¶ Global Navigation Satellite System/Globales Navigationssatellitensystem (GNSS)
Die Navigation über Navigationssysteme und Smartphones ist heutzutage nicht mehr wegzudenken. Im Straßenverkehr kann jede Adresse oder jeder Punkt auf einer Karte angesteuert werden, Schiffe und Flugzeuge übermitteln ihre genaue Position und navigieren über diese Hilfsmittel und Traktoren fahren autonom auf Feldern zur Arbeitserledigung. Doch was ist der Grundstein für diese Technik?
¶ Beschreibung
Navigationssysteme und Lenksysteme aller Art haben eins gemeinsam: Sie benötigen ein Satellitensignal zur Bestimmung ihrer Position auf der Erde/in der Luft. Ermöglicht wird dies über verschiedenste Satellitensysteme, wie NAVSTAR GPS (US-Amerikanisch), GLONASS (Russische Föderation), Galileo (Europäische Union) oder Beidou (Volksrepublik China). Diese Systeme bestehen aus mehreren Satelliten im Orbit, von denen zur Positionsbestimmung immer mindestens 4 (bei GPS 6) empfangen werden müssen. Die Genauigkeit steigt mit Anzahl der Signale.
Über Laufzeitmessungen des Signals vom Empfänger (Lenksystem) zum Sender (Satellit) kann die Position auf der Erde bestimmt werden. Die Zeit, welche das Signal vom Satelliten zur Erde benötigt, wird als Pseudorange bezeichnet. Über Trilateration (Entfernungsmessung zu drei Punkten) werden die Entfernungen der Satelliten bestimmt. Da Satelliten im All nicht stillstehen, verändert der Satellit seine Entfernung regelmäßig. Daher erfolgt die Bestimmung der Position anhand ausgesendeter Ephemeriden, welche einen individuellen Code (SVN-Code = Space Vehicle Number), die aktuelle Zeit und die Bahndaten enthalten. Diese Daten werden regelmäßig von Basisstationen an der Erde abgeglichen. [1] [2] [5] [6]
Die Atmosphäre, sprich Troposphäre und besonders die Ionosphäre verfälschen die Laufzeit. Dabei ist der Fehler durch die Ionosphäre frequenzabhängig. Nur Zweifrequenzempfänger können diese Abweichung ermitteln und reduzieren, Einfrequenzempfänger bieten diese Möglichkeit nicht.
Zudem gleichen die Systeme die Uhrzeit ab. Die Uhrzeit des Endgerätes ist dabei nicht exakt gleich mit der Uhrzeit der Satelliten, welche auf Atomuhren zugreifen. Um eine Genauigkeit von ein paar Metern zu erreichen, bedarf es einer nanosekundengenauen Zeitmessung, was durch die Störfaktoren zu erheblichen Abweichungen von der richtigen Koordinate führt. Daher ermittelt der Empfänger den Uhrenfehler und berechnet diesen in die Laufzeit als Korrektur ein. [5]
Da bei verschiedenen Anwendungsfällen z. B. Aussaat auf landwirtschaftlich genutzten Flächen Genauigkeiten im Zentimeterbereich gefordert sind, existieren verschiedene Korrekturmöglichkeiten zur Verbesserung der Genauigkeit (Empfangsstationen und Satellitensysteme), sogenannte Korrektursignale (Beispiel: EGNOS oder RTK) [3].
Für den Empfang dieser Korrekturen sowie mehrerer Satellitensignale bedarf es verschiedener Empfänger. Hier wird unterschieden zwischen 1-Frequenzempfängern und 2-Frequenzempfängern. Zum Empfang eines RTK Korrektursignales muss zusätzlich ein Modem zum Empfang des Mobilfunksignals vorhanden sein [5].
¶ Anwendungsbereich
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¶ Quellen
- What is GNSS? EUSPA
- Global Satellite Navigation Systems, GPS.GOV
- What is SBAS?, EUSPA
- Navipedia, ESA
- Satellitenortungssysteme (GNSS) in der Landwirtschaft, DLG
- Global Navigation Satellite Systems (GNSS), BKG
- Satellit, Pixabay
¶ weiterführende Quellen
- Vorlesung der Veranstaltung Vermessungskunde, RUB
- RTK-Netzwerke zur flächendeckenden hochgenauen Positionsbestimmung in der Landwirtschaft, FH-Kiel
- Europäische Entwicklungen und ihr Bezug zu Radionavigationsplänen, TU Dresden
- Untersuchung der Positionsgenauigkeit von GPS mit preisgünstigen GPS-Empfängern und auf Basis der Open Source Software „RTKLIB“ , Hochschule Bonn-Rhein-Sieg
¶ Autor
M. Sc. Bastian Brandenburg, Doktorand im Experimentierfeld Betriebsleitung und Stoffstrommanagement - Vernetzte Agrarwirtschaft in Schleswig-Holstein (BeSt-SH)