GPS Navigation Kompassrose

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.

klassische Funkpeilung
Bild 1: Prinzip der Funkpeilung
Funkpeilung zur eigenen Positionsbestimmung
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

GPS-Positionsbestimmung
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.

zurück top NAVSTAR GPS