Was ist GPS

Ein Global Positioning System, (deutsch sinngemäß: Globales Positionsbestimmungssystem) (GPS) ist jedes weltweite, satellitengestützte Navigationssystem.

Der Begriff GPS wird aber im allgemeinen Sprachgebrauch speziell für das NAVSTAR des US-Verteidigungsministeriums verwendet, das Ende der 1980er-Jahre zur weltweiten Positionsbestimmung und Zeitmessung entwickelt wurde. Die vielfach verwendete Übersetzung Positionierungssystem ist nicht sinngemäß, da GPS keine unmittelbare Positionsänderung im Sinne eines Aktor-Effekts bewirkt.

NAVSTAR ist die Abkürzung für Navigation System with Timing and Ranging
Das ist das vom amerikanischen Militär betriebene Satelliten-System, das allgemein als GPS System bezeichnet wird.

Das Navstar-System besteht konzeptionell aus drei Segmenten:

    * Space-Segment - Weltraum-Segment
      24 Satelliten (drei davon als Reserve) die die Erde in ca. 20.000 km Höhe in 12 Stunden auf 6 Bahnen umlaufen.
    * Controll-Segment - die Bodenstationen
      Die Master Control Station befindet sich in Colorado Springs, CO, USA.

      Von hier aus werden die Satelliten gesteuert und überwacht. Es gibt noch Relaisstationen in

          * Ascension (Südatlantik)
          * Diego Garcia (Indischer Ozean)
          * Kwajalein, Marshall-Inseln (westl. Pazifik´)
          * Hawaii (Pazifik)

Die Positionsbestimmung kann mittels des GPS System auf folgende verschiedene Arten erfolgen:

1. Berechnung einer Codelösung mittels Pseudoranging  - Verfahren.
2. Berrechnung einer Doppler Shift  Lösung auf Grund von kontinuierlichen Messungen der Frequenzverschiebung im Empfänger
3. Berechnung einer Trägerphasenlösung auf Grund der Messung der Trägerphase bzw. des Phasenwinkel der Trägerwelle beim Eintreffen im Empfänger.

In der Praxis arbeiten Konsumer-Geräte mit Codelösungen und geodätische Empfänger mit Kombinationen aus allen drei Varianten.

Pseudoranging

Verfahren zur Positionsbestimmung  mittels Satelliten.

Bekannteste Anwendung ist das GPS . Aus der Signallaufzeit zwischen mindestens 3 Satelliten und dem Empfänger werden drei Strecken, die Pseudoranges , zwischen dem Empfänger und 3 Satelliten durch eine Codephasenberechnung bestimmt. Aus diesen drei Strecken und drei Punkten kann mittels Trilateration die Position des GPS -Empfängers bestimmt werden. Da für dieses Verfahren der Positionsbestimmung die genaue Uhrzeit notwendig ist und die Uhrzeit aber erst nach Kenntnis der genauen Position exakt bestimmt werden kann, ist eine steter Wechsel zwischen Positionsbestimmung und Uhrensynchronisation erforderlich. Jeder Zuwachs an Genauigkeit bei der Uhrensynchronisation führt zu einem Zuwachs der Genauigkeit der Position und umgekehrt.

Dopplermessung

Die Dopplermessung ist ein Verfahren zu Positionsbestimmung mittels Satelliten. Es ist heute relativ ungebräuchlich. Obwohl dieses Verfahren eine sehr hohe Genauigkeit ermöglicht, ist ein hoher Aufwand für seine Nutzung im GPS Empfänger erforderlich. Dieses Verfahren wurde früher beim Transit-System verwendet.

Die Dopplermessung wird heute aber bei GPS Empfängern verwendet, um festzustellen, ob sich der Empfänger selber in Bewegung oder im Ruhezustand befindet. Ebenfalls lässt sich mit Hilfe des Dopplereffekts der Kurswinkel eines mit geringer Geschwindigkeit bewegten Empfängers genauer bestimmen. Das gleiche gilt für die Bestimmung der Eigengeschwindigkeit des GPS Empfängers bei niedrigen Geschwindigkeiten.

Trägerphasenmessung

Die Trägerphasenmessung ermöglicht, im Gegensatz zu Codelösungen, eine millimetergenaue Bestimmung der Entfernung zwischen den Satelliten und dem GPS Empfänger. Bei diesem Verfahren werden als Erstes die vollen Wellenzüge des Trägersignals ermittelt und dann der Restwert des letzten Wellenzuges gemessen. Die Anzahl der vollen Wellenzüge des Trägersignals ist zur Beginn der Messung nicht eindeutig, da die Anzahl der zu erwartenden vollen Wellenzüge auf der Strecke zwischen den einzelnen Satelliten und dem GPS Empfänger nur geschätzt werden kann. Diese Mehrdeutigkeit (Ambigität) kann aber durch komplexe statistische Verfahren aufgelöst werden, da es letztendlich maximal nur eine eindeutige Lösung gibt, wenn mindestens vier Satellitenstrecken verwendet werden.

Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System