Satelliten-Navigation

Das bekannteste funktionsfähige Satellitennavigationssystem ist das Global Positioning System NAVSTAR-GPS des US-Verteidigungsministeriums, das Ende der 1980er-Jahre entwickelt wurde.

Funktionsweise am Beispiel von NAVSTAR-GPS

Das US-Verteidigungsministeriums hatte folgende Anforderungen an das System gestellt: die dreidimensionalen Positionsbestimmung in Echtzeit von ruhenden und bewegten Objekten auf der Erde und im erdnahen Raum, die Bestimmung der Geschwindigkeit, Lieferung von Zeitinformationen, die unbegrenzte Anzahl gleichzeitig tätiger Nutzer, Unabhängigkeit von meteorologischen Verhältnissen, hohe Sicherheit und hohe Genauigkeit. Mit dem NAVSTAR-GPS gelang es den Forschern weitgehend, diese Vorgaben zu erfüllen.

Das NAVSTAR-GPS besteht aus seinem Verbund von 24 – 30 Satelliten, die die Erde in einer Höhe von rund 20200 Kilometer umkreisen. Dabei bewegen sich je vier Satelliten auf sechs unterschiedlichen Bahnebenen, die um 55° gegen die Äquatorebene geneigt und um 60° gegeneinander versetzt sind. Ihre Umlaufzeit beträgt etwa 12 Stunden. Sie sind also nicht geostationär, das heißt sie befinden sich nicht immer über der gleichen Erdposition.

Das NAVSTAR-GPS kann in zwei Diensten genutzt werden: SPS (Standard Positioning Service) ist für jedermann verfügbar und erreichte ursprünglich eine Genauigkeit von 100 m (in 95 % der Messungen). Im Mai 2000 schaltete das US-Militär die künstliche Ungenauigkeit ab. Seitdem beträgt die Genauigkeit ca. 15 m. PPS (Precise Positioning Service) ist der militärischen Nutzung vorbehalten und ursprünglich auf eine Genauigkeit von 22 m (in 95 % der Messungen) ausgelegt worden. Diese Signale werden verschlüsselt ausgestrahlt.

Das NAVSTAR-GPS bietet eine Genauigkeit von zehn Metern horizontal und 35 Metern vertikal. Die Genauigkeit kann durch die Einbeziehung von Referenzstationen, deren geografische Position genau bekannt ist und die das Signal der GPS-Satelliten empfangen, erhöht werden. Durch den Abgleich der Daten können Korrektursignale erzeugt werden, die zu einer höheren Genauigkeit im Bereich 0,01 – 5 m führen.

GLONASS und GALILEO

Parallel zum NAVSTAR-GPS entwickelte auch die damalige Sowjetunion ein Satellitennavigationssystem unter dem Namen GLONASS. Da die ersten beiden Systeme zunächst ausschließlich für die militärische Nutzung bestimmt waren, beschlossen die europäischen Staaten, ein eigenes unabhängiges und ziviles System entwickeln, das Satellitennavigationssystem GALILEO. Bislang sind vier Satelliten im Orbit, im Jahr 2013 soll der Ausbau dann abschlossen und das System zur Nutzung frei gegeben sein. GALILEO wird zu den dann modernisierten Systemen NAVSTAR-GPS (GPS III; ab 2010) und GLONASS (ab 2013) kompatibel sein, also auch deren Satellitensignale nutzen können. Dadurch wird eine größere Zuverlässigkeit und eine höhere Genauigkeit erzielt werden.

Galileo bietet den so genannten Offenen Dienst mit einer Genauigkeit von weniger als vier Metern horizontal und weniger als acht Metern vertikal kostenfrei an. Ein qualitativ besserer Dienst kann gegen eine Gebühr genutzt werden.

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