GPS Global Positioning System - (Globales Positionsbestimmungssystem)

Gliederung ● Einsatzbereiche ● Geschichte ● Aufbau des GPS Systems – Weltraumsegment – Kontrollsegment – Benutzersegment ● Positionsbestimmung – Pseudo Entfernungen – Korrelation ● Mögliche Fehlerquellen ● Galileo ● Quellen

Einsatzbereiche ● GPS war ursprünglich zur Positionsbestimmung und Navigation im militärischen Bereich (in Waffensystemen, Kriegsschiffen, Flugzeugen) usw. vorgesehen. ● Heute wird es auch im zivilen Bereich genutzt: – in der See- und Luftfahrt – durch Navigationssysteme im Auto – zur Orientierung im Outdoor-Bereich – In der Landwirtschaft – Einsatz in Mobiltelefonen

Geschichte ● Das GPS-Programm wurde im Jahre 1973 gestartet. ● Der erste GPS-Satellit wurde 1978 in den Weltraum entsandt. ● Im Dezember 1993 wurde die anfängliche Funktionsbereitschaft festgestellt. – Zu diesem Zeitpunkt waren 24 Satelliten im Einsatz. ● Die volle Funktionsbereitschaft wurde im April 1995 erreicht und am 17. Juli 1995 bekannt gegeben ● Künstliche Verschlechterung der Genauigkeit ● Am 1. Mai 2000 wurde diese künstliche Ungenauigkeit bei allen Satelliten abgeschaltet. ● Seit Dezember 2006 sind 31 Satelliten aktiv.

Aufbau des GPS-Systems ● Weltraumsegment (Satelliten) ● Kontrollsegment (Kontrollstationen) ● Benutzersegment (GPS-Empfänger)

Weltraumsegment ● 24 Satelliten ● Die Satelliten umkreisen die Erde mit 3,9 km pro Sekunde ● Umlaufzeit von 12 Stunden Sternzeit ● 4 Satelliten können überall auf der Welt zu jeder Zeit empfangen werden

Kontrollsegment ● Die Kontrolle über das GPS-System liegt vollständig in der Hand der US-Armee. ● "Master Control Station" sowie weitere Monitorstationen

Kontrollsegment Überwacht und steuert die Satelliten Versorgt Satelliten mit korrekten Bahn- und Uhrzeitinformationen

Benutzersegment GPS- Empfangsgeräte

● GPS-Satellitenempfänger können in Armbanduhren integriert werden ● Größe eines Mobiltelefons ● Alle heutigen Geräte haben mindestens 12 Kanäle ● Geräte für den professionellen Einsatz sind typischerweise größer und wesentlich genauer

Positionsbestimmung “Meine Position ist gerade Y und diese Nachricht wurde zum Zeitpunkt Z versandt".

● Der GPS Empfänger vergleicht die Zeit, zu der das Signal ausgesandt wurde mit der Zeit, zu der das Signal empfangen wurde. ● Werden nun von weiteren Satelliten Messungen hinzugefügt, so kann die aktuelle Position durch Trilateration bestimmt werden werden. ● Mit wenigstens drei Satelliten kann der GPS Empfänger seine Position auf der Erdoberfläche bestimmen. ● Mit Hilfe von vier oder mehr Satelliten kann ein "3D position fix" bestimmt werden.

Geschwindigkeit und Bewegungsrechnung 1. Möglichkeit: ständige Neuberechnung der aktuellen Position 2. Möglichkeit Ausnutzen des Dopplereffekts, der durch die Bewegung bei den übermittelten Signalen auftritt.

Vereinfacht liegt also der Positionsbestimmung mit Hilfe von GPS das gleiche Prinzip zugrunde, das man bereits als Kind genutzt hat, um die Entfernung eines Gewitters abzuschätzen.

Pseudo Entfernungen

Verschiebung der Signale

Oben: Signal des Satelliten Mitte: Signal des Empfängers Unten: Beide Signale multipliziert Summiert man für jede Position das multiplizierte Signal erhält man in diesem Fall einen Korrelationswert von 9

Oben: Signal des Satelliten Mitte: Signal des Empfängers Unten: Beide Signale multipliziert Summiert man für jede Position das multiplizierte Signal erhält man in diesem Fall einen Korrelationswert von 25.

Oben: Signal des Satelliten Mitte: Signal des Empfängers Unten: Beide Signale multipliziert Summiert man für jede Position das multiplizierte Signal erhält man in diesem Fall einen Korrelationswert von 9

Sendet Pseudo-Code Empfängt Pseudo-Code & verarbeitet beide Codes

Mögliche Fehlerquellen Mehrfach Signale

Mögliche Fehlerquellen Zeitverzug der Funksignale in der Ionos- und Troposphäre

● Störungen durch die Iono- und Troposphäre – ± 5,5 Meter ● Schwankungen der Satellitenumlaufbahnen – ± 2.5 Meter ● Uhrenfehler der Satelliten – ± 2 Meter ● Mehrwegeeffekt – ± 1 Meter

Galileo ● europäisches Satellitennavigationssytem ● Ende 2011 betriebsbereit ● kompatibel zu GPS ● ungeklärte Finanzierung

Galileo ● 30 Satelliten – ( Ersatz)

GPS / Galileo Vergleich ● Vorteile von Galileo: – Nicht unter militärischer Kontrolle – Atomuhren genauer – Genauer, da zwei Frequenzen – Positionsbestimmung: < 1 Meter ● 27 statt 24 Satelliten

Dienste ● Open Service (OS) – Kostenlos ● Commercial Service (CS) – kostenpflichtig ● Safety-of-Life (SoL) ● Public Regulated Service (PRS)

Danke für eure Aufmerksamkeit

Quellen ● ● ● ●