GPS – Global Positioning System

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1 GPS – Global Positioning System
Gehalten von: Tobias Werner Unter Leitung von: Stefan Bergstedt Hamburg den

2 Vorschau Einleitung 2. Die Segmente 2.1 Weltraumsegment
2.2 Kontrollsegment 2.3 Benutzersegment 3. Geschichtliche Übersicht

3 Vorschau 4. Funktionsweise 4.1 Positionsbestimmung
4.2 Ausgesendete Signale 4.3 Laufzeitmessung 4.4 Fehlerquellen 4.5 Erreichbare Genauigkeit 5. Galileo

4 1. Einleitung satellitengestütztes Navigationssystem
eigentlich NAVSTAR-GPS NAVigation System with Timing And Ranging – GPS Ortsbestimmung eines GPS Empfängers GPS ist ein satellitengestütztes Navigationssystem, was den offiziellen Namen NAVSTAR-GPS trägt. Diese Abkürzung steht für NAVigation System with Timing And Ranging. Das System ermöglicht die genaue Positionsbestimmung eines Empfängers.

5 1. Einleitung Feststehend Bewegt auf der Erdoberfläche
Bewegt in niedrigen Umlaufbahnen Kostenlose Bereitstellung an Jedermann Die Positionsbestimmung funktioniert bei feststehenden sowie bewegten Empfängern auf der Erdoberfläche und in niedrigen Erdumlaufbahnen. Die zivile Nutzung des Systems ist für Jedermann kostenlos, obwohl dies so nicht vorgesehen war.

6 1. Einleitung Als nur dem Militär vorbehaltene Einrichtung geplant
Leitung des US-Verteidigungsministeriums / DoD Als nur dem Militär vorbehaltene Einrichtung geplant Positionsbestimmung und Navigation Waffensysteme, Kriegschiffe, Militärflugzeuge GPS steht unter der Leitung des US-Verteidigungsministeriums, dem Department of Defense (DoD). Das DoD hat das System ursprünglich als rein militärische Einrichtung geplant, zur Navigation und Steuerung von Waffensystemen, Kriegsschiffen und Flugzeugen.

7 1. Einleitung Autos, Motorräder Landvermessung Zeitmessung
Zivile Nutzung in Luft- und Seefahrt Autos, Motorräder Landvermessung Zeitmessung Glücklicherweise findet das GPS heute auch Anwendungen in Zivilen Bereichen, wie Luft- und Seefahrt, Navigationssystemen in Autos und Motorrädern. Aber auch in der Landvermessung und der genauen Zeitmessung.

8 2. Die Segmente Spacesegment (Satelliten)
Drei grundlegende Segmente Spacesegment (Satelliten) Controllsegment (Kontrollstationen) Usersegment (GPS-Empfänger) Das Navigationssystem ist aus drei grundlegenden Segmenten aufgebaut. Zum einen dem Weltraumsegment, welches die Satelliten umfasst, dem Kontrollsegment bestehend aus mehreren Kontroll- und Beobachtungsstationen und als letztes dem Benutzersegment. Das Benutzersegment enthält die GPS-Empfänger mit ihren Anwendungen und Benutzern.

9 2. Die Segmente spacesegment
Das Bild verdeutlicht noch einmal den Aufbau des NAVSTAR-GPS. spacesegment = Weltraumsegment, controllsegment = Kontrollsegment, usersegment = Benutzersegment. controllsegment Haupt- kontrollstation Verbindungs- Station Monitorstationen usersegment

10 2.1 Weltraumsegment mindestens 24 Satelliten 21 + 3 Erzatzsatelliten
55° Inklination Das Weltraumsegment besteht aus mindestens 24 Satelliten, von denen 21 Satelliten eine Positionsbestimmung überall auf der Welt möglich machen, 3 weitere Satelliten dienen als Ersatz. Die Satellitenbahnen haben eine Inklination von 55°. Das Bild dient der Verdeutlichung dieses Begriffes.

11 2.1 Weltraumsegment 20 200 Kilometer Höhe 6 Orbitalbahnen
Es gibt insgesamt 6 Orbitalbahnen mit jeweils 4 Satelliten. Sie umkreisen die Erde in einer Höhe von Kilometern innerhalb von 12 Stunden. Das verlangt eine Geschwindigkeit von ungefähr 3 Kilometer pro Sekunde. Das Bild ist ungefähr maßstabsgetreu.

12 2.1 Block I Satelliten 11 Satelliten zwischen 1978 – 1985
Masse von 845 kg Solarpanels mit 400 Watt Prototypen zur Erprobung des Systems Keiner mehr im Dienst Von den auf dem Bild zu sehenden Satelliten, den sogenannten Block I Satelliten, wurden zwischen 1978 und 1985 insgesamt 11 Stück gestartet. Sie hatten eine Masse von ungefähr 845 Kilogramm und ihre Solarpanels leisteten 400 Watt. Die Block I Satelliten dienten der Erprobung des Systems und sind heute nicht mehr in Gebrauch. Quelle:NASA

13 2.1 Block II Satelliten seit 1989 Masse von 1500 kg
Solarpanels mit 750 Watt detektieren Atomexplosionen Seit 1989 gibt es die Block II Satelliten, sie wogen circa 1500 Kilogramm und die Solarzellen leisteten 750 Watt. Ein Abkommen, zwischen den USA und der UDSSR, von 1963 besagte, daß diese beiden Staaten auf Atomwaffentests im Meer, auf dem Land oder im Weltraum verzichten. Um dieses Abkommen kontrollieren zu können, besaßen die Block II Satelliten Sensoren um eben solche Atomexplosionen zu entdecken.

14 2.1 Block II Satelliten Ausgelegte Betriebsdauer von 7.5 Jahren
max. 50 Watt Sendeleistung Cäsium und Rubidium Atomuhren Uhrenstabilität von s Die Satelliten haben eine vorgesehene Betriebsdauer von rund 7.5 Jahren. Die Sendeleistung beträgt maximal 50 Watt und an Bord befinden sich für die Positionsbestimmung Wichtige Atomuhren. Diese Atomuhren gehen in einer Million Jahren eine Sekunde vor oder nach.

15 2.1 Trägerraketen 50 Millionen US-Dollar 50. Satellitenstart 20.03.04
Delta Rakete 50 Millionen US-Dollar 50. Satellitenstart Die Satelliten werden mit mit der Trägerrakete Delta ins All befördert. Ein solcher Satellitenstart kostet 50 Millionen US-Dollar. Der 50. Start eines GPS-Satelliten war am

16 2.1 Satelliten Übersicht Block Jahr Anmerkung I 1978 II 1989
IIA (advanced) IIR (replenishment) IIR-M (modernisation) IIF (following-on) III 2014 Durch sich ständig verbessernde Technologien werden die GPS-Satelliten fortwährend ausgetauscht. Diese Liste gibt einen kleinen Überblick auf die Bezeichnungen der jeweiligen Generationen.

17 2.2 Kontrollsegment Alleinige Kontrolle durch US-Armee
eine „Master Control Station“ 4 weitere Monitorstationen Das Kontrollsegment steht unter alleiniger Leitung des US-Militärs. Es besteht aus einer Hauptkontrollstation und vier weiteren Monitorstationen. Die Monitorstationen sind kurz gesagt GPS-Empfänger, die ihre Messdaten an die Mastercontrolstation in der Schriever Airforcebase senden.

18 2.2 Kontrollsegment Schriever Air Force Base
Neben der Hauptstation in den USA, liegen die Monitorstationen auf Hawaii, den Ascension Inseln, Diego Garcia und Kwajalein.

19 2.2 Kontrollsegment Auswertung 24 Stunden pro Tag
schnelle Feststellung von Fehlern 1-2 Satellitenupdates pro Tag Ausfallsicherheit von 180 Tagen Dieses System arbeitet 24 Stunden am Tag, was es erlaubt schnell auf Fehler zu reagieren. Die wichtigen Satellitendaten wie Position und Uhrzeit werden täglich ein- bis zweimal erneuert. Unabhängig von den Bodenstationen, können die Satelliten untereinander Daten austauschen und sich selbst korrigieren. Im Falle eines Kontaktabbruches zu dem Kontrollsegment, erlaubt dies eine Ausfallsicherheit von 180 Tagen.

20 2.3 Benutzersegment Größe eines Handys In Armbanduhren
mindestens 12 Kanäle Heutzutage gibt es einfache GPS-Empfänger, die die Größe von Handy‘s haben oder sogar in Armbanduhren untergebracht sind. Diese Geräte sind in der Lage die Daten von 12 Satelliten auf einmal auszuwerten. Zusammen mit dem erschwinglichem Preis ist nun auch der Normalbürger in der Lage ein Teil des Benutzersegmentes zu werden.

21 3. Geschichtliche Übersicht
1973 Beschluss zur Entwicklung Start von insgesamt 11 Block I Satelliten 1983 Zivile Nutzung nach Abschuss von Korean Airline 007 1989 Der erste Block II Satellit wird installiert Im Jahre 1973 wurde beschlossen ein auf älteren Systemen basierendes Satellitennavigationssystem zu entwickeln. Zwischen 1978 und 1985 wurden insgesamt elf Block I Satelliten eingesetzt. Ein besonderer Vorfall ereignete sich im Jahre 1983, als der Zivilflug „Korean Airline 007“ über sowjetischem Gebiet abgeschossen wurde, das Flugzeug hatte sich dorthin verirrt. Daraufhin wurde beschlossen das GPS-System für zivile Nutzung freizugeben.

22 3. Geschichtliche Übersicht
Erste Betriebsbereitschaft bekanntgegeben März 1994 Komplettierung der Satellitenkonstellation Volle Betriebsbereitschaft Endgültige Abchaltung der SA (Selective Availability) Am wird eine erste Betriebsbereitschaft offiziell bekanntgegeben (Initial Operational Capability, IOC). Im gleichen Jahr wurde auch definitiv beschlossen, daß das GPS-System für weltweite zivile kostenlose Nutzung freigegeben wird. Im März ´94 wird der letzte Block II Satellit installiert und komplettiert damit die Satellitenkonstellation. Am ist offiziell Volle Betriebsbereitschaft (Full Operational Capability, FOC) erreicht. Die endgültige Abschaltung der „Selective Availability“ am bewirkt eine Erhöhung der Genauigkeit von circa 100 m auf circa 20 m.

23 4.1 Positionsbestimmung Genaue Satellitenposition bekannt
Empfänger- und Satellitenuhr absolut synchron Laufzeitmessung Satellit/Empfänger Angenommen die genaue Satellitenposition ist bekannt und die Uhren im GPS-Empfänger und im Satelliten laufen synchron, dann ist es möglich, die Laufzeit eines vom Satelliten ausgesandten Signals, zu messen.

24 4.1 Positionsbestimmung Sender Sendezeit Ts Entfernung p
Mit der Formel p = T * c, wobei p für die Entfernung, c für die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Funkwellen und T für die Signallaufzeit vom Satelliten zum Empfänger stehen, kann man nun die Entfernung zum Satelliten errechnen. Ausbreitungsgeschwindigkeit c T = (Te -Ts) p = T * c Empfänger Empfangszeit Te

25 4.1 Positionsbestimmung mehrere Satelliten ermöglichen die Ortsbestimmung 4 Satelliten sind im 3 Dimensionalen nötig Bestimmung von Position und Höhe Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit Da die Entfernung zu den Satelliten nun bekannt ist, kann man mit Hilfe von mehreren Satelliten den Ort eines GPS-Empfängers bestimmen. Für eine Positionsbestimmung im Dreidimensionalen werden 4 Satelliten benötigt. Mit ihnen kann man dann seine Position und Höhe bestimmen. Durch die Durchführung mehrerer Messungen wird die Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung deutlich.

26 4.1 Positionsbestimmung Betrachtung im 2 Dimensionalen
Das Bild zeigt die Positionsbestimmung im Zweidimensionalen. Die beiden Satelliten erzeugen zwei mögliche Positionen A und B. Betrachtet man den Erdmittelpunkt als dritten Satelliten, so erhält man Position A als die richtige. Es sei noch gesagt, daß die Laufzeiten auf dem Bild viel zu lang sind. Betrachtung im 2 Dimensionalen

27 4.1 Positionsbestimmung ungenaue Quarzuhr im Empfänger
exakte Satellitenzeit muss bekannt sein Zeitfehler von 1/100 s entspricht 3000Km Um eine exakte Positionsbestimmung durchführen zu können, müssen die Satellitenuhr und die Empfängeruhr möglichst synchron sein. Deutlich wird die Wichtigkeit, wenn man bedenkt, daß ein Zeitfehler von einer hundertstel Sekunde, einem Ortsfehler von 3000 Kilometern entspricht. Die relativ ungenaue Quarzuhr im Empfänger muss also synchronisiert werden.

28 4.1 Positionsbestimmung Tatsächliche Position A Pseudoposition B
Angenommen die Empfängeruhr geht vor, dann erhält man als Ergebnis eine zu große Entfernung der Satelliten, da eine zu lange Laufzeit gemessen wird. Mit Hilfe zweier Satelliten erhält man nun die Pseudoposition B, abweichend vom tatsächlichen Standort A. Tatsächliche Position A Pseudoposition B

29 4.1 Positionsbestimmung Verwendung eines weiteren Satelliten
Tatsächliche Position A Drei Pseudopositionen B Zieht man nun das Signal eines weiteren Satelliten hinzu, so erhält man zwei weitere Pseudopositionen.

30 4.1 Positionsbestimmung Hier kann man sehen das der wahre Standort A ungefähr in der Mitte der nun insgesamt drei Pseudopositionen B liegt. Wenn man nun die Uhr im Empfänger verstell, werden die Pseudopositionen verschoben.

31 4.1 Positionsbestimmung Korrektur des Uhrenfehlers durch Vereinigung
der Pseudopositionen Der Uhrenfehler ist korrigiert, wenn die drei Positionen B vereinigt wurden. Sie sind nun nicht mehr unterscheidbar und liegen auf der tatsächlichen Position A.

32 4.1 Positionsbestimmung Empfängeruhr läuft Synchron mit Satellitenuhr
„Günstige Atomuhr“ Exakte Zeitmessungen Möglich Als Ergebnis läuft die Empfängeruhr nun synchron mit den Satellitenuhren und man hat sozusagen eine günstige Atomuhr geschaffen. Dies ermöglicht genaue Zeitmessungen ohne die Anschaffung einer teuren, echten Atomuhr.

33 4.2 Ausgesendete Signale Hohe Anforderungen
<2 GHz (keine Richtantennen) >100 MHz (Ionische Verzögerung) vom Wetter unabhängiger Frequenzbereich An die Trägersignale der GPS-Daten werden hohe Anforderungen gestellt, so soll der Frequenzbereich unter zwei Gigahertz liegen, um auf Richtantennen verzichten zu können. Bei einem Bereich von unter 100 Megahertz wäre die Ionische Verzögerung, also die Zeit die das Signal durch die Ionosphäre benötigt, zu groß. Außerdem soll der Frequenzbereich allgemein vom Wetter unabhängig sein, um auch bei schlechtem Wetter die Positionsbestimmung zu ermöglichen.

34 4.2 Ausgesendete Signale passive Positionsbestimmung
Geschwindigkeitsmessung (Dopplereffekt) Aussenden von Navigationsdaten Korrektur Ionosphärischer Verzögerungen Weiterhin soll das Signal eine passive, also einseitige Positionsbestimmung und Geschwindigkeitsmessungen mittels Dopplereffekt ermöglichen. Die Navigationsdaten der Satelliten müssen übertragen werden und es soll eine Korrektur von ionosphärischen Verzögerungen möglich sein.

35 4.2 Ausgesendete Signale 2 Trägersignale im Mikrowellenbereich
L1-Frequenz mit MHz L2-Frequenz mit MHz L-Band: MHz Aufgrund dieser Anforderungen, viel die Entscheidung auf zwei Trägersignale im Mikrowellenbereich. Zum einen die L1-Frequenz mit MHz, die auch zivil genutzt wird und die L2-Frequenz mit MHz, die ausschließlich militärisch genutzt wird. Die Bezeichnungen L1 und L2 ergeben sich daraus, daß die Frequenzen im sogenannten L-Band, zwischen ein und zwei Gigahertz, liegen.

36 4.2 Ausgesendete Signale Drei verschiedene Binärcodes Phasenmoduliert
Phasenumkehr bei Codeveränderung Nur für digitale Codes geeignet Auf diese beiden Frequenzen sind drei verschiedene Binärcodes aufmoduliert. Hierbei findet die Phasenmodulation Anwendung, bei der sich die Phase des Trägersignals, bei einer Änderung des Codes, umkehrt. Die Phasenmodulation eignet sich nur für die Modulation von Digitalcodes.

37 4.2 Ausgesendete Signale c/a (coarse aquisition, grobe Bestimmung)
1023 Chip lang , Frequenz 1023 MHz PRN Code (pseudozufälliger Code) Für jeden Satelliten eindeutig Zum einen ist da der c/a Code, was für coarse aquisition, oder auf deutsch, grobe Bestimmung steht. Dieser Code ist 1023 Chip lang und wird mit 1023 MHz übertragen. Ein Chip ist im Prinzip das gleiche wie ein Bit, nur das er keine Nachricht trägt. Dieser Code ist ein pseudozufälliger Code, der für jeden GPS-Satelliten eindeutig ist.

38 4.2 Ausgesendete Signale c/a Code moduliert L1
P Code moduliert beide Frequenzen sehr langer MHz PRN Code Anwendung im militärischen Bereich Der c/a Code ist auf der Trägerfrequenz L1 moduliert. Ein weiterer Code ist der P-Code, er ist ein sehr langer Code, der mit 10.23MHz übertragen wird. Er ist ebenfalls ein pseudozufälliger Code und findet nur im militärischem Bereich Anwendung.

39 4.2 Ausgesendete Signale Navigationsnachricht mit 50 Bit/s
Mit 50 Hz in L1 moduliert Datum, Uhrzeit und Satellitenpositionen Satellitenstatus, PRN Nummer u.s.w Der letzte Code ist die Navigationsnachricht, mit einer Datenrate von 50 Bit/s. Diese Nachricht enthält wichtige Daten wie Datum, Uhrzeit, Satellitenpositionsdaten, Satellitenstatus, die PRN-Nummer des Satelliten und andere wichtige Daten.

40 4.2 Ausgesendete Signale Signal besteht aus 37500 Bit
Übertragungszeit von 12.5 Minuten benötigte Zeit für die erste Positionsbestimmung wichtige Daten wiederholen sich alle 30s Die komplette Nachricht besteht aus insgesamt Bit. Bei einer Übertragungsrate von 50 Hertz ergibt sich eine Gesamtdauer von 12.5 Minuten um die gesamte Nachricht zu übertragen. Dies ist auch die Zeit, die ein GPS-Empfänger für eine Positionsbestimmung benötigt, wenn noch überhaupt keine Daten vorliegen. Alle wichtigen Daten, wie die PRN-Nummer, über die der c/a Code bestimmt wird, werden alle 30 Sekunden wiederholt.

41 4.3 Laufzeitmessung Identifikation des Satelliten
Referenzcode im Empfänger Vergleich mit dem Satellitensignal Phasenverschiebung entspricht Laufzeit Die Laufzeitmessung erfolgt, indem als erstes der Satellit über die PRN-Nummer in der Navigationsnachricht identifiziert wird. Nun kann der Empfänger den richtigen Referenzcode auswählen, der mit dem c/a Code des Satelliten identisch ist. Die Laufzeit der Funkwellen wird nun über die Phasenverschiebung der beiden Signale errechnet.

42 4.3 Laufzeitmessung Codelänge 1023 Chip Übertragungszeit 1ms Wie schon erwähnt, beträgt die Codelänge des Satellitensignals 1023 Chips, bei einer Frequenz von 1023 MHz. Das ergibt eine Übertragungszeit von einer Millisekunde. T = ∆φ

43 4.3 Laufzeitmessung Code wiederholt sich alle 300 Km
Verschiebung um 1 chip 300m moderne Empfänger berechnen 1% chip-Länge theoretische Genauigkeit von 3m Der Code wiederholt sich also jede Millisekunde oder anders ausgedrückt, da das Signal innerhalb einer Millisekunde 300 Kilometer zurücklegt, ist der Code, zu einem festen Zeitpunkt, alle 300 Kilometer identisch. Eine Phasenabweichung von genau einem Chip entspricht einer Entfernung von 300 Metern. Da moderne Empfänger aber in der Lage sind die Signalverschiebung auf ein Prozent einer Chiplänge genau zu messen, ergibt sich eine theoretische Genauigkeit con 3 Metern.

44 4.3 Laufzeitmessung Signalverschiebung von 3 chips
Errechnete Strecke 3 * 300m = 900m was soll das bedeuten? Angenommen die Phasenverschiebung beträgt genau drei Chips, dann beträgt die errechnete Entfernung drei mal dreihundert Meter. Das entspricht einer Strecke von 900 Metern. Die Frage ist nun, was diese neunhundert Meter zu bedeuten haben. Der Abstand zum Satelliten kann es ja wohl nicht sein.

45 4.3 Laufzeitmessung Mögliche Entfernungen 0 – 300 Km
viele mögliche Positionen Positionen der Satelliten Uhrzeit Wir wissen, daß sich der c/a Code alle 300 Kilometer wiederholt, das lässt eine maximal gemessene Entfernung von unter 300 Kilometern zu. Um herauszufinden von welcher Position diese Entfernung gemessen ist, muss man die richtige aus vielen Möglichkeiten herausfinden. Dies geschieht mit Hilfe der aktuellen Satellitenpositionen und der genauen Uhrzeit.

46 4.3 Laufzeitmessung Durch die Wiederholung des Codes entsteht ein Raster von möglichen Positionen. Grob gesagt ist die in der Mitte die richtige.

47 4.3 Laufzeitmessung Entfernung grüner Punkt 24000 Km
Signalverschiebung von 3 μs Entfernung Empfänger Km Signallaufzeit von s Um das Beispiel nun fortzuführen nehmen wir an, daß der „grüne Punkt“ Kilometer vom Satelliten entfernt ist. Bei einer Signalverschiebung von 3 Mikrosekunden beträgt die Gesamtentfernung also Kilometer. Das entspricht einer Laufzeit von Sekunden.

48 4.4 Fehlerquellen SA Effekt künstliche Verfälschung der Uhrzeit in L1
Ungenauigkeit im Bereich von 100m Höhendaten praktisch unbrauchbar Der SA-Effekt stellt eine gewollte Verschlechterung der Genauigkeit, für die Positionsbestimmung im zivilen Bereich dar. Dieser Effekt wird durch einen Oszillator in einer der Atomuhren erzielt. Die Uhr läuft dadurch unregelmäßig. Mit dieser Maßnahme, wird eine Ungenauigkeit von 100 Metern in der Längen- und Breitenbestimmung erzielt. Die gemessenen Höhendaten sind vollkommen unbrauchbar.

49 4.4 Fehlerquellen Ungünstige Satellitengeometrie
Obwohl überall und zu jeder Zeit vier Satelliten sichtbar sind, kann die Satellitenkonstellation ungünstig sein. Ungünstige Satellitengeometrie

50 4.4 Fehlerquellen Schwankungen der Umlaufbahnen
Mehrwegeffekt durch Reflexionen Atmosphärische Effekte Uhrenungenauigkeit Weitere Fehlerquellen sind Schwankungen der Satellitenumlaufbahn, Reflexionen des Satellitensignals an zum Beispiel Häuserschluchten oder atmosphärische Effekte. Auch die Ungenauigkeit der Empfängeruhren führt zu Messfehlern.

51 4.4 Fehlerquellen Relativistische Effekte
Spezielle Relativitätstheorie Schnelle Objekte = langsame Zeit Zeitfehler von etwa 7.2 Mikrosekunden pro Tag Besonders interessant sind die relativistischen Effekte. Wie zum Beispiel die Spezielle Relativitätstheorie, die besagt, daß die Zeit für schnell Bewegte Objekte langsamer Vergeht. Dieser Effekt würde einen Zeitfehler von etwa 7.2 Mikrosekunden pro Tag bedeuten.

52 4.4 Fehlerquellen Allgemeine Relativitätstheorie
Starke Gravitation = langsamere Zeit Satellitenzeit vergeht schneller Zeitdilatation 6 mal größer als bei spez. Rel. Aber da ist noch die Allgemeine Relativitätstheorie; an Orten mit höherer Gravitation vergeht die Zeit langsamer. Dies bedeutet ein Vorrauseilen der Satellitenzeit. Die Zeitdilatation ist hier jedoch circa sechs mal größer als bei der Speziellen Relativitätstheorie.

53 4.4 Fehlerquellen Insgesamt laufen die Uhren zu schnell
etwa 38 Mikrosekunden pro Tag Die Uhren laufen mit Mhz offiziell mit MHz Insgesamt laufen die Satellitenuhren also zu schnell, so etwa 38 Mikrosekunden pro Tag. Zur Lösung dieses Problems beträgt die Frequenz der Atomuhren MHz, gerechnet wird jedoch mit MHz.

54 4.4 Fehlerquellen Störungen durch die Ionosphäre 5 Meter
Schwankungen der Umlaufbahnen 2.5 Meter Uhrenfehler 2 Meter Mehrwegeffekte 1 Meter Störungen durch die Troposphäre 0.5 Meter Rechnungs- und Rundungsfehler Diese Liste zeigt die durchschnittlichen Abweichungen für die Jeweiligen Ungenauigkeitsquellen.

55 4.5 Erreichbare Genauigkeit
Genauigkeit von ungefähr 15 Meter Steigerung auf 1m möglich D-GPS WAAS Daraus ergibt sich eine Gesamtungenauigkeit von ungefähr 15 Metern. Durch weitere Maßnahmen ist eine Steigerung der Genauigkeit auf einen Meter möglich. Zum einen das Differentielle GPS oder das Wide Area Augmentation System

56 4.5 Differentielles GPS Nahegelegene Referenzstation
Berechnung des Positionsfehlers Übertragung an den GPS-Empfänger mittlere Genauigkeit von 3m Bei dem Differentiellem GPS verwendet man eine nahegelegene Referenzstation, deren genaue Position bekannt ist. Diese Station misst nun ihre Position unter Verwendung des GPS-Systems und vergleicht diese gemessene Position mit ihrer tatsächlichen. Die daraus resultierende Abweichung wird an D-GPS fähige Empfänger übertragen, die dadurch eine mittlere Genauigkeit von 3 Metern erreichen.

57 Genau bekannte Position
4.5 Differentielles GPS Das Bild veranschaulicht dieses Prinzip. Genau bekannte Position Gesuchte Position

58 4.5 Wide Area Augmentation System
etwa 25 Bodenstationen in den USA Korrektur von Umlaufbahn, Uhren, Signallaufzeit 2 Geostationäre Satelliten mittlere Genauigkeit von 1m Das WAAS besteht aus etwa 25 Bodenstationen die über die USA verteilt sind. Die, durch diese Bodenstationen korrigierten Daten, wie Umlaufbahnen, Uhrzeiten und Signallaufzeiten, werden über zwei geostationäre Satelliten, an die Empfänger gesendet. Daraus ergibt sich eine Genauigkeit von etwa einem Meter.

59 5. Galileo Einsatzbereit frühestens 2010 30 Satelliten
Höhere Genauigkeit als GPS militärische Nutzung Das von der EU geplant Satellitennavigationssystem Galileo, wird frühestens im Jahre 2010 einsatzbereit sein. Es soll dann aus 30 Satelliten bestehen und eine höhere Genauigkeit als das GPS aufweisen. Im Gegensatz zur Planung, soll das System wohl doch militärisch genutzt werden.