GPS-System Glossar GPS-System 1

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1 Glossar GPS-System 1

2 Index GPS-System AGPS, assisted GPS ALF, accurate positioning by low frequency Almanach C/A, coarse/aquisition CEP, circular error probable DGPS, differential global positioning system DOP, dilution of precision drms, distance root mean square EGNOS, European geostationary overlay service Ephemeride Galileo GLONASS, global navigation satellite system GNSS, global navigation satellite system GPS, global positioning system GPS-Frame GPS-Frequenz GPS-Logger GPS-Positionsbestimmung Jam-Signal MSAS, multi-functional satellite augmentation system Navigation Navigationsgerät PND, portable navigation device Navigationssystem NAVSTAR, navigation satellite timing and ranging Offener Dienst Ortung P-Code PDOP, position dilution of precision PNA, personal navigator assistent PPS, precision positioning service QZSS, quasi zenith satellite system RIMS, ranging and integrity monitor station RINEX, receiver independent exchange RNSS, radio navigation satellite service SA, selective avaibility Satelliten-Navigation SBAS, satellite based augment system SPS, standard positioning service TTFF, time to first fix WAAS, wide area augmentation system Impressum 2

3 AGPS, assisted GPS Assisted GPS (AGPS) kombiniert die Nutzung des satellitenbasierten GPS-Systems mit dem Empfang so genannter Assistenzinformationen aus zellularen Mobilfunknetzen. Mit AGPS ist eine höhere Ortsgenauigkeit und eine schnellere Bestimmung der Erstposition, TTFF, möglich. Die Ortsgenauigkeit reicht bis zu wenigen Metern und wird dank der hohen Empfindlichkeit auch in Städten und Gebäuden erzielt. Positionsbestimmung mit Assistenzinformationen aus dem GSM-Netz Als Assistenzinformationen benutzt AGPS Laufzeitinformationen in GPS-Funkzellen. Wenn ein AGPS-Empfänger gleichzeitig die Funksignale von mehreren Funkzellen empfangen kann, dann kann er über Kreuzpeilung seinen Standort ermitteln. Alternativ kann ein AGPS-Empfänger seinen Standort aus der Signallaufzeit zum GPS-Sendemast ermitteln. Die über das GSM-Netz gesendeten Assistenzinformationen entlasten den GPS-Empfänger und führen zu wesentlich schnelleren Ergebnissen, als direkt über das GPS-System, weil der AGPS-Server kontinuierlich mit aktuellen Satellitenpositionen versorgt wird und die ortsbezogenen Daten in den Mobilfunknetzen sendet. Der Vorteil liegt darin, dass die Lokalisierung auch dann erfolgen kann, wenn das Empfangsgerät, das Handy oder der PDA, nur einen GPS-Satelliten empfängt. 3

4 ALF, accurate positioning by low frequency Um die benutzbare Genauigkeit des GPS-Systems zu erhöhen, gibt es mehrere Systeme die Korrektursignale errechnen und diese dann terrestrisch oder über Satelliten übertragen. Alle Systeme arbeiten mit einer oder mehreren Referenzstationen, deren Koordinaten exakt bekannt sind und berechnen mittels DGPS (Differential) ein Korrektursignal, das an die mobilen GPS-Empfänger übertragen wird. Der ALF-Dienst (Accurate Positioning by Low Frequency), entwickelt vom Bundesamt für Kartografie und Geodäsie in Frankfurt ist ein Weitbereichsdienst, der in regelmäßigen Abständen von einem ortsfesten Sender aus, die DGPS-Korrektursignale im RTCM-Format sendet. Der ALF-Dienst wird in Langwelle übertragen und hat daher eine Sendereichweite von 600 km; die Positionsgenauigkeit liegt bei einem Meter und darunter. Almanach almanac In der Satelliten-Navigation versteht man unter Almanach einen Datensatz, der die kurzlebigen Parameter mit denen die GPS-Empfänger die Elevation und den Winkel des Azimuts der Satelliten berechnen, umfasst. Dazu gehören u.a. die Umlaufbahnen und die Abweichungen der Zeitreferenzen. Jeder der 24 Satelliten des GPS-Systems sendet die Almanachs aller Satelliten. C/A, coarse/aquisition C/A-Code Der C/A-Code (Coarse/Aquisition) ist ein spezieller Code für die zivile Nutzung von Satelliten- Navigationssystemen, bei denen die Auflösung verringert wird. Der C/A-Code wird im GPS- System und in Glonass benutzt. Im GPS-System wird er über Pseudozufallszahlen (PRN) als Bit langer Code aus der 10,23-MHz-Frequenz der Atomfrequenznormale gewonnen und wiederholt sich jede Millisekunde. Das C/A-Signal wird in Spreizbandtechnik (DSSS) mit einer Bandbreite von 2 MHz übertragen. In dieser Technik benutzt man anstelle der Bezeichnung Bits die Bezeichnung Chips. Es handelt sich dabei um die Elemente einer Pseudozufallszahl. 4

5 CEP, circular error probable Circular Error Probable (CEP) ist ein Kennwert mit dem die Ortsgenauigkeit von Satellitengestützten Navigationen angegeben wird. Der CEP-Wert ist ein Wahrscheinlichkeitswert. Er wird in Prozent angegeben und bezieht sich auf den Radius einer kreisförmigen Fläche, deren Mittelpunkt das GPS-System bildet. Beträgt beispielsweise der angezeigte CEP-Wert 50 % für einen Radius von 5 m, dann besagt das, dass sich die Hälfte aller Messergebnisse innerhalb dieses Radius von 5 m befindet, allerdings auch die Hälfte der Messwerte außerhalb liegt. Des Weiteren ist es so, dass sich 95 % aller Messpunkte in einem Kreis mit doppelt so großem Radius befinden, das entspräche 10 m. DGPS, differential global positioning system DGPS-System Das DGPS-System (Differential Global Positioning System) bietet eine weitaus höhere ortsbezogene Genauigkeit als das GPS-System. Mit ihm kann die Position eines Benutzers auf 1 m und sogar auf wenige Zentimeter genau bestimmt werden. Zu diesem Zweck arbeitet das Genauigkeit des DGPS-Signals in Abhängigkeit vom Abstand zwischen Referenzstation und GPS-Empfänger DGPS-System mit einer stationären Referenzstation, deren Koordinaten exakt bekannt sind. Diese Referenzstation enthält einen GPS- Empfänger, der die Differenzen zwischen den gemessenen Distanzen zu den Satelliten und den tatsächlichen Sollwerten ermittelt. In einem solchen DGPS-System bildet die Referenzstation eine neue Referenzposition für einen bestimmten lokalen Bereich. 5

6 Die Differenzwerte werden je nach Dienst als Korrektursignale über UKW- Rundfunk oder Mobilfunk an die GPS-Benutzer im Umkreis übertragen, die diese decodieren und in ihrer Positionsberechnung berücksichtigen. Die DGPS- Korrektursignale werden nur alle Prinzip des DGPS paar Sekunden übertragen, bei hochgenauen Anwendungen mehrmals in einer Sekunde. Neben den terrestrischen Funkdiensten gibt es auch satellitengestützte Systeme wie Egnos und WAAS. Die Genauigkeit des DGPS-Korrektursignals hängt von dem Abstand zwischen der Referenzstation und dem GPS-Empfänger ab, der sich beispielsweise in einem Auto befindet. 6

7 Die Genauigkeit wird umso besser, je näher der GPS-Empfänger an der Referenzstation ist. DOP, dilution of precision Die Dilution of Precision (DOP) ist die Ungenauigkeit in der Satelliten-Navigation. Sie kann verschiedene Ursachen haben, die in der geometrischen Positionsbestimmung liegen. In der Satelliten-Navigation unterscheidet man zwischen verschiedenen Standardabweichungen wie der GDOP (Geometric), HDOP (Horizontal), PDOP (Position), VDOP (Vertical), TDOP (Time) und RDOP (Relative). drms, distance root mean square Zur besseren Bestimmung der Positionsgenauigkeit von Navigations-Satelliten wird der quadratische Mittelwert, die Distance Root Mean Square (drms), gebildet. Es handelt sich dabei um den quadratischen Mittelwert der Abweichung der Entfernung zwischen den richtigen und den über mehrere Messungen ermittelten Wert. Beim GPS-System werden meist zwei drms-werte verwendet, die in einem Kreis liegen, der mit bestimmten Abweichungen gekennzeichnet ist und 95 % aller Messwerte repräsentiert. EGNOS, European geostationary overlay service EGNOS-System EGNOS (European Geostationary Overlay Service) ist ein von den Europäern initiiertes Navigationssystem mit dem die Ortungsgenauigkeit des GPS-Systems auf weinige Meter erhöht wird. Das Egnos-System arbeitet mit drei geostationären Satelliten, die, ebenso wie die 34 Empfangsstationen, den so genannten Ranging and Integrity Monitor Station (RIMS), Korrektursignale für den GPS-Empfang errechnen. Diese Korrektursignale beziehen sich auf die Schwankungen in den GPS-Satellitenbahnen und Störungen der Ionosphäre, die die Ortungsgenauigkeit beeinträchtigen. Die berechneten Korrektursignale werden von GEO- Satelliten wie Inmarsat auf der GPS-Frequenz L1 mit 1.575,42 MHz abgestrahlt. Das von den Europäern entwickelte und von der European Space Agency (ESA) betriebene 7

8 Egnos-System gehört zu den SBAS-Systemen und ist vergleichbar dem von den Amerikanern entwickelten WAAS-System und dem von den Asiaten entwickelten MSAS-System. Die drei geostationären Satelliten des Egnos-Systems, Inmarsat AOR-E, Artemis und Inmarsat IOR-W, sind auf den Längsgraden 15,5 West, 21,3 East und 65,5 East positioniert und decken den europäischen und afrikanischen Kontinent ab. Die Egnos-Signale können mit entsprechenden Empfängern in der Luft, auf dem Land und zu Wasser empfangen und zivil genutzt werden. Die Ortungsgenauigkeit liegt bei etwa 1 m bis 3 m im Gegensatz zur GPS-Genauigkeit von etwa 15 m. Ephemeride ephemeris Ephemeride sind vorher berechnete Positionsdaten von astronomischen Himmelskörpern und Satelliten. In der Satelliten-Navigation werden nicht nur die aktuellen Positionsdaten der Satelliten und die der Satellitenbahnen übertragen, sondern auch Vorhersagedaten über die zukünftigen Satellitenpositionen. Diese Positions-Vorhersagedaten über die genaue Satellitenposition zu einem bestimmten Zeitpunkt nennt man Ephemeride. Sie werden u.a. als Steuersignale für die präzise Steuerung von großen Satellitenantennen benutzt. Außerdem im GPS-System und bei MEO- und LEO-Satelliten mit relativ schnellen Umlaufbahnen. Galileo Das von der Europäischen Union (EU) initiierte Satelliten-Navigationssystem Galileo ist das Pendant zum US-amerikanischen Global Positioning System (GPS). Es wird von der europäischen Raumfahrtagentur ESA geleitet und soll 2013 in Betrieb gehen. Galileo ist genauer als das GPS-System und zielt primär auf zivile Anwendungen ab, außerdem stellt es mehr Dienste zur Verfügung. Entsprechend den vielseitigen Einsatzgebieten, bietet Galileo fünf unterschiedliche Dienste: den Basisdienst, den kommerziellen, 8

9 sicherheitskritischen und den öffentlich regulierten Dienst sowie den Such- und Rettungsdienst. - Der offene Dienst oder Basisdienst (OS) übermittelt Zeit- und Positionssignale mit einer Genauigkeit von 15 m. Dieser kostenlose Dienst kann Dienste des Galileo-Navigationssystems beispielsweise für Fahrzeugleitsysteme eingesetzt werden. - Im kommerziellen Dienst, dem Commercial Service (CS), der sich durch eine Genauigkeit von etwa 1 m auszeichnet, wird der Empfang auch in Schattenbereichen von Gebäuden oder 9

10 Bergen garantiert. - Der sicherheitskritische Dienst (SoL) ist speziell für die Funktionsüberwachung von Luft-, Schienen- und Schiffsverkehr gedacht. - Beim öffentlich regulierten Dienst, dem Public Regulated Service (PRS), der eine lokale Auflösung von 1 m hat und eine Verfügbarkeit von bis zu 99,9 %, werden die Signale verschlüsselt und sind gegen Störungen gesichert. Dieser Dienst ist für öffentliche Sicherheitseinrichtungen wie Polizei, Grenzschutz und Militär vorgesehen. - Der Such- und Rettungsdienst (SAR) ist für Rettungseinsätze vorgesehen, bei denen die Signale der Hilfesuchenden als Koordinaten an die Rettungsdienste übermittelt werden. Galileo arbeitet mit 30 MEO-Satelliten, von denen 3 als Reserve-Satelliten dienen, die auf drei kreisförmigen Satellitenbahnen in einer Höhe von km die Erde umkreisen. Galileo sendet zehn Navigationssignale in drei Frequenzbändern. - Band 1 für das Downlink liegt zwischen 1,164 GHz und 1,215 GHz, - Band 2 zwischen 1,260 GHz und 1,300 GHz und - Band 3 zwischen 1,559 GHz und 1,593 GHz. Kenndaten von Galileo Die Frequenzbänder wurden von der 10

11 ITU festgelegt. Das unterste Frequenzband ist den Radio Navigation Satellite Services (RNSS) zugeordnet. Die Datenraten sind dienst- und modulationsabhängig und liegen zwischen 50 bit/s und maximal bit/s beim kommerziellen Dienst mit BPSK. Außerdem ist Galileo interoperabel zum GPS-System und Glonass, wodurch auch bei ungünstigsten Galileo-Empfangsbedingungen immer noch genügend Navigationssignale von den beiden anderen Navigationssystemen empfangen werden können. GLONASS, global navigation satellite system GLONASS (Global Navigation Satellite System) ist das russische Satelliten-Navigationssystem, das Pendant zu Galileo und dem Global Positioning System (GPS). Mit der Installation im Weltraum wurde bereits 1982 begonnen, allerdings wurde die geplante Konstellation mit 24 Satelliten, die in drei Orbitalbahnen die Erde umkreisen, bis zum heutigen Tag nicht erreicht. Stattdessen arbeitet Glonass im Jahre 2006 nur mit 12 Satelliten. Die Höhe der Umlaufbahnen liegt bei km, der Neigungswinkel zum Äquator 64,8, die Umlaufzeit liegt bei 11 Stunden und 15,8 Minuten. Jeder Satellit sendet auf den Sendefrequenzen 1,602 GHz und 1,246 GHz. Als Dienste werden wie beim GPS-System ein allgemein nutzbarer Dienst mit geringer Auflösung und C/A-Code angeboten, aber auch ein hochauflösender Dienst mit P-Code. GNSS, global navigation satellite system Globale Satelliten-Navigationssysteme (GNSS) dienen der weltweiten Ortung, der Koordinaten- und der Zeitübermittlung. Sie werden in kommerziellen Bereichen in der Luftund Schifffahrt aber auch im Auto- und Schienenverkehr eingesetzt. Sie werden von der Polizei, dem Grenzschutz, Zoll und dem Militär benutzt, ebenso wie von Such- und Rettungsdiensten. Weltweit gibt es das US-amerikanische Global Positioning System, das primär für 11

12 Militäraufgaben konzipiert wurde und mit einer verringerten Auflösung auch für zivile Zwecke genutzt wird. Daneben platziert sich das von der Europäischen Union initiierte Satelliten- Navigationssystem Galileo, das im Jahre 2008 betriebsbereit sein soll und in seinen Anwendungsmöglichkeiten weiter gefasst ist als das GPS-System. GNSS wird im deutschen Mauterhebungssystem eingesetzt und ist integraler Bestandteil der On-Board-Units (OBU). GPS, global positioning system GPS-System Das GPS-System ist ein weltumspannendes US-amerikanisches Satelliten-Navigationssystem zur hochgenauen Ortung, Navigation und Zeitverteilung. Das Global Positioning System (GPS), der eigentliche Name ist NAVSTAR, arbeitete seit Beginn mit 24 umlaufenden Satelliten (21 Betriebs- und 3 Ersatzsatelliten) auf 6 Umlaufbahnen in km Höhe. Inzwischen sind 29 GPS-Satelliten aktiv. Die Umlaufbahnen sind oberhalb der MEO-Satelliten positioniert, und zwar so, dass an allen Punkten der Erdoberfläche gleichzeitig vier Satelliten empfangen werden können. Ausgestattet sind die GPS-Satelliten mit mehreren Caesium- oder Rubidium- Normalen, die eine konstante Zeit mit einer Langzeitkonstanz von 10exp-13 erzeugen. Aus der Grundfrequenz der Atomfrequenznormale von 10,23 MHz werden alle benötigten Frequenzen abgeleitet. Die beiden Sender der GPS-Satelliten arbeiten in Spreizbandtechnik und senden auf den GPS- Frequenzen von 1,57542 GHz und 1,2276 GHz. Die Abstrahlleistung der GPS-Satelliten beträgt lediglich 50 W, was ursächlich für die geringe Datenrate von 50 bit/s verantwortlich ist. Die GPS-Signale werden in Phasenmodulation moduliert. Die GPS-Positionsbestimmung kann mit zwei GPS-Satelliten erfolgen, wenn es sich um Ortungen auf Meereshöhe handelt. Wenn bei der Ortung allerdings auch die Höhenangabe berücksichtigt wird, werden die GPS-Frames von mindestens drei GPS-Satelliten benötigt. 12

13 Die Genauigkeit der Ortung ist abhängig vom geschalteten Service ab und vom Abweichungsfehler, der durch die Satellitenstellungen und die Störeinflüsse durch die Ionosphäre bedingt ist. Die Verschlechterung der Genauigkeit wird als Dilution of Precision (DOP) bezeichnet. Es gibt zwei Auflösungsservices: den Precision Positioning Service (PPS) für autorisierte Institutionen, vorwiegend US-Militär, und den Standard Positioning Service (SPS) für die zivile Nutzung. Die Genauigkeit liegt nach der Aufhebung der Selective Availability (SA) im Jahre 2000 für zivile Nutzung bei etwa +/-15 m, vorher lag sie bei etwa 100 m, bei militärischen Anwendungen unter Benutzung des P-Codes liegt er unterhalb von einem Meter. Die Höhengenauigkeit liegt für private Nutzung bei 20 m und die Zeitgenauigkeit bei ca. 60 ns. Es gibt verschiedene Verfahren mit denen die Genauigkeit des GPS-Systems für zivile Nutzung erhöht werden kann. Zu diesen Systemen, die man SBAS-Systeme nennt und die mit Korrektursignalen arbeiten, gehören WAAS, EGNOS und MSAS. Außerdem gibt es mit DGPS ein Verfahren, das über Differenzmessungen der Laufzeiten das örtliche Auflösungsvermögen auf wenige Meter Spezifikationen des GPS-Systems erhöht. 13

14 Das von der Europäischen Union initiierte strategische Konkurrenzsystem ist Galileo; das von der damaligen UDSSR entwickelte System heißt Glonass. GPS-Frame GPS frame Der GPS-Datenrahmen besteht aus mehreren Frames, die kontinuierlich gesendet werden und die Korrekturdaten für die Empfänger-Zeitreferenz, die Bahndaten, Korrekturdaten und das Almanach. Der gesamte GPS-Datenrahmen besteht aus mehreren Subframes, die jeder für sich aus 10 Datenwörtern bestehen. Ein solches Datenwort umfasst 30 Bit und dauert bei einer Datenrate von 50 bit/s 0,6 s. Daraus folgt die Länge eines Subframes mit 300 Bit und einer GPS-Datenrahmen 14

15 Übertragungsdauer von 6 s. Das Frame selbst besteht wiederum aus 5 Subframes und dauert 30 s. Und das gesamte GPS-Datensignal besteht wiederum aus 25 Frames, Bit und benötigt bei der niedrigen Übertragungsrate von 50 bit/s eine Übertragungszeit von 12,5 Minuten. Zur GPS-Positionsbestimmung wird die Impulsfolge der empfangenen GPS-Frames grafisch dargestellt und auf dem Display des GPS-Empfängers durch Verschiebung zur Deckung gebracht. Die Verschiebung dieser Impulsfolge ist ein Maß für die Signallaufzeiten und die Satellitenpositionen im Verhältnis zum GPS-Empfänger. Über diese Signallaufzeiten errechnet der GPS-Empfänger den genauen Standort, der gespeichert und fortlaufend aktualisiert wird. GPS-Frequenz GPS frequency Das Global Positioning System (GPS) arbeitet mit drei verschiedenen Frequenzen: den Trägerfrequenzen für die GPS-Signale und der von den Atomfrequenznormalen abgeleiteten Frequenz von 10,23 MHz, von der alle internen Frequenzen abgeleitet werden. Es gibt zwei GPS-Trägerfrequenzen von 1.575,42 MHz und 1.227,6 MHz, beide liegen im L- Band und werden mit L1 und L2 bezeichnet. Das L-Band wurde für die Navigations-Satelliten ausgewählt weil die Übertragung ohne Parabolantennen erfolgen kann und die Beeinträchtigungen der Übertragung durch ionosphärische Störungen geringer sind als in anderen Frequenzbereichen. Hinzu kommt, dass die Wellenabsorption durch Wettereinflüsse nicht beeinträchtigt wird. Die GPS-Trägerfrequenz L1 mit 1,57542 GHz hat eine Wellenlänge von 19,05 cm und überträgt die zivil nutzbaren GPS-Frames. L2 mit 1,2276 GHz und einer Wellenlänge von 24,45 cm ist für militärische Nutzung. Die GPS-Trägerfrequenzen werden mit Navigationsdaten und Codes für die Auflösungsgenauigkeit, dem C/A-Code und dem P-Code in Phasenmodulation moduliert. 15

16 GPS-Logger GPS-Logger sind kleine, batteriebetriebene Geräte, die bei Fahrten, Touren, Sportaktivitäten und Wanderungen mitgenommen werden können und die die geografische Positionen der Routen ermitteln und speichern. Die so gespeicherten Routen können auf Personal Computern, Notebooks oder PDAs herunter geladen und für die Nachbearbeitung der Wanderung benutzt oder in Landkarten von Google- Maps eintragen werden. Aus den gespeicherten Daten können Routenprofile mit Strecken- und Höhenangaben aber auch GPS-Logger, Foto: xcshop.de Bewegungsdaten und Geschwindigkeiten errechnet werden. Ein GPS-Logger ermittelt in regelmäßigen Zeitabständen die Position des Benutzers aus den Positionssignalen des GPS-Systems und speichert diese zusammen mit der exakten Uhrzeit. Ein solcher Datenlogger ist batteriebetrieben, seine Batterienutzungsdauer hängt nicht zuletzt davon ab, wie oft die Positionsdaten erfasst und gespeichert werden. Die Speichergröße ist so bemessen, dass und mehr Tracks aufgezeichnet werden können, was für einen mehrwöchigen Urlaub ausreicht, wenn alle zehn Sekunden eine Positionsbestimmung vorgenommen wird. GPS-Positionsbestimmung GPS positioning Um die exakte Position eines Empfängers mit der Satelliten-Navigation bestimmen zu können, werden die GPS-Frames von mindestens zwei Satelliten benötigt. Man spricht in diesem Fall von einem zweidimensionalen Modell, das keine Höhenangabe berücksichtigt und die GPS- 16

17 Empfangseinrichtung so behandelt, als ob sie sich auf Meereshöhe befindet. Für Ortungen mit Höhenermittlung sind die GPS-Signale von mindestens drei Satelliten erforderlich. Es handelt sich dabei um ein dreidimensionales Modell. Generell wird die Position aus den Signallaufzeiten und den Satellitenpositionen zu der GPS- Empfangsstation berechnet. Die Navigations-Satelliten senden kontinuierlich Signale aus, aus denen die Satellitenposition, die Satellitenbahndaten und vor allem der Zeitpunkt der Aussendung des GPS-Signals hervorgehen. Der GPS- Empfänger vergleicht den Zeitpunkt der Aussendung mit seiner eigenen Zeitreferenz und ermittelt aus der Zeitdifferenz die Entfernung des Satelliten. Die errechnete Abweichung von der tatsächlichen Position ist durch die Genauigkeit der eigenen Zeitreferenz gegeben. Das bedeutet, dass je genauer die Zeitreferenz des GPS-Empfängers ist, desto genauer ist die Positionsbestimmung. Ein Zeitfehler von 500 ns ergibt einen Positionsbestimmung mit zwei Satelliten Ortungsfehler von 150 m. Da man 17

18 die Zeitreferenz des Empfängers aber aus Kostengründen nicht beliebig steigern kann, wird die Ortsgenauigkeit über den bekannten Abstand zwischen den Satelliten errechnet. Bei zwei empfangenen Satellitensignalen kann der GPS-Empfänger anhand der beiden Satellitenentfernungen und der Satellitenpositionen seine Position bestimmen, allerdings bezogen auf Meereshöhe. Unter Berücksichtigung der Höhenberechnung und der Ungenauigkeit der GPS-Empfänger- Zeitreferenz kann mit drei Satelliten eine exakte Ortsbestimmung vorgenommen werden. Jam-Signal Beim GPS-System gibt es den Begriff des Jammen. Ein GPS-Jammer ist ein Störsender, der in einem bestimmten regionalen Umkreis den GPS-Empfang verhindert. Störsender mit einer Sendeleistung von einigen Watt können dabei den Empfang im Umkreis von hundert und mehr Kilometer beeinträchtigen oder verhindern. MSAS, multi-functional satellite augmentation system MSAS-System Das MSAS-System (Multi-functional Satellite Augmentation System) ist ein von Japan und einigen asiatischen Ländern entwickeltes Navigationssystem, mit dem die Ortungsgenauigkeit des GPS-Systems erhöht wird. MSAS ist vergleichbar und kompatibel zu dem europäischen EGNOS-System und dem amerikanischen WAAS-System. Es arbeitet wie diese mit Korrektursignalen, die die Fehler in den Satellitenbahnen und durch ionosphärische Störungen bedingte Fehler in Korrektursignale umrechnet und diese zu den entsprechenden GPS- Empfängern überträgt. Die Ermittlung der Korrektursignale erfolgt über mehrere geostationäre Satelliten und viele Empfangsstationen, den so genannten Ranging and Integrity Monitor Station (RIMS). Die Ortungsgenauigkeit des GPS-Systems wird durch das MSAS-System um etwa Faktor 10 auf einige wenige Meter erhöht. Diese Ortungsgenauigkeit wird vor allem in der Flugsicherung 18

19 beim Landeanflug und schlechter Sicht benötigt, da die GPS-Genauigkeit für diese Anwendungen nicht ausreicht. Navigation NAV, navigation Navigation ist die Wegbestimmung von einem Ort zu einem Zielort. Solche netzspezifische Services werden von der Satelliten-Navigation unterstützt sowie in manchen Mobilfunknetzen angeboten und auf das Display des Handys eingeblendet. Darüber hinaus unterstützt die Navigation Flottenmanagement-Systeme von Spediteuren. Die Positionsbestimmung des Mobilfunkteilnehmers dient aber auch dazu dem Handy-Benutzer ortsbezogene Dienste (LBS) zu offerieren (Kino, Restaurants, Museen) und im Notfall den Standort für Rettungsmaßnahmen zu ermitteln. Navigationsgerät PND, portable navigation device Ein Navigationsgerät (PND) ist ein kleiner handlicher GPS-Empfänger für die Ortung und Navigation. Diese kompakten Navigationsgeräte arbeiten mit GPS-System und Satelliten- Navigation. Es gibt sie als funktional eigenständige Geräte für die Ortung, Navigation, Routenplanung und -berechnung. Die Routenberechnung kann dabei auf Basis der kürzesten oder der schnellsten Route erfolgen, die Routenführung erfolgt visuell auf dem Display und sprachlich, durch Streckenhinweise, bis hin zu Hinweisen auf Geschwindigkeitsbeschränkungen. Die Routeneingabe erfolgt auf dem Display, einem Touchscreen, auf das die Bedienerführung eingeblendet und mit den Fingern aktiviert wird. Die Menüführung reicht bis zur Einblendung des Alphabets, über das die Orts- und Straßennamen eingegeben werden können. Für die Darstellung haben Navigationsgeräte ein mehr oder weniger großes Display mit Auflösungen in QVGA oder höher, auf dem das Kartenmaterial zwei- oder pseudodreidimensional dargestellt wird. Die Time To First Fix (TTFF), das ist die Zeit für die erste 19

20 Positionsbestimmung, liegt je nachdem in welchem Betriebszustand sich das Navigationsgerät befindet zwischen einige wenigen Sekunden und ca. einer Minute. Die Ortungsgenauigkeit ist abhängig vom GPS- System und beträgt etwa 5 m. Die Aktualisierung der Kartensoftware kann über Downloads vom Personal Computer aus erfolgen oder auch über das Smartphone. Darüber hinaus besitzen sie einen relativ großen Arbeitsspeicher und einige Funktionsund Steuerungstasten. Navigationsgerät von TOMTOM Je nach Konzept und Ausstattung können PNDs in der Automotive-Technik eingesetzt werden und Staumeldungen oder Umleitungen vom digitalen Verkehrsfunk (TMC) herunterladen und in die Routenplanung einfließen lassen. Neben den reinen Navigationsgeräten gibt es handliche PDAs und Smartphones, in denen die entsprechenden Navigations- und Routenfunktionen integriert sind. Die Weiterentwicklung der klassischen Navigationsgeräte berücksichtigt ortsbezogene Informationen von Sehenswürdigkeiten und Bauwerken. Diese Informationen werden aus einer Bibliothek abgerufen und als Markierungen in die Straßenkarten eingeblendet. Auf die Kultur und Geschichte dieser Sehenswürdigkeiten wird sprachlich und textlich eingegangen. Navigationssystem navigation system Navigationssysteme dienen der geografischen Ortsbestimmung, einschließlich der Höhe, und können aus den ermittelten Daten der Längen- und Breitenkoordinaten, der Höhe und die 20

21 Geschwindigkeit, den Kurs die zurückgelegte Strecke, die Restdistanz bis zum Ziel und andere Navigationsdaten errechnen. In der Automotive-Technik unterstützen Navigationssysteme den Autofahrer bei der Routenauswahl. Der Fahrer gibt sein Reiseziel d.h. den Zielort in das Navigationssystem ein, das daraufhin den Routenplan entwirft. Die meisten Navigationsgeräte stützen sich dabei auf die Satelliten-Navigation, die mit dem GPS-System oder Egnos arbeitet, später dann auch mit Galileo. Ein allein auf die Satelliten-Navigation gestütztes Navigationssystem kann eine statische Routenplanung ausführen, aber keine kurzfristigen Routenanpassungen an aktuelle Verkehrssituationen vornehmen. Daher verarbeiten solche Systeme auch Informationen aus dem digitalen Verkehrsfunk (TMC) oder TPEG. Somit können Informationen über vorhandene Straßenengpässe, die beispielsweise durch Baustellen bedingt sind, aber auch kurzfristig auftretende Verkehrsstaus in die alternative Routenplanung einfließen. NAVSTAR, navigation satellite timing and ranging Navstar ist das US-amerikanische Bezeichnung für die Konstellation des GPS-Systems. Aus der Bezeichnung geht hervor, dass die Navigationssatelliten für die Zeit und die Ortung bestimmt sind. Das Navstar-System besteht aus 24 Satelliten, die in 6 Orbits die Erde umkreisen. Offener Dienst OS, open service Die Satelliten-Navigationssysteme Galileo, Glonass und das GPS-System stellen verschiedene Dienste mit niedriger und höherer Positionsgenauigkeit zur Verfügung. Der offene Dienst (OS) ist beim GPS-System und bei Galileo der Basisdienst, der kostenlos genutzt werden kann. Die Positionsauflösung des OS-Dienstes liegt in der Horizontalen bei 15 m in der Vertikalen bei 35 m und wird mit einem Einfrequenz-Empfänger empfangen. Die Positionsgenauigkeit kann durch den Einsatz von Zweifrequenz-Empfängern auf 4 m erhöht 21

22 werden. Die Sendefrequenz beträgt 1.575,42 MHz und ist bei den beiden genannten Systemen gleich. Dieser Dienst ist in seiner Verfügbarkeit nicht garantiert. Ortung locating Ortung ist die Bestimmung eines geografischen Standortes. Sie kann mittels Satelliten- Navigation erfolgen wie beim GPS-System, über vorhandene Mobilfunknetze oder über WLANs. Die Ortung kann sich gleichermaßen auf Personen oder auf bewegte und statische Objekte beziehen, so kann es in der Patientenüberwachung zum Auffinden von geistig verwirrten Personen eingesetzt werden oder im offenen Strafvollzug. Ebenso ist die Lokalisierung von Schiffen und Fahrzeugen möglich, die Positionsbestimmung von Containern in einem Containerhafen, oder von Geräten innerhalb eines Unternehmens. Da die Ortung sowohl für statische als auch für bewegte Objekte eingesetzt wird, ist der Übergang zum Tracking, dem Verfolgen, fließend. Bei der satellitengestützten Ortung gibt es diverse Verfahren mit denen die Ortungsgenauigkeit des GPS-Systems erhöht wurde. Zu nennen sind u.a. WAAS, EGNOS, MSAS, AGPS und DGPS. Bei den funkgestützten Systemen ist die Ortungsgenauigkeit dagegen eingeschränkt. Die meisten Ortungsmaßnahmen zielen darauf ab dem Mobilfunkteilnehmer weitere regionale Services anbieten zu können wie Location Based Services (LBS). Darüber hinaus ist die Ortung aber auch im Falle eines Notrufs von Interesse um einen Kranken ohne dessen Hilfe ausfindig machen zu können. Ein weiteres Einsatzgebiet sind Flottenmanagement-Systeme (FMS) von LKW-Fuhrparks. Die Mobilfunknetz-abhängigen Ortungsverfahren bestimmen aus den Informationen des Standort- und des Besucherverzeichnisses die Position oder aber über die Feldstärke. Die 22

23 Verschiedene Ortungstechniken mit satelliten- und mobilfunkgestützter Ortung und der Ortung über WLANs erstgenannte Technik ist relativ ungenau und abhängig von der Größe der Funkzelle. Sie liegt bei GSM im städtischen Bereich bei ca. 100 m, bei größeren Funkzellen auf dem Land bei ca. 500 m bis 800 m. Das von der Federal Communications Commission (FCC) unterstützte Ortungskonzept setzt voraus, dass die netzgestützte Ortung innerhalb festgelegter Fehlergrenzen erfolgt, damit sie auch für Notrufe eingesetzt werden kann. Zu diesem Zweck wird für die Ortung die Laufzeit zwischen den Signalen von mindestens drei benachbarten Basisstationen im Handy erfasst und an die Basisstation gesendet. Dieses Verfahren nennt sich Enhanced Observed Time Difference (E-OTD) und erhöht die Ortungsgenauigkeit 23

24 beträchtlich. E-OTD wird in Verbindung mit General Packet Radio Service (GPRS) eingesetzt, damit die Mobilfunkteilnehmer immer mit den Basisstationen verbunden sind. Neben E-OTD bietet bereits UMTS eine wesentliche Verbesserung der Ortungsgenauigkeit auf 30 m bis 50 m, da die Funkzellen kleiner sind. Eines der einfacheren Verfahren für die Ortung ist das der Received Signal Strength (RSS), das die Feldstärke misst. Da die Feldstärke einer elektromagnetischen Welle bei isotroper Abstrahlung mit dem Quadrat der Entfernung vom Sender abnimmt, können aus der gemessenen Feldstärke Rückschlüsse auf die Entfernung zwischen Empfänger und Sender gezogen werden. Die ermittelte Feldstärke sagt lediglich etwas aus über die Entfernung nichts dagegen über den Winkel. Erst wenn dieses Verfahren die Feldstärke von mehreren Basisstationen misst, kann aus der Laufzeit, der Time Difference of Arrival (TDOA), und der Empfangsfeldstärke der Received Signal Strength Indicator (RSSI) und daraus der Standort ermittelt werden. Anstelle der Feldstärke werden beim AOA-Verfahren, Angle of Arrival, die Laufzeit- bzw. Phasenunterschiede ermittelt und daraus der Winkel abgeleitet, aus dem die Reflexion kommt. Bei WLANs gibt es darüber hinaus das WLAN Positioning System (WPS), das außerhalb und innerhalb von Gebäuden arbeitet und als Referenzdaten die Position der Zugangspunkte (AP) benutzt. Außerhalb von Gebäuden erreichen WPS-Systeme Ortsgenauigkeiten zwischen 10 m bis 20 m, innerhalb liegt die Ortungsgenauigkeit bei etwa 3 m. P-Code precision code Der P-Code ist der Präzisionscode des GPS-Systems, der für militärische Anwendungen genutzt wird und gegenüber dem zivil genutzten C/A-Code eine um eine Zehnerpotenz höhere Auflösung aufweist. Diese erreicht eine Ortungsgenauigkeit von unter 2 m. Daher auch die Bezeichnung P-Code, was für Precision steht. 24

25 Der P-Code wird aus der Referenzfrequenz der Atomfrequenznormale von 10,23 MHz abgeleitet und auf beiden GPS-Frequenzen übertragen. Zur Verringerung der Störbeeinträchtigung erfolgt die Übertragung in Spreizbandtechnik mit einer Bandbreite von 20 MHz. Da der P-Code vorwiegend für militärische Anwendungen genutzt wird, wird er manipulationssicher verschlüsselt und ausschließlich als verschlüsselter Y-Code übertragen. PDOP, position dilution of precision Position Dilution of Precision (PDOP) ist ein dimensionsloser Wert, der die Positionsgenauigkeit bei der Satelliten-Navigation anzeigt. Diese hängt unmittelbar von den Satellitenpositionen im Weltraum und von der Stellung der Satelliten zueinander ab. Weichen beispielsweise die Winkel der einzelnen Satelliten zur Empfangsposition nicht wesentlich voneinander ab, dann ist die Positionsgenauigkeit gering, im Gegensatz dazu ist sie bei stark voneinander abweichenden PDOP in Abhängigkeit von der Satellitenposition Satellitenpositionen sehr 25

26 hoch. Sind die PDOP-Werte und damit die prozentuale Abweichung hoch, bedeutet dies, dass die Satelliten nahe beieinander stehen, sind sie gering ist die Genauigkeit höher, was darauf hindeutet, dass die Satelliten weit voneinander entfernt stehen. PNA, personal navigator assistent Ein Personal Navigator Assistent (PNA) ist nichts anderes als ein einfach zu bedienender Personal Digital Assistent (PDA) mit eingeschränkten, auf die Navigation bezogene Funktionen, bei dem auf die standardmäßigen Organizer-Funktionen von PDAs verzichtet wird. Solche PNAs sind für die Navigation von Verkehrsteilnehmern von besonderem Interesse, aber ebenso auch für rein private Anwendungen. Die Navigation der PNAs basiert auf dem GPS- System mit Unterstützung von Kartenmaterial, das bereits bei der Produktion installiert wurde. Das Kartenmaterial kann aber auch auf Speicherkarten mitgeliefert und in den PNA eingelesen werden. Die Aktualisierung der Landkarten kann über ein Download erfolgen. Es gibt auch PNAs, die auf aktuelle Verkehrssituationen, Staus oder Baustellen hinweisen. Diese PNAs beziehen ihre Informationen über den Radiotext (RDS) oder den digitalen Verkehrsfunk (TMC) und verarbeiten die Informationen direkt für die Routenplanung. PPS, precision positioning service Das GPS-System für die Satelliten-Navigation unterstützt mehrere Dienste, die sich in der Auflösung der Ortsgenauigkeit unterscheiden. Der Precision Positioning Service (PPS) ist der GPS-Dienst, der nur von autorisierten Institutionen benutzt werden darf, vorwiegend vom US- Militär. Der PPS-Service wird durch den P-Code realisiert und hat eine Ortsauflösung unterhalb von einem Meter. QZSS, quasi zenith satellite system Das in Japan entwickelte QZSS-System (Quasi Zenith Satellite System) bietet Dienste, die den europäischen Location Based Services (LBS) entsprechen. Darüber hinaus werden über das 26

27 QZSS-System auch Navigationsdaten für die Automotive-Technik übertragen. Diese Navigationsdaten dienen der exakten Ortsbestimmung und der Verbesserung der Verkehrssicherheit. Mit dem QZSS-System soll die Verfügbarkeit des GPS-Systems in den Straßenschluchten verbessert werden. Zu diesem Zweck arbeitet das QZSS-System mit drei Satelliten von denen jeder für acht Stunden im Zenith über Japan steht und in den engen Straßenschluchten Sprachkanäle bereitstellt, Nachrichten im Broadcast überträgt und GPS-Zusatzsignale bereitstellt. Teilnehmer dieses Dienstes sind über einen Mobilfunkdienst im Notfall direkt mit der Zentrale verbunden und können aus den Ortungsdaten die Position bestimmen. RIMS, ranging and integrity monitor station Bei den navigationsbasierten Satelliten-Systemen mit denen die Ortungsgenauigkeit erhöht wird, dem WAAS-System der Amerikaner, dem EGNOS-System der Europäer und dem MSAS- System der Asiaten, werden mehrere geostationäre Satelliten und diverse Empfangsstationen auf dem Boden für die Berechnung der Korrektursignale benutzt. Die Empfangsstationen werden auch als Ranging and Integrity Monitor Station (RIMS) bezeichnet. Um eine exakte Korrektursignalberechnung durchführen zu können, muss die Position der RIMS auf wenige Zentimeter genau bekannt sein. Egnos verwendet beispielsweise 34 RIMS, WAAS hingegen 25. Die Empfangsstationen empfangen die Navigationssignale der Navigations-Satelliten des GPS- Systems, von Glonass und Galileo. Anhand der exakten Position und dem empfangenen Ortungssignal errechnet die Empfangsstation aus der Differenz ein Korrektursignal. Darüber hinaus errechnet die Empfangsstation die aus der Signalverzögerung beider GPS-Frequenzen die Fehler durch ionosphärische Störungen. 27

28 Die Korrekturdaten aller RIMS werden im zentralen Rechenzentrum zu verschiedenen Kurz- und Langzeitfehler berechnet. RINEX, receiver independent exchange Receiver Independent Exchange (RINEX) ist ein Dateiformat, das in GPS-Systemen eingesetzt wird und den Datenaustausch zwischen verschiedenen GPS-Geräten ermöglicht. RINEX umfasst diverse Formate, Standardbefehle und Zeitangaben und unterstützt auch die Nachbearbeitung der Satelliten-Navigation. RNSS, radio navigation satellite service Radio Navigation Satellite Services (RNSS) sind Systeme und Dienste für die satellitengestützte Ortung, wie Global Positioning System (GPS), Galileo und Glonass. Für diese Ortungs- und Navigationssysteme stehen folgende Frequenzbänder zur Verfügung: für das Downlink 1,164 GHz bis 1,2215 GHz, 1,260 GHz bis 1,300 GHz und 5,010 GHz bis 5,030 GHz. Für das Uplink sind es die Frequenzbereiche 1,300 GHz bis 1,350 GHz und 5,000 GHz bis 5,010 GHz. SA, selective avaibility GPS-Systeme haben eine sehr hohe Ortsgenauigkeit. Diese konnte nur für militärische Anwendungen genutzt werden; bei der privaten Nutzung wurde die Ortsgenauigkeit eingeschränkt. Dies geschah mit der Selective Avaibility (SA), die das Auflösungsvermögen für die Ortsbestimmung bei der zivilen Nutzung auf ca. 100 m reduzierte. Diese bewusste Verschlechterung des Auflösungsvermögens wurde im Mai des Jahres 2000 von den Amerikanern aufgehoben. Das bedeutet allerdings nicht, dass der Privatanwender über die gleiche Ortsgenauigkeit verfügt, wie das US-Militär. Für den zivilen Nutzer ist die Auflösung in dem Standard Positioning Service (SPS) festgelegt und liegt bei ca. 10 m, das Militär hingegen arbeitet mit dem Precision Positioning System (PPS) mit Ortsauflösungen unterhalb von 1 m. 28

29 Satelliten-Navigation satellite navigation Satellitenbahnen und Satellitendienste Mit Satelliten-Navigationssystemen können exakte geografische Koordinaten, die Höhe und die Zeit bestimmt werden. Die exakte Positionsbestimmung eignet sich besonders für mobile Empfangseinrichtungen, so für Kraftfahrzeuge, Flugzeuge, Schiffe und Personen. Es gibt mehrere Satelliten- Navigationssysteme wie das USamerikanische GPS-System, das russische Glonass und das europäische Galileo, das sich in der Entwicklung befindet. Alle Satelliten-Navigationssysteme arbeiten mit erdumkreisenden Satelliten, deren Satellitenbahnen sich bei etwa km befinden. Da für die Navigation die Signale von mindestens drei Satelliten gleichzeitig empfangen werden müssen, kreisen in allen Satelliten- Navigationssystemen sechs oder 29

30 mehr Satelliten in mehreren Orbitebenen. Beim GPS-System sind es beispielsweise 21 aktive Satelliten auf sechs Umlaufbahnen. Die Satelliten-Navigation schließt die Zeitbestimmung und die Bewegung des Empfängers mit ein und kann in der Luft-, Land- und Seefahrtnavigation eingesetzt werden. Alle Satelliten-Navigationssysteme arbeiten mit der gleichen Technik. Aus den regelmäßig ausgesendeten Zeitsignalen kann über die Lichtgeschwindigkeit die Entfernung zwischen Empfänger und Satelliten bestimmt werden. Für die Bestimmung der geografischen Koordinaten reichen zwei Navigations-Satteliten, da aber die Höhe hinzukommt, benötigen die Systeme mindestens drei Satelliten. Das bekannteste Satelliten-Navigationssystem ist das GPS-System. Da es für die zivile Nutzung in seiner Ortsauflösung bewusst eingeschränkt ist, hat man speziell für die Flugsicherung und Flüge mit Sichtbeeinträchtigung Navigationssysteme entwickelt, mit denen die Ortsgenauigkeit aller Satelliten-Navigationssysteme um Faktor zehn erhöht werden kann. Diese System heißen SBAS-Systeme. Das für Nordamerika entwickelte System ist das WAAS- System, das europäische heißt EGNOS-System und das von asiatischen Staaten entwickelte MSAS-System. SBAS, satellite based augment system SBAS-System SBAS-Systeme (Satellite Based Augment System) sind satellitengestützte Navigationssysteme mit denen die Ortungs- und Navigationsgenauigkeit der bekannten Navigations-Satelliten, dem GPS-System, Glonass und Galileo, erhöht wird. Es gibt drei verschiedene, allerdings untereinander inkompatible Systeme das EGNOS-System der Europäer, das WAAS-System der Amerikaner und das MSAS-System der Asiaten. Alle drei Systeme verbessern die Ortungsgenauigkeit der Satelliten-Navigationssysteme um etwa Faktor zehn. Zur Erhöhung der Ortungsgenauigkeit benutzen die Systeme mehrere 30

31 geostationäre Satelliten und viele exakt positionierte Empfangsstationen, RIMS, über die Fehler in den Satellitenbahnen und Störungen durch die Ionosphäre in Korrektursignale umgerechnet werden, die die Positionsbestimmung durch das GPS-System oder die anderen System verbessern. Die erhöhte Ortsgenauigkeit wird in der Luftfahrttechnik, vor allem beim Landeanflug und bei schlechter Sicht benötigt. SPS, standard positioning service Das US-amerikanische Satelliten-Navigationssystem hat mehrere Dienste, die sich in der Auflösung der Ortsgenauigkeit unterscheiden. Der GPS-Dienst für die zivile Nutzung ist der Standard Positioning Service (SPS), der für die militärische Nutzung der Precision Positioning Service (PPS). Dieser SPS-Dienst kann von der Allgemeinheit kostenlos genutzt werden und hat eine Positionsgenauigkeit von +/-15 m. Er verwendet den C/A-Code. Bei dem SPS-Dienst besagt der quadratische Mittelwert für die Positionsgenauigkeit, der Distance Root Mean Square (drms), dass 95 % aller Messungen eine Positionsgenauigkeit von besser als 100 m haben. Tracking Während es bei der Ortung um die Positionsbestimmung von Personen, Objekten, Waren und Gütern geht, geht es beim Tracking und Tracing um das Auffinden und die Rückverfolgung von bewegten Gütern. So kann mit dem Tracking beispielsweise ein Schiffscontainer in einem Containerhafen oder ein Gerät innerhalb eines Unternehmens oder eines Krankenhauses geortet werden. Beim Tracking werden an die Ortsgenauigkeit vollkommen unterschiedliche Anforderungen gestellt, die unmittelbar mit der Größe der Objekte und der zu überwachenden Fläche zusammenhängen. Ein Seehafen stellt andere Anforderungen an die Infrastruktur und das Auffinden von Objekten als ein kleines Warenlager. 31

32 In dem hier behandelten Kontext geht es um Funktechniken mit deren Hilfe Produkte geortet werden können. Die Funktechnik setzt allerdings voraus, dass das gesuchte Objekt funktechnisch erfasst werden kann. Diese Forderung kann nur dann erfüllt werden, wenn das zu ortende Objekt ein funktechnisches Verhalten aufweist, also entweder ein GSM-Modul, einen eigenen Sender oder einen Resonanzkreis hat. Die Tracking-Technik kann mit einem GPS-System arbeiten, dessen Daten von einem GSM-Modul übertragen werden oder mit RFID- Tags, das sind kleine funktechnische Schaltkreise. Was die RFID-Technik betrifft, so können Geräte mit RFID-Tags ausgestattet sein oder ausgestattet werden. Mit dieser einfachen Ausstattung kann zumindest festgestellt werden, ob ein Objekt mit einem Tag eine Erfassungsschleuse passiert und damit seine bisherige Position verändert hat. Da die RFID-Tags nur in unmittelbarer Nähe zur Erfassungseinrichtung arbeitet, kommen bei größeren Entfernungen sogenannte WiFi-Tags zum Einsatz, da diese ausschließlich das ISM-Band bei 2,4 GHz benutzen in dem auch WLANs arbeiten. Die Positionsermittlung erfolgt über die Erfassung der Laufzeitunterschiede zwischen WiFi-Tag und den verschiedenen Zugangspunkten (AP). Dabei erhalten die bei den Access Points eintreffenden Signale einen Zeitstempel, der die Berechnungsgrundlage für die Position bildet. Die Positionsgenauigkeit ist abhängig von der Anzahl und der Entfernung der Access Points und liegt im Außenbereich bei rund drei Metern, im Innenbereich bei ca. einem Meter. Ein anderes Verfahren setzt auf die Empfangsfeldstärke und wertet diese aus: Received Signal Strength Indicator (RSSI). Darüber hinaus gibt es mit dem Echtzeit-Lokalisierungssystem (RTLS) eine Technik, die mit aktiven RFID-Tags arbeitet. TTFF, time to first fix Time to First Fix (TTFF) ist die Zeit, die ein GPS-Empfänger braucht, bis er nach dem Einschalten zum ersten mal seine Position bestimmen kann. Die Time to First Fix beträgt 32

33 normalerweise mehrere Minuten, kann aber durch AGPS auf 1 Sekunde verkürzt werden. Die Verkürzung der TTFF-Zeit ist besonders wichtig bei Notfallsituationen. Es gibt Verfahren mit denen die TTFF auf etwa 5 Sekunden gesenkt werden kann, ohne dass die Präzision in der Positionsbestimmung eingeschränkt wird. WAAS, wide area augmentation system WAAS-System Wide Area Augmentation System (WAAS) ist ein zusätzlicher satellitengestützter Navigationsdienst mit erhöhter Ortungsgenauigkeit. Die erhöhte Genauigkeit wird durch Korrektursignale von mehreren Empfangsstationen, den RIMS, und zusätzlichen geostationären Satelliten errechnet und den GPS-Empfängern, die diese Signale empfangen können, zur Verfügung gestellt. Die Korrektursignale beziehen sich im Wesentlichen auf Fehler in den Satellitenbahnen und solche, die durch ionosphärische Störungen verursacht werden. WAAS wurde von den Nordamerikanern entwickelt. Dagegen stehen die beiden anderen mit WAAS und untereinander kompatiblen Systeme der Europäer, EGNOS, und der Asiaten, MSAS. Der Empfang des WAAS-Signals ist nicht eingeschränkt; das WAAS-Signal kann auf Land, in der Luft und zu Wasser empfangen werden. Die Abdeckung ist im Gegensatz zu DGPS, das mit zusätzlichen terrestrischen Sendern arbeitet, flächendeckend. Die Ortungsgenauigkeit liegt beim WAAS-System bei 1 m bis 3 m. 33

34 Impressum GPS-System Urheber Klaus Lipinski Datacom-Buchverlag GmbH Dietersburg ISBN: Titel: GPS-System E-Book, Copyright 2011 Trotz sorgfältiger Recherche wird für die angegebenen Informationen keine Haftung übernommen. Dieses Werk ist unter einem Creative Commons Namensnennung-Keine kommerzielle Nutzung-Keine Bearbeitung 3.0 Deutschland Lizenzvertrag lizenziert. Erlaubt ist die nichtkommerzielle Verbreitung und Vervielfältigung ohne das Werk zu verändern und unter Nennung des Herausgebers. Sie dürfen dieses E-Book auf Ihrer Website einbinden, wenn ein Backlink auf gesetzt ist. Sie dürfen es nicht kopieren und ins Netz stellen. Layout & Gestaltung: Sebastian Schreiber Titel: Ayvengo - Fotolia.com Produktion: Weitere Informationen unter 34