Satelliten-Navigation—wie funktionierts?

Prof. Dr. Heinz Mathis

GPS?

GPS?

NAVSTAR-GPSNavigation System with Timing and Ranging Global Positioning System

Geschichtliches

• 1973: Start des NAVSTAR GPS Projekts• 1978: Der 1. Satellit im Orbit• 1998: Voll operationell mit 24 Satelliten• 2000: Künstliche Verschlechterung

ausgeschaltet

Satellitenkonstellation

“Launch” eines Satelliten

Abdeckung und Spur

Länge

60°0° 120° 180°-60°-120°-180°

Bre

ite 0°

90°

90°

0h

3h

6h

9h

12h

15h

18h

21h

12h

Bodenstationen

Wie sieht das Satellitensignal aus?

Satellit 1

Satellit 2

Was wird übertragen?

• 50 bit/s Datenstrom• 30 sek Übertragungszeit für einen Satz• 12.5 min Übertragungszeit für alle Daten• HF-Signal liegt bei 1.57542 GHz

Ein GPS-Modul(kompletter Empfänger) ist klein!

16 x 12.2 x 2.4 mm

Was brauchts noch?

GPS und Relativitätstheorie

Die Satellitensuche ist schwierig(dreidimensionale Suche)

• Satellitennummer: 1 bis 30• Code-Verschiebung: 0 bis 1023 • Frequenzabweichung: +/- 35 kHz

Mehrwegempfang erhöhtUngenauigkeit

direkte Pfade

Abschattung

Indirekter Pfad

Schnittpunkt dreier Kugeln

Position

Wie berechnet sich nun die Ortsposition?

R1

R2

R3

R4

Ri: Pseudoranges (Messungen)xi, yi, zi: Satellitenpositionen (bekannt)xu, yu, zu: User-Position (unbekannt)

Qualitätsmerkmale

• Performance (Genauigkeit)• Verfügbarkeit• Integrität

Giove-A, der erste Testsatellit derEuropäer, im Orbit seit 28. Dez. 2005

Andere satellitenbasierteNavigationssysteme

• GPS (USA)• Glonass (Russland)• Galileo (Europa)

http://icom4u.hsr.ch/giove_a/index.htm

Navigation fürs Auto

http://www.youtube.com/watch?v=-u6MT4sZQx0

Track Yourself

• möglich mit einem GPS-fähigen Handy

http://icom4u.hsr.ch

http://icom4u.hsr.ch/TrackYourself/

GPS im Nationalpark (Webpark)

Geocaching

GPS?