GPS – Globales Positionierungssystem

Das Global Positioning System oder GPS ist ein satellitengestütztes Navigationssystem, das Standort- und Zeitinformationen überall auf der Erde liefert. Ursprünglich vom US-Verteidigungsministerium für die militärische Navigation entwickelt, hat sich GPS zu einer entscheidenden Technologie für eine breite Palette ziviler Anwendungen entwickelt, darunter Navigation, Kartierung und Zeitsynchronisation. Lassen Sie uns die Definition von GPS, seine Funktionsprinzipien und seine vielfältigen Anwendungen untersuchen.

Global Positioning System (GPS) ist ein raumgestütztes Navigationssystem, das aus einer Konstellation von Satelliten, Bodenkontrollstationen und GPS-Empfängern besteht. Es bietet Nutzern weltweit präzise Standort- und Zeitinformationen. Ingenieure haben das System ursprünglich für militärische Zwecke entwickelt, es aber später für zivile Nutzer zugänglich gemacht, was zu einer Revolution in Industrie und Alltag geführt hat.

Die GPS-Konstellation besteht aus mindestens 24 Satelliten, die die Erde umkreisen. Die Satelliten senden Funksignale, die ihre Position und die genaue Sendezeit des Signals enthalten. Bodenkontrollstationen überwachen und verwalten die Satelliten und stellen deren ordnungsgemäße Funktion und orbitale Genauigkeit sicher. Sie korrigieren auch Satellitenpositions- oder Zeitfehler. GPS-Empfänger, wie sie in Smartphones und Navigationsgeräten verwendet werden, empfangen Signale von mehreren Satelliten. Durch die Berechnung der Zeitverzögerung dieser Signale ermittelt der Empfänger seine Position auf der Erde.

Wie funktioniert GPS?

Das GPS-System arbeitet nach dem Prinzip der Trilateration und nutzt die Zeit, die Signale von Satelliten zum Empfänger benötigen, um Entfernungen zu berechnen und den Standort zu bestimmen.

1. Signalübertragung: Jeder GPS-Satellit sendet kontinuierlich Funksignale aus, die den Standort des Satelliten und die genaue Sendezeit des Signals enthalten. Diese Signale bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit und werden von GPS-Empfängern auf der Erde empfangen.
2. Entfernungsberechnung: Der GPS-Empfänger berechnet die Entfernung von jedem Satelliten, indem er die Zeitverzögerung zwischen dem Senden und dem Empfangen des Signals misst. Das System multipliziert die Verzögerung mit der Lichtgeschwindigkeit, um die Entfernung zu bestimmen.
3. Positionsbestimmung: Anhand der Entfernungen von mindestens vier Satelliten bestimmt der GPS-Empfänger seine genaue Position mithilfe der Trilateration. Der Schnittpunkt der Kugeln, die durch die Entfernungen von jedem Satelliten entstehen, liefert die Position des Empfängers im dreidimensionalen Raum (Breitengrad, Längengrad und Höhe).
4. Fehlerkorrektur: Um die Genauigkeit zu verbessern, verwenden GPS-Systeme verschiedene Fehlerkorrekturtechniken. Dazu gehören Differential-GPS (DGPS), das bodengestützte Referenzstationen zur Bereitstellung von Korrekturen verwendet, und fortschrittliche Algorithmen zur Berücksichtigung atmosphärischer Verzögerungen und anderer Faktoren, die die Signalausbreitung beeinflussen.

Anwendungen

Die GPS-Technologie hat ein breites Anwendungsspektrum und verändert viele Aspekte des modernen Lebens. Ihre Vielseitigkeit erstreckt sich über verschiedene Sektoren, darunter Navigation, Vermessung, Zeitmessung und mehr.

1. GPS wird häufig für die Navigation in Automobilen, Flugzeugen und Schiffen eingesetzt. Es bietet detaillierte Wegbeschreibungen, hilft, Staus zu vermeiden, und gewährleistet eine sichere Reise durch die Bereitstellung von Echtzeit-Standortinformationen. GPS-fähige Navigationssysteme in Fahrzeugen bieten Routenplanung, Verkehrsinformationen und Echtzeit-Wegbeschreibungen, was das Fahrerlebnis verbessert und die Reisezeit verkürzt. GPS ist entscheidend für die Luft- und Seefahrt, da es eine genaue Positionierung für Flugplanung, Schifffahrtsrouten und Kollisionsvermeidung ermöglicht.
2. Landvermesser und Kartierungsexperten nutzen es in großem Umfang, um präzise Messungen durchzuführen und detaillierte geografische Daten zu erstellen. Es unterstützt Aufgaben wie die Abgrenzung von Grundstücksgrenzen, die Bauplanung und die Umweltüberwachung. Vermesser verwenden GPS, um Land genau zu vermessen und Grenzen und topografische Merkmale mit hoher Präzision zu bestimmen. GPS-Daten werden in Geografische Informationssysteme (GIS) integriert, um räumliche Informationen zu erstellen und zu analysieren und so die Stadtplanung, die Ressourcenverwaltung und die Entwicklung der Infrastruktur zu unterstützen.
3. Das Global Positioning System bietet eine präzise Zeitsynchronisation für verschiedene Anwendungen, darunter Telekommunikation, Finanztransaktionen und wissenschaftliche Forschung. Die genaue Zeitmessung durch GPS ist unerlässlich, um Systeme und Prozesse in verschiedenen Sektoren zu koordinieren. Kommunikationsnetze nutzen die Zeitmessung, um Abläufe zu synchronisieren und eine effiziente Leistung von Mobilfunk- und Datensystemen zu gewährleisten. Forscher verlassen sich bei Experimenten und Datenerfassung auf die GPS-Zeit, z. B. bei der Überwachung seismischer Aktivitäten und der Untersuchung atmosphärischer Phänomene.

Das Global Positioning System (GPS) ist zu einem unverzichtbaren Werkzeug im modernen Leben geworden und bietet präzise Standort- und Zeitinformationen durch seine Konstellation von Satelliten, Bodenkontrollstationen und Empfängern. Seine Anwendungen erstrecken sich über Navigation, Vermessung, Kartierung und Zeitmessung und wirken sich auf verschiedene Branchen und alltägliche Aktivitäten aus. Mit dem technologischen Fortschritt entwickelt sich GPS ständig weiter und bietet eine verbesserte Genauigkeit und Funktionalität, um den wachsenden Anforderungen der Nutzer weltweit gerecht zu werden.

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Welche GNSS-Frequenzen und -Signale gibt es?

▶︎ GPS

Signale und Frequenzen

L1 C/A → 1575,42 MHz
L1C → 1575,42 MHz
L2 C → 1227,6 MHz
L2 P → 1227,6 MHz
L5 → 1176,45 MHz

▶︎ GLONASS

Signale und Frequenzen

L1 C/A → 1598,0625-1609,3125 MHz
L2 C → 1242,9375-1251,6875 MHz
L2 P → 1242,9375-1251,6875 MHz
L3 → OC 1202,025

▶︎ GALILEO

Signale und Frequenzen

E1 → 1575,42 MHz
E5a → 1176,45 MHz
E5b → 1207,14 MHz
E5 AltBOC → 1191,795 MHz
E6 → 1278,75 MHz

▶︎ BeiDou

Signale und Frequenzen

B1I → 1561,098 MHz
B2I → 1207,14 MHz
B3I → 1268,52 MHz
B1C → 1575,42 MHz
B2a → 1176,45 MHz
B2b → 1207,14 MHz

▶︎ NAVIC

Signale und Frequenzen

L5 → 1176,45 MHz

▶︎ SBAS

Signale und Frequenzen

L1 → 1575,42 MHz
L5 → 1176,45 MHz

▶︎ QZSS

Signale und Frequenzen

L1 C/A → 1575,42 MHz
L1 C → 1575,42 MHz
L1S → 1575,42 MHz
L2C → 1227,6 MHz
L5 → 1176,45 MHz
L6 → 1278,75 MHz

Was ist GNSS-Postprocessing?

GNSS-Postprocessing oder PPK ist ein Verfahren, bei dem die von einem GNSS-Empfänger aufgezeichneten GNSS-Rohdaten nach der Datenerfassung verarbeitet werden. Sie können mit anderen GNSS-Messquellen kombiniert werden, um die vollständigste und genaueste kinematische Trajektorie für diesen GNSS-Empfänger zu erhalten, selbst in den anspruchsvollsten Umgebungen.

Diese anderen Quellen können lokale GNSS-Basisstationen am oder in der Nähe des Datenerfassungsprojekts sein, oder bestehende, kontinuierlich betriebene Referenzstationen (CORS), die typischerweise von Regierungsbehörden und/oder kommerziellen CORS-Netzbetreibern angeboten werden.

 

Eine Post-Processing Kinematic (PPK)-Software kann frei verfügbare GNSS-Satelliten-Orbit- und Zeitinformationen nutzen, um die Genauigkeit weiter zu verbessern. PPK ermöglicht die präzise Bestimmung der Position einer lokalen GNSS-Basisstation in einem absoluten globalen Koordinatenreferenzsystem, das verwendet wird.

 

Die PPK-Software kann auch komplexe Transformationen zwischen verschiedenen Koordinatenreferenzsystemen zur Unterstützung von Engineering-Projekten unterstützen.

 

Mit anderen Worten, es ermöglicht den Zugriff auf Korrekturen, verbessert die Genauigkeit des Projekts und kann sogar Datenverluste oder -fehler während der Vermessung oder Installation nach der Mission beheben.

Welche GNSS-Antenne funktioniert am besten für RTK, PPP und PPK?

Der beste Antennentyp für GNSS für RTK (Real-Time Kinematic), PPP (Precise Point Positioning) und PPK (Post-Processed Kinematic) hängt von Ihren Genauigkeitsanforderungen, der Umgebung und der Anwendung ab. Bestimmte Antenneneigenschaften und -typen schneiden jedoch in hochpräzisen GNSS-Workflows durchweg besser ab.

 

Anwendung	Bester Antennentyp	Hinweise
RTK (Rover/Basis)	Vermessungs- oder Choke-Ring-Antenne	Choke-Ring für Basis; Vermessungsantenne für Rover
PPK (UAVs, Mobile Mapping) PPP (statisch oder dynamisch)	Vermessungsgenau oder spiralförmig Vermessungs- oder Choke-Ring-Antenne	Kompakt mit guter PCV-Verarbeitung Ein stabiles Phasenzentrum ist entscheidend

 

Wenn Sie mit GNSS/INS-Lösungen von SBG Systems arbeiten, verwenden Sie Antennen, die offiziell empfohlen oder auf Kompatibilität mit den GNSS-Empfängerfunktionen Ihres Systems (z. B. Multi-Band/Multi-Konstellation) getestet wurden, um optimale Ergebnisse in RTK-, PPP- und PPK-Workflows zu erzielen.