Global Positioning System (GPS)

Transkript

1 Global Positioning System (GPS) Grundlagen Anwendungen Fehlermöglichkeiten 1

2 Geschichte US Army GPS Block I Satellit Block I Satellit Block II Satellit Block II Satellit 2

3 Grundlagen Ortungssystem für jeden Punkt der Erde wetterunabhängig zeitunabhängig Komponenten Satelliten im Orbit ( NM) Bodenstation fest Empfänger 3

4 Navigation 1. Stufe (prähistorisch): Wegemarken (Steine) 2. Stufe (maritim): Küstenverlauf 3. Stufe (maritim): Sternbilder 4. Stufe (maritim): Kompass + Sextant (geographische Breite) 5. Stufe (1764): Chronometer (± 1 sec/d) 6. Stufe (II. WK): Radionavigation UHF: präzise kleiner Bereich MW: unpräzise großer Bereich 4

5 Kompass China 12. Jahrhundert 5

6 Bezeichnung (Frequency) Abk. (de) Bezeichnung (de) Frequenzbereich Wellenlänge technische Verwendung technischer Wechselstrom < 3 khz elektrische Antriebe Very Low SLW Längstwellen < 30 khz > 0,01143 m Audio Schall Low LW Langwellen khz m Rundfunk Medium MW Mittelwelle 300 khz-3 Mhz m Rundfunk High KW Kurzwelle 3 MHz-30 MHz m Kurzwellenrundfunk Very High UKW Ultrakurzwelle 30 MHz-300 MHz 1-10 m Runkfunk, Fernsehen, Radar Ultra High dm-w Dezimeterwellen 300 MHz-3 GHz cm Fernsehen, zellulärer Mobilfunk, Mikrowellenherd, Satellitenfernsehen Super High cm-w Zentimeterwellen 3 GHz-30 GHz 1-10 cm Radar, Richtfunk Extremely High mm-w Millimeterwellen 30 GHz-300 GHz 1-10 mm Richtfunk 6

7 GPS Komponenten GPS Satelliten* 12 h Orbit NM Empfänger 4 Satelliten Empfang Almanach zeitcodierte Signale* Bodenstationen* Masterstation Monitorstationen Sendestationen 7

8 Bodenstationen Master Station Colorado Springs Schriever Air Force Base Monitorstationen Pazifik - Hawaii Indischer Ozean - Diego Garcia Atlantik - Ascension Inseln USA - Colorado Springs Sendestationen 4 weltweit 8

9 zeitcodierte Signale f 1 : 1575 MHz C/A code + P code f 2 : 1227 MHz P code 9

10 Satelliten Topographie 6 Satellitensignale an jedem Ort 100 % Zeit Präzision 3 nsec (0, sec) 10

11 Navigation Entfernung Empfänger/Satellit Kugeloberfläche Satellit sendet Pseudo Random Code Empfänger misst Satellitensignal und kalkuliert Entfernung durch Zeitdifferenz v = s t s = v * t s: Abstand v: Lichtgeschwindigkeit t: Zeit 11

12 Navigation 2-D Trilateration Frage: Wo befinde ich mich? Antwort 1: 625 Meilen von Boise-Idaho Antwort 2: 690 Meilen von Minneapolis-Minnesota Antwort 3: 615 Meilen von Tucson-Arizona 12

13 3-D Trilateration 13

14 Kreuzkorrelation 14

15 Fehlermöglichkeiten - Einflussgrößen - Mehrwegeeffekte (Reflexionen) Ionosphäre / Troposphäre Satellitengeometrie Satellitenorbit Uhrenungenauigkeit (rel. Effekte) Selective Availability 15

16 Fehlermöglichkeiten - Einflussgrößen - Selective Availability ohne Selective Availability mit Selective Availability 16

17 Fehlermöglichkeiten - Ausgleich durch DGPS - Lichtgeschwindigkeit variiert in Ionosphäre / Troposphäre Radiosignale werden reflektiert DGPS Satellit Korrektur Signalstörung Bodenstationen Empfänger Präzision 17

18 Präzision 18