Grundprinzip der Satelliten-Navigation
GPS-Positionsbestimmung vs. Funkpeilung
GPS-Positionsbestimmung ist nur bedingt mit klassischer
Funkpeilung vergleichbar. Funkpeilung setzt den Einsatz von
Richtantennen voraus, welche Funkwellen aus bestimmten Richtungen
empfangen bzw. ausblenden können: Mithilfe von zwei oder mehr
Peilempfängern an unterschiedlichen Standpunkten
wird die Position des Senders über den
Schnittpunkt der Empfangsgeraden ermittelt, Bild 1.
Bild 1: Prinzip der Funkpeilung
Bild 2: Positionsbestimmung über Peilung
Umgekehrt kann man Funkpeilung auch zur Bestimmung der eigenen
Position einsetzen. Dazu werden mehrere Sender an bekannten,
unterschiedlichen Positionen benötigt, Bild 2. Der
Empfänger müsste dazu die Richtantenne(n) jeweils auf die Sender ausrichten. Der
Schnittpunkt der Empfangsgeraden kennzeichnet hier die eigene
Position. Diese Art von Positionsbestimmung hat den Vorteil,
dass nur einfache Sender bzw. Satelliten ohne GPS-Zusatzfunktionen an
bekannten fixen Positionen benötigt
werden. Dafür ist der Empfänger um so komplizierter. Im Prinzip könnte man dafür die
zahlreich vorhandenen Rundfunk-Satelliten einsetzen.
GPS-Positionsbestimmung
Bei der GPS-Positionsbestimmung kommen keine Richtantennen zum
Einsatz. Der GPS-Empfänger besitzt eine ungerichtete Antenne.
Dies könnte eine Lambda/4-Antenne sein, eine Patch-Antenne
(rechteckige Metallfläche mit Kantenlänge=Lambda/2) oder auch eine
Helix-Antenne. Die Positionen
des Empfängers wird aus der im Funksignal mitgeschickten
Position der Satelliten und der Laufzeit der Funksignale berechnet,
Bild 3.
Bild 3: GPS-Positionsbestimmung
Im Gegensatz zur Funkpeilung liegt die zu ermittelnde GPS-Position nicht im Schnittpunkt von Geraden, sondern im Schnittpunkt bzw. Schnittraum von drei oder mehr Kugel-Oberflächen: Es werden mindestens drei Satelliten benötigt, um die Position im Raum berechnen zu können. Genau genommen sind es sogar vier, da die GPS-Empfänger ansonsten sehr genaue Referenzuhren haben müssten. Stattdessen dient einer der Satelliten als Zeitreferenz.
Bei guten Empfangsbedingungen werden meist mehr als acht Satelliten
in die Positionsberechnung einbezogen. Je mehr Satelliten
ausgewertet werden können, desto genauer ist die Positionsberechnung.
Gängige GPS-Empfänger können 12-14 Satelliten gleichzeitig
empfangen. Die Anzahl der Empfangskanäle moderner GPS-Empfänger
ist dagegen deutlich höher. Sie beträgt zum Beispiel beim
SIRF Star III-Chipsatz 20 und Mediatek-Chipsatz 32.
Inzwischen gibt es auch GPS-Empfänger mit bis zu 66 Kanälen.
Die zusätzlichen Kanäle werden vermutlich benötigt, um die durch Reflexion mehrfach
empfangenen Satellitensignale überwachen zu können. Ein Satellit kann
also mehrere Kanäle im GPS-Empfänger belegen, ein Kanal für das direkt
empfangene Signal und mehrere weitere Kanäle für an Häuserwänden oder
Berghängen reflektierte Signale. In die Positionsberechnung einbezogen
wird jedoch nur das stärkste Signal. Außerdem könnten zusätzliche
Kanäle zum Tracking oder für Vorausberechnungen beim Start Verwendung finden.
