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Positioning System |
Was ist GPS/DGPS?
Das Global Positioning System (GPS) ist das
weltweite satellitengestütze System zur
Positionsbestimmung der US-amerikanischen
Bundesregierung.
Es handelt sich um ein seit 1974, primär
zu militärischen Zwecken, aufgebautes
Navigationssystem, dessen letzte Ausbaustufe
1994 erreicht wurde. Das System trägt
auch die Bezeichnung NAVSTAR (Navigation Satellite
Timing and Ranging).
Das System besteht im wesentlichen aus 3 Komponenten:
1. Weltraumkomponente
Die Weltraumkomponente besteht aus 24 Satelliten
(sog. SV's "Space Vehicle"), die
in ca. 20.200 km Höhe mit ca. 11.000
km/h die Erde Umkreisen (z. Zt. sogar 27 Satelliten).
Die Satelliten sind so positioniert, daß
zu jeder Zeit überall auf der Erde mind.
3 Satelliten gleichzeitig zu "sehen"
sind (d.h. über dem Horizont stehen).
Normalerweise sind 21 der SV's aktiv und 3
in Reserve.
Die Satelliten strahlen zwei verschiedene
Signale aus:
1. P (Y)-Code militärisches, genaueres
Signal
2. C/A-Code ziviles, ungenaueres Signal
Für den zivilen Benutzer steht nur das
C/A Signal zur Verfügung.
2. Kontrollkomponente
Die Kontrollkomponente besteht aus 5 Bodenstationen
zur Überwachung und Kontrolle des Systems.
Von den 5 Bodenstationen sind 4 reine Empfängerstationen,
die ihre empfangenen Daten an die Masterstation
weiterleiten.
3. Benutzerkomponente
Die Benutzerkomponente ist der GPS-Empfänger,
heute in der Regel ein 12-Kanal-Parallelempfänger,
der in der Lage ist die Signale von bis zu
12 Satelliten gleichzeitig zu empfangen und
zu verarbeiten. Im Prinzip beruht die Positionsbestimmung
auf dem Prinzip der Triangulation zwischen
dem Empfänger und den Satelliten, dabei
wird die Positionsangabe der Satelliten mit
dem C/A Signal ausgestrahlt und die Entfernung
zwischen Satellit und Empfänger mittels
Signallaufzeitmessung ermittelt. |
| Probleme der Positionsbestimmung: |
Durch die geringe Sendeleistung der Satelliten
(ca. 20-50 Watt) ist eine Abschattung des
Signals durch dichten Wald, Gebäude oder
Höhenrücken möglich. Auch extremer
Schneefall oder Regen kann das Signal beeinflussen.
Eine ungünstige Positionierung der Geräteantenne
kann zu einer Abschattung z.B. durch den menschlichen
Körper führen.
Auch atmosphärische Einflüsse auf
die Signallaufzeit sowie die Reflektion von
Signalen können die Genauigkeit der Messung
beeinflussen.
Zusätzlich muß darauf hingewiesen
werden, daß es sich bei dem System um
ein vom US-amerikanischen Militär eingeführtes
Navigationsinstrument handelt, dessen Funktionalität
zwar frei zur Verfügung gestellt wird,
dessen dauerhafte und uneingeschränkte
Benutzung aber nicht garantiert ist.
Bis zum 1.5.2000 wurde das zivile GPS-Signal
(C/A-Code) mittels der SA (Selective Availability)
vom amerikanischen Militär gestört
bzw. verschleiert, so daß eine Positionsbestimmung
mit zivilen Empfängern nur im Bereich
von ca. 100 m möglich war.
Seit dem 1.5.2000 ist diese bewußte
Störung (SA) abgeschaltet und das zivile
GPS steht mit voller Genauigkeit zur Verfügung.
Es ist jedoch möglich, daß die
SA im Krisenfall, wenn auch räumlich
begrenzt, wieder aktiviert wird.
Die derzeitige Genauigkeit der Positionsbestimmung
liegt in 95% der Fälle besser als 3-5m
(je nach Empfänger). |
| DGPS Differentielles GPS und Post-Processing |
Zur Verbesserung der Positionsbestimmung ist es möglich eine Referenzempfänger zu verwenden, der sich an einer geodätisch genau bekannten Position befindet. Anhand der Abweichung zwischen der realen Position und der berechneten GPS-Positionierung des Referenzempfängers lässt sich ein Korrekturwert zur Lagekorrektur einer zeitgleich durchgeführten Feldpositionsbestimmung festlegen.
Einfacher ist es ein Korrektursignal zu verwenden, daß von einer festen Referenzstation für einen größeren Raum zur verfügunggestellt wird.
Grundsätzlich ist dabei zwischen "Post-processing" und "DGPS" zu unterscheiden. |
| DGPS |
Basestation
Korrektur
Beim Basestation-Verfahren wird vom Anwender
ein lokaler Referenzempfänger auf einer
geodätisch-genauen, bekannten Koordinate
eingerichtet, der ein Korrektursignal erzeugt
und zu einem sog. Rover, dem mobilen GPS-Gerät
sendet.
Da ein DGPS-System mit Basestation (lokaler
Referenzempfänger) und Rover (dazugehöriger
mobiler Empfänger) sehr aufwendig und
kostenintensiv ist, wird dieses Verfahren
für gewöhnlich nur für hochgenaue
Messungen (Vermessung) verwendet. |
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SAPOS (UKW/2m Funk/GSM)
SAPOS ist der Satelitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung. Es handelt sich um ein Gemeinschaftsprojekt der Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder der Bundesrepublik Deutschland.
Der Dienst steht in vier Qualitätsstufen und auf verschiedenen Ebenen zu Verfügung:
EPS (Echtzeit Positionierungs Service)
Die Genauigkeit dieses Dienstes erlaubt eine Positionierung auf ca. 3 m genau. Das Korrektursignal wird über UKW als RDS-Signal zur Verfügung gestellt. Dieser Dienst trägt auch die Bezeichnung RASANT (Radio Aided Satellite Navigation Technic)
HEPS (Hochpräziser Echtzeit Positionierungs Service)
Die Genauigkeit dieses Dienstes erlaubt eine Positionierung auf ca. 1-5cm. Das Korrektursignal steht im RTCM-Format entweder über 2m-Funk oder als GSM-Dienst (Handy) zur Verfügung.
ALF (LW)
ALF ist ein auf einem Langwellen Korrekturdatensender beruhender DGPS-Dienst, der in Zusammenarbeit der Deutschen Telekom und des BKG (Bundesamt für Kartographie und Geodäsie) entstanden ist. Die Korrekturdaten beruhen auf Daten, die im Rahmen des GPS-Meßstellennetzes GREF erfasst werden. Die Korrekturdaten werden von einem Langwellensender in Mainflingen ausgestrahlt und sind für den gesamten Sendebereich (ca. 600km Umkreis) gültig. Bei Verwendung des verbesserten ALF/ADCo Signals ist eine Positionsbestimmung auf 1m genau möglich.
EGNOS/WAAS (Satellit)
Bei EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) handelt es sich um einen DGPS Dienst, der gemeinsam von der ESA (European Space Agency), EUROCONTROL (Europäische Organisation zur Sicherung der Luftfahrt) und der EG entwickelt wird. Es handelt sich dabei um ein von Sateliten gesendetes Korrektursignal, daß flächendeckend in ganz Europa zur Verfügung steht. Das System ist kompatibel zum amerikanischen WAAS und dem im Aufbau befindlichen japanischen MSAS.
Die Einführung des EGNOS-Signals ist in den letzten Jahren immer wieder verschoben worden. Im Frühjahr 2005 hat jedoch die abschließende Testphase begonnen, so daß davon auszugehen ist, dass das Signal im Laufe des Jahres 2006 zur Verfügung steht.
Weiterführende Informationen zu GPS findet man bei Wikipedia hier.
Weiterführende Informationen zu EGNOS findet man bei Wikipedia hier. |
| Post-Processing |
Beim Post-Processing werden die aufgezeichneten
GPS-Informationen zu einem späteren Zeitpunkt
mit Korrekturdaten berichtigt. Diese Korrekturdaten
werden in der Regel von der Landesvermessung
kostenpflichtig zur Verfügung gestellt.
Der Nachteil des Verfahrens ist, daß
die genaue Positionierungsinformation nicht
schon im Gelände (Real-Time) verwendet
werden kann. Üblicherweise stehen folgende
Korrekturdaten zur Verfügung:
GPPS (Geodätischer Präziser Positionierungs
Service)
Die Genauigkeit dieses Dienstes erlaubt eine
Positionierung auf ca. 1 cm. Dieser Dienst
steht nicht als Echtzeitdienst, sondern nur
im Postprocessing zur Verfügung.
GHPS (Geodätischer Hochpräziser
Positionierungs Service)
Die Genauigkeit dieses Dienstes erlaubt eine
Positionierung von besser als 1 cm. Dieser
Dienst steht nicht als Echtzeitdienst, sondern
nur im Postprocessing zur Verfügung.
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| Was ist Galileo? |
Galileo ist ein im Aufbau befindliches Satellitennavigationssystem
der Europäischen Gemeinschaft. Es soll
2010/2011 einsatzbereit sein und wird vorraussichtlich
mit dem amerikanischen GPS-System kompatibel
sein.
Der Vorteil von Galileo liegt darin, daß
es nicht unter nationaler militärischer
Kontrolle sein wird, wie das amerikanische
GPS oder das russische GLONASS. Außerdem
wird es (kostenpflichtige) Navigationsdienste
mit höherer Genauigkeit zur Verfügung
stellen.
Der erste Testsatellit soll im Dezember 2005
starten.
Weiterführende Informationen zu Galileo
findet man bei Wikipedia hier. |
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Weitere Informationen zum
Thema Mobil-GIS bei Herrn Binnemann:
binnemann@gdv.com,
06132-7148-17
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