Es gibt mehrere Satelliten-Navigationssysteme wie das US-amerikanische GPS-System, das russische Glonass und das europäische Galileo, welches sich noch in der Entwicklung befindet. Das bekannteste der Satelliten-Navigationssystem ist dabei das GPS-System.

Alle Satelliten-Navigationssysteme arbeiten mit erdumkreisenden Satelliten, deren Satellitenbahnen sich bei etwa 20.000 km befinden. Da für die Navigation die Signale von mindestens drei Satelliten gleichzeitig empfangen werden müssen, kreisen in allen Satelliten-Navigationssystemen sechs oder mehr Satelliten in mehreren Orbitebenen. Beim GPS-System sind es beispielsweise 21 aktive Satelliten auf sechs Umlaufbahnen.

Das zweidimensionale und dreidimensionale Modell:
Um die exakte Position eines Empfängers mit der Satelliten-Navigation bestimmen zu können, werden die GPS-Frames von mindestens zwei Satelliten benötigt. Man spricht in diesem Fall von einem zweidimensionalen Modell, das keine Höhenangabe berücksichtigt und die GPS-Empfangseinrichtung so behandelt, als ob sie sich auf Meereshöhe befindet.
Für Ortungen mit Höhenermittlung sind die GPS-Signale von mindestens drei Satelliten erforderlich. Es handelt sich dabei um ein dreidimensionales Modell.

Generell wird die Position aus den Signallaufzeiten und den Satellitenpositionen zu der GPS-Empfangstation berechnet. Die Navigations-Satelliten senden kontinuierlich Signale aus, aus denen die Satellitenposition, die Satellitenbahndaten und vor allem der Zeitpunkt der Aussendung des GPS-Signals hervorgehen. Der GPS-Empfänger vergleicht den Zeitpunkt der Aussendung mit seiner eigenen Zeitreferenz und ermittelt aus der Zeitdifferenz die Entfernung des Satelliten. Die errechnete Abweichung von der tatsächlichen Position ist durch die Genauigkeit der eigenen Zeitreferenz gegeben. Das bedeutet, dass je genauer die Zeitreferenz des GPS-Empfängers ist, desto genauer ist die Positionsbestimmung. Ein Zeitfehler von 500 ns ergibt einen Ortungsfehler von 150 m. Da man die Zeitreferenz des Empfängers aber aus Kostengründen nicht beliebig steigern kann, wird die Ortsgenauigkeit über den bekannten Abstand zwischen den Satelliten errechnet.

Obwohl die GPS Satelliten sich in sehr präzisen Umlaufbahnen befinden kommt es zu leichten Schwankungen durch Gravitationskräfte. Die exakten Bahndaten werden jedoch regelmäßig kontrolliert und auch korrigiert und in den Ephemeridendaten zu den Empfängern gesandt. Dadurch bleibt der für die Positionsbestimmung resultierende Fehler mit ca. 2 Metern sehr gering.

 

Quelle: ITWissen.info

 

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