Gerätereport GPS

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Gerätereport GPS Das GPS, ausgesprochen Global Positioning System, kommt aus der Raumfahrt. Mit diesem Navigations-System ist man in der Lage, seine exakte Position an irgendeinem beliebigen Ort auf dieser Welt festzulegen. Und dies fast bis auf den Quadratmeter genau! Diese wunderbare Technologie ist für jedermann frei verfügbar. Überall. Bei Tag und Nacht. Ohne, dass man für die Navigationsdaten etwas zahlen muss. Ein GPS nützt eine Formation von 24 Satteliten, die in präzisen Umlaufbahnen in 11.000 Meilen um unsere Erde kreisen. Die Satteliten übermitteln die Daten mittels hochfrequenter Funkwellen zur Erde. Indem der GPS-Receiver diese Signale verarbeitet, legt er die exakte Position fest. Ein GPS arbeitet 24 Stunden am Tag. Auch unter widrigsten Wetterverhältnissen. Es ermöglicht weltweit eine präzise Navigation an Land, auf dem Wasser und sogar in der Luft. Und so werden diese technischen Meisterwerke auf den unterschiedlichsten Ebenen genutzt: beim Angeln, Bootsfahren, Jagen, Scouting, Reiten, Radfahren, Heißluftballonfliegen, Skifahren, Rettungsmanövern, Autofahren... und einer Menge anderer Aktivitäten, bei denen man sich darauf verlassen muss, dass man auf dem richtigen Weg ist. Wie ein GPS Ihre Position bestimmt

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Wie gesagt, das GPS nutzt die Satteliten-Technologie, um Ihre Position einzukreisen. Mit anderen Worten misst die GPS-Einheit ganz einfach die Zeit, die die Signale benötigen, um vom Satellit zum GPS zu gelangen. Diese werden dann mit der Lichtgeschwindigkeit multipliziert, um genau bestimmen zu können, wie weit das GPS von den jeweiligen Satelliten entfernt ist, mit denen es korrespondiert.

Indem sich ein GPS-Receiver auf mindestens drei verschiedene Satteliten ausrichtet, kann das Gerät eine zweidimensionale Position berechnen, die sich aus einer Angabe von Längen- und Breitengrad ergibt. Indem sich das GPS auf einen weiteren (vierten) Satellit einschießt, kann es durch den Einbezug der Höhe sogar eine dreidimensionale Positionsangabe erstellen.

Um dies zu bewerkstelligen, baut LOWRANCE z.B. in alle GPS einen Receiver mit 12 Parallel-Kanälen ein. Drei dieser 12 Kanäle peilen Satelliten zur zweidimensionalen Eingrenzung der Position an. Ein weiterer Kanal peilt einen vierten Satteliten an, um die dritte Dimension (die Höhe) zu ermitteln. Diese vier Kanäle suchen sich kontinuierlich und simultan Ihrem Standort entsprechend die vier bestpositionierten Satelliten aus. Die verbleibenden 8 Kanäle nehmen Verbindung zu allen anderen erreichbaren Satelliten auf und addieren die dadurch erhaltenen Daten zu den Originaldaten, die die ersten vier Kanäle erhalten haben. Das GPS errechnet aus dieser Datenvielfalt dann eine sehr präzise Position. Außerdem sorgen die zusätzlichen Kanäle dafür, dass Sie sich auch unter ungünstigen Bedingungen immer auf die Angaben Ihres GPS verlassen können. So auch in dichten Wäldern oder tiefen Tälern.

Zielgenauigkeit

Global Positioning Systeme wurden in den 70er Jahren entwickelt und werden vom Departement für Verteidigung der Vereinigten Staaten kontrolliert. Obwohl diese Geräte ursprünglich für den militärischen Gebrauch konzipiert wurden, realisierte die US-Regierung, dass dieses Navigationssystem auch sehr viele zivile Einsatzmöglichkeiten findet. Konsequenterweise entwickelte man zwei unterschiedliche Übertragungscodes: den sogenannte P-Code (Precision Code) für das Militär und den sogenannten C/A-Code (Civilian Access Code) für den "Hausgebrauch".

Natürlich waren die höchsten Zielgenauigkeits-Level zunächst dem Militär vorbehalten, um eventuellen feindlichen Angriffen vorzubeugen, deren Hintermänner sich dann auch noch des eigenen Navigationssystems bedienen. Als die ersten GPS dann im zivilen Gebrauch waren, stellte sich heraus, dass die Geräte um einiges genauer arbeiteten, als das von den Verantwortlichen ursprünglich gedacht war. Deswegen hat das Militär ein System entwickelt, das die Genauigkeit der Geräte, welche die Ottonormalverbraucher erstehen können, einschränkt. Diese bewusst herbeigeführte "Präzisionsdimmung" nennt sich "Selective Availability" oder einfach nur S/A. Dieser Effekt limitierte die Genauigkeit der nichtmilitärisch eingesetzten Geräte in 95 Prozent aller Fälle auf einen Bereich von 100 m oder weniger. Die durchschnittliche Abweichung lag die meiste Zeit irgendwo zwischen 20 und 50 Metern. Man konnte diese Störmanöver ganz einfach beobachten, wenn man sich eine Weile nicht vom Fleck bewegte. Typische Indikatoren für den S/A-Effekt waren willkürliche Geschwindigkeits- und Höhenveränderungen oder Positionsverschiebungen, die gemeinsam mit einer sich langsam verändernden Position auf der Plotter-Spur einhergingen. Am besten konnte man das sehen, wenn man einen Zoombereich von einer bis zwei Meilen eingeschaltet hatte und die Position hielt. Z.B. konnte man an sich unerklärliche Veränderungen auf der digitalen Geschwindigkeitsanzeige von bis zu mehreren Meilen/h ausmachen, während man mit dem Boot andockte und sich eigentlich nicht bewegte.

Am 2. Mai 2000 wurde dieser S/A-Störeffekt wieder abgeschafft. Das hat den Hintergrund, dass das US-Militär seit einiger Zeit im Besitz einer Technologie ist, die es ermöglichen, das System soweit zu kontrollieren, dass GPS-Signale für ausgesuchte Landstriche nicht verfügbar sind. Es kommt nicht häufig vor, dass elektronische Waren an Wert gewinnen, nachdem man sie gekauft hat. Aber durch die neue Präzisionsdimension können seit dem 2.5.2000 Angler, Jäger, Autofahrer, Piloten und alle anderen Outdoor-Enthusiasten ihre Position mit dem gleichen Gerät viel genauer bestimmen als vorher. Und zwar bis auf einen Bereich zwischen 10 und 20 m genau! Angler können nun mit geradezu traumwandlerischer Sicherheit zu ihren Hotspots zurückkehren - auch wenn der See (oder das Meer) noch so groß ist. Ein LOWRANCE-GPS-Receiver kombiniert mit der fortgeschrittenen Technologie des GPS-Management bringt sie überall hin, wo Sie wollen. Sicher und zuverlässig.

Die Entscheidung, das Gerät "ungebremst" zum allgemeinen Gebrauch zuzulassen, wurde getroffen, weil das GPS weltweit eine immer wichtigere Position im Alltag der Menschen zu spielen begann. GPS wurde zum globalen Standard der Navigationssysteme, weil die Daten absolut kostenfrei übermittelt werden.

Differential GPS (DGPS)

DGPS wurde entwickelt, um die GPS-Zielgenauigkeit weiter zu verbessern, so dass Positionsbestimmungen bis auf einige Meter genau möglich sind. DGPS wurde auf eine Initiative der Küstenwache hin entwickelt, um dem durch den S/A-Effekt erzielten Ungenauigkeitsfaktor entgegenzuwirken. Doch selbst jetzt, da der verzerrende S/A-Effekt ausgeschaltet wurde, stellt DGPS die Schlüsseltechnologie zur hochpräzisen Navigation auf dem Wasser und zu Lande dar. Diese Präzision wird durch einen auf dem Festland installierten Reference Receiver erreicht, der an einem genau zu bestimmenden Fixpunkt platziert ist und die Komponenten des GPS unterstützt. Dieser stationäre DGPS-Bezugspunkt erkennt zu jeder Sekunde genau, wo sich die Satelliten gerade befinden - und natürlich auch die eigene Position. Diese Tatsache ermöglicht der DGPS-Station, die theoretische Distanz und die Dauer der Signalübermittlung zwischen sich selbst und der jedem Satelliten zu berechnen. Wenn diese theoretischen Messungen nun mit den tatsächlichen Daten aus der Satellitenübertragung verglichen werden, steht jede Abweichung für ein ungenaues Satellitensignal. Alles, was die DGPS-Station nun machen muss, ist, die Fehler-Faktoren an Ihr DGPS zu übermitteln und dieses gibt die Informationen dann an Ihren GPS-Receiver weiter. So kann das GPS dann die Daten nutzen, um die eigenen Messungen und Kalkulationen zu korrigieren.

Die zwei gebräuchlichsten Quellen von korrigierend eingreifenden DGPS-Signalen sind in den USA:


Um die DGPS-Korrektur-Daten von den Transmittern der Küstenwache empfangen zu können, benötigt Ihr GPS einen separaten Revceiver. Um die Signale der FM Radio Sub Carrier-Übertragungen von lokalen Radiostationen zu empfangen, muss Ihre GPS-Einheit mit einem separaten FM-Receiver ausgestattet sein. Dieser hat normalerweise die Größe eines Pagers. Natürlich ist die Grundvoraussetzung, dass Ihr GPS in der Lage ist, DGPS-Daten zu empfangen und zu verarbeiten. Die meisten LOWRANCE-GPS-Receiver sind für den DGPS-Daten-Empfang vorgesehen.

Hier im Vergleich die Genauigkeit vor dem Abschalten der Störungen (links) und danach (rechts). Der Aufnahmezeitraum betrug eine Stunde:

Wide Area Augmentation System (WAAS)

Ein GPS arbeitet ziemlich akkurat bei der Routen-Navigation. Allerdings besteht auf dem Gebiet der Luftfahrt ein Bedarf, den Flugverkehr in einer Weise zu kontrollieren, die mit dem GPS nicht zu bewerkstelligen ist. Und so entstand der Plan, das GPS noch weiter nach vorne zu boosten. Die dafür entwickelte Technologie nennt sich Wide Area Augmentation System, kurz WAAS. Dieses GPS-Add-On wird ein zusätzliches Element zur Zeitkontrolle aufweisen, das den Flugzeugen ermöglicht, dichter aneinander vorbeizufliegen, ohne zu kollidieren. Zusätzlich zu der Möglichkeit, die Flugzeuge dichter und sicherer durch die Flugkorridore zu navigieren, wird WAAS Blindlandungen und -Take-Offs noch exakter machen, da es das existierende Navigationssystem der Luftfahrt ersetzen wird.

Obwohl die bisher in der Luftfahrt zum Einsatz gekommene GPS-Navigation also noch präziser wird, hat das WAAS auch einige Nachteile, über die Sie Bescheid wissen sollten:

Zunächst einmal hat die U.S. Regierung das System noch nicht voll entwickelt und deshalb ist es noch nicht ganz einsatzfähig. Die Bodenstationen stehen bereits, aber bislang sind erst ein paar der benötigten WAAS-Satelliten befinden sich auf ihrer Umlaufbahn.

Außerdem kann WAAS die Genauigkeit der GPS-Navigation an Land zwar noch weiter steigern, aber das System wurde für den Betrieb im Flugverkehrswesen konzipiert. Die Satelliten bewegen sich in einer genau determinierten Umlaufbahn auf Höhe des Äquators, so dass sie jemand in Nordamerika sehr knapp über der Erde erscheinen. Flugzeuge und Schiffe können konstant gut WAAS-Signale empfangen, jedoch behindern Bäume, Häuser oder ähnliche Strukturen den Empfang im Binnenland ganz erheblich.

Sie werden schnell herausfinden, dass Sie Ihr GPS ohne WAAS einfach bedienen können und dass Ihnen das Gerät trotzdem sehr exakte Ergebnisse liefert. Auf den Punkt gebracht: ein GPS ist im Moment das einfachste und gleichzeitig exakteste Navigationssystem, das jedermann über den Fachhandel beziehen kann/darf. Aber bedenken Sie: Ihr GPS-Receiver ist nur e i n Hilfsmittel. Nehmen Sie zur Sicherheit immer auch andere Instrumente wie Karten oder einen Kompass mit, so dass Sie z.B. dafür gerüstet sind, wenn Ihnen Ihr stets verlässliches GPS z.B. über Bord gehen sollte...

Joachim Stollenwerk
vom

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