GPS

Wir hören viel über GPS, aber was ist GPS?

GPS steht für Global Positioning System.

Es handelt sich um ein Ortungs- und damit Navigationssystem, das über ein Netz künstlicher Satelliten funktioniert.

Dank dieser Satelliten liefert das System einem Endgerät (z. B. einem Smartphone oder einem Satellitennavigationsgerät) kontinuierlich Informationen über seine geografischen Koordinaten zu einem bestimmten Zeitpunkt.

Um zu verstehen, wie das funktioniert, müssen wir wissen, dass 27 Satelliten in etwa 20 km Entfernung über unseren Köpfen um die Erde kreisen. Jeder folgt seiner eigenen Umlaufbahn, und die Bahnen sind so konzipiert, dass zu jedem Zeitpunkt jeder Punkt der Erde von mindestens vier Satelliten gleichzeitig gesehen werden kann.

Der GPS-Empfänger ortet die vier Satelliten und berechnet die Entfernung zu jedem einzelnen von ihnen, dann verwendet er die empfangenen Informationen zur Berechnung seiner eigenen Position.

Die Genauigkeit kann bis auf den Meter genau angegeben werden!

Das GPS-System ist so weit verbreitet, dass fast jedes Mobiltelefon als Navigationsgerät verwendet werden kann.

Häufig wird die GPS-Aktivierungsfunktion als „Position“ bezeichnet und durch eine Art Tropfen mit einem nach unten gerichteten Punkt und einem leeren Kreis im Inneren dargestellt.

Fehlerursachen und Korrektursysteme:-

Fehlerursachen

Nachfolgend sind die häufigsten Umstände aufgeführt, unter denen das GPS einen größeren Fehler aufweisen kann:

Atmosphärische Verzögerung: Das Satellitensignal verlangsamt sich, wenn es die Atmosphäre durchquert. Das System wird mit einer durchschnittlichen Verzögerungsberechnung korrigiert, die dann eine Fehlertoleranz aufweist.

Mehrere Pfade: GPS-Signale können von hohen Gebäuden oder Bergen reflektiert werden, bevor sie den Empfänger erreichen. Dadurch verlängert sich die Ankunftszeit geringfügig.

Uhr des Empfängers: Die Zeit des GPS-Empfängers ist möglicherweise nicht perfekt mit der Atomuhr der Satelliten synchronisiert.

Orbitalfehler: Die Satelliten können sich geringfügig von der ihnen zugewiesenen Umlaufbahn entfernen.

Satellitengeometrie: Je weiter die Satelliten voneinander entfernt sind, desto genauer sind die Messungen. Normalerweise gibt GPS diesen Fehler mit den Abkürzungen HDOP (Horizontalfehler) und VDOP (Höhenfehler) an.

Anzahl der sichtbaren Satelliten: Je mehr Satelliten der GPS-Empfänger „im Blick“ hat, desto höher ist die Genauigkeit der Positionsbestimmung. Gebäude, Berge, elektromagnetische Störungen usw. können den Empfang des Signals blockieren, was zu einer fehlerhaften oder fehlenden Positionierung führt.

Korrektursysteme

Mit Hilfe von Korrektursystemen kann GPS seine Genauigkeit von 25 m auf etwa 5 m oder in einigen Fällen sogar noch weniger verbessern.

Der am weitesten verbreitete Korrektor ist WAAS/EGNOS, WAAS (Wide Area Augmentation System) ist amerikanisch, während EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) die europäische Version von WAAS ist. Das EGNOS-System basiert auf drei geostationären Satelliten, die die Korrekturdaten übertragen, einem Netz von Bodenstationen, die die Verzögerungen des GPS-Signals verarbeiten, und einer Reihe von zentralen Datenverarbeitungsstationen.

Ein weiterer, nur in bestimmten Gebieten eingesetzter Korrektor ist DGPS (Differential GPS), der die Korrekturdaten über Bodenfunkstationen überträgt. Mit dem Aufkommen von WAAS/EGNOS wird DGPS immer seltener verwendet.

Es gibt auch lokale Korrektoren, die die Korrekturdaten über GPRS/UMTS übertragen, oder DGPS-IP, das die Korrektur über das Internet sendet.

Mitbewerber im GPS-System:-

In der Vergangenheit wurden Instrumente wie der Sextant (immer noch nützlich bei Ausfall von Bordinstrumenten), das Radiogoniometer (in einigen Systemen immer noch verwendet, um die Position von Schiffbrüchigen besser bestimmen zu können) und das Loran (heute nicht mehr im Einsatz, da viele Bodenstationen außer Betrieb genommen wurden) zur Lokalisierung verwendet.

Mit GPS vergleichbare Systeme, auch GNSS-Systeme genannt, sind das europäische Galileo und das russische Glonass.

Galileo ist das modernste Projekt und soll 2014 in Betrieb genommen werden. Seine Genauigkeit mit aktiver Korrektur kann bis zu 65 cm betragen.

GLONASS hingegen hat unter der russischen Finanzkrise gelitten und war nur sporadisch in Betrieb. Seit Dezember 2011 ist es wieder mit 24 Satelliten in Betrieb und ermöglicht eine Genauigkeit von 55 m in der horizontalen Ebene.

In naher Zukunft ist geplant, Geräte auf den Markt zu bringen, die mit mehreren GNSS-Systemen (GPS/Galileo/GLONASS) arbeiten können und somit eine größere Zuverlässigkeit und Genauigkeit gewährleisten.