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

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

2 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 2 3- dimensionaler Körper 2- dimensionale Abbildung Projektion ? Längen ? Winkel ?Flächen Grundproblem

3 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 3 Lösungsansätze

4 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 4 Allerdings... If you dont know where you are, a map wont help. Interdisziplinarität!

5 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 5 Alles eine Frage des Standpunktes! Unser Planet - die Erde Sternenhimmel

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

7 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 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.

8 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 8 BlockI BlockII BlockIIR Global Positioning System was fliegt? Die Typen...

9 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 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!

10 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 10 Global Positioning System Systementwicklung

11 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 11 Global Positioning System wo fliegen sie? Umlaufbahn im Abstand von ca 3* Erdradius zur Erdoberfläche!

12 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 12 Anzahl verfügbarer Satelliten

13 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 13 Bleibt die Frage... Wie funktioniert es eigentlich?

14 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 14 Systeme... AP-Karte

15 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 15 Gauss-Krüger-Koordinaten

16 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 16 Systeme...

17 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 17 Aussendung und Empfang

18 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 18 Punktbestimmung : die erste t Tage eindimensional

19 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 19 Punktbestimmung : 1. Beobachtung vierdimensional Raum t1t1 t2t2 Satellit 1 s1s1 Möglicher Ort des roten Punktes: Kugel!

20 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 20 Punktbestimmung: die zweite zweidimensional y x Ebene 0 10 m 15 m

21 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 21 Punktbestimmung : 2. Beobachtung vierdimensional Raum t1t1 t2t2 Satellit 1 s1s1 Satellit 2 s2s2 Möglicher Ort des roten Punktes: Schnittkreis der beiden Kugeln!

22 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 22 Punktbestimmung : die dritte dreidimensional y x Ebene 0 10 m 15 m z Raum

23 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 23 Punktbestimmung : 3. Beobachtung vierdimensional Raum t1t1 t2t2 Satellit 1 s1s1 Satellit 2 s2s2 s3s3 Satellit 3 Ort des roten Punktes geometrisch eindeutig bestimmt!

24 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 24 Punktbestimmung ??? dreidimensional y x Ebene 0 10 m 15 m z Raum 17 m Voraussetzung: Gleichzeitigkeit!

25 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 25 Punktbestimmung : die vierte vierdimensional y x Ebene 0 10 m 15 m z Raum 17 m t1t1 10,2 m 16 m 17,5 m t2t2

26 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 26 Punktbestimmung : 4. Beobachtung vierdimensional Raum t1t1 t2t2 Satellit 1 s1s1 Satellit 2 s2s2 s3s3 Satellit 3 t1t1 t1t1 t1t1 s4s4

27 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 27 Punktbestimmung : 4. Beobachtung vierdimensional Raum t1t1 t2t2 Satellit 1 s1s1 Satellit 2 s2s2 s3s3 Satellit 3 t1t1 t1t1 t1t1 s4s4 Satellit 4

28 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 28 Physik der Messung

29 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 29 Elektromagnetisches Spektrum 100 M 1G 10G 100G 1T Hz Mikrowellen InfrarotUltraviolett sichtbar GPS: Durchdringen von Nebel, Regen, Dunst Trägerwellen: 1575,42 MHz 1227,6 MHz Terrestrische Totalstationen

30 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 30 Messung CodePhase NavigationPositionierung differentiell statisch 1m differentiell kinematisch 1-2m

31 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 31 Absolut vs. relativ

32 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 32 Absolut: statisch+kinematisch

33 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 33 Relativ: Basislinien!

34 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 34 Relativ: statisch+kinematisch

35 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 35 Beobachtungskonstellation Statisch Rover unbewegt - mindestens 15 Minuten (5km Basislinie) bis Minuten (10 km Basislinie)! Rover Referenzstation 5 mm + 1 ppm 1 ppm auf 10 km = mm: 10 mm max 10 (20) km Telemetrie

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

37 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 37 Beobachtungskonstellation Rapid static Rover unbewegt - Koordinaten innerhalb weniger (5-10) Minuten! Rover Referenzstation 10 mm + 2 ppm

38 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 38 Beobachtungskonstellation Stop and Go anhalten unbewegt über Punkt halten weitergehen! Rover Referenzstation mm + 2 ppm

39 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 39 Beobachtungskonstellation Kinematisch Rover kontinuierlich in Bewegung! Positionsbestimmung in definierten Zeitintervallen. Rover Referenzstation 10 mm + 2 ppm

40 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 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 passiv ca 100 m + Uhr

41 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 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

42 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-JaroschVolterra Folie 42 Resumée: GPS - Global Positioning System Topographische Geländeaufnahmen Detailvermessung Absteckung Einrichtung lokaler Netze hydrographische Vermessung Geodätische Punktbestimmung Dramatische Produktivitätssteigerung:


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