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

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

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

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

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

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

In Konsequenz: GPS Global Positioning System Seit 1993: 24 Satelliten umkreisen in 6 Umlaufbahnen - um 55° gegen Äquator geneigt - die Erde in 20600 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

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

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

Global Positioning System Systementwicklung Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

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

Anzahl verfügbarer Satelliten Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

Bleibt die Frage ... Wie funktioniert es eigentlich? Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

Systeme ... AP-Karte Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

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

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

Aussendung und Empfang Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

Punktbestimmung : „die erste“ eindimensional t 01.01.2001 169 Tage 17.06.2000 01.01.2000 Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Elektromagnetisches Spektrum GPS: Durchdringen von Nebel, Regen, Dunst Trägerwellen: 1575,42 MHz 1227,6 MHz Terrestrische Totalstationen Mikrowellen Infrarot Ultraviolett sichtbar 100 M 1G 10G 100G 1T 1013 1014 1015 1016 1017 Hz Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

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

Absolut vs. relativ Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

Absolut: statisch+kinematisch Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

Relativ: Basislinien! Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

Relativ: statisch+kinematisch Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

Beobachtungskonstellation Rover Telemetrie max 10 (20) km Statisch Referenzstation 5 mm + 1 ppm 1 ppm auf 10 km = 10 000 000 mm: 10 mm Rover unbewegt - mindestens 15 Minuten (5km Basislinie) bis 30-50 Minuten (10 km Basislinie)! Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

Beobachtungskonstellation Rover Pseudo-Static = Reoccupation max 10 km 5 - 10 mm + 2 ppm Referenzstation Rover unbewegt - mindestens 15 Minuten nach >1h Wiederbesetzung! Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

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

Beobachtungskonstellation Rover Stop and Go Referenzstation 10 - 30 mm + 2 ppm anhalten unbewegt über Punkt halten weitergehen! Prof. Dr.-Ing. Monika Müller-Jarosch Volterra 05’2000

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

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

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

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