gleiche Ortsgenauigkeit verfügt, wie das US-Militär. Für den zivilen Nutzer ist die Auflösung in
dem Standard Positioning Service (SPS) festgelegt und liegt bei ca. 10 m, das Militär hingegen
arbeitet mit dem Precision Positioning System (PPS) mit Ortsauflösungen unterhalb von 1 m.
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GPS-System
Satelliten-Navigation
satellite navigation
Mit Satelliten-Navigationssystemen
können exakte geografische
Koordinaten, die Höhe und die Zeit
bestimmt werden. Die exakte
Positionsbestimmung eignet sich
besonders für mobile
Empfangseinrichtungen, so für
Kraftfahrzeuge, Flugzeuge, Schiffe
und Personen.
Es gibt mehrere SatellitenNavigationssysteme wie das USamerikanische GPS-System, das
russische Glonass und das
europäische Galileo, das sich in der
Entwicklung befindet.
Alle Satelliten-Navigationssysteme
arbeiten mit erdumkreisenden
Satelliten, deren Satellitenbahnen
sich bei etwa 20.000 km befinden. Da
für die Navigation die Signale von
Satellitenbahnen und Satellitendienste
mindestens drei Satelliten
gleichzeitig empfangen werden
müssen, kreisen in allen SatellitenNavigationssystemen sechs oder
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GPS-System
mehr Satelliten in mehreren Orbitebenen. Beim GPS-System sind es beispielsweise 21 aktive
Satelliten auf sechs Umlaufbahnen.
Die Satelliten-Navigation schließt die Zeitbestimmung und die Bewegung des Empfängers mit
ein und kann in der Luft-, Land- und Seefahrtnavigation eingesetzt werden.
Alle Satelliten-Navigationssysteme arbeiten mit der gleichen Technik. Aus den regelmäßig
ausgesendeten Zeitsignalen kann über die Lichtgeschwindigkeit die Entfernung zwischen
Empfänger und Satelliten bestimmt werden. Für die Bestimmung der geografischen
Koordinaten reichen zwei Navigations-Satteliten, da aber die Höhe hinzukommt, benötigen die
Systeme mindestens drei Satelliten.
Das bekannteste Satelliten-Navigationssystem ist das GPS-System. Da es für die zivile
Nutzung in seiner Ortsauflösung bewusst eingeschränkt ist, hat man speziell für die
Flugsicherung und Flüge mit Sichtbeeinträchtigung Navigationssysteme entwickelt, mit denen
die Ortsgenauigkeit aller Satelliten-Navigationssysteme um Faktor zehn erhöht werden kann.
Diese System heißen SBAS-Systeme. Das für Nordamerika entwickelte System ist das WAASSystem, das europäische heißt EGNOS-System und das von asiatischen Staaten entwickelte
MSAS-System.
SBAS, satellite based
augment system
SBAS-System
SBAS-Systeme (Satellite Based Augment System) sind satellitengestützte
Navigationssysteme mit denen die Ortungs- und Navigationsgenauigkeit der bekannten
Navigations-Satelliten, dem GPS-System, Glonass und Galileo, erhöht wird. Es gibt drei
verschiedene, allerdings untereinander inkompatible Systeme das EGNOS-System der
Europäer, das WAAS-System der Amerikaner und das MSAS-System der Asiaten.
Alle drei Systeme verbessern die Ortungsgenauigkeit der Satelliten-Navigationssysteme um
etwa Faktor zehn. Zur Erhöhung der Ortungsgenauigkeit benutzen die Systeme mehrere
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GPS-System
geostationäre Satelliten und viele exakt positionierte Empfangsstationen, RIMS, über die
Fehler in den Satellitenbahnen und Störungen durch die Ionosphäre in Korrektursignale
umgerechnet werden, die die Positionsbestimmung durch das GPS-System oder die anderen
System verbessern. Die erhöhte Ortsgenauigkeit wird in der Luftfahrttechnik, vor allem beim
Landeanflug und bei schlechter Sicht benötigt.
SPS, standard
positioning service
Das US-amerikanische Satelliten-Navigationssystem hat mehrere Dienste, die sich in der
Auflösung der Ortsgenauigkeit unterscheiden. Der GPS-Dienst für die zivile Nutzung ist der
Standard Positioning Service (SPS), der für die militärische Nutzung der Precision Positioning
Service (PPS). Dieser SPS-Dienst kann von der Allgemeinheit kostenlos genutzt werden und
hat eine Positionsgenauigkeit von +/-15 m. Er verwendet den C/A-Code.
Bei dem SPS-Dienst besagt der quadratische Mittelwert für die Positionsgenauigkeit, der
Distance Root Mean Square (drms), dass 95 % aller Messungen eine Positionsgenauigkeit von
besser als 100 m haben.
Tracking
Während es bei der Ortung um die Positionsbestimmung von Personen, Objekten, Waren und
Gütern geht, geht es beim Tracking und Tracing um das Auffinden und die Rückverfolgung von
bewegten Gütern. So kann mit dem Tracking beispielsweise ein Schiffscontainer in einem
Containerhafen oder ein Gerät innerhalb eines Unternehmens oder eines Krankenhauses
geortet werden.
Beim Tracking werden an die Ortsgenauigkeit vollkommen unterschiedliche Anforderungen
gestellt, die unmittelbar mit der Größe der Objekte und der zu überwachenden Fläche
zusammenhängen. Ein Seehafen stellt andere Anforderungen an die Infrastruktur und das
Auffinden von Objekten als ein kleines Warenlager.
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GPS-System
In dem hier behandelten Kontext geht es um Funktechniken mit deren Hilfe Produkte geortet
werden können. Die Funktechnik setzt allerdings voraus, dass das gesuchte Objekt
funktechnisch erfasst werden kann. Diese Forderung kann nur dann erfüllt werden, wenn das
zu ortende Objekt ein funktechnisches Verhalten aufweist, also entweder ein GSM-Modul,
einen eigenen Sender oder einen Resonanzkreis hat. Die Tracking-Technik kann mit einem
GPS-System arbeiten, dessen Daten von einem GSM-Modul übertragen werden oder mit RFIDTags, das sind kleine funktechnische Schaltkreise.
Was die RFID-Technik betrifft, so können Geräte mit RFID-Tags ausgestattet sein oder
ausgestattet werden. Mit dieser einfachen Ausstattung kann zumindest festgestellt werden,
ob ein Objekt mit einem Tag eine Erfassungsschleuse passiert und damit seine bisherige
Position verändert hat. Da die RFID-Tags nur in unmittelbarer Nähe zur Erfassungseinrichtung
arbeitet, kommen bei größeren Entfernungen sogenannte WiFi-Tags zum Einsatz, da diese
ausschließlich das ISM-Band bei 2,4 GHz benutzen in dem auch WLANs arbeiten.
Die Positionsermittlung erfolgt über die Erfassung der Laufzeitunterschiede zwischen WiFi-Tag
und den verschiedenen Zugangspunkten (AP). Dabei erhalten die bei den Access Points
eintreffenden Signale einen Zeitstempel, der die Berechnungsgrundlage für die Position bildet.
Die Positionsgenauigkeit ist abhängig von der Anzahl und der Entfernung der Access Points
und liegt im Außenbereich bei rund drei Metern, im Innenbereich bei ca. einem Meter.
Ein anderes Verfahren setzt auf die Empfangsfeldstärke und wertet diese aus: Received Signal
Strength Indicator (RSSI). Darüber hinaus gibt es mit dem Echtzeit-Lokalisierungssystem
(RTLS) eine Technik, die mit aktiven RFID-Tags arbeitet.
TTFF, time to first fix
Time to First Fix (TTFF) ist die Zeit, die ein GPS-Empfänger braucht, bis er nach dem
Einschalten zum ersten mal seine Position bestimmen kann. Die Time to First Fix beträgt
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GPS-System
normalerweise mehrere Minuten, kann aber durch AGPS auf 1 Sekunde verkürzt werden. Die
Verkürzung der TTFF-Zeit ist besonders wichtig bei Notfallsituationen.
Es gibt Verfahren mit denen die TTFF auf etwa 5 Sekunden gesenkt werden kann, ohne dass
die Präzision in der Positionsbestimmung eingeschränkt wird.
WAAS, wide area
augmentation system
WAAS-System
Wide Area Augmentation System (WAAS) ist ein zusätzlicher satellitengestützter
Navigationsdienst mit erhöhter Ortungsgenauigkeit. Die erhöhte Genauigkeit wird durch
Korrektursignale von mehreren Empfangsstationen, den RIMS, und zusätzlichen
geostationären Satelliten errechnet und den GPS-Empfängern, die diese Signale empfangen
können, zur Verfügung gestellt. Die Korrektursignale beziehen sich im Wesentlichen auf Fehler
in den Satellitenbahnen und solche, die durch ionosphärische Störungen verursacht werden.
WAAS wurde von den Nordamerikanern entwickelt. Dagegen stehen die beiden anderen mit
WAAS und untereinander kompatiblen Systeme der Europäer, EGNOS, und der Asiaten, MSAS.
Der Empfang des WAAS-Signals ist nicht eingeschränkt; das WAAS-Signal kann auf Land, in
der Luft und zu Wasser empfangen werden. Die Abdeckung ist im Gegensatz zu DGPS, das mit
zusätzlichen terrestrischen Sendern arbeitet, flächendeckend.
Die Ortungsgenauigkeit liegt beim WAAS-System bei 1 m bis 3 m.
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Impressum
GPS-System
Urheber
Klaus Lipinski
Datacom-Buchverlag GmbH
84378 Dietersburg
ISBN: 978-3-89238-231-7
Titel: GPS-System
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