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| Hier eine kleine Navigationshilfe zum Thema GPS. Es ist vorallem für
Anfänger gedacht, oder auch für Fortgeschritte um nachzusehen was genau
was heisst. |
| Global Positioning System - Das GPS Satellitensystem wurde vom US Verteidigungsministerium
installiert um die Steuerung von Militärfahrzeugen und Waffensystemen zu
vereinfachen. Der US-Congress hat die Mittel zur Installation des Systems jedoch
nur unter der Bedingung genehmigt, dass es auch der freien zivilen Nutzung zur
Verfügung steht. Von diesem Stück amerikanischer Freiheit können
wir alle profitieren. Damit das US-Militär mit GPS seine Waffen präzise
steuern kann, ohne dass ein Kriegsgegner dies mit gleicher Treffsicherheit tun
könnte, senden die GPS-Satelliten zwei Signale aus, ein verschlüsseltes
präzises für die NATO (P) und ein unverschlüsseltes für jedermann
(L1). Die erreichbare Genauigkeit für das zivile Signal liegt heute bei ca.
15 Meter. Vor dem 2. Mai 2000 wurde dieses Signal von den USA künstlich verfälscht
(siehe SA), die erreichbare Genauigkeit lag bei 100 m. Der zivile Code kann mittels
GPS-Navigationsgeräten "rund um den Globus, rund um die Uhr", also
von jedermann, jederzeit, weltweit, bei jedem Wetter, lizenzkostenfrei zur Navigation
benutzt werden. Wann immer der Benutzer eines GPS-Navigationsgerätes den
Himmel über dem Kopf hat, kann er binnen Sekunden seine Position, Richtung,
Geschwindigkeit, Höhe, Entfernung und Zeit zum Ziel bestimmen. Es sind ca.
30 Satelliten auf sechs Bahnen in Umlauf, von welchen bis zu zwölf über
dem Horizont stehen können. Moderne GPS-Navigationsgeräte mit 12-Kanaltechnik
können die Signale von all diesen 12 Satelliten gleichzeitig empfangen und
so die Position des Empfängers optimal berechnen. |
MapSource ist Garmin's Oberbegriff für elektronische Kartensoftware,
bestehend aus digitalem Kartenmaterial und dem zu seiner Verwendung notwendigen
Windows-Programm. Zur MapSource Produktfamilie gehören City Navigator, City
Select, BlueChart, Metroguide und viele andere elektronische Kartenprodukte
Das MapSource PC-Programm wird verwendet, um digitales Kartenmaterial im PC zu
verwalten, anzuzeigen, und in geeignete (zur Darstellung von Karten vorgesehene)
Garmins GPS-Empfänger zu laden. Zudem erlaubt MapSource auch bei Geräten,
die keine Karten darstellen können, wie z.B. GPS 12, Wegpunkte, Routen und
Tracks mit dem PC auszutauschen, auf Festplatte zu speichern, und für spätere
Wiederverwendung auch wieder ins GPS zu laden.
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| POI (Point of Interessts) |
POI - steht für Points of Interest.
Wie der Name schon sagt, handelt es sich hier um "interessante Punkte".
Diese POI sind auf dem Kartenmaterial (zB. CN) als Wegpunkte bereits eingezeichnet.
Es sind dies die Standorte von Hotels, Restaurants, Sehenswürdigkeiten, Einkaufsmöglichkeiten,
Servicestellen und Behörden&Nothilfen. In diesen POI finden wir also
Tankstellen ebenso wie das Hotel Imperial und den nächsten Mc Donalds (kein
Scherz die Filialen der Fastfoodkette sind aufgelistet). Es sind aber auch Plätze,
Museen, Wahrzeichen, Parkplätze, schöne Aussichtspunkte usw. in den
POI aufgelistet. Diese POI können durch drücken der FIND Taste am GPS-Gerät
aufgelistet werden |
Wegpunkte (Waypoint, Abk.: WP) - wie der Name schon sagt, Punkte welche wir
auf unserer Route (unserem Weg) setzen können um einen markanten Punkt zu
kennzeichnen
um diesen später wieder finden zu können. Durch drücken der FIND
Taste am GPS-Gerät kann dieser WP auch wieder gefunden werden. |
| Trackpunkte (Abk.: TP) - Wenn man mit einem GPS Gerät unterwegs ist,
wird die zurückgelegte Strecke (Route) mit aufgezeichnet. Diese Punkte der
Aufzeichnung im Gerät nennen sich Trackpunkte. Bei jedem "Richtungswechsel"
wird also vom GPS automatisch ein Trackpunkt gesetzt. Die dadurch entstehende
"Brotkrümmelspur" bezeichnet man dann als Tracklog (Spuraufzeichnung),
diese kann später auf dem PC übertragen werden und man kann sich dort
seine zurückgelegte Route im Detail nochmal genau ansehen. |
Routen - unsere Route(n), unser Weg von A nach B.
Wir verbinden also unsere Wegpunkte (WP) zu einer Route. |
Pfade (Track) - Pfad oder auch track (tracklog,Spuraufzeichnung) genannt,
so wird die zurückgelegte Streckenaufzeichnung im GPS bezeichnet.
Wenn am GPS die Option Spuraufzeichnung eingeschaltet wird, so setzt das GPS selbstständig
Trackpunkte und zeichnet damit unsere zurückgelegte Strecke auf. Diese Pfadaufzeichnung
sieht aus wie eine "Brotkrümmelspur" und kann mit dem Programm
MapSource auf den PC übertragen werden. Damit ist eine lückenlose Aufzeichnung
der zurückgelegten Wegstrecke möglich. Diese Aufzeichnung ist ein komplettes
Fahrtenbuch. Man kann später nachschauen zu welchem Zeitpunkt man an welchem
Ort war, wie schnell man gefahren ist und wieviele Meter über dem Meer man
unterwegs war. Es sind also folgende Daten enthalten: Datum, Uhrzeit, exakter
Standort, Geschwindigkeit und Höhenangabe. |
Mit dem BC-4 Kamerasystem wurde zum ersten Mal der Versuch unternommen, astronomisch
gestützte Positionsbestimmungen mit weltweiter Gültigkeit mittels künstlicher
Erdtrabanten zu erlangen. Dazu wurden hoch reflektierende Satelliten mit sogenannten
'Verfolgungs-' oder 'Spurkameras' (tracking cameras) am nächtlichen Firmament
in bestimmten Zeitintervallen photographiert (vgl. Kap.1.1). Die Orbitdaten der
Satelliten müssen dazu exakt bekannt sein. Mittels photogrammetrischer Methoden
wurden dann die astronomischen Koordinaten ausgewählter Sterne und die der
Satelliten berechnet bzw. in Bezug zum jeweiligen Beobachtungsort gesetzt. Verglich
man nun die zeitgleichen Aufnahmen der Satelliten und der Sternenbahnen mit zeitgleichen
Aufnahmen anderer Basispunkte (meist mehrere 1000 km voneinander entfernt!) ließ
sich eine gemeinsame Raumrichtung zwischen den Beobachtungspunkten errechnen.
Derartige Basisrichtungen wurden dann global aufgespannt und bildeten ein weltweites
Netz von Traversen.
Das Hauptproblem dieses Verfahrens war neben seiner Statik und Umständlichkeit
die wechselnde Wetterlage: Bei nächtlicher Bewölkung ließen sich
keine gemeinsamen Meßstrecken aufspannen, so daß optisch globale Triangulationen
sehr schnell durch wetterunabhängige, elektromagnetische Techniken zur astronomischen
Positionsbestimmung ersetzt wurden. Zudem lag die Genauigkeit des Verfahrens aufgrund
photo-optischer Mängel (z.B. Lichtbrechung in der Atmosphäre) bei nur
etwa 5 m. Optische Systeme spielen heute noch eine Rolle in der astronomischen
Vermessung von Satellitenbahnen.
Neben der allgemeinen Satellitenphotographie fanden besonders C- und S-Band Radar,
GRARR (Goddard Range and Range Rate), SECOR (Sequential collation of range) und
Minitrack ihren Einsatz.
Aus den Erfahrungen mit TRANSIT/NAVSTAR hatte man schnell den zwingenden Bedarf
eines wesentlich erweiterten Satellitenkontingentes für die weltweit verfügbare
GPS-Technik erkannt. TRANSIT bot mit sechs Satelliten eine nur stark eingeschränkte
Verfügbarkeit, da nur zu wenigen Augenblicken optimale Konstellationen von
drei bzw. vier Satelliten zur exakten, dreidimesionalen Positionsbestimmung gegeben
waren. Eine derartige Positionsbestimmung war mittels der alten Systeme nicht
weltweit durchfürbar.$
Um eine kontinuierliche globale Abdeckung mit Satelliten zu erreichen, wurde ein
Orbit-System berechnet, welches an jedem Punkt der Erde mindestes vier Satelliten
für die exakte GPS-Positionsbestimmung zu jeder Tages- und Nachtzeit gewährleistet.
Für eine Mindestumsetzung des GPS-Konzeptes wurden 24 Satelliten geplant,
welche in einem 12-stündigen Kreisorbital in 20.200 km Höhe mit 55°
Inklination zur Äquartorebene die Erde in Vierergruppen pro Orbit gleichverteilt
umkreisen (die Orbits sind gegeneinander um 60° geneigt). Man bezeichnet die
21 ständig aktiven Satelliten als Block II-, die Mindestreservesatelliten
(drei, heute acht!) als Block IIA-Typen.
Die Übertragungsfrequenzen für die Positionsdaten liegen bei L1 = 1575,42
(C/A-Code, P-Code) und L2 = 1227,6 MHz (P-Code). Beide Trägerfrequenzen werden
in einem zufälligen Impulscode, dem PRN-Code moduliert (Pseudo Random Noise
Code) und stehen für militärische (P-Code) bzw. zivile (C/A-Code) Nutzungen
zur Verfügung (vgl. Kap. 2.3). Die Master Control Station der Satelliten
befindet sich in Colorado Springs, USA.
Prinzipiell erhöht jeder zusätzlich 'sichtbare' Satellit die momentane
Positionierungsqualität erheblich, da auf der Erde lokal auch mit ungünstigen
topographischen Verhältnissen gerechnet werden muß, welche während
der terrestrischen GPS-Messungen zur Abschattung einer oder mehrerer der vier
zwingend erforderlichen Satelliten führen kann.
Ursprünglich sollte das Gesamtsystem 1989/90 voll ausgebaut sein, ihm wurde
jedoch erst 1994 (bedingt durch den hohen finanziellen Aufwand sowie einiger technische
Rückschläge, wie z.B. der Challenger-Explosion) von dem DOD (Dept. Of
Defence) eine vorläufige Betriebsfähigkeit bescheinigt. Allerdings ließ
sich schon 1990 im ausreichenden Umfang mit den GPS-Daten auf See navigieren (fehlende
topographische Hindernisse!.) Damals nahm die US-Küstenwache das System in
ihre Standardausrüstung zur Navigationsunterstützung von Schiffen innerhalb
der US-Hoheitsgewässer auf. Am 17. Juli 1995 wurde offiziell die endgültige
Betriebsbereitschaft erklärt. 1997 befanden sich bereits 26 Satelliten im
Orbit, so daß man (je nach lokalen Bedingungen) meist deutlich mehr als
4 Satelliten (durchschnittlich etwa 5-8) mit ausreichender Signalqualität
zur Positionsberechnung empfangen konnte. Diese hohe Anzahl von Trabanten erlaubt
eine zuverlässige Messung von geographischer Länge, Breite, Höhe,
Geschwindigkeit, Richtung der Bewegung und speziellerer Parameter.
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