Was ist GPS und wie funktioniert es?
Weitere aktuelle Informationen zum Thema
GPS finden Sie auch hier...
Wöchentlich aktualisierte Informationen direkt vom amerikanischen Betreiber
des GPS gibt es hier...
Das Global Positioning System ist die Grundlage für alle modernen
Navigations - und Ortungssysteme im Bereich der Land- ,Luft, - und Seenavigation.
Es ist ein satellitengestützter
Mobilfunkdienst, der in den 70er Jahren vom amerikanischen Verteidigungsministerium
für militärische Zwecke (vgl.Internet) aufgebaut wurde und auch heute noch
unterhalten wird. Die Leitzentrale "Master Control
Station" für das GPS befindet sich in der Schriever Air Force Base
(ehemals Falcon AFB), in der Nähe von Colorado Springs.
Das System besteht aus 24 Satelliten(bzw.
28 Satelliten), die auf sechs kreisförmigen Bahnen im 24 Stunden
Rhythmus in einer Entfernung von rund 20 000km um die Erde kreisen.
Diese Anordnung stellt sicher, daß immer
mindestens das Signal von vier Satelliten erfaßt werden kann. Dies stellt
die Positionsberechnung mittels Triangulationsprinzip (mind. drei Satelliten)
sicher. Damit kann jeder Punkt der Erde mit einer gewissen Genauigkeit bestimmt
werden. Jeder Satellit sendet 50 mal pro Sekunde drei verschiedene Signale:
Den Pseude-Zufalls-Code (zur Positionsbestimmung),
das Almanach-Signal (Satellitenstandort) und das Zeitkorrektur-Signal
(Zeitbestimmung).
Der Pseudo-Zufalls-Code wird
auf zwei unterschiedlichen Frequenzen ausgesendet. Der eine ist für die militärische Nutzung,
der zweite für die zivile Nutzung vorgesehen.
Für die zivile Nutzung wurde das Signal
bis Mai 2000 mit einem künstlichen Timing-Fehler versehen, der die Genauigkeit
der Positionsbestimmung auf ca. 100 m beschränkte. Am 2.Mai 2000 um 5:05
Uhr wurde die Signalverschleierung - selective availability - kurz SA" dann
abgeschaltet.
Mit mathematischen Funktionen im Empfängerteil
von hochwertigen GPS Receivern konnte der Timingfehler in den Jahren bis
2000 jedoch auch korrigiert werden, so daß Genauigkeiten von 20 bis 30 Metern
machbar waren.
Heute ist die Genauigkeit der Positionsbestimmung
durch die Aufhebung der `Signalverschleierung(SA)` für die zivile Nutzung
mit 5-25 Metern Abweichung
, je nach verwendetem
GPS-Empfänger, für die einfache zivile Nutzung mehr als ausreichend. Je
nach Stellung der Satelliten am Himmel ist die Qualität des GPS-Signals jedoch
auch stark zeit- und ortsabhängig. Die garantierte maximale Abweichung während
95 % der Zeit beträgt derzeit(1/2009) ca. 20,4 m(horizontal) und ca. 25 m(vertikal).
Für die Güte der Satellitengeometrie
wird der DOP-Wert angegeben. H-DOP für den horizontalen Wert und V-DOP
für den vertikalen Wert(dieser ist jedoch im Bereich Strassennavigation
nicht weiter von Bedeutung. So sind HDOP-Werte unter 4 sehr gut, über 8
jedoch schlecht. Die HDOP Werte werden schlechter, wenn sich die empfangenen
Satelliten hoch am Himmel befinden. VDOP Werte hingegen sind eher schlechter,
wenn sich die Satelliten sehr nahe am Horizont befinden. Die HDOP und VDOP
Werte werden im NMEA-Satz $GPGSA ausgegeben.
GPS-Signale werden in einem sehr hohen
Frequenzbereich (~ 1,5 GHZ ) ausgesendet, um die weiten Distanzen problemlos
zurückzulegen. Nachteil der hohen Frequenzen ist die leichte Abschirmbarkeit
der Signale bei fehlender Sichtverbindung zum Himmel z.B. in Gebäuden. Zur
Nutzung von GPS-Signalen in Gebäuden bieten wir Ihnen mittlerweile Spezialantennen(AS
45 – siehe unter GPS-Systeme) die einen Empfang in Gebäuden ermögliche.
Deshalb sollte beim Aufbau eigener präziser GPS-Anwendungen grundsätzlich
vor allem auf eine hohe Qualität der Antenne geachtet werden("Jedes GPS-Anwendung
ist so gut wie seine Antenne" - Joe Wynders/GPS-Systems for High Precision/2004).
Um das GPS Signal für die Fahrzeugnavigation
verwenden zu können, benötigt man das passende Kartenmaterial, das in
digitaler vektorisierter Form vorliegen muß. Anbieter hierfür sind derzeit
die Marktführer Teleatlas und NavTech.
Die Vektorform wird benötigt, um mittels
mathematischer Funktionen eine Routenberechnung durchführen zu können.
Die Positionmarkierungen des Kartenmaterials
werden so mit dem empfangenen Signal abgeglichen und die Route zu einem
definierten Zielpunkt kann berechnet werden.
Durch die unterschiedlichen Rechenalgorithmen
der auf dem Markt befindlichen Navigationssysteme ergibt sich auch die
Tatsache, daß fast jedes Navigationssystem von unterschiedlichen Herstellern
auch unterschiedliche Routen bei gleichem Anfangs- und Zielpunkt vorschlägt.
Aufgrund der sehr großen Datenmengen, und
ständigen Änderungen im Datenbestand (Bau von neuen Straßen, Baustellen, Einbahnstraßen
etc.) ist die Aktualität der Straßendaten von Navigationssystemen begrenzt.
Um diesen allgemeinen Mangel zu beheben
hat AuCon bereits seit 2003 eine Spezialsoftware im Programm, die es dem
Kunden ermöglicht, selbst Straßendaten aufzuzeichnen bzw. zu korrigieren.
Anfragen bitte telefonisch oder per Email.
Zukünftig wird vor allem GALILEO, ein GPS-System
der europäischen Gemeinschaft mit 30 Satelliten, das mittlerweile veraltete
GPS-System der Amerikaner revolutionieren und der bestehenden Abhängigkeit
der EU vorbeugen. Die Inbetriebnahme ist für 2012 geplant, 2013 soll das
System voll einsatzbereit sein.. Ein Kontrollzentrum befindet
u.a. in Oberpfaffenhofen bei München. Die Satelliten Giove
A(2005) und Giove B(gestartet in 2008) befinden sich bereits in der Umlaufbahn
und senden erste Signale zur Erde.