Die Frage nach dem „wo“! Satellitengestützte Ortsbestimmung

Präsentation zum Thema: "Die Frage nach dem „wo“! Satellitengestützte Ortsbestimmung"—  Präsentation transkript:

1 Die Frage nach dem „wo“! Satellitengestützte Ortsbestimmung
Monika Müller-Jarosch Universität-GH Siegen Volterra, den 13. Mai 2000

2 Projektion ? Längen ? Winkel ?Flächen
Grundproblem 2- dimensionale Abbildung Projektion ? Längen ? Winkel ?Flächen 3- dimensionaler Körper Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

3 Lösungsansätze Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

4 Interdisziplinarität!
Allerdings ... „ If you don‘t know where you are, a map won‘t help.“ Interdisziplinarität! Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

5 Unser Planet - die Erde Sternenhimmel
Alles eine Frage des Standpunktes! Sternenhimmel Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

6 Nutzung des „Sternenhimmels“
Vorteile: Nachteile: Verfügbarkeit naturgegeben Sicherheit externe Manipulation ausgeschlossen! nur nachts (Ausnahme: Sonnenbeobachtung) Sichtabhängigkeit sternklare Nächte meist im Winter! Echtzeit-absolute Koordinaten Echtzeit-relative Koordinaten ohne gegenseitige Sicht mit Horizontfreiheit Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

7 In Konsequenz: GPS Global Positioning System
Seit 1993: 24 Satelliten umkreisen in 6 Umlaufbahnen - um 55° gegen Äquator geneigt - die Erde in km Höhe. Jeweils vier Satelliten werden benötigt, um eine Position auf wenige Meter genau zu bestimmen. Um zu gewährleisten, daß dauerhaft vier Satelliten zur Verfügung stehen, kann man im Internet einen Almanach mit den Orts- und Zeitangaben einsehen. Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

8 Global Positioning System was fliegt? Die Typen ...
BlockII BlockI BlockIIR Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

9 Idee „findiger Geister“
Wenn man sie nun kennt,die Ephemeriden ... Ort ... Positionsbestimmung astronomische Ortsbestimmung Weg ... Navigation Kursbestimmung in See- und Luftfahrt Zeit astronomische Zeitbestimmung ... durch Standortbestimmung der Gestirne! Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

10 Global Positioning System Systementwicklung
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11 Global Positioning System wo fliegen sie?
Umlaufbahn im Abstand von ca 3* Erdradius zur Erdoberfläche! Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

12 Anzahl verfügbarer Satelliten
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13 Bleibt die Frage ... Wie funktioniert es eigentlich?
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14 Systeme ... AP-Karte Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch
Volterra 05’2000

15 Gauss-Krüger-Koordinaten
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16 Systeme ... Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

17 Aussendung und Empfang
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18 Punktbestimmung : „die erste“
eindimensional t 169 Tage Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

19 Punktbestimmung : 1. Beobachtung
Satellit1 t2 t1 vierdimensional s1 Möglicher „Ort“ des roten Punktes: Kugel! Raum Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

20 Punktbestimmung: „die zweite“
zweidimensional x Ebene 15 m y 10 m Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

21 Punktbestimmung : 2. Beobachtung
Satellit 1 Satellit 2 t2 s1 s2 t1 Möglicher „Ort“ des roten Punktes: Schnittkreis der beiden Kugeln! vierdimensional Raum Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

22 Punktbestimmung : „die dritte“
z Raum dreidimensional x Ebene 15 m y 10 m Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

23 Punktbestimmung : 3. Beobachtung
Satellit 1 Satellit 2 t2 t1 s1 s2 s3 Satellit 3 „Ort“ des roten Punktes geometrisch eindeutig bestimmt! vierdimensional Raum Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

24 Punktbestimmung ??? Raum Ebene z dreidimensional x y
Voraussetzung: Gleichzeitigkeit! y 10 m Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

25 Punktbestimmung : „die vierte“
z t2 t1 vierdimensional Raum x 17,5 m Ebene 17 m 16 m 15 m y 10 m 10,2 m Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

26 Punktbestimmung : 4. Beobachtung
Satellit 1 Satellit 2 t1 t2 t1 t1 s1 s2 s4 s3 t1 Satellit 3 vierdimensional Raum Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

27 Punktbestimmung : 4. Beobachtung
Satellit 1 Satellit 2 t1 t2 t1 t1 s1 s2 Raum s4 s3 Satellit 4 t1 Satellit 3 vierdimensional Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

28 Physik der Messung Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch
Volterra 05’2000

29 Elektromagnetisches Spektrum
GPS: Durchdringen von Nebel, Regen, Dunst Trägerwellen: 1575,42 MHz 1227,6 MHz Terrestrische Totalstationen Mikrowellen Infrarot Ultraviolett sichtbar 100 M 1G G G 1T Hz Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

30 Messung Code Phase Navigation Positionierung differentiell statisch 1m
differentiell kinematisch 1-2m Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

31 Absolut vs. relativ Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch
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32 Absolut: statisch+kinematisch
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33 Relativ: Basislinien! Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch
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34 Relativ: statisch+kinematisch
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35 Beobachtungskonstellation
Rover Telemetrie max 10 (20) km Statisch Referenzstation 5 mm + 1 ppm 1 ppm auf 10 km = mm: 10 mm Rover unbewegt - mindestens 15 Minuten (5km Basislinie) bis Minuten (10 km Basislinie)! Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

36 Beobachtungskonstellation
Rover Pseudo-Static = Reoccupation max 10 km mm + 2 ppm Referenzstation Rover unbewegt - mindestens 15 Minuten nach >1h Wiederbesetzung! Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

37 Beobachtungskonstellation
Rover Rapid static 10 mm + 2 ppm Referenzstation Rover unbewegt - Koordinaten innerhalb weniger (5-10) Minuten! Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

38 Beobachtungskonstellation
Rover Stop and Go Referenzstation mm + 2 ppm anhalten unbewegt über Punkt halten weitergehen! Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

39 Beobachtungskonstellation
Rover Kinematisch 10 mm + 2 ppm Referenzstation Rover kontinuierlich in Bewegung! Positionsbestimmung in definierten Zeitintervallen. Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

40 Resumée: GPS - Global Positioning System
Satellitennavigations- (Ortungs-) System im Verantwortungsbereich des Pentagon der USA - jederzeit - weltweit - wetterunabhängig Konzept: 6*4 Satelliten auf Erdumlaufbahn in 12h Satelliten senden! Hochfrequenzsignal (elektromagn.*) aus: - Sendezeit - Position - Satellitenkennzeichen Empfänger nehmen Signal auf! und dekodieren es. aktiv + Uhr passiv ca 100 m + Uhr Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

41 Resumée: GPS - Global Positioning System
„Blickkontakt“: GPS-Antenne - Satellit - nicht! unter Erdoberfläche/ unter Wasser - über Hügel/ um Gebäude! Laufzeit: Entfernung zu Satellit - 1 Nanosekunde (10-9 sec) - 30 cm DGPS - Referenzstation - Langwellensender: Korrektursignal im RDS-Format (hohe Reichweite, geringe topographische Abschattung) 3 Satelliten: 2-d Position 4 Satelliten: 3-d Position incl. Höhe ca 5 m Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

42 Resumée: GPS - Global Positioning System
Dramatische Produktivitätssteigerung: Topographische Geländeaufnahmen Detailvermessung Absteckung Einrichtung lokaler Netze hydrographische Vermessung Geodätische Punktbestimmung Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000