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Global Positioning System


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GPS Empfangsgeräte von Trimble Garmin und Leica

Das Global Positioning System ( GPS ) ist ein satellitengestütztes Navigationssystem zur weltweiten Positionsbestimmung das vom Verteidigungsministerium USA betrieben wird. GPS löste das ältere Transit der United States Navy ab.

Die offizielle Bezeichnung war zu Beginn NAVSTAR - GPS ( Nav igation S atellite T iming a nd R anging Global Positioning System). Seit einigen Jahren das System nur noch als GPS (Global System) bezeichnet. GPS wurde am 17. Juli 1995 offiziell in Betrieb genommen.

Inhaltsverzeichnis

Einsatzbereiche

GPS ist ursprünglich zur Positionsbestimmung und Navigation im militärischen Bereich (in Waffensystemen Kriegsschiffen Flugzeugen ) vorgesehen. Heute wird es jedoch auch zivilen Bereich genutzt: in der Seefahrt Luftfahrt durch Navigationssysteme im Auto zur Orientierung im Outdoor-Bereich im Vermessungswesen etc. In der Seefahrt löste GPS ältere auf Funk basierende Navigationssysteme wie z.B. Decca oder OMEGA ab.

Aufbau und Funktionsweise

GPS basiert auf insgesamt 24 Satelliten die die Erde umkreisen und dabei Signale ausstrahlen die von speziellen Empfangsgeräten ausgewertet Derzeit ( 2003 ) sind wegen frequentierendem Austausch sogar 28 im Orbit der Erde. Aus den Laufzeiten die die Satellitensignale benötigen um vom zum Satellitenempfänger zu gelangen kann der GPS-Empfänger Abstand zu den einzelnen Satelliten und daher Position relativ zu diesen Satelliten errechnen. Für solche räumliche Positionsbestimmung sind theoretisch die Signale mindestens drei Satelliten notwendig. Dies würde aber dann funktionieren wenn die Uhren in den Satellitenempfängern praktisch fehlerfrei arbeiten Derartige Satellitenempfänger sind aber nur mit einem großem Aufwand zu realisieren dass diese Variante ist.Daher benötigt man einen vierten Satelliten - damit eine vierte Messgröße - um neben 3 Messgrößen geographische Länge geographische Breite und Höhe auch noch den jeweiligen Uhrenfehler des mit zu bestimmen.
  
Voraussetzung für diese Berechnungen ist - die Daten der Umlaufbahnen der Satelliten bekannt sind - dass Daten von den Satelliten mit einem Zeitstempel werden und synchronisiert ausgestrahlt werden.

Dafür ist jeder Satellit mit Cäsium-Atomuhren ausgestattet. Ein GPS-Signal enthält Informationen zum Status des Satelliten seiner Position seine genaue Uhrzeit . Neuerdings bestimmen einige der Satelliten ihre (relative) Position sogar via GPS. Die hauptsächliche der Satelliten selbst übernehmen jedoch Bodenstationen.

Positionsbestimmung in Fahrzeugen wird durch Einbeziehen von Fahrtrichtung und (Geschwindigkeitssensoren und Kompass ) und Kartendaten wesentlich verbessert.

GPS-Satelliten senden auf den Frequenzen 1575 42 MHz und 1227 6 Die Signale werden durch pseudozufälliges Rauschen (PRN = pseudorandom noise) aufgespreizt und dadurch weniger anfällig gegenüber Interferenzen . In den verwendeten Frequenzbereichen verhält sich elektromagnetische Strahlung ähnlich wie sichtbares Licht. So für den korrekten Empfang eine direkte Sichtverbindung Der GPS-Empfang unterliegt zwar nicht den Wettereinflüssen - sofern man Ereignisse in der Ionosphäre nicht zum Wettergeschehen rechnen - ist in Gebäuden Tunneln Tiefgaragen etc. nicht möglich. Auch zwischen Gebäuden kann es durch reflektierte Signale zu kommen.

GPS-Satelliten-Typen

Durch sich ständig verbessernde Technologien werden die GPS-Satelliten fortwährend ausgetauscht. Den Generationen liegen folgende Bezeichnungen zugrunde:
Block
I : 1978
Block
II : 1989
IIA : 1990 : (advanced)
IIR : 1999 : (replenishment)
IIR-M : 2003 : (modernisation)
IIF : 2014 : (following-on)
Block
III : 2012

Geschichte

Der erste GPS-Satellit wurde 1978 gestartet. Im Dezember 1993 wurde die anfängliche Funktionsbereitschaft (Initial Operational festgestellt. Zu diesem Zeitpunkt waren 24 Satelliten im Einsatz es jedoch nur eine grobe Positionsbestimmung (SPS) möglich. volle Funktionsbereitschaft (Full Operational Capability) die eine Positionsbestimmung (PPS) einschließt wurde im April 1995 bekanntgegeben.

Genauigkeit

Es gibt die folgenden zwei Dienstklassen:
  • SPS ( Standard Positioning Service ) ist für jedermann verfügbar und ist auf eine Genauigkeit von 100 m (in 95 % Messungen ) ausgelegt worden.

  • PPS ( Precise Positioning Service ) ist der militärischen Nutzung vorbehalten und ursprünglich auf eine Genauigkeit von 22 m 95 % der Messungen) ausgelegt worden. Diese werden verschlüsselt ausgestrahlt.

Um nicht-autorisierte Nutzer (militärische Gegner) von einer genauen Positionsbestimmung wurde die Genauigkeit für SPS künstlich verschlechtert Selective Availability SA). Am 1. Mai 2000 wurde diese künstliche Ungenauigkeit abgeschaltet so das System seitdem auch außerhalb des bisherigen Anwendungsbereichs zur präzisen Positionsbestimmung genutzt werden kann. führte unter anderem zum Aufschwung der Navigationssysteme in Fahrzeugen und im Außenbereich da Messgenauigkeit nun in mindestens 90 % der besser als 10 m ist. Eine weitere der Genauigkeit (0 5 -5 m) kann Einsatz von Differential GPS (DGPS) erreicht werden.

Mit der dritten Ausbaustufe soll die globale künstliche Verschlechterung lokal z. B. in bzw. Kriegsgebieten einschaltbar sein. Dies erhöht die Abhängigkeit der GPS-Nutzer in aller Welt vom Willen der USA .

Des Weiteren sind einige satellitengestützte Erweiterungs ( S atellite- B ased A ugmentation S ystems SBAS ) zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit geplant EGNOS in Europa und WAAS in den USA.

Störsender

Für das GPS-System existieren sog. GPS-Jammer (Jammer = engl. für Störsender ) die zum Beispiel ins Gespräch kamen damit bereits vor Einführung der LKW-Maut in Deutschland die GPS-Signale unterbrochen wurden somit eine Zahlung der Maut nicht mehr war.

Alternativen

Transit
Der Vorgänger des GPS von den Sendefrequenz: 150-400 MHz - Entwickelt ab 1958; in seit 1964; zivile Nutzung seit 1967; seit außer Betrieb

GLONASS
Das russisches Pendant zum GPS trägt Bezeichnung GLONASS .

Euteltracs
Europäisches Positionssystem für Fernverkehr (sehr ungenau). sendet mit einer Frequenz von 10-14 GHz. Ist 1991 in Betrieb.

Galileo
Bei der ESA ist ein europäisches System zur Satellitennavigation dem Namen Galileo in der Entwicklung (Stand 2003 ) da es für zivile Anwender bislang Alternativen zum US-amerikanischen GPS gibt und die Nutzung davon abhängt welche Genauigkeit das US-Militär
Es wird mindestens vier Services (siehe und PPS) anbieten. Die zivile und kostenlose wird eine Genauigkeit von 5-8 m bereitstellen.

MTSAS
(Multifunction Transport Satellite System) ist die Japans . Es sendet mit einer Frequenz von 2 GHz. - noch in der Experimentierphase (Stand

Bei Dou
in China (Satellite Positioning System) Frequenz: 1 4 GHz noch in der Experimentierphase (Stand 2003)

Siehe auch: Geocaching

Weblinks



Bücher zum Thema Global Positioning System

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