wer sich für praktische gps-anwendungen, funkalarmsysteme und

WER SICH FÜR PRAKTISCHE GPS-ANWENDUNGEN,
FUNKALARMSYSTEME UND ÄHNLICHES
INTERESSIERT UND DAZU ANREGUNGEN FÜR EIGENE AKTIVITÄTEN
SUCHT, DER IST HIER RICHTIG
Bei GPS handelt es sich um ein satellitengestütztes Navigationssystem.
Mithilfe der dafür preiswert erhältlichen Empfangsgeräte wird Jedermann in
die Lage versetzt, überall auf der Welt schnell eine Standortbestimmung mit
einer Genauigkeit von mindestens etwa +/- 10m durchführen zu können. Aber
das ist sicherlich für die meisten Leser nichts Neues. Was mich persönlich
dabei besonders interessiert, ist nicht der GPS-Empfang ansich, sondern die
Funkübertragung der gewonnenen Navigationsdaten und deren
Fernauswertung.
Quelle: www.kowoma.de
Aufbau des GPS-Systems
Das GPS-System lässt sich in drei grundlegende Segmente unterteilen, die nachfolgend besprochen werden:
o
Weltraumsegment (Satelliten)
o
Kontrollsegment (Kontrollstationen)
o
Benutzersegment (GPS-Empfänger)
Weltraumsegment
GPS-Block IIF Satellit
Das Weltraumsegment besteht aus mindestens 24 Satelliten. Der erste dieser Satelliten wurde bereits 1978 in seine Umlaufbahn
gebracht. Mittlerweile gibt es fünf verschiedene Typen (Block I, Block II, Block IIA, Block IIR und Block IIF) dieser Satelliten,
die natürlich im Laufe der Jahre immer weiter entwickelt wurden.
Block I Satelliten
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GPS-Block I Satellit (Quelle:NASA)
Zwischen 1978 und 1985 wurden von Kalifornien aus elf Block I Satelliten mit jeweils einer Masse von 845 kg gestartet, von
denen heute jedoch kein einziger mehr in Betrieb ist. Diese Satelliten waren für eine Lebensdauer von 4,5 Jahren konzipiert,
überlebten jedoch ihr geplantes Alter um weitere fünf Jahre. Einer der Satelliten war 13 Jahre lang in Betrieb. Bei den Block I
Satelliten, die als Prototypen lediglich der Erprobung des Systems dienten, waren alle Signale für zivile Nutzer zugänglich. Zur
Stromversorgung dienten Solarpanels mit 400 Watt Leistung. Während sich die Satelliten im Erdschatten befanden, dienten
Nickel-Cadmium-Zellen als Reserve. Die Triebwerke zur Positionskorrektur wurden mit Hydrazin betrieben. Informationen zu
den Block I Satelliten können hier eingesehen werden (englisch), die Informationen sind jedoch von 1996, da alle Block I
Satelliten mittlerweile ausser Betrieb sind.
Block II Satelliten
GPS-Block IIA Satellit (Quelle:NASA)
Die Block II Satelliten wiegen mit über 1500 kg etwa das doppelte der Block I Satelliten. Der erste dieser Satelliten wurde 1989
von Cape Canaveral aus gestartet. Diese Satelliten haben eine "Spannweite" von ca. 5,1 m. Die Block II Satelliten sind für eine
Betriebsdauer von 7,5 Jahren ausgelegt. Insgesamt wurden 9 Block II Satelliten und 18 Block IIA Satelliten bis September 1996
gestartet.
Obwohl die Satelliten sich weiterhin auf sechs unterschiedlichen Bahnen mit einem jeweils gleichen Winkel zum Äquator
befinden, haben die neueren Block II Satelliten eine etwas veränderte Konstellation. Im Jahr 1990 wurde der erste Block IIASatellit (A steht für "advanced") in seine Umlaufbahn gebracht. Infos über den Status der Block II Satelliten gibt es hier
(englisch). Der Status des Gesamtsystems ist hier zu finden (englisch).
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Kleine Atomuhr (zu sehen im Verkehrshaus Luzern)
Die Block II und Block IIA Satelliten besitzen jeweils zwei Rubidium und zwei Cäsium Atomuhren mit einer Uhrenstabilität von
mindestens 10 - 13 s. Aus der Grundfrequenz der Atomuhren (10,23 MHz) leiten sich alle anderen benötigten Frequenzen ab. Die
Satelliten des Blocks IIR haben drei Rubidium-Atomuhren an Bord. Diese extreme Ganggenauigkeit von ± 1 Sekunde in
1 Million Jahren ist absolut notwendig für das Funktionieren des Systems. Warum wird im Kapitel Positionsbestimmung erklärt.
GPS-Block IIR Satellit
Bei diesen neuen Block IIR Satelliten ist jetzt nur noch das sogenannte C/A-Signal (Coarse/Aquisition) für zivile Anwendungen
zugänglich. Die Stromversorgung und der Antrieb blieben gleich wie bei den Block I Satelliten, die Solarpanels leisten jetzt
allerdings 750 Watt.
Von der nächsten Generation (Block IIR (replenishment - Auffrischung)) Satelliten sollten ursprünglich jeweils drei Stück mit
dem Space Shuttle in ihre Umlaufbahn gebracht werden, nach der Challenger Katastrophe (1986) wurde dann aber beschlossen,
jeweils zwei Satelliten mit einer Delta-Rakete in den Orbit zu bringen.
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Start einer Delta-Rakete
Paradoxerweise gingen dabei bereits die ersten beiden Satelliten verloren, da aufgrund einer Fehlfunktion der Delta II Rakete
(übrigens die erste Fehlfunktion bei einer Rakete diesen Typs) diese kurz nach dem Start zerstört werden musste. Die Satelliten
des Block IIR besitzen anstatt der Rubidium- bzw. Cäsium-Atomuhren Wasserstoffmaser, die eine noch größere Genauigkeit
aufweisen. Die nächste Generation der Satelliten (Block IIF) soll voraussichtlich über eine zweite Frequenz für die zivile
Nutzung verfügen, die dann Positionsbestimmungen mit noch größerer Genauigkeit ermöglicht. Diese Satelliten werden nach
der bisherigen Planung aber erst nach 2005 einsatzbereit sein.
Die Block II Satelliten haben weiterhin noch einige zusätzliche Fähigkeiten, die aber mit dem eigentlichen GPS-System nichts zu
tun haben. Dazu gehören beispielsweise Sensoren, die Atomexplosionen detektieren können. Der bisher letzte Block IIa Satellit
wurde am 30. Januar 2001 von Cape Canaveral aus gestartet.
Der Start eines Block II Satelliten kostet etwa $ 50 Mio., was deutlich macht, welch hohe Investitionskosten das System birgt.
Diese enormen Ausgaben werden teilweise nur deshalb vom US Kongress bewilligt, weil das System sowohl militärisch als auch
zivil genutzt werden kann. Aktuelle Informationen zum Status der Block II Satelliten kann hier oder hier eingesehen werden
(englisch).
Die Abstrahlungsleistung der Satelliten beträgt lediglich maximal 50 Watt. Zum Vergleich: Fernsehsatelliten wie die ASTRASatelliten strahlen mit einer Leistung von etwa 100 Watt, jedoch nur über Europa und man benötigt mindestens eine 50 cm
Parabolantenne für den Empfang ohingegen eine GPS-Antenne meist nur wenige Zentimeter gross ist. Bei den Fernsehsatelliten
sind die Datenübertragungsraten jedoch unvergleichlich höher.
Aufgrund der verwendeten hohen Frequenz können die Signale weder Stein noch Wasser durchdringen und werden unter
Umständen bereits von sehr dichter Belaubung in Wäldern so stark abgeschwächt, dass manche (vor allem ältere) Empfänger
Schwierigkeiten bekommen können. Allerdings funktioniert das GPS bei jedem Wetter, also auch bei stärkster Bewölkung
(Probleme können jedoch bei sehr starkem Schneefall auftreten).
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Umlaufbahnen
Die Satelliten umkreisen die Erde mit 3,9 km pro Sekunde und
haben eine Umlaufzeit von 12 Stunden Sternzeit, was in
Erdenstunden 11 Stunden 58 Minuten ausmacht. Das bedeutet, dass
der gleiche Satellit jeden Tag etwa 4 Minuten früher über der
gleichen Position steht. Die mittlere Enfernung vom Erdmittelpunkt
beträgt 26560 km, was bei einem mittleren Erdradius von 6360 km
zu einer Bahnhöhe von etwa 20200 km führt. Umlaufbahnen in
dieser Höhe werden auch MEO - "medium earth orbit" genannt. Im
Vergleich dazu haben geostationäre Satelliten wie die ASTRA oder
Meteosat-Satelliten mit 42300 km eine Umlaufbahn in etwa der
doppelten Entfernung.
Die GPS-Satellitenbahnen befinden sich in sechs Ebenen, in denen
Satellitenbahnen (Abstände sind massstabsgetreu)
jeweils vier Satelliten in gleichen Abständen vorgesehen waren.
Heute sind es meist mehr als 24 Satelliten, was die Verfügbarkeit
weiter erhöht. Die Inklination der Ebenen beträgt 55 °. Die Ebenen
sind in der Äquatorebene um jeweils 60 ° gegeneinander versetzt. Das bedeutet, dass die Umlaufbahnen die Satelliten bis 55 °
nördlicher und 55 ° südlicher Breite führen. (Die Satelliten des Block I hatten noch eine Inklination der Bahnebene gegenüber
dem Äquator von 63 °).
Durch diese besondere Anordnung der Bahnen wird vermieden, dass sich
überdurchschnittlich viele Satelliten über den Polen befinden (wie es beim
TRANSIT-System mit auf Polbahnen verlaufenden Satelliten der Fall war),
andererseits verlaufen die Bahnen nördlich genug, dass auch den Einsatz von
GPS in polnahen Gebieten möglich ist. Weiterhin führt diese Anordnung auch zu
einer relativ stabilen Konstellation, da Störfaktoren (z.B. Gravitationsfelder,
Sonnenwinde) im Mittel auf alle Satelliten gleich einwirken.
Die Anzahl und Anordnung der Satelliten hat zur Folge, dass immer mindestens
Inklination der Umlaufbahnen
vier Satelliten überall auf der Welt zu jeder Zeit empfangen werden können. Je
weiter man sich allerdings den Polen nähert, desto weiter am Horizont befinden
sich die Satelliten, können trotzdem gut empfangen werden, sind jedoch in keinem Fall mehr direkt über Kopf. Aufgrund der
Geometrie der Satellitenpositionen kann dies zu geringen Einbußen in der Positionierungsgenauigkeit führen. Diese
Geometrieeffekte treten jedoch bei bestimmten Satellitenkonstellationen von Zeit zu Zeit auch an anderen Punkten der Erde auf.
Die Entfernungen auf der Darstellung der Bahnen auf dem oberen Bild ist in etwa maßstabsgetreu (Vergleich des Erdradius mit
den Umlaufbahnen).
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Nebenstehende
Grafik zeigt den
Groundtrack
(Subsatellitenbah
n - Bahn auf der
Erde, über dem
der
Satellit
jeweils senkrecht
steht)
des
Satelliten
BIIR-
07 (PRN 18) von
18.10.01 00:00
Uhr
Ground-Track (Subsatellitenbahn) des Satelliten GPS BIIR-07 (PRN 18) von 18.10.2001 00:00 Uhr bis 19.10.2001 00:00 Uhr
bis
19.10.01 00:00
Uhr. Der gelbe
Pfeil zeigt jeweils die 00:00 Zeiten. Man sieht, dass sich die Umlaufzeit leicht (4 Minuten) verschiebt. Der gelbe Punkt zeigt den
Subsatellitenpunkt um 21:30 Uhr. Der Satellit steht über Äthiopien. Die dazugehörige "Ausleuchtungszone", innerhalb derer der
Satellit sichtbar ist, ist hellblau markiert. Die Grafik wurde mit dem FreeWare Programm WinOrbit erstellt (und leicht
modifiziert).
Wer sich die Umlaufbahnen der GPS (und auch anderer Satelliten) plastisch vor Augen führen möchte, dem sei folgender Link
empfohlen: J-Track 3D. Auf dieser Seite gibt es ein Java-Applet, dass die Umlaufbahnen und Informationen von über 500
Satelliten darstellen kann.
Kontrollsegment (Bodenstationen)
Die Kontrolle über das GPS-System liegt
vollständig in der Hand der US-Armee.
Zur Überwachung der Satelliten dient
eine "Master Control Station" sowie vier
weitere Monitorstationen auf Hawaii,
den Ascension Islands, Diego Garcia
und
Kwajalein
(siehe
Grafik).
Position der Monitorstationen und der Master Control Station
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Die passiven Monitorstationen sind
nichts weiter als GPS Empfänger, die
alle
im
Sichtbereich
befindlichen
Satelliten verfolgen und auf diese
Weise Messdaten der Satellitensignale
sammeln.
Die
Monitorstationen
senden diese Rohdaten an die "Master
Control
Station"
Weiterverarbeitung.
Satelliten-Tracking-Station auf Hawaii (Quelle: Schriever Air Force Base Satellite Flyer Vol. 6; No.12)
Die
zur
Stationen
Ascension Islands, Diego Garcia und
Kwajalein sind auch Sendestationen
für
Korrekturdaten.
Die "Master Control Station" befindet sich in
der Schriever Air Force Base (ehemals Falcon
AFB), die knapp zwanzig Kilometer östlich von
Colorado Springs liegt. Das "50th Space Wing’s
2nd Space Operations Squadron" ist für den
Betrieb des GPS Systems verantwortlich. Hier
werden die Daten der Monitorstationen
24 Stunden am Tag in Echtzeit ausgewertet
und daraus Informationen über die Uhren und
Bahnen der Satelliten gewonnen. Auf diese
Weise können eventuelle Fehlfunktionen
schnell festgestellt werden. Aus den
Informationen werden auch neue
Ephemeridendaten berechnet. Ein bis zwei mal
pro Tag werden diese Daten dann zusammen
oben: Schriever AFB, Colorado
unten: 50th Space Wing’s 2nd Space Operations Squadron (Quelle: AFSPC Image Gallery)
mit anderen Kommandos über Sendeantennen
der Stationen auf den Ascension Islands, Diego
Garcia oder Kwajalein über ein S-Band Signal
(S-Band: 2000 - 4000 MHz) an die Satelliten zurückgesandt. Die Satelliten des Block IIR sind in der Lage, Signale mit anderen
GPS-Satelliten auszutauschen und können dadurch ihre Bahndaten selbst korrigieren, wodurch sie theoretisch nur alle 180 Tage
eine Verbindung mit den Bodenstationen benötigen.
Aktuelle Informationen zum Zustand des GPS-Systems finden sich hier und hier (englisch).
Benutzersegment (GPS-Empfänger)
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GPS-Satellitenempfänger lassen sich mittlerweile so kompakt bauen, dass sie sogar in eine
Armbanduhr integriert werden können. Die meisten der heute angebotenen Geräte für den
Privatgebrauch haben etwa die Grösse eines Mobiltelefons. Alle heute angebotenen Geräte
haben mindestens 12 Kanäle, d.h. sie können die Daten von bis zu 12 Satelliten gleichzeitig
verarbeiten und auswerten. Ältere Geräte mussten die Auswertung teilweise nacheinander
durchführen, wodurch die wesentlich langsamer und ungenauer waren, sowie
empfindlicher auf Störungen reagiert haben. Geräte für den professionellen Einsatz
(Vermessung, Militär) sind typischerweise etwas grösser und aus verschiedenen Gründen
wesentlich genauer.
Älteres GPS-Gerät (Magellan GPS 2000)
Positionsbestimmung
Stark vereinfacht gesagt sendet jeder Satellit eine Nachricht der Art: "Ich bin Satellit Nr. X, meine Position ist gerade Y und
diese Nachricht wurde zum Zeitpunkt Z versandt". Dies ist, wie gesagt, stark vereinfacht am es kommt dem Prinzip recht nah.
Zusätzlich sendet der Satellit noch Informationen über seine Position (und die der anderen Satelliten). Diese Bahndaten
(Ephemeriden- und Almanachdaten) werden vom GPS-Empfänger gespeichert und für spätere Rechnungen verwendet.
Um nun die Position zu bestimmen, vergleicht der GPS-Empfänger die Zeit, zu der das Signal ausgesamdt wurde mit der Zeit, zu
der das Signal empfangen wurde. Aus dieser Zeitdifferenz kann die Entfernung des Satelliten berechnet werden. Werden nun
von weiteren Satelliten Messungen hinzugefügt, so kann die aktuelle Position durch Trilateration (Entfernungsmessung von drei
Punkten aus) bestimmt werden werden. Mit wenigstens drei Satelliten kann der GPS Empfänger seine Position auf der
Erdoberfläche bestimmen. Dies wird "2D position fix" (zweidimensionale Positionsbestimmung) genannt. Zweidimensional
deshalb, weil der Empfänger davon ausgehen muss, sich direkt auf der Erdoberfläche (also einer rechnerisch zweidimensionalen
Fläche) zu befinden. Mit Hilfe von vier oder mehr Satelliten kann ein "3D position fix", also die absolute Position im Raum oder
eben zusätzlich die Höhe über der Erdoberfläche bestimmt werden.
Durch ständige Neuberechnung der aktuellen Position kann der GPS Empfänger auch genau die Geschwindigkeit und
Bewegungsrichtung (als "ground speed" und "ground track" bezeichnet) berechnen. Eine andere Möglichkeit der
Geschwindigkeitsmessung ist das Ausnutzen des Dopplereffekts, der durch die Bewegung bei den übermittelten Signalen
auftritt. Das funktioniert nach dem gleichen Prinzip, wie ein Beobachter ein Martinshorn als höheren Ton wahrnimmt, wenn es
sich auf ihn zu bewegt und als tieferen Ton, wenn es sich von ihm weg bewegt.
Vereinfacht liegt also der Positionsbestimmung mit Hilfe von GPS das gleiche Prinzip zugrunde, das man bereits als Kind
genutzt hat, um die Entfernung eines Gewitters abzuschätzen. Hierbei wird einfach gezählt, welche Zeitdifferenz zwischen dem
Einschlag des Blitzes (im Vergleich zur Schall- ist die Lichtgeschwindigkeit so hoch, dass man die Laufzeit des Lichts vom
Einschlagpunkt zum Beobachter nicht berücksichtigen muss) und dem Eintreffen des Donners vergangen ist. Da Schall sich in
Luft mit etwa 340 m/s ausbreitet ergibt sich so aus z.B. 3 Sekunden zwischen Blitz und Donner eine Entfernung von etwa 1
Kilometer.
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Dabei machen wir allerdings noch keine Positionsbestimmung, sondern nur eine Entfernungsbestimmung. Mit mehreren
Entfernungsbestimmungen lässt sich jedoch eine Positionsbestimmung durchführen. Um beim Beispiel mit dem Blitz zu bleiben
würde das bedeuten, dass wenn mehrere Leute an unterschiedlichen Positionen, die natürlich bekannt sind, stehen und die Zeit
zwischen Blitzeinschalg und Donner messen, die Position des Blitzeinschlags bestimmen könnten.
Im Folgenden nun eine Erkärung, wie die Positionsbestimmung beim GPS-System vonstatten geht. Zur Vereinfachung soll
zunächst von einer zweidimensionalen Welt ausgegangen werden, da hier die Übersichtlichkeit um "Dimensionen" besser ist
und sich das ganze auch vernünftig aufzeichnen lässt. Später kann das gesehene dann leicht in die wahre dreidimensionale Welt
übertragen werden.
In unserem Beispiel haben wir die Zeit, die ein Signal
vom ersten der beiden Satelliten bis zu unserem
Standpunkt benötigt mit 4 Sekunden bestimmt.
(Dieser Wert ist natürlich unrealistisch hoch, aber
das macht jetzt nichts. Tatsächlich ist die Laufzeit
der Signale vom Satelliten zur Erdoberfläche bei
einer Lichtgeschwindigkeit von 299 792 458,0 m/s
etwa 0,07 Sekunden, aber das ändert ja nichts am
Prinzip.) Wenn wir nur diese Information haben,
können wir immerhin schon sagen, dass unsere
Position
irgendwo
auf
einem
Kreis
mit
der
"Entfernung" 4 Sekunden um den ersten Satelliten
sein muss.
Wenn wir das ganze jetzt noch mit der Laufzeit eines
Positionsbestimmung mit zwei Satelliten (2-dimensionale Welt)
zweiten Signals machen, bleiben zwei Schnittpunkte
der Kreise als mögliche Positionen (Punkte A und B).
Moment mal, brauchen wir nun nicht noch einen dritten Satelliten, schliesslich heisst es ja auch "Trilateration" und nicht
"Dilateration"?
Nein, denn wir wissen ja bereits, dass wir uns wenigstens irgendwo in der Nähe der Erde befinden müssen (Punkt A) und nicht
irgendwo weit draussen im Weltraum (Punkt B). Genau genommen haben wir damit unseren dritten "Satelliten" bzw. dritten
Kreis, der mit den beiden anderen überlappen muss. Der im Bild grau hinterlegte Bereich ist der Bereich innerhalb dem das
GPS-System in unserem Beispiel genutzt werden kann. Dieser Bereich ist jedoch sehr gross, da die Satelliten weit weg sind von
der Erdoberfläche, so dass sich auch hoch fliegende Flugzeuge innerhalb dieses Bereichs befinden. Damit bleibt also nur ein
einziger Punkt übrig, an dem wir uns befinden können und unsere Position ist genau bestimmt. Fertig!
Und für drei Dimensionen brauchen wir jetzt lediglich noch einen dritten Satelliten?
Im Prinzip ja, jedoch gibt es wie immer ein Aber. Das Problem ist, die tatsächliche und exakte Laufzeit der Signale zu kennen.
Die Satelliten übermitteln wie gesagt mit jeder Nachricht eine Art Zeitstempel, wann die Nachricht abgesandt wurde. Ausserdem
wissen wir, dass die Uhren aller Satelliten absolut genau und synchron gehen, schliesslich sind Atomuhren an Bord. Das
Problem ist jedoch die Uhr unseres GPS Empfängers. Kein GPS-Empfänger hat eine eingebaute Atomuhr, was ihn ungeheuer
teuer machen würde. Unsere GPS-Empfänger haben "nur" Quarzuhren und die gegen im Vergleich zu Atomuhren wirklich nicht
sehr genau. Aber wie wirkt sich das nun in der Praxis aus?
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Bleiben wir bei unserem Beispiel und nehmen
an, die Uhr in unserem GPS Empfänger geht
gegenüber den Uhren der Satelliten eine halbe
Sekunden vor. Damit erscheint uns die
Laufzeit der Signale von den Satelliten um
0,5 Sekunden länger. Das wiederum führt
dann dazu, dass wir glauben am Punkt B
anstatt am Punkt A zu sein. Die Kreise die sich
in Punkt B schneiden werden im GPSWortschatz auch Pseudoranges
(Pseudoentfernungen) genannt. Diese werden
so lange mit "Pseudo" bezeichnet, bis die
Korrektur der Synchronisationsfehler (Bias)
2D Positionsbestimmung mit 2 Satelliten und angenommenem Uhrenfehler
der Uhren durchgeführt wurde. Je nachdem,
wie genau die Uhr funktioniert, wird die
ermittelte Position "mehr oder weniger falsch"
sein. Für die Praxis der Navigation mit GPS würde das bedeuten, dass bei den ungeheurer kleinen Signallaufzeiten die ermittelte
Position immer viel mehr (als weniger) falsch ist und damit völlig unbrauchbar wäre. Ein Uhrenfehler von 1/100 Sekunde, was
die Vorstellungskraft bereits strapaziert, einem jedoch von Auto- und Skirennen heute dennoch durchaus geläufig ist, macht in
der GPS-Navigation eine Fehlbestimmung der Position um ca. 3000 km aus. Um eine Positionsbestimmung auf 10 m genau zu
erreichen muss die Laufzeit bis auf 0,00000003 Sekunden genau sein. Da keine Atomuhren in GPS-Empfängern zu finden sind,
lässt sich das Problem anders auf eleganate Weise lösen.
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2D Positionsbestimmung mit 3 Satelliten und Korrektur des Uhrenfehlers
Zieht man nämlich noch einen dritten
Satelliten hinzu und betrachtet zunächst
wieder den Fall, dass die Uhr des Empfängers absolut genau geht, so erhält man wieder eine eindeutige bestimmte Position
(Punkt A).
Betrachtet man den gleichen Fall aber unter der Voraussetzung, dass die Empfänger-Uhr eine halbe Sekunde vorgeht, so erhält
man keinen eindeutigen Schnittpunkt mehr, sondern drei Schnittpunkte B aus je zwei Kreisen. Der Uhrenfehler fällt also sofort
auf. Verschiebt man nun die Zeit der Empfängeruhr solange, bis aus den drei Schnittpunkten B ein Schnittpunkt A wird, so hat
man den Uhrenfehler korrigiert und die Empfängeruhr läuft absolut snychron zu den Atomuhren der GPS-Satelliten. Der GPSEmpfänger wird zur "Atomuhr". Die Entfernungen zu den Satelliten, die als "Pseudoranges" bezeichnet wurden, werden jetzt
echte Entfernungsangaben und es wird auch klar, warum sie vorher nur als Pseudoentfernungen bezeichnet wurden.
In unserem Beispiel in der 2-dimensionalen Welt sind also die Signale von drei Satelliten nötig, um eine eindeutige
Positionsbestimmung durchzuführen. In der Realität, die eine Dimension mehr hat, braucht man für eine 3D-Positionierung wie
bereits erwähnt demnach vier Satelliten.
Warum hört man dann so oft, dass drei Satelliten ausreichen?
Man kann in der Praxis auch mit drei Satelliten eine Ortsbestimmung erhalten, aber nur eine zeidimensionale (2D-fix).
Zweidimensional bedeutet, dass sich die so Position auf der Erdoberfläche befinden muss. Der für die Berechnung notwendige
vierte Satellit wäre der Erdmittelpunkt und die zu diesem Satelliten bestimmte Entfernung wäre die Entfernung der
Erdoberfläche vom Erdmittelpunkt (6360 km). Somit hat man wieder vier gemessene Pseudoentfernungen aus denen die
tatsächliche Position bestimmt wird. Aber eben mit der Einschränkung, dass der Empfänger immer davon ausgeht, dass man
sich direkt auf der Erdoberfläche befindet. Erdoberfläche meint in diesem Fall das Erdgeoid, also Meereshöhe. Ist das nicht der
Fall (ist man z.B. auf einem Berg), kommt es zu Fehlern bei der Bestimmung, da die Laufzeiten von den Satellitensignalen nicht
stimmen.
Ausgesendete GPS-Signale
Die Art, wie mit Hilfe des GPS-Systems Positionen bestimmt werden und auch deren Genauigkeit hängt in hohem Maße von den
von den Satelliten ausgesendeten Signalen ab. Es gibt eine ganze Reihe von Kriterien, die in die Entwicklung der Signalstruktur
eingeflossen sind. Als Folge davon ist das GPS Signal relativ komplex und bietet folgende Möglichkeiten: Ein-Weg (passive)
Positionsbestimmung, genaue Entfernungs- und Geschwindigkeitsbestimmungen (Doppler-Effekt), Aussenden einer
Navigations-Nachricht, simultane Erfassung mehrerer Satellitensignale, Bereitstellung von Korrekturen für die ionosphärische
Verzögerung der Signale und Störungsunempfindlichkeit gegenüber Interferenzen und Mehrwegeffekte. Um allen diesen
Forderungen Genüge zu tun wurde die nachfolgend beschriebene Signalstruktur entwickelt.
Wahl der Trägerfrequenzen
Um die Datensignale zu transportieren wird zunächst eine geeignete Trägerfrequenz benötigt. Die Auswahl dieser
Trägerfrequenz ist bestimmten Bedingungen unterworfen:
o
Die Frequenz sollten unter 2 GHz gewählt werden, da Frequenzen darüber den Einsatz von Richtantennen in
der Empfangseinheit erforderlich machen würden.
o
Ionosphärische Verzögerungen sind in den Frequenzbereichen kleiner 100 MHz und größer 10 GHz enorm
hoch.
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o
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen weicht bei Ausbreitung in Medien (also z.B. in
Luft) umso stärker von der Lichtgeschwindigkeit (im Vakuum) ab, je tiefer die Frequenz ist. Dies würde bei sehr
tiefen Frequenzen wiederum die Laufzeitberechnungen nachteilig beeinflussen.
o
Die PRN-Codes benötigen eine große Bandbreite für die Code-Modulierung auf die Trägerfrequenz, es musste
also ein entsprechender Bereich hoher Frequenz und mit Möglichkeit zu großer Bandbreite gewählt werden.
o
Die gewählte Frequenz sollte in einem Bereich liegen, in dem die Signalausbreitung nicht durch
Wetterphänomene (Wolken, Regen, Schnee usw.) bestört wird.
Aus diesen Überlegungen heraus hat sich die Wahl von gleichzeitig zwei Frequenzen als besonders geeignet herausgestellt,
weshalb jeder der GPS-Satelliten zwei Trägersignale im Mikrowellenbereich überträgt, die als L1 und L2 bezeichnet werden (Die
Bezeichnung L weist auf die Frequenz hin, die im L-Band liegt (L-Band: 1000 - 2000 MHz). Zivile GPS-Empfänger verwenden
die L1-Frequenz mit 1575,42 MHz (Wellenlänge: 19,05 cm) (L2 - Frequenz: 1227.60 MHz; Wellenlänge: 24,45 cm). Die L1Frequenz trägt sowohl die Navigationsdaten als auch den SPS code (standard positioning code - StandardPositionsbestimmungscode). Die L2 Frequenz trägt nur den P-Code und wird nur von Empfängern die für den PPS (precision
positioning code) vorgesehen sind (Zweifrequenz-Geräte, meist militäriche Empfänger) verwendet.
Modulation der Trägersignale
C/A und P-Code
Die Trägerphasen werden durch drei unterschiedliche Binärcodes moduliert, zum einen dem C/A code (coarse aquisition, grobe
Bestimmung). Dieser Code ist ein 1023 "chip" langer Code, der mit einer Frequenz von 1,023 Mhz übertragen wird. Ein "chip" ist
im Prinzip das gleiche wie "bit", also eine Eins oder eine Null, der Begriff "chip" wird jedoch hier deshalb verwendet, da das
Signal keine Information trägt. Durch diesen Code wird das Trägersignal moduliert und dadurch auf eine Bandbreite der
Hauptkeule (also des stärksten Signals) von 2 MHz (P-Code auf L2: 20 MHz) ausgebreitet (Spread spectrum), was die
Störungsanfälligkeit verringert. Der C/A Code ist ein pseudozufälliger Code (PRN - pseudo random code), der wie zufällig
aussieht, jedoch für jeden der Satelliten eindeutig festgelegt ist. Er wiederholt sich nach jeweils 1023 bit oder einer Millisekunde.
Pro Sekunde werden damit also 1 023 000 chips generiert, wodurch sich mit Hilfe der Lichtgeschwindigkeit die "Länge" eines
"chips" auf 300 m berechnet.
PRN-Nummern
Häufig werden die Satelliten vom Empfänger über PRN-Nummern identifiziert. Hierbei erhalten echte GPS-Satelliten
Nummern von 1 - 32. WAAS/EGNOS-Satelliten und andere Pseudolites erhalten Werte darüber (siehe auch hier). Diese PRNNummern der Satelliten sind meist auf der Satellitenanzeigeseite des GPS-Empfängers wiederzufinden. Zur Vereinfachung des
Satellitennetzwerks sind 32 verschiedene PRN Nummern zur Zuordnung für Satelliten vorhanden, obwohl nur 24 Satelliten für
das System nötig würden und zunächst auch geplant waren. Seit längerem sind aber mehr als 24 Satelliten gleichzeitig aktiv, was
die Verfügbarkeit, Ausfallsicherheit und Genauigkeit erhöht. Dadurch, dass mehr Nummern als Satelliten verfügbar sind, kann
ein Ersatzsatellit gestartet und aktiviert werden, bevor der zu ersetzende Satellit tatsächlich ausfällt oder abgeschaltet wird. Für
diesen Satelliten wird dann einfach eine der zusätzlichen Nummern verwendet.
Die erwähnten PRN-Codes sind nur scheinbar zufällig. Wären sie wirklich zufällig, so gäbe es 21023 verschiedene Möglichkeiten
für den PRN-Code. Von diesen eignen sich jedoch nur sehr wenige für die Kreuz/Autokorrelation, die zur Laufzeitmessung
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benötigt wird (siehe Kapitel über die Entfernungsmessung hier). Diese 37 geeigneten Codes werden als GOLD-Codes bezeichnet
(nach einem Mathematiker benannt). Bei diesen GOLD-Codes ist die Korrelation untereinander besonders schwach, wodurch
eine eindeutige Identifikation ermöglicht wird.
Der C/A Code ist die Basis für alle zivilen GPS-Empfänger.
Der P Code (precise) moduliert sowohl die L1, als auch die L2 Trägerfrequenz und ist ein sehr langer 10,23 MHz
Pseudozufallscode (sieben Tage werden verwendet, der Code selbst wäre aber 266 Tage lang).
Zur Absicherung gegen mögliche Störsignale eines Feindes verfügt der P-Code die Möglichkeit verschlüsselt übertragen zu
werden. In diesem Anti-Spoofing (AS) Betrieb (manipulationssicherer Betrieb) wird der P-Code in einen Y-Code verschlüsselt.
Der verschlüsselte Code benötigt ein spezielles AS-Modul für jeden Empfängerkanal und ist nur für autorisiertes Personal mit
speziellem Schlüssel zugänglich. Der P bzw. Y Code sind die Basis für die präzise (militärische) Positionsbestimmung. Seit 31.
Januar 1994 ist das AS-System in Betrieb und der P-Code wird nur verschlüsselt als Y-Code ausgesendet.
Übertragung der Daten
Im GPS-System werden die Daten durch Phasenmodulation auf das Trägersignal aufmoduliert. Diese Phasenmodulation dürfte
im Gegensatz zu Amplitudenmodifikation (AM) und Frequenzmodulation (FM) relativ unbekannt sein. Diese drei Arten der
Modulation eines Trägersignals sollen deshalb kurz erläutert werden.
Bei der Amplitudenmodifikation wird, wie der Name schon sagt, die Amplitude, also
die Stärke des Signals entsprechend dem anliegenden Datensignal verändert.
Wenden man das Prinzip auf Schallwellen an, würde das heissen, man ändert die
Lautstärke eines Tons, um so Daten zu übertragen. Mit zunehmender
Abschwächung des Signals wird es immer schwieriger, die Daten aus dem Signal
Amplitudenmodulation eines
Datensignals auf einen Träger (Carrier)
herauszufiltern. Diese Art der Modulation ist vom Mittelwellenradio her bekannt.
Bei Frequenzmodulation wird die Trägerfrequenz selbst durch Aufmodulieren des
Datensignals verändert. Mit dem Beispiel der Schallwellen würde man also durch
ändern
der
Tonhöhe
bei
konstanter
Lautstärke
Daten
übertragen.
Frequenzmodulierte Signale sind weniger anfällig gegen Störungen. Diese Art der
Modulation
ist
vom
UKW-Radio
(FM)
bekannt.
Frequenzmodulation eines Datensignals
auf einen Träger (Carrier)
Bei
der
Phasenmodulation
wird
bei
Änderung
des
Datensignals
die
Sinusschwingung des Trägersignals abgebrochen und mit einer Phasenverschiebung
von z.B. 180° (also einer halben Welle) wieder aufgenommen. Das Trägersignal
kommt sozusagen aus dem Tritt. Diese Phasenverscheibung kann von einem
geeigneten Empfänger erkannt und die Daten wieder extrahiert werden.
Phasenmodulation eines Datensignals
auf einen Träger
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Phasenmodulation
führt
zu
einer
Verbreiterung
(spread
spectrum)
des
Frequenzbereichs der Trägersignals. Dies sieht man in obigem Bild z.B. daran, dass
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bei einem Wechsel der Phase viel schneller "Wellenberge" oder "Wellentäler" aufeinanderfolgen als im ursprünglichen
Trägersignal.
Diese
Art
der
Modulation
eignet
sich
nur
zur
Übertragung
von
digitalen
Daten.
Folgende Grafik zeigt die Zusammensetzung der von GPS-Satelliten ausgesendeten Signale. Der Aufbau der NAV/System Daten
wird im Kapitel Datensignalaufbau beschrieben.
Zusammensetzung der Signale der GPS Satelliten (nach Peter H. Dana; mit freundlicher Genehmigung)
Hinweis: Modulo 2 Sum bedeutet, daß nach normalen arithmetischen Regeln summiert wird. Ist das Ergebnis jedoch größer 2,
wird nur der nicht durch 2 teilbare Rest behalten. (0+0=0; 0+1=1; 1+0=1; 1+1=0).
Aufbau des Datensignals
Zusätzlich zum C/A-Code wird mit 50 bit/s die Navigationsnachricht das L1-Signal mit hineinmoduliert. Sie besteht aus einem
50 Hz Signal und enthält Daten wie die Satellitenbahnen, Uhrenkorrekturen und andere Systemparameter (z.B. den Status der
Satelliten, also ob in Ordnung oder fehlerhaft). Diese Daten werden ständig von jedem Satelliten übermittelt und daraus erhält
der GPS-Empfänger sein Datum, die ungefähre Uhrzeit und die Positionen der Satelliten.
Das vollständige Datensignal besteht aus 37500 bit und es dauert demnach bei einer Übertragungsgeschwindigkeit von 50 bit/s
ganze 12,5 Minuten bis es vollständig übertragen ist. Diese Zeit benötigt ein GPS-Empfänger bis zur ersten
Positionsbestimmung wenn er noch keine Daten über die Satelliten gespeichert hat oder diese veraltet sind.
Das Datensignal ist in 25 Blöcke (frames) unterteilt, die jeweils 1500 bit lang sind und 30 Sekunden zur Übertragung brauchen.
Struktur der GPS-Navigationsdaten eines "frames"
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Diese Blöcke sind wiederum in Teilblöcke (subframes) unterteilt (300 bit; 6 sec.), welche ihrerseits in je 10 Worte (word)
untergliedert (30 bit; 0,6 sec.) sind. Das erste Wort jedes Teilblocks ist das TLM (telemetry word). Es enthält Informationen zur
Aktualität der Ephemeridendaten. Darauf folgt das HOW (hand over word), welches die Anzahl der gezählten Z-Epochen
enthält. Diese Daten beinhalten die Zeit seit dem letzten "Neustart" der GPS-Zeit vom jeweils vorherigen Sonntag 0:00 Uhr. Da
das Signal des P-Codes eine Woche lang ist, dient dieses HOW militärischen Empfängern dazu, den "Einstieg" in den P-Code zu
finden.
Die restlichen Daten des ersten Teilblocks enthalten Daten zum Zustand und Genauigkeit des sendenden Satelliten sowie
Uhrenkorrekturwerte. Der zweite und dritte Teilblock enthält Parameter der Ephemeriden. Die Teilblöcke 4 und 5 schliesslich
beinhalten die sogenannten Almanachdaten, die in vereinfachter Form Informationen über die Bahnparameter aller Satelliten,
deren technischen Zustand und ihre momentane Konfiguration, Identifikationsnummer usw. enthalten. Teilblock 4 enthält die
Daten für die Satelliten 25 - 32, Ionosphärenkorrekturdaten, spezielle Nachrichten sowie UTC Zeitinformationen, Teilblock 5
enthält die Almanachdaten für die Satelliten 1 - 24 sowie Zeit und GPS-Wochennummer.
Die ersten drei Teilblöcke sind bei allen 25 Blöcken gleich, womit alle 30 Sekunden die wichtigsten Daten zur
Positionsbestimmung übermittelt werden. Aus den Almanachdaten kann der GPS-Empfänger ersehen, welche Satelliten an der
momentanen Position zu erwarten sind und beschränkt seine Suche auf diese. Damit kann eine schnellere Positionsbestimmung
erreicht werden.
Wir hatten gesehen, dass das Datensignal Korrekturparameter für die Satellitenuhren enthält. Warum wird das benötigt, wo die
Atomuhren doch so hochgenau sind?
Jeder Satellit besitzt mehrere Atomuhren und damit eine sehr exakte Zeit. Die Atomuhren der einzelnen Satelliten werden
allerdings nicht auf die GPS Referenz-Zeit abgeglichen, sondern laufen völlig frei. Aus diesem Grund werden
Korrekturparameter für die Uhr jedes einzelnen Satelliten benötigt. Die GPS Referenz-Zeit unterscheidet sich zudem von der
UTC-Zeit (oder Weltzeit), welche regelmäßig der Erddrehung angepaßt wird (Schaltsekunden).
Wenn ein Satellit die Signale nicht korrekt übermittelt oder in seiner Umlaufbahn instabil ist, kann er von der Kontrollstation
als "ungesund" gekennzeichnet werden. Diese Informaiton wird im Datensignal mit übertragen und ein guter Empfänger wird
diesen Satelliten aus den Berechnungen ausklammern. Ein typischer Grund, warum ein Satellit als "ungesund" gekennzeichnet
wird ist, dass seine Position korrigiert werden muss. Für diese Veränderung werden die Triebwerke gezündet und wenn der
Satellit in seiner neuen Umlaufbahn ist, dauert es noch einige Zeit, während der er als "ungesund" gekennzeichnet wird, bis die
neue Umlaufbahn stabilisiert hat.
Die Speicherung der Ephemeriden- und Almanach-Daten im GPS-Empfänger führt dazu, daß es ja nachdem, wie lange ein GPSGerät keinen Empfang hatte, unterschiedlich lange dauert, bis die erste Positionsbestimmung verfügbar ist.
War der Empfang der Signale lediglich kuru unterbrochen (z.B. Tunnelfahrt, Wald) so spricht man von Wiedererfassung (engl.
reaquisition). Dies dauert nur sehr wenige Sekunden.
Von einem Heisstart (Hot Start) spricht man, wenn Position und Uhrzeit bekannt sind, die Almanach-Daten und die
Ephemeriden-Daten aktuell sind. Dieser Fall tritt ein, wenn das Gerät innerhalb der letzten 2 - 6 Stunden am etwa gleichen Ort
eine Positionsbestimmung durchgeführt hat. Dabei dauert es etwa 15 Sekunden, bis eine Positionsbestimmung (engl. position
fix) verfügbar ist.
Wenn die letzte Position bekannt ist, das Almanach vorhanden und die Uhrzeit im Empfänger stimmt aber die Ephemeriden
veraltet sind, spricht man von einem Warmstart (Warm Start). Dabei müssen nur die Ephemeridendaten aktualisiert werden
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und es dauert etwa 45 Sekunden bis einen Positionsbestimmung verfügbar ist. Die Ephemeriden sind veraltet, wenn mehr als
etwa 2 - 6 Stunden seit dem letzten Empfang von Daten zu den momentan sichtbaren Satelliten vergangen sind. Je mehr andere
Satelliten seit dem letzten Einschalten am Himmel stehen desto länger dauert der Warmstart.
Sind weder Ephemeriden, noch Almanach-Daten noch die letzte Position bekannt, spricht man von einem Kaltstart (Cold Start).
Es müssen zunächst alle Almanach-Daten der Satelliten abgewartet werden, was bis zu 12,5 Minuten dauern kann. Das gleiche
Verhalten zeigen die Empfänger, wenn sie längere Zeit (Wochen) ausgeschaltet waren, ohne Batterie gelagert wurden oder mehr
als etwa 300 km seit dem letzten Positionsfix bewegt wurde. Im letzten Fall müssen natürlich keine Daten abgewartet werden,
aber da die Position sich so stark verändert hat, dass die "falschen" Satelliten am Himmel stehen, muss der Empfänger zunächst
"blind" alle Satelliten suchen. Bei vielen Geräten lässt sich durch Eingabe des Datums und der ungefähren Position die benötigte
Zeit für den Kaltstart verkürzen.
Wer jetzt alles noch ganz genau wissen will, sieht am besten hier nach (englisch).
Laufzeitmessung der Signale
Wie wir gehört haben, sendet jeder Satellit einen Pseudozufallscode (PRN) aus, der dem Empfänger bekannt ist. Das bedeutet,
der
Empfänger
kann
den
gespeicherten
PRN
mit
dem
gerade
empfangenen
Code
vergleichen.
Nachfolgendes Bild zeigt zwei identische Codes. Ausgefüllte Felder sollen binär 1, weisse Zwischenräume eine 0 darstellen. Das
violette Signal sei das Signal des Satelliten, das Orange das Signal des Empfängers. Man kann jetzt einfach bestimmen, wie weit
man das Signal verschieben muss, damit man es direkt zur Deckung bringt. Aus der Verschiebung, die ja einer Zeit - nämlich der
Signallaufzeit vom Satelliten zur Erde - entspricht läßt sich die Entfernung zum Satelliten berechnen.
Vergleich zweier Signale. Oben: verschoben; Unten: Zur Deckung gebracht.
Wie aber verschiebt man Signale, die sehr schwach sind und wo zudem noch alle Satelliten auf einer Frequenz senden, man also
eigentlich ein heilloses Durcheinander empfängt? Für die Lösung derartige Probleme gibt es einen eleganten Algorithmus mit
der Bezeichnung Kreuzkorrelation. Dieser zeichnet sich durch eine große Unempfindlichkeit gegenüber Störungen aus.
Im folgenden soll das Verfahren anhand eines einfachen und deutlichen Signals erläutert werden. Oben sieht man jeweils einen
Ausschnitt eines PRN-Codes eines Satelliten, in der Mitte den gleichen Code des Empfängers. Im Ersten Beispiel ist der Code
des Empfängers noch "zu spät" dran, wie man am grünen Balken sieht. Bei der Kreuzkorrelation multipliziert man die Signale
nun miteinander. Hieraus ergibt sich das untere Signal. Jetzt summiert man das untere Signal auf, was im ersten Fall einen
Wert von 9 (9 x 1 plus 39 x 0) ergibt.
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Oben: Signal des Satelliten; Mitte: Signal des Empfängers, dessen Signal ist gegenüber dem des Satelliten nach hinten verschoben. Unten: Beide
Signale multipliziert. Summiert man für jede Position das multiplizierte Signal erhält manin diesem Fall einen Korrelationswert von 9
Verschiebt man nun das Signal schrittweise um jeweils eine Einheit und führt den gleichen Prozess jedesmal durch, so erhält
man einen Zahlenwert für jede Verschiebung.
Oben: Signal des Satelliten; Mitte: Signal des Empfängers, dessen Signal genau deckungsgleich mit dem des Satelliten ist. Unten: Beide Signale
multipliziert. Summiert man für jede Position das multiplizierte Signal erhält man in diesem Fall einen Korrelationswert von 25.
Beim zweiten Beispiel liegt das Signal des Empfängers nun genau Deckungsgleich zum Signal des Satelliten. Wie man sieht ist
die Summe am Ende deutlich größer als beim ersten Beispiel.
Oben: Signal des Satelliten; Mitte: Signal des Empfängers, dessen Signal ist gegenüber dem des Satelliten nach vorn verschoben. Unten: Beide
Signale multipliziert. Summiert man für jede Position das multiplizierte Signal erhält manin diesem Fall einen Korrelationswert von 9
Verschiebt man das Signal noch weiter, wie im dritten Beispiel geschehen, so wird die Summe wieder kleiner.
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Korrelation der beiden Signale bei Verschiebungen von -7 bis 13
Die nebenstehende Grafik zeigt nun die Korrelationswerte nochmals für Verschiebungen von -7 bis 13. Deutlich ist zu sehen, wie
die Korrelationsfunktion bei einer Verschiebung um 3 einen maximalen Wert erreicht (unsere oben gesehenen 25. Die Funktion
ist auf 1 normiert, was verdeutlichen soll, dass die Signale im Idealfall zu 100 % übereinstimmen können.) Wer die
Signalkorrelation live sehen will, kann hier mal spielen (englisch) oder hier (deutsch).
In der Realität ist das Verfahren der Kreuzkorrealtion noch ein wenig komplexer. Beispielsweise wird durch die Bewegung des
GPS-Empfängers das Signal durch den Dopplereffekt gestaucht oder gestreckt. Dies erlaub zwar eine Geschwindigkeitsmessung
auf Basis des Dopplereffekts erschwert aber die Korrelation, da die Signale nicht nur gegeneinander verschoben sondern auch
noch gestaucht und gestreckt werden müssen.
Nun wollen wir das eben Gesehene auf die Dimensionen der GPS Signale übertragen. Wir haben gehört, dass der C/A-Code aus
1023 chips besteht, die mit einer Frequenz von 1,023 MHz gesendet werden, somit alle 1000 Mikrosekunden wiederholt werden.
Bei einer Lichtgeschwindigkeit von etwa 300 000 km/s entspricht das einer Entfernung von 300 km. Das Signal wiederholt sich
also sozusagen alle 300 km. Ein Balken (oder "Nichtbalken") der obigen Grafiken entspricht einem chip im GPS-Signal. Die von
uns berechnete Signalverschiebung von 3 entspräche damit 3 chips oder 3 Mikrosekunden. Das entspricht einer Entfernung von
0,9 km.
Hier fallen jetzt zwei Dinge auf. Zum einen: Was soll eine Entfernung von 0,9 km bedeuten? Zum anderen wird der
aufmerksame Leser sich fragen: Wenn man die Signalverschiebung nur auf 1 Mikrosekunde genau kennt, ist die Entfernung ja
auch nur auf 300 m bekannt und wie kann GPS dann so genau sein? Die Antwort hierauf zuerst: Moderne GPS-Empfänger sind
in der Lage, die Signalverschiebung auf bis zu 1 % eines chips zu bestimmen, wodurch die Entfernung zum Satelliten im Idealfall
auf 3 m genau berechnet werden kann.
Nun zur ersten Frage: Wir sehen, dass der Empfänger zunächst nur einen Entfernungswert zum Satelliten zwischen 0 und
300 km errechnen kann. Entweder kennt jetzt der Empfänger seine Position schon ungefähr, weil seine letzte
Positionsbestimmung an einer (weniger als etwa 300 km entfernten) Stelle durchgeführt wurde, oder es gibt eine ganze Reihe
von möglichen Positionen, aus denen aber durch Iteration, also einer schrittweisen Annäherung an an den richtigen Wert, die
tatsächliche Position bestimmt werden kann.
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Annäherung an die tatsächliche Position (auf einen durch 300 km teilbaren Wert ) durch Iteration
Vereinfacht gesagt ist, wenn es mehrere Möglichkeiten gibt, die richtige ziemlich in der Mitte dieser Möglichkeiten.
Nebenstehende Grafik zeigt anhand einer zweidimensionalen Positionsbestimmung, wie die möglichen Positionen um die
tatsächliche Position verteilt sind. Eingeschränkt werden diese Möglichkeiten beispielsweise schon dadurch, dass sich der
Empfänger ja in einer begrenzten Entfernung von der Erdoberfläche befinden muss. Weiterhin kann darüber, welche Satelliten
empfangen werden eine Einschränkung über die mögliche Position gemacht werden, sobald die Uhrzeit ungefähr bekannt ist.
Diese wird ja auch von den Satelliten übertragen ist somit bekannt.
Dieser ganze Vorgang dauert bei einem Empfänger, der "überhaupt nichts weiss" allerdings durchaus eine gewisse Zeit,
weswegen die meisten Empfänger nach einem größeren Ortswechsel die Möglichkeit bieten, eine ungefähre Position
vorzugeben. Ein moderner GPS-Empfänger ist aber wie gesagt durchaus in der Lage, seine Position auch ohne diese
Hilfestellung zu bestimmen. Die Grafik zeigt also mögliche Positionen in Abständen an, die sich um jeweils 300 km
unterscheiden. Hat sich der GPS-Empfänger nun entschieden, dass die grüne Position (auf ± 300 km "gerundet") die richtige ist,
geht der Rest über das Einrasten des Signal. Angenommen, die in 300 km-Schritten berechnete Entfernung wäre 24000 km.
Jetzt wird über die Verschiebung des Signals um 3 Mikrosekunden (siehe oben) die exakte Entfernung berechnet.
Unsere Entfernung zum Satelliten aus obigem Beispiel berechnet sich damit auf 24000,9 km. Dies entspricht einer gesamten
Signallaufzeit von lediglich 0,08003 s. Also etwas mehr als acht hundertstel Sekunden.
Fehlerquellen bei GPS
Selective Availability
Der größte Faktor bei der Positionsgenauigkeit des GPS besteht seit 2. Mai 2000 5:05 Uhr (MEZ) bis auf weiteres nicht mehr.
An diesem Tag wurde die sogenannte "selective availability" (SA) abgeschaltet. Hierbei handelt es sich zum einen um eine
künstliche Verfälschung der vom Satelliten übermittelten Uhrzeit im L1 Signal, was bei zivilen GPS Empfängern dazu führt, eine
ungenauere Positionsbestimmung zu erzielen. Dies führt zu Schwankungen um ca. 50 m während wenigen Minuten. Zusätzlich
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werden die Ephemeriden-Daten ungenauer übertragen, d.h. die übermittelte Satellitenposition stimmt nicht mit der
tatsächlichen überein. Hierdurch kann eine Ungenauigkeit der Position um 50 bis 150 m mit Periodendauern von mehreren
Stunden erreicht werden. Während bei eingeschalteter SA die Positionsgenauigkeit im Bereich von 100 Metern lag, wird jetzt
eine Genauigkeit von 20 Meter erreicht, die in der Praxis häufig jedoch sogar noch unterschritten wird. Vor allem die
Höhenbestimmug hat stark von der Abschaltung der SA profitiert. Vorher war eine Höhenbestimmung über GPS praktisch
unbrauchbar.
Als Grund für SA wurden Sicherheitsbedenken angegeben. So sollte es beispielsweise Terroristen unmöglich gemacht werden,
kritische Einrichtungen in den USA mit selbstgebauten Fernlenkwaffen genau treffen. Paradoxerweise war genau diese SA
bereits während des ersten Golfkriegs (1990) teilweise deaktiviert, da für die vielen dort befindlichen amerikanischen Truppen
nicht genügend militärische Empfänger zur Verfügung standen und auf zivile Empfänger ausgewichen werden musste, wovon
10000 Stück eingekauft wurden (Es handelte sich übrigens um Geräte der Firmen Trimble und Magellan). Dies ermöglichte den
Truppen sehr präzise Operationen in einer orientierungspunktlosen Wüste. Wie gesagt wurde dieses SA jedoch mittlerweile
aufgrund der großen Verbreitung von GPS Empfängern und des damit verbundenen weltweiten Nutzens deaktiviert.
Nachfolgend noch zwei Diagramme, die die Verbesserung der Positionsbestimmung durch die Abschaltung der SA
verdeutlichen. Die Kantenlänge der Diagramme beträgt jeweils 200 Meter, die Daten wurden am 1. Mai 2000 bzw. am 3. Mai
2000 jeweils über 24 Stunden aufgenommen. Während mit SA 95 % der Messwerte innerhalb eines 45 m Radius liegen, sind
ohne SA 95 % der Werte innerhalb eines 6,3 m Radius.
Streuung der Positionsbestimmung mit ein- und ausgeschalteter "Selective Availability"
(Diagramme entnommen von http://www.igeb.gov/sa/diagram.shtml
Mit freundlicher Genehmigung von Dr. Milbert (NOAA))
Satellitengeometrie
Ein weiterer Faktor, der die Genauigkeit der Positionsbestimmung beeinflusst ist die "Satellitengeometrie". Einfach gesagt
bezieht sich "Satellitengeometrie" auf die vom Empfänger aus gesehene Stellung der gerade empfangenen Satelliten zueinander
im Raum.
Wenn ein Empfänger beispielsweise gerade vier Satelliten empfängt und alle vier Satelliten sind beispielsweise nur im
Nordwesten, so ergibt sich daraus eine "schlechte Geometrie". Unter Umständen kommt überhaupt keine Positionsbestimmung
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zustande denn wenn alle Entfernungsmessungen aus der gleichen Richtung erfolgen, kann keine Position trianguliert werden.
Selbst wenn der Empfänger eine Positionsbestimmung durchführen kann, so kann der Fehler ohne weiteres im Bereich von 100
bis 150 Metern liegen.
Sind hingegen die vier empfangenen Satelliten möglichst gut über den gesamten Himmel verteilt, so wird die
Positionsbestimmung wesentlich genauer. Angenommen die Satelliten befinden sich im Norden, Osten, Süden und Westen, sind
also in 90° Abständen angeordnet, so ist die "Satellitengeometrie" sehr gut, da die Entfernungsmessungen in allen Richtungen
gemacht werden. Dies kann mit den folgenden Zeichnungen für den zweidimensionalen Fall wieder recht deutlich gemacht
werden. Wir beschränken uns auf zwei Satelliten, lassen also Uhrzeitungenauigkeiten aus dem Spiel.
Angenommen die Satelliten befinden sich in
einer
"günstigen"
Anordnung.
Vom
Betrachter aus bilden die Sichtlinine zu den
Satelliten etwa einen rechten Winkel. Die
Laufzeit kann ja aus verschiedenen in
diesem Kapitel erklärten Gründen nicht
ganz exakt bestimmt werden, was durch die
grauen Bereiche um die "Laufzeitkreise"
dargestellt wird. Der "Schnittpunkt" A der
beiden Kreise ist nun eine relativ kleine
annähernd quadratische Fläche (blau), die
Positionsbestimmung wird sehr genau sein.
Geometrisch günstige Anordnung zweier Satelliten
Befinden sich sich die beiden Satelliten jetzt vom Betrachter aus
gesehen eher mehr hintereinander, so ergibt die Schnittfläche
der möglichen Positionen an denen man sich befindet eine
wesentlich größere und in die Länge gezogene Fläche. Als Folge
davon ist die Positionsbestimmung weniger genau.
Die Satellitengeometrie muss auch berücksichtigt werden, wenn
der GPS- Empfänger in Fahrzeugen oder in der Nähe von hohen
Gebäuden verwendet wird. Wenn einige Satellitensignale
abgeblockt werden, so entscheiden die restlichen
Satellitenpositionen darüber, wie gut die Positionsbestimmung
sein wird und ob überhaupt eine Positionsbestimmung möglich
ist. Dies kann häufig sehr gut innerhalb von Gebäuden in
Fensternähe beobachtet werden. Wenn noch eine
Positionsbestimmung möglich ist, ist diese meist sehr ungenau.
Geometrisch ungünstige Anordnung zweier Satelliten
Je größer der verdeckte Bereich des Himmels ist, desto
schwieriger wird die Positionsbestimmung. Die meisten GPS
Empfänger zeigen nicht nur an, welche Satelliten empfangen werden, sondern bieten darüber hinaus auch eine Positionsanzeige
der Satelliten an. Dies ermöglicht es dem Benutzer zu Erkennen, ob ein zur Positionsbestimmung nötiger Satellit eventuell
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durch ein Hindernis verdeckt wird und vielleicht ein paar Meter weiter wesentlich bessere Empfangsbedingungen herrschen
würden. Viele Geräte zeigen ein Mass für die Genauigkeit der Messwerte an, die meist ein Kombinationswert verschiedener
Faktoren ist und über deren genaue Berechnung die Hersteller nur ungern Auskunft geben. Für die "Güte" der
Satellitengeometrie sind die DOP-Werte (dilution of precision; Verschlechterung der Genauigkeit) sehr verbreitet. Je nachdem,
welche Daten bei der Berechnung herangezogen werden unterscheidet man zwischen verschiedenen DOP-Werte:
o
GDOP (Geometric Dilution Of Precision); Gesamtgenauigkeit; 3D-Koordinaten und Zeit
o
PDOP (Positional Dilution Of Precision) ; Positionsgenauigkeit; 3D-Koordinaten
o
HDOP (Horizontal Dilution Of Precision); Horizontalgenauigkeit; 2D-Koordinaten
o
VDOP (Vertical Dilution Of Precision); Vertikalgenauigkeit; Höhe
o
TDOP (Time Dilution Of Precision); Zeitgenauigkeit; Zeit
So sind HDOP-Werte unter 4 sehr gut, über 8 jedoch schlecht. Die HDOP Werte werden schlechter, wenn sich die emfpangenen
Satelliten hoch am Himmel befinden. VDOP Werte hingegen sind eher schlechter, wenn sich die Satelliten sehr nahe am
Horizont befinden und die PDOP Werte sind am besten, wenn sich ein Satelliten überkopf und drei weitere gleichmässig am
Horizont verteilt befinden. Für eine gute Bestimmung sollte der GDOP-Wert nicht unter 5 sein. Die PDOP, HDOP und VDOP
Werte werden im NMEA-Datensatz $GPGSA ausgegeben.
Die Satellitengeometrie verursacht keinen Fehler in der Positionsbestimmung, der mit Meterangaben fassbar ist. Vielmehr
vervielfachen die DOP-Werte die anderen Fehler. Hohe DOP-Werte wirken sich also auf die restlichen Fehler einfach stärker
aus, als niedere DOP-Werte.
Wie bereits weiter oben erwähnt, hängt der Fehler der Positionsbestimmung durch die Satellitengeometrie auch vom
Breitengrad des Empfängers ab. Anhand von zwei Diagrammen kann dies veranschaulicht werden. Das linke Diagramm zeigt
den Höhenfehler (anfangs noch mit SA eingeschaltet) aufgenommen in Wuhan (V. R. China), welches auf 30,5 ° nordlicher
Breite liegt und somit praktisch immer ideale Satellitenkonstellationen vorfindet. Das rechte Diagramm zeigt den gleichen
Messzeitraum aufgenommen auf der Casey-Station in der Antarktis (66,3 ° südliche Breite). Bedingt durch die dort zeitweise
sehr ungünstige Geometrie fällt der Fehler deutlich grösser aus. Die Skala beträgt jeweils 150 m um die wahre Position.
Zusätzlich kommt es, je näher man zu den Polen kommt zu einer Verschlechterung der Positionsgenauigkeit dadurch, dass die
Signale flacher durch die Atmosphäre laufen und somit eine "dickere" Atmosphäre "sehen", die zu zusätzlichen Fehlern führt
(siehe atmosphärische Effekte).
Höhenfehler in verschiedenen Breitengraden.
(Diagramme entnommen von http://www.ngs.noaa.gov/FGCS/info/sans_SA/world/.
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Mit freundlicher Genehmigung von Dr. Milbert (NOAA))
Satellitenumlaufbahnen
Obwohl die GPS Satelliten sich in sehr präzisen Umlaufbahnen befinden kommt es zu leichten Schwankungen durch
Gravitationskräfte. So beeinflussen Sonne und Mond die Bahnen geringfügig. 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.
Mehrwegeeffekt
Der Mehrwegeffekt hat nichts mit Recycling zu tun, es
ist
ein
Effekt,
der
durch
die
Reflektion
der
Satellitensignale (Radiowellen) an Objekten zustande
kommt und ist übrigens der gleiche Effekt, der
Geisterbilder bei Fernsehbildern verursachte, als noch
die normale Dachantenne üblich war (die Generation
der nicht Kabel- und Schüsselverwöhnten kennt das
noch).
Bei GPS-Signalen tritt dieser Effekt besonders stark
durch Reflektion an hohen Gebäuden oder anderen
Erhebungen auf. Das reflektierte Signal braucht
länger, um zum Empfänger zu gelangen als das direkt
empfangene Signal. Der daraus resultierende Fehler
Störungen durch Reflektion der Signale
liegt
typischerweise
Empfindlichkeit
von
bei
wenigen
Metern.
GPS-Empfängern
auf
Die
den
Mehrwegeeffekt ist unterschiedlich und hängt vor allem von der Antennenkonstruktion ab. Patch-Antennen sind weniger
empfindlich, Helixantennen mehr. Das hat für beide Typen vor und Nachteile. Bei guten Empfangsbedingungen mag eine PatchAntenne genauer sein, wenn sie nicht durch eventuell vorhandene Reflektionen beeinflusst wird, bei schlechten Bedingungen ist
es
hingegen
besser
eine
Positionsbestimmung
mit
einem
reflektierten
Signal
durchzuführen
als
garkeine.
Atmosphärische Effekte
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Weiterhin zum Genauigkeitsfehler trägt die durch
durch
atmosphärische
Effekte
Troposphäre und Ionosphäre
in
der
verringerte
Ausbreitungsgeschwindigkeit bei. Während sich
Radiosignale im Weltall mit Lichtgeschwindigkeit
ausbreiten, breiten sich diese in der Ionosphäre
und
der
Troposphäre
mit
geringerer
Geschwindigkeit aus.
Gestörte Ausbreitung der Signale durch die Atmosphäre
So
werden
in
der
Ionosphäre
durch
die
ionisierende Wirkung der Sonne in einer Höhe von
ca. 80 bis 400 km Elekronen und positive Ionen in
großer Zahl gebildet. Diese konzentrieren sich in vier leitenden Schichten innerhalb der Ionosphäre (D-, E-, F1-, und F2Schicht). Diese Schichten reflektieren bzw. brechen die elektromagnetischen Wellen der Navigationssatelliten. Daraus folgt eine
längere Laufzeit der Satellitensignale.
Diese Fehler werden größtenteils im Empfänger durch entsprechende Berechnungen kompensiert. Dies geschieht dadurch, dass
man die typischen Geschwindigkeitsabweichungen bei tiefen und hohen Frequenzen während der Ionosphärendurchdringung
an einem Standardtag zu Standardbedingungen kennt und bei allen Entfernungsberechnungen mit einbezieht. Was bei zivilen
Empfängern nicht kompensiert werden kann ist eine unvorhergesehene Laufzeitänderung beispielsweise durch veränderte
Ionosphäre infolge starker Sonnenwinde.
Man weiß, dass sich elektromagnetische Wellen beim Durchgang der Ionosphäre umgekehrt proportional ihrer Frequenz zum
Quadrat (1/f2) verlangsamen. Das bedeutet, daß sich elektromagnetische Wellen mit niedrigen Frequenzen stärker als solche mit
hohen Frequenzen verlangsamen. Wenn man nun die bei einem Empfänger ankommenden hoch- und tieffrequenten Signale
hinsichtlich ihrer unterschiedlichen Ankunftszeit untersucht, kann die ionosphärische Laufzeitverlängerung berechnet werden.
Militärische GPS-Empfänger verwenden hierzu die Signale beider Frequenzen (L1 und L2), die unterschiedlich von der
Atmosphäre beeinflusst werden und sind somit in der Lage einen weiteren Teil der Ungenaugkeit herauszurechnen.
Der Troposphärenfehler ist ein weiterer Faktor, der durch Brechung die Laufzeit elektromagnetischer Wellen verlängert.
Ursache dafür sind die durch unterschiedliche Wetterlagen bedingten unterschiedlichen Wasserdampfkonzentrationen in der
Troposphäre. Der hierdurch verursachte Fehler ist kleiner als der Ionosphärenfehler, lässt sich jedoch nicht herausrechnen und
kann lediglich durch ein allgemeines Modell bei den Berechnungen angenähert werden.
Zur Veranschaulichung des Ionosphärenfehlers nun noch zwei Grafiken, die den Unterschied in der Positionsgenauigkeit
zwischen Zweifrequenz-Empfängern mit Ionosphären-Korrektur und Einfrequenz-Empfängern verdeutlichen. Links die
Streuung der Positionsbestimmung bei einem Einfrequenzempfänger, rechts bei einem Zweifrequenzempfänger. Beide
Diagramme haben näherungsweise die gleiche Skala (Links: Breitengrad -15 m bis +10 m, Längengrad -10 m bis +20 m, Rechts:
Breitengrad -12 m bis +8 m, Längengrad -10 m bis +20 m). Deutlich erkennbar ist das Verschwinden einzelner "Ausreisser" mit
Ionosphären-Korrektur, während die mittlere Positionsgenauigkeit für 95 % der Messwerte nicht sehr stark verbessert wird.
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Positionsbestimmung ohne und mit Atmosphärenkorrektur durch Verwendung der zweiten Frequenz.
(Diagramme entnommen von http://www.ngs.noaa.gov/FGCS/info/sans_SA/iono.
Mit freundlicher Genehmigung von Dr. Milbert (NOAA))
Durch Einführung von WAAS und EGNOS (siehe hier) ist es möglich, "Karten" mit dem Einfluss der Atmosphäre (Ionosphäre)
auf bestimmte Gebiete zu erstellen und diese Korrekturdaten an die Empfänger zu senden. Dadurch wird die Genauigkeit
deutlich erhöht.
Uhrenungenauigkeit und Rundungsfehler
Eine weitere Fehlerquelle ist, trotz der Synchronisierung der Uhr während der Positionsbestimmung auf die Zeit der Satelliten,
die verbleibende Ungenauigkeit der Empfänger-Uhr. Die verbleibende Uhrenungenauigkeit der Satelliten macht einen Fehler
von ca. 2 Metern aus. Rundungs- und "Rechenfehler" der Empfänger bewirken etwa 1 Meter Ungenauigkeit.
Relativistische Effekte
Nachfolgender Abschnitt soll keine Erklärung der allgemeinen oder speziellen Relativitätstheorie sein. Im täglichen Leben
glaubt man immer, nichts von der Relativitätstheorie zu merken, aber sie haben beispielsweise einen wichtigen Einfluss auf das
Funktionieren des GPS-Systems. Genau deshalb soll kurz erklärt werden, weshalb.
Die Zeit ist, wie schon erwähnt, bei der ganzen GPS-Navigation ein sehr kritischer Faktor und muss bis auf 20 - 30
Nanosekunden genau bekannt sein, um die gewollte Genauigkeit zu erreichen. Genau deshalb spielt die schnelle Bewegung der
Satelliten (fast 12000 km/h) eine Rolle.
Wer sich schon einmal mit der speziellen Relativitätstheorie auseinandergesetzt hat (oder auseinandergesetzt wurde!), weiss,
dass bei schnellen Bewegung die Zeit langsamer vergeht als im Stillstand. Für die Satelliten, die sich mit 3874 m/s bewegen,
bedeutet das aber, dass deren Uhren, von der Erde aus gesehen, langsamer gehen. Diese relativistische Zeitdilatation macht
einen Zeitfehler von etwa 7,2 Mikrosekunden (1 Mikrosekunde = 10-6 Sekunden) pro Tag aus.
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Die allgemeine Relativitätstheorie sagt nun aber zudem, dass die Zeit umso langsamer vergeht, je stärker das Gravitationsfeld
ist, dem man ausgesetzt ist. Dieser Effekt führt nun dazu, dass ein Beobachter auf der Erde die Uhr des Satelliten, der ja in
20200 km Höhe einem geringeren Erdgravitationsfeld ausgesetzt ist, als der Beobachter, als zu schnell empfindet. Und dieser
Effekt ist etwa sechsmal so gross die durch die Geschwindigkeit hervorgerufene Zeitdilatation.
In der Summe gesehen scheinen die Uhren der Satelliten also insgesamt etwas zu schnell zu laufen. Die Zeitverschiebung zum
Beobachter auf der Erde wäre etwa 38 Mikrosekunden pro Tag und würde einen Gesamtfehler von etwa 10 Kilometern pro Tag
ergeben. Damit man sich nicht ständig mit diesen Fehlern herumschlagen muss, haben sich die Entwickler der GPS-Systems
etwas einfache und schlaues einfallen lassen. Sie haben die Uhren der Satelliten auf 10.229999995453 Mhz anstat 10.23 Mhz
eingestellt, tun aber so, als hätten sie 10.23 MHz. Damit werden die relativistischen Effekte kompensiert.
Es gibt noch einen weiteren relativistischen Effekt, der bei normalen GPS-Positionsbestimmungen nicht berücksichtigt wird:
Der Sagnac-Effekt. Dieser kommt dadurch zustande, dass sich ein Beobachter auf der Erde durch die Erdrotation ebenfalls mit
bis zu 500 m/s (am Äquator) bewegt. Der Einfluss dieses Effekts ist sehr gering und kompliziert zu berechnen, da er
richtungsabhängig ist, weshalb er nur in besonderen Fällen berücksichtigt wird. Wer das Ganze noch ein wenig ausführlicher
wissen will, sollte hier nachsehen.
Insgesamt sieht die Fehlerbilanz des GPS-Systems etwa folgendermassen aus, wobei die Werte keine festen Größen sind,
sondern durchaus Schwankungen unterworfen sind. Die angegebenen Werte sind circa-Werte.
Störungen durch die Ionosphäre
± 5 Meter
Schwankungen der Satellitenumlaufbahnen
± 2.5 Meter
Uhrenfehler der Satelliten
± 2 Meter
Mehrwegeffekte
± 1 Meter
Störungen durch die Troposphäre
± 0.5 Meter
Rechnungs- und Rundungsfehler
± 1 Meter
Insgesamt ergibt sich daraus ein Fehler von ± 15 Metern. Mit aktivierter SA waren es hingegen noch etwa ± 100 Meter. Mit
Korrektur durch Systeme wie WAAS und EGNOS, wodurch vor allem Ionosphäreneffekte aber auch Umlaufbahnen und
Uhrenfehler reduziert werden, wird der Fehler auf etwa ± 3 - 5 Meter reduziert.
Für eine Erklärung der Begriffe Präzision, Genauigkeit und Richtigkeit siehe hier.
Erreichbare Genauigkeit
Ein typischer GPS-Empfänger für die zivile Nutzung bietet heute eine Genauigkeit von bis zu wenigen Metern. Hierbei fällt
jedoch die Anzahl der empfangen Satelliten und die Geometrie stark ins Gewicht, so dass im praktischen Gebrauch
Genauigkeiten um 20 Meter erwartet werden können. Ausgefeiltere und teure GPS Empfängersysteme wie sie für die
Landvermessung Verwendung finden kosten mehrere tausend Euro und erreichen Genauigkeiten im Zentimeter-Bereich.
Mit eingeschalteter "Selective Availability" (SA) erreichten die Empfänger typischerweise Genauigkeiten von etwa 100 Metern
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(diese Angaben gelten immer für 95 % der Fälle).
Nach der Abschaltung der SA stieg die Genauigkeit auf etwa 15 Meter, je nach verfügbarer Zahl und Stellung der Satelliten.
Siehe auch hier für aktuelle Informationen zur lokalen Genauigkeit in Süddeutschland.
Differentielles GPS (DGPS)
Mit Hilfe einer "Differenzielles GPS" genannten Technik (DGPS) können jedoch auch zivile Empfänger Genauigkeiten von fünf
bis manchmal unter einem Meter erreichen. Bei DGPS wird ein zweiter stationärer GPS Empfänger zur Korrektur der Messung
des ersten eingesetzt. Ist die Position des zweiten stationären Empfängers sehr genau bekannt, so kann man mit Hilfe eines
Langwellensenders (283.5 - 325.0 kHz) ein Korrektursignal ausstrahlen, das von einem mit dem mobilen GPS Empfänger
verbundenen Empfänger ausgewertet wird. Das Korrektursignal wird wie das GPS-Signal selbst kostenlos ausgestrahlt, es
entstehen lediglich die Kosten für die Anschaffung des Langwellenempfängers. Dieser Empfänger wird über eine dreiadrige
Verbindung mit dem GPS verbunden und überträgt die Korrekturdaten in einem seriellen Datenformat (RTCM SC-104). Die
Ausstrahlung dieser DGPS-Signale beschränkt sich teilweise auf Küstenregionen und wird häufig von der Küstenwache der
einzelnen Länder vorgenommen.
Wide Area Augmentation System (WAAS)
Seit 1999 in den USA in Betrieb und seit 2001 auch für kleine tragbare GPS-Systeme verfügbar ist ein System mit dem Namen
WAAS (Wide Area Augmentation System) was auf deutsch etwa mit "weiträumiges Erweiterungssystem" übersetzt werden
könnte.
WAAS ist ein System, in dem etwa 25 Bodenstationen die die GPS-Signale überwachen, zwei Referenzstationen an den beiden
Küsten der USA, die die Daten der Referenzstationen sammeln und die Korrekturdaten errechnen. Diese Daten enthalten
Korrekturinformationen für die Satellitenumlaufbahnen, Uhrendrift der Satelliten und Signalverzögerungen, die durch die
Ionosphäre und Atmosphäre verursacht werden. Die Daten werden dann über einen von zwei geostationäre Satelliten an die
Empfänger übermittelt.
Seit Dezember 1999 ist WAAS nahezu durchgängig in Betrieb. Es wurde für die amerikanische Luftfahrtbehörde FAA für hohe
Genauigkeit bei Landeanflügen entwickelt. Das WAAS-Signal ist für zivile Nutzung zugänglich und bietet sowohl auf dem Land
wie auch auf See oder in der Luft eine weiterreichender Abdeckung, als sie bisher durch landgestützte DGPS-Systeme ermöglicht
wurde. Im Gegensatz zur normalen DGPS-Korrektur sind für den Empfang keine zusätzlichen Empfänger nötig, es reicht aus,
einen normalen GPS-Empfänger zu besitzen, dessen Software für den Empfang der WAAS-Korrektursignale vorbereitet ist.
Von Bedeutung ist allerdings, dass zur Funktion des WAAS "Sichtkontakt" zu einem der geostationären Satelliten vorhanden
sein muss. Dies wird umso mehr erschwert, je nördlicher die Position des Empfängers ist, da die Höhe der geostationären
Satelliten über dem Horizont entsprechend abnimmt. So ist WAAS vor allem für Navigation in offenem Land, die Luft- und
Seefahrt von Bedeutung.
In Europa gibt es ein dem WAAS entsprechendes System namens EGNOS (Euro Geostationary Navigation Overlay Service Europäischer Geostationärer Zusatz-Navigationsdienst) welches nach dem gleichen Prinzip arbeitet. Im asiatischen Raum ist ein
japanisches System namens MSAS (Multi-Functional Satellite Augmentation System) in Planung. Da diese Systeme alle nach
dem gleichen Prinzip arbeiten kann ein GPS-Empfänger der WAAS unterstützt auch von EGNOS und MSAS profitieren.
Näheres zum WAAS/EGNOS-System hier.
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Übersicht über die zu erwartende Genauigkeit
Genauigkeit des ursprünglichen GPS-Systems mit aktivierter SA
± 100 Meter
Typische Positionsgenauigkeit ohne SA
± 15 Meter
Typische Differential-GPS (DGPS)-Genauigkeit
± 3 - 5 Meter
Typische Genauigkeit mit aktiviertem WAAS/EGNOS
± 1 - 3 Meter
Garmin's Genauigkeitsangabe
Die Genauigkeitsanzeige der Garmin-GPS sorgt häufig für Verwirrung. Was bedeutet nun eigentlich, wenn das Gerät
beispielsweise anzeigt: Genauigkeit: 4 m. (Dies ist ein häufig zu erreichender Wert)
Die Anzeige bezieht sich auf die sogenannte 50 % CEP (Circular Error Probable).
Das heisst, dass sich 50 % aller Messungen in einem Kreis mit dem angegeben
Radius befinden, also hier 4 m. Das bedeutet aber auch, das die Hälfte der
Messpunkte ausserhalb dieses Radius sind. Es ist aber weiterhin so, dass sich 95 %
aller Messpunkte innerhalb eines Kreises mit dem doppelten angegebenen Radius
befinden. Und weiterhin 98,9 % der Messungen in einem Kreis mit dem 2,55 fachen
Radius. Nahezu alle Punkte befinden sich also im angegebenen Beispiel in einem
Kreis mit etwa 10 m Radius. Die bestimmte Position ist dann also praktisch immer
auf etwa schlimmstenfalls 10 m genau.
Genauigkeit der Positionsbestimmung
WAAS/EGNOS
Sehr stark vereinfacht handelt es sich beim WAASSystem (WAAS = Wide Area Augmentation System;
Erweiterungssystem für einen großen Bereich) um
ein satellitengestützes DGPS (Differenzial GPS). Das
heisst, zum Empfang des Signals benötigt man
keinen zusätzlichen Langwellenempfänger und es
WAAS und EGNOS-Logos (Quellen: FAA und ESA)
werden zur Signalübertragung keine zusätzlichen
und
zahlreichen
Sendestationen
gebraucht.
Unterschiede zwischen WAAS, EGNOS und MSAS
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Das Prinzip ist bei allen drei Systemen das gleiche und die Systeme sind sogar miteinander kompatibel. Das kann man beinahe
schon als erstaunlich bezeichnen, da WAAS von den Nordamerikanern, EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay
Service) von den Europäern und MSAS (Multi-Functional Satellite Augmentation System) von den Japanern bzw. zahlreichen
asiatischen Ländern entwickelt und betrieben wird. Während sich das WAAS-System nun bereits seit einigen Jahren im
fortgeschrittenen Testbetrieb befindet, hat das EGNOS-System vor allem im Jahr 2002 große Fortschritte gemacht. Noch
befindet es sich aber auch im Testbetrieb als ESTB (EGNOS satellite test bed). Die Entwicklung des MSAS hingegen erfuhr 1999
einen herben Rückschlag, nachdem der erste von zwei für diesen Dienst benötigten Satelliten beim Start verloren ging. Anfang
2003 war der Start des Ersatzsatelliten geplant und das System soll 2005 betriebsbereit sein. Aktuelle Informationen darüber
sind aber rar.
Selten hört man als Sammelbegriff der Systeme die Bezeichnung SBAS (Satellite Based Augmentation Systems,
Satellitengestützte Erweiterungssysteme), obwohl damit eigentlich alle drei Systeme gemeinsam beschrieben würden.
Wie die SBAS funktionieren
Zweck des Systems
WAAS, EGNOS und MSAS wurden bzw. werden natürlich nicht dazu entwickelt, um dem Wanderer oder Geocacher eine
genauere Positionsbestimmung zu ermöglichen. Der eigentliche Hintergrund ist die Flugsicherung. Um als einziges
Navigationsmittel zulässig zu sein, ist das GPS-System zum einen nicht genau genug und zum anderen ist keine zuverlässige und
rechtzeitige Benachrichtigung des Nutzers über eventuelle Fehler oder Ausfälle möglich. Somit sind Flugzeuge speziell beim
Landeanflug ohne oder mit schlechter Sicht heute auf ILS-Systeme (Instrument Landing System) angewiesen. Diese müssen
aber mit hohem finanziellen Aufwand auf jedem einzelnen Flughafen installiert werden. Hier sollen die SBAS-Systeme in naher
Zukunft eine Ergänzung sein und CAT I Anflüge (eingeschränkte Sicht, aber mindestens 550 m) ohne ILS zu ermöglichen.
CAT III Anflüge (ganz ohne Sicht) werden allein mit den SBAS jedoch nicht möglich sein.
Infrastruktur und Funktionsweise
Die Zusatzsysteme sollen sowohl die Genauigkeit als auch die Zuverlässigkeit des GPS Systems erhöhen. Dazu werden an
zahlreichen Orten in den USA (25), Europa (10 während des Testbetriebs, im Endausbau dann 34) bzw. im Pazifikraum GPSEmpfangstationen
oder
soganannte
RIMS
(Ranging and
Integrity
Monitor Stations,
Entfernungsmessungs und
Integritätsbeobachtungs Stationen) aufgebaut. Die Position dieser Stationen muss sehr exakt bekannt sein. Exakt bedeutet, dass
die Position der Antenne auf wenige Zentimeter genau bekannt ist. Diese Stationen empfangen nun das normale GPS-Signal (im
Übrigen auch die Signale von GLONASS und später GALILEO). Hierdurch kann für jede einzelne Station bereits die Differenz
zwischen der über GPS bestimmten und der tatsächlichen Position der Station bestimmt werden. Da die RIMS mit beiden GPSFrequenzen (L1 und L2) arbeiten, kann außerdem die Signalverzögerung durch die Ionosphäre für jeden einzelnen Satelliten
bestimmt werden.
Weiterhin erhält man beim Empfang von mehr als vier Satellitensignalen überzählige Informationen, aus denen eventuelle
Fehlfunktionen einzelner Satelliten, beispielsweise durch Uhrenfehler oder Umlaufbahnschwankungen, sehr schnell abgeleitet
werden können. Die Daten aller RIMS werden nun an ein Central Processing Centre (Hauptrechenstation) weitergeleitet. Diese
befinden sich für das ESTB in Toulouse (Fankreich) und Hönefoss (Norwegen). Wenn EGNOS vollständig in Betrieb geht,
werden EGNOS-Kontroll/Rechenzentren (genannt MCC = Mission Control Centre) in Deutschland (Langen bei Frankfurt),
Spanien (Torrejon bei Madrid), Italien (Ciampino bei Rom) und Großbritannien (Swanwick bei London) errichtet sein. Hier
werden die Daten aller Stationen miteinander verrechnet und folgende Daten errechnet:
o
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Langzeitfehler der Satellitenpositionen
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o
Kurz- und Langzeitfehler der Satellitenuhren
o
IONO Korrekturgitter
o
Integritätsinformationen
Mit Hilfe der Integritätsinformationen können innerhalb von 6 Sekunden nach dem Auftreten von Problemen mit dem GPSSystem die Empfänger darüber informiert werden.
Das für zivile Nutzer wohl wichtigste
Ergebnis der SBAS ist das IONO
Korrekturgitter. Da nach Abschaltung der
künstlichen Signalverschlechterung (SA)
die größte Fehlerquelle für
Einfrequenzempfänger die
Signalverzögerungen der Ionosphäre
sind, hat eine exaktere Korrektur als das
in jedem GPS-Empfänger allgemeine
Ionosphärenmodell direkte und große
Auswirkungen auf die Genauigkeit der
bestimmten Position. Aus den Messdaten
der RIMS wird nun eine Art Karte mit
Beispiel einer TEC-Map der Strotosphäre über Nordamerika (Quelle: JPL)
der Gesamtelektronenmenge (TEC =
Total Electron Content) des Gebietes
berechnet, welches von den Empfangsstationen abgedeckt wird. Mit etwas verminderter Genauigkeit lässt sich dies sogar über
ein noch größeres Gebiet berechnen.
Diese ganzen Informationen werden nun an bestimmte geostationäre Satelliten gesendet. Für das EGNOS-Testsystem (ESTB)
geschieht dies von Aussaguel (Frankreich, bei Toulouse) an den INMARSAT AOR-E und von Fucino (Italien) aus an INMARSAT
IOR. Später mit EGNOS in Normalbetrieb wird von Aussaguel und Goonhilly (Grossbritannien) zum Satellit AOR-E und von
Fucino und Goonhilly zum Satelliten IOR-F5 gesendet. Von der Station Torrrejon (Spanien) und Scanzano (Italien) werden
Daten zum Satelliten Artemis gesandt. Dieser hat im Januar 2003 doch noch seine endgültige Position erreicht hat, nachdem er
wegen Problemen mit der letzten Stufe der Ariane-Rakete beim Start im Juli 2001 beinahe aufgegeben werden musste.
Die geostationären Satelliten senden ein sehr ähnliches Signal wie die GPS-Satelliten auf der selben Frequenz diese. Damit
können die geostationären Satelliten zum einen zur Positionsbestimmung verwendet werden und zudem werden die gesendeten
Informationen im GPS-Empfänger dazu verwendet, die Genauigkeit der Positionsbestimmung zu verbessern.
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Mit Hilfe der übertragenen Ionosphären-Karte kann
nun für jedes Signal eines GPS-Satelliten, das zur
Positionsberechnung verwendet wird, der
Durchtrittspunkt (pierce point) durch die
Ionosphäre bestimmt und die Signalverzögerung
berechnet werden. Die Ionosphäre verändert sich
mit der Sonnenaktivität und damit auch im Laufe
des Tages. So ist beispielsweise bekannt, dass
normale Einfrequenz GPS-Empfänger nachts nach
Mitternacht eine höhere Genauigkeit aufweisen als
tagsüber. Die übrigen Funktionen zur
Zeidimensional vereinfachte Darstellung des IONO-Korrekturgitters
Integritätsüberprüfung des GPS-Systems, die die
SBAS-Systeme bieten, werden von Handheld-
Empfängern vermutlich nie ausgewertet, da die notwendigen Berechnungen zu komplex sind und die Aussagen daraus
vermutlich für den Normalbenutzer nicht von besonderem Interesse sind.
Unterschied zu normalem DGPS
In der Berechnung des Ionosphärenkorrekturgitters liegt für normale Nutzer der Hauptunterschied in der Funktionsweise
zwischen Differential-GPS und WAAS. Beim DGPS vergleicht jede einzelne Referenzstation die über das GPS-Signal für sich
bestimmte Position mit der bekannten Position und sendet diese Differenz über eine bestimmte Langwellenfrequenz als
Korrekturdaten aus. Ein DGPS-Empfänger empfängt nun diese Signale und wendet die Korrektur auf seine eigene Position an.
Durch mit zunehmender Entfernung des Empfängers von der Referenzstation größerer werdende Unterschiede in den
atmosphärischen Einflüssen, wird die Korrektur immer wenig exakt, je weiter entfernt man sich von einer solchen Station
befindet. Nimmt die Entfernung zur Referenzstation zu, so durchläuft das Signal vom Satelliten zur Referenzstation andere Teile
der Atmosphäre als das Signal vom Satelliten zum Benutzer. Weiterhin werden vom Benutzer teilweise Daten von ganz anderen
Satelliten empfangen und ausgewertet als von der Referenzstation. Der Empfänger hat also eine andere Satellitensymmetrie und
erhält andere Ergebnisse.
Die typische Reichweite von DGPS-Sender liegt bei etwa 70 - 200 km und in diesem Bereich ist auch die Korrektur noch gut.
Das oben beschriebene Phänomen der Verschlechterung der Qualität der Korrektur mit zunehmender Entfernung von einem
Korrektursender bei DGPS wird im englischen als "spatial decorrelation" bezeichnet.
Beim WAAS hingegen wird aus der Summe der Messungen aller Referenzstationen ein Korrekturgitter für das gesamte
abgedeckte Gebiet berechnet. Jeder einzelne Empfänger korrigiert seine Position daraufhin mit Hilfe dieser Daten selbst. Die
erreichbare Genauigkeit ist sogar höher als mit normalem DGPS und das Gebiet, für welches die Korrekturdaten gelten kann
extrem vergrößert werden. Daher kommen auch die Worte "Wide Area" in der Bezeichnung WAAS. Befindet man sich jedoch
auch bei den SBAS deutlich ausserhalb des Einzugsgebietes der Korrekturstationen und empfängt beispielsweise in Europa die
Korrekturdaten für Nordamerika, so wird der GPS-Empfänger im glücklichsten Fall die Standardionosphärenkorrekturen
anwenden, die er gespeichert hat. In diesem Fall wird man keinen Unterschied zwischen aktiviertem und nicht aktiviertem
WAAS/EGNOS bemerken. Im unglücklichsten Fall jedoch wird überhaupt keine oder eine falsche Ionosphärenkorrektur
angewandt und die Position ist sogar schlechter als mit deaktiviertem WAAS/EGNOS. Wenn die Software des GPS-Empfängers
korrekt programmiert ist, sollte dieser Fall jedoch nicht eintreten, da die SBAS-Systeme die Informationen über den
Gültigkeitsbereich ihrer Daten in den ausgesendeten Signalen mitliefern.
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Abdeckungsbereich der geostationären Satelliten
Der Bereich, in dem WAAS, EGNOS und MSAS verfügbar sind, hängt zum einen davon ab, wo überall RIMS stehen deren
Informationen zur Berechnung verwendet werden, und zum anderen davon, wo die Signale der geostationären Satelliten
empfangen werden können. Als Satelliten zur Ausstrahlung der Korrektursignale werden momentan unter anderem einige
Inmarsat-Satelliten verwendet, die alle eine geostationäre Umlaufbahen (ca. 36000 km) haben und eigentlich Telefonsatelliten
für Telefongespräche von und zu Schiffen sind. Nachfolgende Grafik zeigt die zur Ausstrahlung verwendeten Satelliten und
deren "Footprint" also der Bereich, indem die Signale emfpangen werden können. Bis zum Endausbau von EGNOS ändert sich
hier allerdings noch einiges, speziell auch für die Abdeckung im europäischen Raum.
INMARSAT-Satelliten und deren Ausleuchtungsbereich
Die Bezeichungen der Satelliten nochmal tabellarisch:
Satellitenbezeichnung
INMARSAT 3 F2 (AOR-E)
(Atlantic Ocean Region East)
INMARSAT 3 F4 (AOR-W)
(Atlantic Ocean Region West)
INMARSAT 3 F1 (IOR)
(Indian Ocean Region)
INMARSAT 3 F3 (POR)
(Pacific Ocean Region)
INMARSAT IOR-W (III-F5)
(Indian Ocean Region West)
Artemis
MTSAT-1R
(Multifunction Transportatin Satellite)
MTSAT-2
Satellit steht über
GPS PRN Nr.
Garmin Sat ID
Westafrika
120
33
Ostküste Brasiliens
122
35
Indischer Ozean
131
44
Pazifik
134
47
Afrika (Kongo)
126
39
Afrika (Kongo)
124
37
Start Anfang 2003
129
42
Start Mitte 2004
137
50
Wenn man also in Europa auf einem Garmin-GPS bei aktiviertem WAAS eine Korrektur mit anderen Satelliten als Nr. 33 oder
Nr. 44 im Satelliten-Display findet, sollte man Vorsicht walten lassen. Speziell vor Nr. 35 sollte man sich "in Acht nehmen", da
dieser unter bestimmten Umständen empfangen werden kann, aber nur Ionosphärendaten für Nordamerika ausstrahlt. Von den
Korrekturdaten dieses Satelliten hat man keine Vorteile. Interessanterweise scheinen zumindest die Garmin-GPS keine
Auswertung der Daten für den Gültigkeitsbereich der Signale durchzuführen.
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Die Verteilung und Nutzung der Satelliten für EGNOS wird sich Anfang bis Mitte des Jahres 2004 nochmals verändern. Der
Satellit ARTEMIS der ESA (European Space Agency, Europäische Weltraumbehörde) wird hinzukommen, AOR-E wird ab MItte
des Jahres nicht mehr verwendet und IOR wird in Richtung Pazifik verschoben.
Einen deutlichen Nachteil haben die auf geostationären Stalliten basierenden Korrektursysteme allerdings. Für den
bodengebundenen GPSler befinden sich die geostationären Satelliten alle im Süden und dort relativ nahe am Horizont. Befindet
man sich beispielsweise in München, so steht AOR-E etwa 35° über dem Horizont, IOR hingegen nur 16°. Dadurch kann es sehr
leicht zu Abschattungen durch Gebäude oder auch Bäume kommen. In bewaldeten oder hügeligen Gebieten wird man
vermutlich nicht in den Genuss der EGNOS Korrekturen kommen. Hier macht sich negativ bemerkbar, das das System
eigentlich für die Luftfahrt gedacht ist, wo es keine Rolle spielt, wenn die Satelliten etwas tiefer stehen. Der Satellit III-F5, der
für den EGNOS-Betrieb verwendet werden wird, wird von München aus etwa 35° über dem Horizont stehen. Wie der Empfang
in Wäldern und Hügellandschaften ausfallen wird, wird sich zeigen.
WAAS, EGNOS und Garmin GPS
Seit dem 1. April 2003 wird das EGNOS-Signal in "WAAS kompatiblem" Format
(SBAS mode 0/2) ausgestrahlt und es sind damit auch die Garmin-Empfänger in
der Lage, das Signal zu verarbeiten.
An dieser Stelle sei nochmal darauf hingewiesen, dass die Garmin-GPS das
WAAS oder EGNOS-Signal nur verarbeiten können, wenn sich das Gerät nicht
im Energiesparmodus befindet. Es reicht also nicht, die Option WAAS im
Optionenmenü zu aktivieren, sondern man muss gleichzeitig auch in den
Normal-Modus wechseln. Diese Tatsache ist ein Nachteil für die Verwendung
von WAAS/EGNOS (zumindest mit Garmin-Empfängern). Im Normalmodus
halten die Batterien der Garmin-Geräte nur etwa halb so lange wie im
Satellitenseite des Garmin-Vista mit ESTB-Satelliten
Energiesparmodus. Das Bild rechts zeigt die Satellitenseite eines Garmin vista
mit aktiver Differentialkorrektur durch EGNOS. Der Buchstabe "D" im
Signalbalken der Satelliten zeigt an, dass für das Signal des entsprechenden
Satelliten Korrekturdaten empfangen und verwendet werden. Mit einer angezeigten Genauigkeit von 2 Metern (RMS) ist die
Positionsgenauigkeit entsprechend gut.
aktueller Status von ESTB/EGNOS
vom 30.09.2004:
Der Inbetriebnahme-Termin für EGNOS mit allen Satelliten ist jetzt für das erste Quartal 2005 geplant. Momentan wird das
System wohl noch getestet und vorbereitet. EGNOS wird anschliessend vorläufig nur für nicht-kritische (also noch nicht für
Luftfahrt) Anwendungen zugelassen sein.
Die EGNOS-Konstellation wird aus den Satelliten ARTEMIS (PRN 124; ID 37) , Inmarsat AOR-E (PRN120; ID 33) und Inmarsat
IOR-W (PRN126; ID 39) bestehen. Bis zur offiziellen Inbetirebnahme senden diese Satelliten bereits teilweise Signale, die aber
von handelsüblichen GPS-Geräte zwar empfangen aber nicht ausgewertet werden können. Die Satelliten werden also teilweise
im SkyView angezeigt, der Signalbalken bleibt jedoch grau.
Der aktuelle Sendestatus der ESTB-Satelliten kann hier bei der esa eingesehen werden.
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Nachfolgende Grafik zeigt die geplanten Aktivitäten des ESTB/EGNOS-Systems.
Sendeplan der ESTB/EGNOS Satelliten (Quelle: esa)
Position und Abdeckungsbereich der EGNOS-Satelliten
Für weiter Infos siehe hier (englisch).
Links:
SBAS-Seite der FAA (Federal Aviation Administration); englisch
ESA-Satellitennavigation; englisch
EGNOS-Seite der ESA; englisch
ESA-Liste der SBAS-fähigen (WAAS und EGNOS) GPS-Geräte als pdf-File; englisch
INMARSAT; englisch
(Besonderer Dank geht an Michael Baguhl für ergänzende Hinweise und Korrekturen)
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Navigation mit GPS
Da nicht jeder sofort mit der Bedeutung der besonderen Begriffe vertraut ist, die bei der Navigation mit GPS-Geräten verwendet
werden, sollen die wichtigsten nachfolgend kurz erklärt werden.
Position, Wegpunkt, Routen und Tracks
Position
Die Koordinaten an denen man sich momentan befindet. Für die Darstellung gibt es zahlreiche verschiedene Formate (siehe
auch Kartendatum) aber sehr gebräuchlich sind Angaben wie: N 47° 35.53' E 007° 39.32'. Die aktuelle Position lässt sich im
GPS-Gerät abspeichern und wird dann zu einem Wegpunkt.
Wegpunkt (Waypoint)
Wegpunkte können abgespeicherte Positionen sein, an denen man sich einmal befunden hat. Z.B. kann man nach dem Parken
seines Autos die aktuelle Position speichern um das Auto später leichter wiederzufinden. Die Koordinaten eines Wegpunkts
können aber auch über die Tasten des Geräts eingegeben oder vom PC übertragen werden. Jeder Wegpunkt kann üblicherweise
mit einem kurzen Namen und einem Symbol versehen werden. Die meisten Geräte können zwischen 500 und 1000 Wegpunkte
speichern.
Bei vielen Geräten lässt sich ein Wegpunkt auch über eine Entfernung und Peilung von der aktuellen Position oder einem
anderen Wegpunkt erzeugen. Das kann praktisch sein, wenn man aus einer Karte den Abstand und die Richtung eines neuen
Wegpunkts von einem bereits Bestehenden ausgemessen hat, ohne die exakten Koordinaten zu kennen. Vor allem in der
Seefahrt dürfte diese Funktion beliebt sein.
Wählt man einen Punkt aus der Liste der gespeicherten Wegpunkte aus, so berechnet,
nachdem man über die "Goto"-Funktion (Gehe-zu) den Punkt als Navigationsziel
ausgewählt hat, das Gerät kontinuierlich die Richtung und Entfernung zu diesem Punkt.
Häufig wird auch die geschätze Ankunftszeit oder Zeit die man bis zum Punkt braucht
angegeben. Befindet man sich in Bewegung oder hat das Gerät einen elektronischen
Kompass, so wird das GPS-Gerät auch genau mit Hilfe eines Pfeils anzeigen, in welche
Richtung man sich bewegt und ob man sich tatsächlich in Richtung des Wegpunkts
bewegt.
Wegpunkte lassen sich zu Routen kombinieren.
Wegpunkte auf einer Kartenansicht
Routen
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Eine Route besteht aus einer Aneinanderreihung von bestehenden Wegpunkten in einer
bestimmten selbst festgelegten Reihenfolge. Die meisten Geräte können eine oder
mehrere (häufig zwischen 10 und 20) solcher Routen speichern, wobei jede Route je nach
Gerät bis zu mehr als hundert Wegpunkte enthalten kann. Meist kann die Route beliebig
editiert werden und graphisch auf einer Kartenansicht dargestellt werden. Wird die Route
in der einen oder anderen Richtung (Anfang-zum-Ende oder Ende-zum-Anfang) zur
Navigation aktiviert ("Goto" oder "Follow" route), so zeigt das GPS-Gerät die Richtung
und Entfernung zum nächsten Wegpunkt auf der Route, folgt dieser Route also Punkt für
Punkt, erkennt aber typischerweise auch, wenn ein Punkt auf der Route ausgelassen
wurde und man sich bereits an einen der nächsten Punkte angenähert hat. Das Gerät
Ansicht einer Route mit vier Wegpunkten
besteht dann nicht darauf, zurück zum eigentlich vorgesehenen Punkt zu gehen und
diesen zu besuchen, sondern führt die Route logisch fort.
Bei vielen neueren Geräten wird kurz vor dem
Erreichen eines Wegpunktes auf der Route (meist als
Wende bezeichnet) auf der Kompassansicht
angezeigt, in welcher Richtung es nach der Wende
weitergehen soll. Die Routenfunktion eignet sich
sehr gut für Fahrrad, Auto oder Motorradrouten,
wenn wichtige Abzweigungen als Wegpunkte
Ansicht der Kompassansicht kurz bei Erreichen einer Wende beim Garmin geko 201
gespeichert werden und dann zu einer Route
zusammengeführt werden. Es wird dann zwar nicht
der exakte Strassenverlauf in der Route wiedergegeben aber man hat einen guten Anhaltspunkt, wann man in welche
Richtungen abbiegen muss, da die Entfernung (natürlich Luftlinie) zum nächsten Wendepunkt laufend angezeigt wird.
Tracks bzw Tracklog
Während man sich bewegt, speichern die meisten Geräte in regelmässigen Zeit- oder
Entfernungsabständen, die man man teilweise selbst bestimmen darf, die aktuelle
Position in sogenannten "Tracklogs". Bei dieser eigentlich jedem bereits aus Hänsel
und Gretel bekannten Brotkrumenfunktion können je nach Gerät 1000 bis 10000
Punkte gespeichert werden. Speziell bei Geräten mit 10000 Punkten Speicherplatz
(z.B. etrex Vista mit neuester Firmware) sollte dies für die Aufzeichnung einer ganzen
Tagestour ausreichen.
Diese Tracklogs können grafisch dargestellt und wie Routen aktiviert werden. Dies
kann auch "Rückwärts" erfolgen und führt einen somit exakt auf dem Weg zurück, auf
dem man gekommen ist. Im Gegensatz zur Route, die nur die Luftlinie zwischen zwei
Ansicht des zurückgelegten Weges (Tracklog)
Wegpunkten anzeigt, enthält der Track den tatsächlich zurückgelegten Weg. Viele
Geräte erlauben das Speichern von mehren Tracks, wenn auch mit reduzierter
Punktzahl, so dass man diese dann wie Routen verwenden kann. Normalerweise
können Tracks jedoch nicht im GPS-Gerät editiert oder wie Routen aus Wegpunkten erzeugt werden. Es gibt aber einige
Programme am PC (die meisten Routenplaner mit GPS-Unterstützung), mit denen man Tracks zeichnen kann und dann auf den
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GPS laden und verwenden kann. Sie können allerdings immer nur ausserhalb des GPS-Gerätes editiert werden.
Von Heading, Bearing, Course und Co.
Mit Hilfe nachfolgender Grafik sollen nun noch die etwas verwirrenden unterschiedlichen Bezeichnungen für verschiedene
Richtungsangaben bei der Navigation erläutert werden.
Erklärung von Heading, Bearing, Course usw.
Course
Course, Desired Track (DTK) oder zu deutsch Sollkurs ist der Kurs, den man anlegen muss, um direkt vom Startpunkt zum
Zielpunkt zu gelangen. Anders gesagt gibt dieser Wert die Richtung zwischen der Ausgangsposition und dem Ziel an. Im obigen
Beispiel wären das 56°. Der Sollkurs verändert sich natürlich nicht, wenn man sich bewegt, sondern nur, wenn man einen neuen
Start oder Zielpunkt festlegt.
Heading
Die Bezeichung Heading oder Track (TRK), zu deutsch einfach nur Kurs gibt die Richtung an, in die man sich momentan
tatsächlich bewegt. Dabei ist 0° Norden, 90° Osten, 180° Süden und 270° Westen. Im obigen Beispiel beträgt der Kurs 34°.
Genau genommen gilt das nicht ganz bei Fliegerei und in der Schiffahrt. Hier bezeichnet nur Track den tatsächlich anliegenden
Kurs und Heading bezeichnet die Richtung der Flugzeug- oder Schiffslängsachse, die sich je nach Seitenwind oder
Strömungsverhältnissen deutlich vom Kurs unterscheiden kann (Dank für diesen Hinweis an Rolf Loose).
Bearing
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Unter Bearing (BRG) oder Peilung versteht man die Richtung, in die man von der aktuellen Position aus gehen muss, um zum
vorgesehenen Zielpunkt zu gelangen. Im obigen Beispiel beträgt der Wert für Bearing 76°.
Die Kursabweichung (Off Course) bezeichnet die Abweichung des aktuellen Kurses vom Sollkurs. Diese Kursabweichung
würde im obigen Beispiel 22° nach links (Backbord) betragen. Eine Angabe "Zum Kurs" oder "To Course" würde die
Richtung angeben, die man einschlagen muss, um wieder auf Kurs zu gelangen. Dies wäre im obigen Beispiel Richtung
Südosten.
Gleichzeitig zur Kursabweichung kann man noch die Versetzung oder XTE (Cross Track Error) angeben. Dies ist der Abstand
der eigenen Position in Metern, Kilometer oder Meilen vom geplanten Weg, also von der Verbindungslinie zwischen Start und
Ziel.
Gutgemachte Geschwindigkeit
Manchmal taucht noch die Bezeichung "gutgemachte Geschwindigkeit", Vektorgeschwindigkeit zum Ziel oder VMG
(Velocity Made Good) auf. Dies ist die Geschwindigkeit, mit der man sich dem Ziel längs des Sollkurses nähert und ist am Besten
grafisch zu erklären. Wenn man sich (erste Zeichnung) exakt auf Sollkurs befindet, so ist die gutgemachte Geschwindigkeit
gleich der tatsächlichen Geschwindigkeit. Je mehr der aktuelle Kurs vom Sollkurs abweicht, desto geringer wird die gutgemachte
Geschwindigkeit, bis sie Null wird, wenn man sich rechtwinklig zum Sollkurs bewegt. Die gutgemachte Geschwindigkeit dient
dem GPS-Gerät im übrigen auch zur Berechnung der ungefähren Dauer, die man noch bis zum Erreichen des Ziels braucht (ETA
= Estimated Time of Arrival).
Erklärung der gutgemachten Geschwindigkeit
Praktische Hinweise
Allgemeines
Einschalten nach längerer Zeit und größeren Ortswechseln.
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Auf Reisen kommt es häufig vor, dass man ein GPS-Gerät ausgeschaltet über eine größere Entfernung (mehr als etwa 300 km)
bewegt. Schaltet man das Gerät dann am Zielort zum ersten Mal wieder an, so wird es einige Minuten benötigen, um die
korrekte Position zu ermitteln. Dies wird dadurch bedingt, dass die GPS-Geräte berechnen, welche Satelliten zu welcher Zeit am
zuletzt ermittelten Ort empfangen werden können. Sind durch eine Ortsänderung andere Satelliten verfügbar, so müssen
zunächst alle möglichen Satelliten "durchprobiert" werden, bevor die Positionsberechnung stattfinden kann. Bei manchen
Geräten gibt es die Möglichkeit die ungefähre neue Position einzugeben und dem Gerät dadurch die Satellitenauswahl zu
erleichtern.
Ein ähnliches Phänomen zeigt sich, wenn das GPS-Gerät über einen längeren Zeitraum (Wochen) ausgeschaltet war. Auch dann
stimmen die tatsächlich verfügbaren Satelliten nicht mehr mit den vom Gerät erwarteten überein bzw. werden die
Almanachdaten als veraltet und ungültig angesehen und die Positionsbestimmung dauert ebenfalls länger.
Wer ein Gerät mit WAAS-Funktion besitzt, dieses in den USA verwendet hat und wieder nach Europa zurückkehrt, sollte daran
denken, dass andere Satelliten für WAAS als für EGNOS verwendet werden. Es kann eine ganze Weile dauern, bis das Gerät hier
wieder die richtigen Satelliten findet. Das beeinflusst aber die normale Positionsbestimmung nicht sondern nur die
Verfügbarkeit von WAAS/EGNOS.
Keine Positionsangabe trotz freier Sicht zum Himmel
Vermutlich hat sich jeder, der ofters mit dem GPS unterwegs ist schon gewundert, warum manchmal, und meist nur für recht
kurze Zeit, einfach keine Positionsbestimmung zustande kommt, obwohl der Himmel weitgehend sichtbar ist und man auch
sonst alles richtig gemacht hat.
In solchen Fällen empfiehlt sich ein Blick auf die Satellitenseite des GPS. Hier findet man
dann vielleicht heraus, dass überhaupt nur fünf Satelliten sichtbar sind (also höher als 10°
am Horizont stehen). Wenn von diesen jetzt zufällig einer oder zwei von einem Baum, Haus
oder ähnlichem verdeckt werden, oder doch so tief am Horizont stehen, dass sie von einem
Hügel verdeckt werden, so ist keine Positionsbestimmung mehr möglich (zumindest keine in
3D).
Bereits 10 Minuten später hat sich die Situation meist wieder drastisch verbessert und es
gibt überhaupt keine Probleme eine gute Positionsbestimmung zu erhalten.
Warum dies so ist, läßt sich erkennen, wenn man die Anzahl der sichtbaren Satelliten und
deren Höhe über dem Horizont über einen bestimmten Zeitraum verfolgt. Hierfür eignet
sich hervorragend das Planungstool "Planning" von Trimble, welches es hier zum
kostenlosen Download gibt und eigentlich Vermessern helfen soll, optimale Zeitpunkte für
Satellitenseite des Garmin etrex Vista
Ihre Aktivitäten zu planen.
Sieht man sich nun damit einmal die Anzahl der Satelliten an, die innerhalb von
beispielsweise 24 Stunden überhaupt an einem bestimmten Ort sichtbar sind, ergibt sich
beispielsweise für München am 23.11.2002 folgendes Bild:
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Anzahl der sichtbaren Satelliten (über 10° über dem Horizont) für Münschen am 23.11.02
Es läßt sich erkennen, dass nachts um etwa 1:00 Uhr und mittags um 13:00 Uhr für etwa 20 Minuten lediglich 5 Satelliten
"verfügbar" sind. Der oben genannte Fall, dass bei zufälliger Abdeckung von zwei der fünf Satelliten z.B. durch Häuser, Bäume
oder Hügel gar keine Position bestimmt werden kann, tritt dann recht schnell ein.
Das Bild zeigt aber auch, dass zu einigen Zeiten am Tag (blaue und dunkelblaue Balken) 9 oder 10 Satelliten verfügbar sind. Zu
diesen Zeiten wird man vermutlich selbst in schwierigem Gelände eine recht gute Positionsbestimmung zustande bekommen.
Das Bild wiederholt sich übrigens sehr exakt jeden Tag, nur verschiebt es sich jeden Tag um 4 Minuten nach vorn, was mit den
Umlaufbahnen und -zeiten der Satelliten zusammenhängt.
Verwendung auf Reisen
Verwenden von GPS zu Fuss und auf dem Fahrrad
Wird das GPS-Gerät bei Wanderungen und ähnlichem verwendet, gibt es zwei grundsätzliche Möglichkeiten. Zum Beispiel kann
man das Gerät mitnehmen, um im Notfall wieder zum Auto zurück zu finden, nachdem man dieses als Wegpunkt eingespeichert
hat. Dann reicht es natürlich, das ausgeschaltet Gerät irgendwo in einer Tasche oder im Rucksack zu transportieren. Wird es
benötigt, kann man es einfach einschalten und es wird einem nach kurzer Zeit den Weg zurück weisen können.
Möchte man aber bereits während der Wanderung über die zurückgelegte Strecke, Richtungen, Höhe und so weiter informiert
bleiben, dann muss das Gerät nicht nur eingeschaltet sein, die Antenne sollte auch möglichst ununterbrochen freie "Sicht" zum
Himmel haben. Man wird wenig Spass haben, wenn man den GPS in einer Hüft- oder Jackentasche trägt. Trägt man die
"Hüftasche" auf dem Rücken, wird das Ergebnis etwas besser sein, aber noch immer nicht perfekt. Als sehr gut hat sich eine
Position auf der Schulter erwiesen. Hat man eine Schutztasche zum GPS, in die eine Klammer eingearbeitet ist (z.B. die etrexSerie von Garmin), so läßt sich diese meist gut an den Riemen eines Rucksacks klemmen. Es empfiehlt sich, zusätzlich die
Kordel als Notleine irgendwo zu befestigen, damit sich der GPS nicht "zu Tode" stürzen kann. Ein Platz im Rucksack ganz oben
mit der Antenne nach oben zeigend funktioniert ebenfalls meist gut, man kann aber unterwegs nicht schnell mal auf dem
Display gewünschte Informationen einsehen.
Trotz allem gibt es Stellen im Gelände, an denen der Empfang nur schlecht oder überhaupt nicht funktioniert. Besonders
ungünstig sind bei Bergwanderungen Schluchten oder steile Hänge. Wie man von Auge schon schon leicht sieht, wird hier der
sichtbare Bereich des Himmels mitunter so stark eingeschränkt, dass nur noch weniger als drei Satelliten empfangen werden
können. Unter solchen Bedingungen ist jedes GPS überfordert, eine Positionsbestimmung ist unmöglich.
Genau das Gleiche gilt natürlich für Städte. In tiefen Häuserschluchten (die bei schmalen Strassen überraschenderweise
garnicht so tief sein müssen) ist ebenfalls häufig sehr wenig Himmel zu sehen und entsprechend kein Empfang möglich.
Zusätzlich wird bei schneller Bewegung die Positionsbestimmung dadurch erschwert, dass sehr schnell die sichtbaren Bereiche
des Himmels wechseln. Möchte man in Städten mit schwierigen Empfangsbedingungen seine Position bestimmen, sollte man
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sich zu einem grösseren Platz oder die Mitte einer grossen Strassenkreuzung begeben (sofern es der Verkehr erlaubt). Nach
meinen Erfahrungen sind Städte im allgemeinen allerdings weniger kritisch als bergige Regionen. Manchmal reflektieren die
Gebäude die Signale auch, so dass die Signale von eigentlich nicht zu empfangende Satelliten trotzdem ausgewertet werden
können. Dies führt zwar zu einem Mehrwegefehler, dieser ist im allgemeinen aber nicht sehr gross und eine etwas ungenauere
Positionsbestimmung ist besser als garkeine.
Ebenfalls verschlechtert wird der Empfang durch sehr dichte Belaubung. Während in mitteleuropäischen Wäldern mit den
neueren GPS-Geräten üblicherweise keine größeren Probleme zu erwarten sich, kann man in tropischen Urwäldern unter
Umständen Schwierigkeiten mit der Positionsbestimmung bekommen.
Obwohl die GPS-Frequenzen so gewählt wurden, dass sie durch Wetter (Regen, Schnee, Wolken usw.) nicht beeinflusst werden,
kann bei Regen der Empfang verschlechtert werden. Dies allerdings nicht unter freiem Himmel sondern unter Bäumen, wenn
das Wasser auf den Blättern steht.
Zusammenfassend muss man sich also nicht wundern, wenn das GPS-Gerät in einem dichten Wald an einem Hang bei Regen
keinen einzigen Satelliten erfassen kann. Unter diesen Bedingungen ist diese Technik ganz einfach überfordert.
GPS in Transportmitteln (Auto, Zug, Bus, Flugzeug, Schiff)
Wie bei der Fortbewegung zu Fuss gilt natürlich auch in anderen Transportmitteln, dass die Antenne eine möglichst freie Sicht
zum Himmel haben muss. An dieser Stelle soll nur von Handheld-Geräten gesprochen werden, die eine eingebaute Antenne
haben und nicht von fest in Autos, Schiffen und Flugzeugen eingebauten.
Auto
Im Auto ist jegliche Nähe zu Scheiben zu bevorzugen. Auch unter Sonnendächern ist der Empfang üblicherweise sehr gut.
Neuere Autos sind häufig mit einer metallbedampften Frontscheibe ausgerüstet, die das Aufheizen des Autos im Sommer
reduzieren soll. Dies reduziert jedoch auch die Signalstärke der GPS-Signale und tut dies besser als die Reduktion der Hitze.
Hinter derartigen Scheiben ist typischerweise kein Empfang möglich. Zu erkennen sind die Scheiben daran, dass sie, wenn man
seitlich daraufschaut, blau schimmern. Es sei noch bemerkt, dass das "Spielen" mit dem GPS nur den Mitfahrern vorbehalten
sein sollte. Als Fahrer einen Handheld-GPS während der Fahrt zu bedienen lenkt, auch wenn dieser mit einem Saugnapf an der
Scheibe befestigt ist, sehr stark ab. Es ist also sicher kein Ersatz für ein richtiges Navigationssystem.
Eisenbahn
Wieder gilt, je näher an einer Scheibe, desto besser. Grundsätzlich funkionieren GPS in Zügen relativ gut, es gibt jedoch eine aus
GPS-Sicht immer häufiger werdende Ausnahme. Wagen mit Klimaanlage sind häufig ebenfalls mit metallbeschichteten
Scheiben ausgerüstet, Deutsche ICE-Züge gehören natürlich auch dazu. Auch hier erkennt man einen leicht metallischen Glanz
und eine charakteristische Färbung der Scheiben. In solchen Waggons ist kein Empfang möglich. Wer also den GPS nutzen will,
sollte bei der Sitzplatzwahl die Wägen älteren Baujahrs bevorzugen.
Flugzeug
In Flugzeugen ist meist ein sehr guter GPS-Emfang möglich, sofern man einen Fensterplatz ergattert hat. Nahe ans Fenster
gehalten sollte in fast jedem Fall der Empfang von ausreichend vielen Satelliten möglich sein. Sind die Satelliten allerdings sehr
ungünstig am Himmel verteilt und hat man das Fenster auf der falschen Seite des Flugzeugs, so kann die Positionsbestimmung
schlecht oder unmöglich sein. Dies kommt jedoch selten vor und die Situation bleibt meist nicht während des ganzen Flugs
derart schlecht. Die Verwendung von GPS-Geräten in Verkehrsflugzeugen wird von den meisten Fluggesellschaften erlaubt,
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lediglich beim Start und der Landung müssen sie wie alle elektronischen Geräte abgeschaltet werden. Es kann allerdings
vorkommen, dass das Kabinenpersonal etwas verunsichert nachfragt, ob es sich bei dem Gerät um ein Handy handelt, welches
natürlich nicht erlaubt ist. Hier noch einige Informationen über die Verwendung von GPS-Empfängern in Passagierflugzeugen.
Schiff
Bei Schiffen gilt wiederum das gleiche wie bei den anderen Transportmitteln. Da es auf dem Meer keine Berge gibt, sind die
Empfangbedingungen meist sehr gut. Im Inneren beschränkt sich der Empfang natürlich auch auf Fensternähe, ansonsten sind
keine Probleme zu erwarten.
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
Absolute Positioning - Absolute Positionierung
Positionierungsmodus in dem eine Position in Bezug auf ein exakt definiertes Koordinatensystem bestimmt wird. Dies ist meist
ein geozentrisches System, d.h. ein System bei dem der Ursprung mit dem Schwerpunkt der Erde zusammenfällt.
Accuracy - Richtigkeit
Der Grad der Übereinstimmung zwischen der geschätzten oder gemessenen Position, Zeit und/oder Geschwindigkeit eines GPS
Empfängers und des wahren Werts der Zeit, Position und/oder Geschwindigkeit der von einem konstanten Standard
vorgegeben wird. In der Radionavigation wird die Richtigkeit eines Systems üblicherweise als statistische Messung des
Systemfehlers angegeben und wie folgt charakterisiert:
Vorhersehbare Genauigkeit: Die Richtigkeit einer durch Radionavigation bestimmten Position im Vergleich zur kartierten
Position. Beide Positionsbestimmungen müssen auf dem gleichen geodätischen Datum basieren.
Wiederholbare Genauigkeit: Die Richtigkeit mit der ein Benutzer zu einer bestimmten Position zurückkehren kann, die zu einem
früheren Zeitpunkt mit dem gleichen Navigationssystem bestimmt wurde.
Relative Genauigkeit: Die Richtigkeit mit der ein Benutzer eine Position relativ zu einem anderen Benutzer bestimmen kann, der
das gleiche Navigationssystem zur gleichen Zeit verwendet.
Almanac - Almanach
Ein Datensatz der die Informatinen über die Umlaufbahnen aller Satelliten, Uhenkorrekturfaktoren und atmosphärische
Verzögerungsparameter enthält. Diese Daten werden von jedem Satelliten übermittelt um eine schnelle Erfassung der
momentan verfügbaren Satelliten zur ermöglichen.
Ambiguity - Mehrdeutigkeit
Die unbekannte Verschiebung um ganzzahlige Vielfache der Trägerwellenlänge zwischen dem GPS Satelliten und dem
Empfänger. Das Trägersignal wird nur bei hochgenauen GPS Empfängern für die Vermessungstechnik ausgewertet.
Analog - Analog
Eine Übertragungsart die dadurch charakterisiert wird, dass variable Wellenformen die Informationen tragen. Eine Uhr mit
beweglichen Zeigern ist ein analoges Gerät, wohingegen eine Uhr mit elektronisch angezeigten Zahlen ein digitales Gerät ist.
Moderne Computer sind stets digital. Kommunizieren sie jedoch über Telefonleitungen, so muss das Signal meist in eine
analoge Form gebracht werden. Dies geschieht mi Hilfe eines sogenannten Modems (Modulator, Demodulator). Das
Analogsignal wird in ein digitales Signal zurückkonvertiert, bevor der empfangende Computer es verarbeiten kann.
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Anti-Spoofing - Manipulationssicherung
"Anti-spoofing" bezeichnet ein Verfahren bei dem der P Code, der für die präzise Positionsbestimmung dient, verschlüsselt wird.
Der resultierende verschlüsselte Code wird als Y Code bezeichnet und kann nur von Empfängern mit Entschlüsslungssystem
(meist militärisch genutze Geräte) ausgewertet werden.
Anywhere Fix - Positionsbestimmung überall
Mit dieser Bezeichnung werden Empfänger charakterisiert, die in der Lage sind Positionsbestimmungen vorzunehmen, ohne
vorher eine ungefähre Position oder Uhrzeit vorgegeben zu haben. Durch derartige Startbedingungen erschwert sich die Suche
nach geeigneten Satelliten, da deren Positionen nicht bekannt sein können. Üblicherweise dauert eine Positionsbestimmung in
diesem Fall deutlich länger.
Apogee - Apogäum
Der Punkt der Umlaufbahn eines Satelliten, an dem dieser die grösste Entfernung von der Erde hat. Wie die Umlaufbahnen der
Planeten um die Sonne sind auch Satellitenumlaufbahnen gemäss der Keplerschen Gesetze elliptisch und nicht kreisförmig.
Application Software - Anwendungssoftware
Diese Art von Programmen ermöglicht dem Benutzer mit dem Computer bestimmte Aufgaben zu erledigen, während das
Betriebssystem dafür sorgt, dass ein Computerüberhaupt arbeitet. Ein Textverarbeitungsprogramm ist beispielsweise ein
Anwendungsprogramm.
Automatic Vehicle Location - AVL - Automatische "Fahrzeug"lokalisierung
Ein System, welches ein "Fahrzeug" (z.B. Satellit) automatisch lokalisieren oder dessen Positon verfolgen kann.
Availability - Verfügbarkeit
Der Prozentsatz an Zeit, in dem ein Navigationssystem innerhalb eines bestimmten Abdeckungsbereichs verwendbar ist. Die
Signalverfügbarkeit ist der Prozentsatz der Zeit, in dem Navigationssignale, die von externen Quellen ausgesandt werden
verfügbar sind. Die Verfügbarkeit ist eine Funktion sowohl der physikalischen Besonderheiten des Betriebsbereichs als auch der
technischen Möglichkeiten der Sendestationen.
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
Bandwidth - Bandbreite
Der Frequenzbereich eines Signals.
Baseline - Basislinie
Eine Basislinie besteht aus einem dreidimensionalen Vektor zwischen zwei Empfangsstationen die beide gleichzeitig GPS Daten
empfangen.
Base Station - Basisstation
Eine Basisstation ist ein GPS Empfänger, der an einer genau bekannten Position aufgestellt wurde um Daten zur differenziellen
Korrektur anderer GPS Empfänger zu liefern. Die Daten werden dazu verwendet, Fehler relativ zur Position der Basisstation zu
errechnen. Aus diesem Unterschied zwischen der bekannten Position der Basisstation und der von der Basisstation durch die
GPS Signale ermittelten Position wird ein Korrekturfaktor für andere GPS Empfänger errechnet, die zur gleichen Zeit Daten
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empfangen. Diese Korrektur kann in Echtzeit übertragen oder zur späteren Korrektur gespeichert werden. Basisstationen
werden auch als Referenzstationen bezeichnet.
Block I, II, IIR, IIF Satellites - Block I, II, IIR, IIF Satelliten
Es gibt folgende Typen von GPS Satelliten: Die Satelliten des Block I waren Prototypen, die ab 1978 gestartet wurden. Satelliten
vom Block II Typ wurden genutzt, um die 24 Positionen des NAVSTAR Systems zu besetzen. Block IIR Satelliten sind
Ersatzsatelliten und der Typ IIF bezeichnet die Nachfolgegeneration.
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
C/A Code - C/A Code
Der "coarse/aquisition" (Grob/Erfassung) Code wird dem GPS L1 Signal aufmoduliert. Dieser Code ist eine Folge von 1023
pseudozufälligen (pseudozufällig weil sie zwar zufällig Aussehen, aber vorgegeben sind) binären zweiphasigen Modulationen auf
der Trägerfrequenz mit einer Wechselfrequenz von 1023 MHz und wiederholt sich dadurch mit einer Periodendauer von 1
Millisekunde. Der Code wurde ausgewählt um gute Empfangseigenschaften zu ermöglichen. Der C/A Code wird auch als
"ziviler" Code bezeichnet.
Carrier - Träger
Eine Radiowelle mit wenigstens einem charakteristischen Merkmal, zum Beispiel Frequenz, Amplitude oder Phase welches
durch Modulation gegenüber einer vorgegebenen Referenz verändert werden kann. So wird bei UKW-Radio (auch als FM Frequenz Modulation bekannt) eine feste Trägerfrequenzverändert (also moduliert) um Daten (die Musik) zu übertragen. Beim
Mittelwellen-Radio (auch AM - Amplituden Modulation genannt) wird die Amplitude (also Wellenhöhe) verändert um die
Informatin zu übertragen.
Carrier-Aided Tracking - Trägerfrequenz gestütze Verfolgung
Eine Strategie der Signalverarbeitung, die das GPS Trägersignal dazu verwendet eine besonders gutes Einrasten des Empfängers
auf den Pseudozufallscode zu erreichen.
Carrier Frequency - Trägerfrequenz
Die Ausgangsfrequenz des Radiosenders bevor sie moduliert wird. Die GPS L1 Trägerfrequenz ist beispielsweise 1575.42 MHz.
Carrier Phase - Trägerphase
GPS Messungen die auf dem L1 oder L2 Trägersignal basieren.
Cartesian/Geocentric Coordinates - Kartesische Geozentrische Koordinaten
Ein Koordinatensysystem zur Positionsbestimmung das seinen Ursprung im Erdmittelpunkt hat und die x- und y- Achse in der
Äquatorebene. Typischerweise geht die x-Achse durch den Greewichmeridian (Nullmeridian) und die z-Achse entspricht der
Rotationsachse der Erde.
Channel - Kanal
Ein Kanal eines GPS Empfängers besteht aus den Schaltkreisen, die benötigt werden um das Signal eines einzelnen GPS
Satelliten zu empfangen.
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Chip - wie bit jedoch ohne Dateninformation
Ein chip ist im Prinzip das gleiche wie ein bit, also eine "0" oder einer "1". Der Begriff chip wird immer dann verwendet, wenn
keine Daten übertragen werden. Ein Chip ist auch ein integrierter elektronischer Schaltkreis.
Chip rate - Chip Rate
Anzahl der "Chips" pro Sekunde. Beim C/A Code des GPS wäre die "Chip rate" 1023 MHz.
Circular Error Probable - CEP - "Wahrscheinlicher Fehlerkreis"
In einer kreisförmigen Normalverteilung entspricht dies dem Radius des Kreises, in dem 50 % der Einzelmessungen liegen, oder
dem Radius des Kreises, innerhalb der man sich mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % befindet.
Clock bias - Uhrenverschiebung
Die Zeitdifferenz zwischen der von der Uhr angezeigten Zeit und der wahren Universalzeit (UTC).
Clock Offset - Uhrenabweichung
Ein konstanter Unterschied in der Zeitanzeige zwischen zwei Uhren.
Code Division Multiple Access - CDMA
Eine Methode, eine Frequenz durch mehrere Sender gemeinsam zu verwenden wobei jedoch jeder einen eigenen Code besitzt.
GPS verwendet CDMA Techniken mit Gold´s Codes wegen ihrer eindeutigen Kreuzkorrelations-Eigenschaften.
Code Phase GPS - Codephasen GPS
Gps Messungen die mit Hilfe des Pseudozufallscodes (C/A oder P) und nicht mit der Trägerfrequenz arbeiten. Dies ist die
normale Betriebsart, die übliche Empfänger verwenden.
Control Point - Kontrollpunkt
Ein Punkt dessen Koordinaten zugewiesen wurden. Diese Koordinaten können konstant gehalten und für weitere Vermessungen
verwendet werden.
Control Segment - Kontrollsegment
Ein weltweites Netzwerk von GPS-Monitor- und Kontrollstationen die die Genauigkeit der Positionen der Satelliten und deren
Uhren garantieren.
Coordinate System - Koordinatensystem
Eine von vielen Kartensystemen die dazu verwendet werden, Positionen anzugeben. Ein Beispiel ist das Längen/Breitengradsystem.
Cycle Slip - Periodenverschiebung
Eine Unterbrechung der gemessenen Taktung des Trägersignals die durch einen zeitweiligen Verlust der Synchronisation der
GPS Empfängerelektronik mit dem Signal.
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Data Message - Datennachricht
Eine Nachricht die das GPS Signal enthält und die Satellitenpositionen, Uhrenkorrekturen und Gesundheitszustand der
Satelliten enthält. Die Nachricht enthält auch grobe Informationen über andere Satelliten des Netzwerks.
Datum - Datum
Ein Datum ist eine horizontales oder vertikales Referenzsystem für Landvermessungen. Horizontale Datums verwenden meist
Ellipsoide, das State Plane Koordinaten System oder das Universale Transversale Merkator Gitternetz (UTM). Vertikale Datums
beziehen sich meist auf den Geoid. Der technische Forstschritt führt zu immer genaueren Positionsangaben für die selben
geographischen Punkte. Um neuere Positionsdaten in Verbindung mit früher gesammelten Daten zu verwenden ist es
notwendig die verschiedenen Datums und Koordinatensysteme in Einklang zu bringen. Beispiele für Datums sind NAD-27
(North American Datum 1927) und WGS-84 (World Geodetic System 1984). Die modernen GPS Empfänger sind in der Lage die
gemessenen Positionsdaten in verschiedenen Datumsformaten auszugeben. Dabei ist darauf zu achten, dass das Datumsformat
des eventuell verwendeten Kartenmaterials in GPS Empfänger eingestellt ist um keine übermässigen Fehler in den
Positionsbestimmungen zu erhalten. Die Fehler können schnell mehrere hundert Meter ausmachen.
Differential GPS - DGPS - Differenzial GPS - DGPS
Eine Technik um die Genauigkeit der Positionsbestimmung zu verbessern. Dabei wird an einem sehr genau bekannten Punkt die
Abweichung der gemessenen Position von der tatsächlichen Position als Korrekturfaktor für weitere Empfänger verwendet,
welche die gleichen Satelliten in der gleichen Gegend empfangen. Dies kann entweder in Echtzeit über Radiosignale oder durch
spätere Nachberechnung geschehen.
Differential Correction - Differenzialkorrektur
Ein Prozess um system- und naturbedingte Fehler der GPS Signale zu eliminieren. Dazu wird ein weiterer GPS Empfänger an
einer genau bekannten Position benötigt. Dieser Empfänger vergleicht die für seinen Standpunkt gemessene Position mit der
tatsächlichen. Die Differenz dieser Werte (daher Differenzial GPS) entspricht dem Fehler den die übertragenen GPS Signale
enthalten und kann zur Korrektur verwendet werden. Dies kann entweder in Echtzeit oder in Nachberechnungen für
Positionsbestimmungen andere GPS Empfänger verwendet werden, die zur gleichen Zeit die gleichen Satelliten zur
Positionsbestimmung verwendet haben.
Digital - Digital
Im Allgmeinen wird Information entweder Analog oder Digital übermittelt und gespeichert. Information in digitaler Form
besteht aus einer Anzahl von Einsen und Nullen. Computer verwenden für die meisten Verfahren digitale Technik.
Dilution of Precision - DOP - Verdünnung der Präzision
Eine Beschreibung für den ausschliesslich aufgrund geometrischer Gegebenheiten zustandekommenden Beitrag zur
Ungenauigkeit der Positionsbestimmung. Standardbezeichnungen hierfür sind: GDOP: Geometrisch (3 Positionskoordinaten
plus die Zeitverschiebung der Lösung); PDOP: Position (3 Koordinaten); HDOP: Horizontal (Zwei horizintale Koordinaten);
VDOP: Vertikal (nur Höhe); TDOP: Time (Zeit) (Nur die Uhrenabweichung); RDOP: Relativ (Auf 60 Sekunden normiert)
Distance Root Mean Square - drms - Mittlere Quadratische Abweichung
Quadratischer Mittelwert der Abweichung der Entfernungen zwischen den wahren Positionen und den Messwerten mehrer
Messungen. Bei GPS wird meist 2 drms verwendet. Dies ist ein Kreis in dem mindestens 95 % aller Messwerte die an einem
Punkt gemacht wurden liegen.
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Dithering - Vermischung
Die gezielte Einführung von digitalem Rauschen. Dieses Verfahren wird durch das DoD (Department of Defense;
Amerikanisches Verteidigungsministerium) dazu verwendet, die Genauigkeit der GPS Signale künstlich zu verfälschen um die
"Selective Availability" zu erzeugen.
Doppler-Aiding - Doppler-Unterstützung
Ein Signalverarbeitungsverfahren das eine gemessene Dopplerverschiebung des Signals dazu verwendet das GPS Signal besser
auswerten zu können. Hierdurch werden genauere Geschwindigkeits und Positionsbestimmungen ermöglicht.
Doppler Shift - Dopplerverschiebung
Die scheinbare Änderung der Frequenz eines Signals die durch eine Bewegung des Senders und Empfängers relativ zueinander
verursacht wird. Typischstes Beispiel ist die Änderung der wahrgenommen Frequenz eines vorbeifahrenden Krankenwagens.
(Hoher Ton - Wagen nähert sich; Tiefer Ton - Wagen entfernt sich.)
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
Earth-Centered Earth-Fixed - ECEF - Erd-zentral Erd-bezogen
Ein kartesisches Koordinatensystem, bei dem die X-Richtung den Schnittpunkt zwischen dem Nullmeridian (Greenwich) und
dem Äquator darstellt. Die Vektoren rotieren mit der Erddrehung, die Z-Richtung entspricht der Erdachse.
Eccentricity - Exzentrizität
Das Verhältnis der Abstände zwischen jeweils dem Ellipsenmittelpunkt und den beiden Brennpunkten auf den Hauptachsen.
EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service)
Läßt sich etwa mit "Europäischer Zusatz-Navigationsdienst" übersetzen. Das Europäische Pendant zu WAAS (siehe dort)
Elevation - Höhe (Elevation)
Die Höhe über einem Referenzpunkt. Beispielsweise die Höhe über Normal Null (dem Meeresspiegel) oder der vertikale
Abstand über dem Geoid. Manchmal ist damit auch die Höhe eines Satelliten in Grad über dem Horizont gemeint.
Elevation Mask Angle - Höhenbegrenzungswinkel
Normalerweise ein vom Benutzer wählbarer Winkel (in Grad), wobei Satelliten, die tiefer als dieser stehen, zwar verfolgt aber
nicht für die Positionsberechnungen verwendet werden. Dieses Verfahren wird angewendet, um Interferenzen durch Brechung
der Signale in der Ionosphäre, Mehrwegfehler und Sichtbeschränkungen wie Gebäude und Bäume zu vermeiden.
Ellipsoid - Ellipsoid
In der Geodäsie eine mathematische Figur die dadurch entsteht, dass man eine Ellipse um ihre kürzere Achse rotieren lässt. Es
ist gleichbedeutend mit einem Sphäroid. Ein Ellipsoid wird durch zwei Parameter definiert: Die halbe Länge der Hauptachse a
(= Äquatorradius) und die Abflachung f = (a-b)/a, wobei b die halbe Länge der Nebenachse ist. Abgeflachte und dreiachsige
Ellipsoide sind jeweils als solche gekennzeichet.
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Ellipsoid Height - Ellipsoide Höhe
Der gemessene vertikale Abstand zum Ellipsoid. Nicht identisch mit der Höhe über N.N. (Meereshöhe).
Ephemeris - Ephemeriden
Die Vorhersagen der momentanen Satellitenpositionen die in der Datennachricht übermittelt werden. Sie bestehen aus einer
Liste der genauen Positionen eines Himmelskörpers als eine Funktion der Zeit. Die Daten können in Echtzeit als "übertragene
Ephemeriden" (broadcast ephemeris" oder nachberechnet als "präzise Ephemeriden" (precise ephemeris) vorliegen.
Epoch - Zeitabschnitt
Messintervall oder Datenfrequenz, wenn beispielsweise alle 15 Sekunden eine Messung durchgeführt wird.
ESTB - EGNOS satellite test bed
Testsystem des EGNOS-Systems (siehe dort).
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
Fast-Multiplexing Channel
siehe Fast-switching channel
Fast-Switching Channel - schnelle Kanalumschaltung
Mit Hilfe eines einzelnen Empfängerkanals werden schnell nacheinander die Entfernungen zu mehreren Satelliten bestimmt.
"Schnell" meint dabei, dass die Zeit, die zum Umschalten benötigt wird kurz genug ist (2 - 5 Millisekunden), um trotzdem die
Datennachricht zu erfassen.
Frequency Band - Frequenzband
Ein bestimmter Frequenzbereich innerhalb des elektromagnetischen Spektrums.
Frequency Spectrum - Frequenzspektrum
Die Verteilung der Signalamplituden als Funktion der Frequenz der zugrundeliegenden Signalwellen.
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
GALILEO
Europäisches Satellitennavigationssystem. Momentan in Planung und soll bis 2008 betriebsbereit sein. Das System soll
kompatibel zum GPS-System werden.
Geodesy - Geodäsie
Die Wissenschaft, die sich mit der Bestimmung der Größe und der Form der Erde (Geoid) durch direkte Messung beschäftigt.
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Geodetic Datum - Geodätisches Datum
Ein mathematisches Modell, das so gewählt ist, dass es möglichst gut einen Teil oder das gesamte Geoid beschreibt. Es wird
durch ein Ellipsoid und das Verhältnis zwischen dem Ellipsoid und einem Punkt auf der topographischen Oberfläche der Erde
beschrieben, der als Ursprung des Datums festgelegt wird.
Geodetic Surveys - Geodätische Vermessung
Globale Vermessungen zur Erstellung von weltweiten Referenz- oder Kontrollpunkten als Basis zur Exakten Landvermessung.
Geoid - Geoid
Äquipotentialfläche der Schwerkraft. Gibt die mittlere Meereshöhe an. Man kann sich diese Fläche auch über die Kontinente
hinausgehend vorstellen. Diese Fläche ist überall senkrecht zur Gravitationskraft.
Geoid Height - Geoidhöhe
Die Höhe über dem Geoid wird oft als Höhe über Normal Null (N.N., Meereshöhe) bezeichnet.
Geometric Dilution of Precision (GDOP) - Geometrische Präzisions"verdünnung"
siehe Dilution of Precision
Global Navigation Satellite System - GLONASS
Das russische Äquivalent zum amerikanischen NAVSTAR GPS. GLONASS wurde ebenfalls für eine weltweiter
Satellitenabdeckung entworfen. GLONASS verwendet bei Vollausbau drei Orbitalflächen mit je acht Satelliten. Die GLONASSSatelliten fallen häufiger aus, als sie ersetzt werden, was zu einer herabgesetzten Leistungsfähigkeit des Systems führt.
Global Navigation Satellite System - GNSS - Globales Satelliten Navigationssystem
Ein Organisationskonzept welches GPS, GLONASS und andere weltraum- und bodenbasierende Segemente zusammenfasst um
alle Arten der Navigation zu unterstützen.
Global Positioning System - GPS - Globales Positionierungs System
Ein vom DOD (Department of Defense, amerikanisches Verteidigungsminsiterium) ersonnenes, realisiertes und betriebenes
System, das aus 24 Satelliten besteht, welche die Erde in einer nominellen Höhe von 17700 km umkreisen. GPS Satelliten
senden ein Signal aus, das die genaue Ortsbestimmung eines GPS Empfängers ermöglicht. Die Empfänger können ihre Position
ermitteln, wenn sie feststehend sind, sich auf der Erdoberfläche in der Erdatmosphäre oder in niederen Umlaufbahnen
bewegen. GPS wird sowohl in der Luft-, Land- und Seefahrtnavigation als auch bei der Landvermessung und anderen
Anwendungen eingesetzt, bei der es auf genaue Positionsbestimmung ankommt. Das GPS-Signal wird jedem auf oder in der
Nähe des Planeten kostenlos zur Verfügung gestellt, der einen GPS-Empfänger besitzt und eine uneingeschränkte "Sicht" auf die
Satelliten hat.
GPS ICD-200
Das "GPS Schnittstellen Kontroll Dokument" ist ein Regierungsdokument das die komplette technische Beschreibung zur
Schnittstelle zwischen den Satelliten und den Benutzern beschreibt.
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Handover Word - HOW - Übergabewort
Der Datenblock in der GPS-Nachricht, die die Informationen zur Synchronisation zur Umschaltung von der Nutzung des C/ACode zum P-Code enthält.
Hardware
Die physischen Komponenten des Systems, die Befehle abarbeiten um eine Aufgabe zu erfüllen. Als Vergleich dient häufig der
Computer. Hier besteht die Hardware aus dem Gehäuse, der Hauptplatine, Prozessor, Speicher usw.
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Integrity - Integrität
Die Fähigkeit eines Systems, bei Fehlfunktion die Benutzer rechtzeitig davor zu warnen, dass es aufgrund von Fehlern nicht zur
Navigation benutzt werden sollte.
Interface - Schnittstelle
Eine gemeinsame Grenze zwischen unterschiedlichen Systemen oder Programmen. Eine Schnittstelle ist auch der Geräteteil, der
die Zusammenarbeit von zwei oder mehreren Systemen ermöglicht.
Ionosphere - Ionosphäre
Der Bereich aus geladenen Teilchen zwischen der Stratosphäre und der Exosphäre etwa 80 - 400 Kilometer über der
Erdoberfläche. Dieser Bereich stellt ein nichthomogenes und dispersives (zerstreuendes) medium für Radiowellen dar.
Ionospheric Delay - Ionosphärische Verzögerung
Eine Radiowelle, die sich durch die Ionosphäre ausbreitet erfährt eine gewisse Verzögerung. Die Stärke der Phasenverzögerung
hängt vom Elektronengehalt der Ionosphäre ab und beeinträchtigt die Trägersignale. Die Gruppenverzögerung hängt auch von
der Streuwirkung der Ionosphäre ab und beeinflusst die Signalmodulation (Codes). Die Phasen- und Gruppenverzögerung hat
die gleiche Grössenordnung aber unterschiedliche Vorzeichen.
Ionospheric Refraction - Ionosphärische Brechung
Die Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Signals, während es die Ionosphäre durchquert.
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Kalman Filter
Eine numerische Methode, die dazu verwendet wird, ein zeitabhängiges Signal in Gegenwart von Rauschen zu verfolgen.
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L-Band
Der Frequenzbereich der Radiowellen zwischen 390 MHz und 1550 MHz. Die GPS-Trägerfrequenzen (1227.6 MHz und
1575.42 MHz) liegen im L-Band.
L1 Signal
Das erste L-Band Signal, welches von jedem GPS-Satellit ausgesendet wird. Das L1-Signal enthält den C/A und den P-Code und
die Navigationsdaten.
L2 Signal
Das zweite L-band Signal wird auf 1227.60 MHz ausgestrahlt und enthält den P-code und die Navigationsdaten.
Loxodrome - Loxodrom
Verbindungslinie zwischen zwei Punkten auf der Erde, die alle Meridiane (Längenkreise) im gleichen Winkel schneidet. Auf
einer Karte mit Mercatorprojektion eine gerade Linie. Navigation auf einer Loxodromen erlaubt einen konstanten Steuerkurs.
Siehe auch Orthodrome und hier.
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MDT - Mobile Data Terminal - Mobiles Datenterminal
Ein Gerät, typischerweise in einem Fahrzeug eingebaut, welches einen kleinen Bildschirm, eine Tastatur oder eine andere
Benutzerschnittstelle enthält und unterschiedliche Speicher- und Verarbeitungskapazität besitzt. Im Zeitalter der Garmin eTrex
schwer vorstellbar.
Monitor Stations - Monitorstationen
Eine der weltweiten Gruppe von Stationen, die im GPS Kontrollsegment dazu dienen, die Satellitenuhren und
Umlaufbahnenparameter zu verfolgen. Die von den Monitorstationen gesammelten Daten werden zu einer Hauptkontrollstation
weitergeleitet. Hier werden Korrekturen errechnet, die von dort bei Bedarf an die Satelliten gesandt werden.
MSAS (Multi-Functional Satellite Augmentation System)
Das japanische Pendant zu WAAS (siehe dort)
Multichannel Receiver - Mehrkanalempfänger
Ein Empfänger, der mehrer unabhängige Kanäle enthält, von denen jeder das Signal eines Satelliten verarbeiten kann, damit die
Position durch simultane Berechnungen mehrerer Pseuderanges durchgeführt werden können.
Multipath - Mehrwegeffekt
Fehler die durch Interferenz hervorgerufen werden, die dadurch ntsteht, dass das Signal den Empfänger auf zwei
unterschiedlichen Wegen erreicht hat. Meist wird dies durch die Reflektion des Signals an nahegelegenen Objekten (Häuser,
Felsen) hervorgerufen, die Radiowellen reflektieren. Signale die einen längeren Weg durchlaufen erzeugen fälschlicherweise
grösseren Pseudoranges und führen damit zu Positionsfehlern.
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Multiplexing Channel - Kanalmultiplexer
Ein Empfängerkanal, der eine Serie von Signalen von unterschiedlichen Satelliten in schneller Folge abarbeitet.
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NAD-27
Nordamerikanisches Kartendatum von 1927. Dies ist ein überflüssig gewordenes horizontales Datumsformat für Nordamerika.
NAD 27 beruht auf einer früher Schätzung der Erdform von 1866 die auch als Clarke Sphäroid bekannt ist. Diese wurde
ausschliesslich an die Form der Vereinigten Staaten angepasst und verwendet ein spezielles Paar Koordinaten der Erdoberfläche
als Referenzzentrum.
NAD-83
Nordamerikanisches Datumsformat von 1983. NAD 83 beruht auf einem präziseren geodätischen Referenzsystem von 1980
(GRS 80).
NAVD-88
Nordamerikanisches vertikales Datum von 1988. Ein Versuch der "National Geodetic Survey" (NGS) (nationale Geodätische
Vermessung) das Nordamerikanische vertikale Datum zu korrigieren. Die NAVD 88 - Korrektur entfernt Störugen des
kontinentweiten vertikalen geodätischen Höhenreferenzsystems.
Nanosecond - Nanosekunde
Eine Milliardstel Sekunde (0,000 000 001 s).
Nav Message - Nav Nachricht
Die 1500-bit Navigationsnachricht die mit 50 bps (bit pro Sekunde) auf den L1 und/oder L2 Frequenzen ausgestrahlt wird.
Diese Nachricht enthält die Systemzeit, Uhrenkontrollparameter, Modelparameter für die ionosphärische Verzögerung sowie die
Bahndaten und Gesundheitszustände der Satelliten.
NAVSTAR
Der Name der der amerikanischen GPS Satellitenkonstellation gegeben wurde. NAVSTAR ist ein Acronym aus NAVigation
Satellite Timing und Ranging. (Navigationssatelliten Zeit und Entfernungsmessung). Die endgültige Konstellation besteht aus
sechs Orbitalebenen, von denen jede vier Satelliten enthält.
NMEA
Im Zusammenhang mit GPS hört man häufig die Abkürzung NMEA im Zusammenhang mit den "NMEA-Datensätzen". NMEA
steht für National Marine Electronics Association, also die Nationale Vereinigung für Marineelektronik der Vereinigten Staaten.
Diese Vereinigung hat ein Reihe von Standard-Datensätzen zur Kommunikation verschiedener elektronischer Geräte in der
Seefahrt entwickelt, die tatsächlich weitestgehende Kompatibilität gewährleistet. Näheres zu den NMEA-Daten im
Zusammenhang mit GPS findet sich hier.
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Observation - Beobachtung
Die Zeitspanne in denen die GPS-Datenvon zwei oder mehr GPS-Empfängern gesammelt werden. Dies dient später bei der
Landvermessung zu Korrekturrechnungen.
Orthodrome - Orthodrom (Grosskreis)
Kürzeste Verbindungslinie zwischen zwei Punkten auf der Erde. Sie erscheint auf einer Karte in Mercatorprojektion als Kurve.
Siehe auch Loxodrome und hier.
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P-code
Der genaue Code des GPS-Signals. Üblicherweise wird dieser Code nur von den amerikanischen und alliierten militärischen
Streitkräften verwendet. Eine sehr lange Sequenz aus binären Pseudozufallsdaten, die mit einer Übertragungsgeschwindigkeit
von 10,23 MHz übertragen wird und sich alle 167 Tage wiederholt. Jedes ein-Wochen Segment dieses Codes ist eindeutig einem
Satelliten zuzuordnen und wird jede Woche zurückgesetzt.
PDOP - Position Dilution of Precision - "Verdünnung" der Positionsgenauigkeit
Eine einheitenlose Zahl, die den Zusammenhang zwischen den Fehlern der Empfängerposition und der Satellitenposition
angibt. Dieser Fehler ist eine Funktion der Stellung der Satelliten zueinander deren Daten für die Bestimmung herangezogen
werden. (siehe auch DOP). Geometrisch ist PDOP indirekt proportional zum Pyramidenvolumen, das sich dadurch ergibt, dass
man Linien zwischen dem Empfänger und den vier beobachteten Satelliten zieht. Kleine Zahlenwerte wie "3" sind gute Werte für
die Positionsgenauigkeit, während höhere Werte eine schlechtere Genauigkeit anzeigen. Kleine PDOP-Werte deuten darauf hin,
dass die Satelliten weit voneinander entfernt stehen.
PDOP Mask - PDOP Maske
Meist ein vom Benutzer einzugebendes oberes Limit, welche maximalen PDOP-Werte toleriert werden sollen. Wenn der PDOPWert einen vorher definierters Limit überschreitet werden keine GPS-Daten mehr ausgewertet bis der PDOP-Wert wieder unter
den Grenzwert sinkt.
Perigee - Perigee
Der Punkt in einer Satellitenumlaufbahn mit der geringsten Entfernung zum Erdzentrum.
Phase Lock - Phaseneinrastung
Eine Technik bei der die Phase eines Oszillatorsignals so eingestellt wird, dass sie exakt der Phase eines Referenzsignals folgt.
Der Empfänger vergleicht zunächst die Phasen zweier Signale und verwendet dann die resultierende Differenz dazu, die
Oszillatorfrequenz der Referenz einzustellen. Diese Technik entfent Phasenverschiebungen wenn die beiden Signale dann
verglichen werden.
pierce point - Durchtrittspunkt
Wird im Zusammenhang mit SBAS (WAAS/EGNOS) Systemen verwendet und bezeichnet den Punkt an dem die Signallinie
zwischen Satellit und Empfänger die Ionosphäre durchkreuzt.
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Point Positioning - Punktpositionierung
Eine geographische Position, die von nur einem Empfänger errechnet wird.
Position - Position
Der Längengrad, Breitengrad und die Höhe eines Punkts. Zur Position wird häufig eine Schätzung des Fehlers angegeben.
Post-Processed Differential GPS - Nachberechnetes Differential-GPS
Wenn GPS-Daten zu einem späteren Zeitpunkt zur Differnezial-Korrektur nachberechnet werden, benötigt der stationäre und
der bewegte Empfänger keinen Datenverbindung während der Messung. Jeder Empfänger zeichnet unabhängig Daten auf, die
zu einem späteren Zeitpunkt mit Hilfe anderer Empängerdaten aus dem gleichen Beobachtungszeitraum korrigiert werden
können. Während der Messung müssen bei allen Empfängern die gleichen Satelliten beobachtet werden.
Precise (or Protected) Code (P-Code) - Genauer (oder geschützter) Code
Eine Sequenz von Pseudozufallsbinärcode auf der GPS-Trägerfrequenz die mit 10,23 MHz übermittlelt wird und sich jeweils
nach 267 Tages wiederholt. Jedes ein-Wochen Code-Segment ist eindeutig einem Satelliten zugeordnet und wird jede Woche
zurückgesetzt.
Precise Positioning Service (PPS) - Präziser Positionsbestimmungs-Service
Die höchste erreichbare militärische dynamische Positionsbestimmungsgenauigkeit, die durch das GPS-System zur Verfügung
gestellt wird. Dabei wird der auf zwei Frequenzen ausgestrahlte P-Code verwendet.
Proportional error - Proportionaler Fehler
Eine Methode die Positionsgenauigkeit auszudrücken. Er wird als Positionsfehler geteilt durch die Entfernung zum Ursprung
des verwendeten Koordinatensystems ausgedrückt und in Teilen pro Million (ppm) angegeben.
Pseudolite (shortened form of pseudo-satellite) - Pseudo-lite (Kurz für Pseudo-Satellit)
Ein Bodengebundenes Sender, der einen GPS-Satelliten nachahmt. Dies dient zu Verbesserung der Geometrischen Anordnung
der Satelliten in einem begrenzten Bereich. Der Datenteil des Signals kann auch Differenzialkorrekturen enthalten die von den
Empfängern zur Fehlerkorrektur verwendet werden können.
PRN - Pseudorandom Noise - Pseudozufallsrauschen
Eine Reihe von Einsen und Nullen, die wie Rauschen zufällig verteilt scheinen, jedoch exakt reproduziert werden können. Ihre
wichtigste Eigenschaft ist ihr geringer Autokorrelationswert für alle Verzögerungen und Verschiebungen ausser bei exakter
Übereinstimmung. Jeder GPS-Satellit hat eindeutige C/A und P Pseudozufalls-Codes.
Pseudorange - Pseudobereich
Eine Entfernungsmessung die auf der Korrelation eines von einem Satelliten ausgestrahlten Codes und eines lokal vom
Empfänger erzeugten Codes beruht und nicht bezüglich Synchronisationsfehlern zwischen der Sender- und Empfängeruhr
korrigiert ist.
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Radionavigation - Radionavigation
Eine Methode zur Erlangung von Informationen, die zur Positionsbestimmung zur Navigation notwendig sind. Diese Methode
arbeitet unter Zuhilfenahme der Ausbreitungseigenschaften von Radiosignalen. GPS ist eine Methode der Radionavigation.
Range - Bereich
Ein fester Abstand zwischen zwei Punkten wie zwischen einem Start-Wegepunkt und einem End-Wegepunkt oder zwischen
einem Satelliten und einem GPS-Empfänger.
Range Rate - Bereichsrate
Die Änderungsrate des Bereichs zwischen einem Satelliten und einem Empfänger. Die Entfernung zwischen dem Satelliten und
dem Empfänger ändert sich aufgrund der Bewegung des Satelliten und des Beobachters. Diese Änderungsrate wird durch
Messung der Dopplerverschiebung der Frequenz des Trägersignals gemessen.
Radio Technical Commission for Maritime (services)- RTCM
RTCM ist ein standardisiertes Format zur Datenübertragung.
Real-Time Differential GPS - Echtzeit Differenzial GPS
Ein Datenaufnahmeprozess, bei dem ein GPS-Empfänger in Echtzeit Korrekturdaten von einer anderen Quelle bekommt um die
Effekte der SA (selective availability) und anderer Fehler zu herauszufiltern. Eine Methode um Korrekturdaten zu erhalten
besteht darin einen GPS-Empfänger auf einer genau bekannten Position aufzustellen (Basisstation). Dieser Empfänger
errechnet und sendet dann Korrektursignale über VHF oder Mobiltelefon aus. Der bewegte Empfänger muss mit einem
Zusatzgerät zum Empfang der Korrekturdaten ausgestattet sein, damit die Daten in die aktuelle Positonsbestimmung mit
einbezogen werden können. Andere Quellen für solche Korrekturen sind Satellitenbasierte Systeme wie OMNISTAR. (siehe auch
WAAS und EGNOS)
Relative Navigation - Relative Navigation
Eine der relativen Positionierung ähnliche Technik, jedoch können sich einer oder beide Punkte bewegen. Eine
Datenverbindung dient dazu, Fehlerangaben zwischen den beiden sich bewegenden Fahrzeugen oder Flugzeugen zu übermitteln
und die Positionsgenauigkeit zu verbessern.
Relative Positioning - Relative Positionsbestimmung
Der Vorgang der Bestimmung der relativen Entfernung zwischen zwei Orten. Im Falle von GPS wird an jedem der beiden Orte
ein Empfänger plaziert. Beide Empfänger machen simultane Messungen mit Hilfe der gleichen Serie von Satelliten während
eines bestimmten Zeitraums. Diese Technik erlaubt es den Empfängern bestimmte Fehlerquellen zu eliminieren die für beide
Empfänger gelten wie Uhrenfehler der Satelliten, Bahndatenfehler und Ausbreitungsverzögerungen.
Reliability - Verlässlichkeit
Die Wahrscheinlichkeit, dass eine bestimmte Funktion bei gegebenen Bedingungen ohne Ausfall eine bestimmte Zeit lang
ausgeführt wird.
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RINEX - Empfängerunabhängiges Datenaformat
RINEX (Receiver INdependent EXchange format) ist eine Anzahl von Standardbefehlen und Formaten, die den Austausch von
Daten zwischen unterschiedlichen GPS Geräten und Nachverarbeitungssoftware erlaubt. Dieses Datenformat enthält
Definitionen für Zeitangaben, Phasen und Bereiche.
Rover -" Fahrzeug"
Als Rover wird der mobile GPS Empfänger während einer relativen Messung zu einer Basisstation bezeichnet. Die
Empfängerposition kann relativ zu einer oder mehreren Basisstationen angegeben werden.
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SA - Selective availability (Selektive Verfügbarkeit)
siehe Selektive
Satellite Configuration - Satellitenkonfiguration
Die Konstellation der Satellitenzu einem bestimmten Zeitpunkt aus der Sicht eines oder einer Gruppe von Benutzern.
Satellite Constellation - Satellitenkonstellation
Die Anordnung einer Gruppe von Satelliten im Raum. Im Falle von GPS besteht die vollständig betriebsbereite Konstellation aus
sechs Orbitalebenen, die jeweils vier Satelliten enthalten. Das GLONASS-System besitzt drei Orbitalebenen zu je acht Satelliten.
Satellite Elevation Mask - Satelliten Höhemaske
Üblicherweise eine benutzerdefinierbarer Grenzwert, der festlegt wie hoch ein Satellit über dem Horizont stehen muss, damit
der Empfänger dessen Daten zur Berechnung der Position heranzieht. Satelliten unterhalb dieser Maske werden zwar verfolgt,
die Daten gehen jedoch nicht in die Berechnung ein, da die Daten horizontnaher Satelliten grössere atmosphärenbedingte
Fehler aufweisen.
Selective Availability - SA - Selektive Verfügbarkeit
Ein DOD (Department of Defense; Amerikanisches Verteidigungsministerium) Programm, das dazu verwendet wurde, die
Genauigkeit der Pseudorange Messungen zu verringern, indem beim für nichtmilitärische Empfänger verfügbaren Signaldie
Zeit- und Zeit und Bahndaten verändert wurden. Die Verwendung von SA wurde am 1. Mai 2000 eingestellt.
SNR (Signal to Noise Ratio) - Signal-Rausch Verhältnis
Eine Messung des Signalinhalts relativ zum Rauschen des Signals. Das Signal-Rausch Verhältnis sollte so hoch wie möglich sein.
Space Segment - "Weltraumsegment"
Der Teil des GPS-Systems, der sich im Weltraum befindet. Dazu gehören die GPS-Satelliten und jegliche Zusatzraumfahrzeuge,
die GPS-Zusatzinformationen zur Verfügung stellen (z.B. Differentialkorrekturen, Integritätsnachrichten usw.)
spacial decorrelation- Verlust des räumlichen Zusammenhangs
Der Begriff wird in Zusammenhang mit Differenzial-GPS verwendet und bezeichnet die Verschlechterung der Korrektur durch
das Differential-System mit zunehmender Entfernung des Benutzers zum DGPS-Sender (siehe auch unter EGNOS/WAAS).
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Spread Spectrum - Streuspektrum
Das empfangene GPS-Signal ist breitbandig und schwach (-160 dbW). Das L-Band Signal ist mit einem PRN code moduliert, um
die Energie des Signals über eine größere Bandbreite auszudehnen als die der Signalinformationen. Das ermöglicht es, alle
Satelliten eindeutig zu empfangen und man erhält eine gewisse Robustheit gegenüber Rauschen und Mehrwegeffekten.
Spherical Error Probable - SEP - Wahrscheinlicher Sphärischer Fehler
Der Radius einer Kugel, innerhalb derer man sich mit 50 % Wahrscheinlichkeit befindet. SEP ist das dreidimensionale Analogon
zu CEP (Circular Error Probable; Wahrscheinlicher Fehlerkreis)
SPS - Standard Positioning Service
Squaring-Type Channel - "Quadriereder Kanal"
Ein GPS-Empfängerkanal, der das Empfangene Signal mit sich selbst multipliziert um eine zweite Oberschwingung des
Trägersignals zu erhalten,welches die Codemodulation nicht enthält. Wird in "Codelosen" Empfängerkanälen verwendet.
Standard Deviation (Sigma) - Standardabweichung (Sigma)
Die Messung der Verteilung der zufälligen Fehler um den Mittelwert. Wenn eine große Anzahl von Messungen durchgeführt
wird, ist die Standardabweichung die Wurzel der Summe der Quadrate der Abweichungen vom Mittelwert geteilt durch die
Anzahl der Messungen minus eins.
Standard Positioning Service (SPS) - Standard Positionsbestimmungsdienst
Die normale ziviel nutzbare Positionsbestimmungsgenauigkeit, die den C/A-Code auf einer Frequenz verwendet. Mit
eingeschalteter selektiver Verfügbarkeit wurde garantiert, dass 95 % aller Messungen besser als 100 Meter Genauigkeit besitzen
(2 drms).
Static Positioning - Statische Positionsbestimmung
Ortsbestimmung durch einen stationären Empfänger. Dies erlaubt eine Reihe von Mittelungs und Differenzen-Berechnungen.
SV - (Satellite vehicle) - Satellit
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Tropospheric Correction - Troposphärenkorrektur
Eine Korrektur, die Bestimmungsfehler durch Effekte berücksichtigt, die durch die Troposphäre verursacht werden.
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Universal Time Coordinated (UTC) - Koordinierte Weltzeit
Eine internationales hochgenaues und stabiles Atomuhrensystem, das durch Schaltsekunden möglichst nahe an der Weltzeit
gehalten wird und bezüglich saisonaler Unterschiede der Erdrotationsgeschwindigkeit korrigiert ist. Das System wird vom U.S.
Naval Observatory betrieben. Die GPS-Zeit ist direkt mit der UTC-Zeit gekoppelt. UTC-GPS=x Sekunden (1988 war x=5
Sekunden)
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User Segment - Benutzersegment
Dies sind die GPS-Empfangsgeräte selbst.
URA - user range accuracy
siehe user range accuracy.
User Interface - Benutzerschnittstelle
Die Hardware und das Betriebssystem mit dessen Hilfe der Benutzer Prozeduren der Ausstattung (GPS Empfänger) ausführt
und wodurch das Gerät dem Benutzer Informationen zur Verfügung stellt. Oder einfacher gesagt: Die Tasten und die Anzeige.
User Range Accuracy - URA - Bereichsgenauigkeit beim Benutzer
Der Anteil des Fehlers zur Bereichsbestimmung der durch eine einzelne Fehlerquelle zustande kommt (Offensichtliche
Uhrenfehler und Ungenauigkeiten in der Bahnvoraussage). Diese werden in Bereichseinheiten umgewandelt, wobei davon
ausgegangen wird, dass die Fehler von allen anderen Fehlerursachen unabhängig sind. Werte kleiner 10 sind gut.
User Segment - Benutzersegment
Der Teil des gesamten GPS-Systems das die Empfängner der GPS-Signale umfasst.
UTC - universal time coordinated
siehe universal time coordinated
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ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
WAAS (Wide Area Augmentation System) - Europäischer Zusatznavigationsdienst
WAAS ist ein System, in dem mehrere Bodenstationen, die Referenzstationen und mehrere geostationäre Satelliten präzise
DGPS-Korrekturen den dafür vorbereiteten GPS-Empfängern zur Verfügung stellen. WAAS bietet höhere Genauigkeiten anhand
von erweiterten GPS-Satellitensignalen und betritt so die nächste Ebene der GPS-Genauigkeit. Das um die WAAS-Daten
erweiterte GPS-Signal korrigiert Fehler in den GPS-Signaldaten, die durch ionosphärische Störungen, Uhren- und
Satellitenbahnfehler verursacht werden. Seit Dezember 1999 ist WAAS nahezu durchgängig in Betrieb. Es wurde für die
amerikanische Luftfahrtbehörde FAA für hohe Genauigkeit bei Landeanflügen entwickelt. Das WAAS-Signal ist für zivile
Nutzung zugänglich und bietet sowohl auf dem Land wie auch auf See oder in der Luft eine weiterreichende Abdeckung, als sie
bisher durch landgestützte DGPS-Systeme ermöglicht wurde.
World Geodetic System - Weltweites geodätische System
Ein einheitlicher Satz von Parametern, der die Größe und Form der Erde, die Positionen eines Netzwerks von Punkten in Bezug
zum Schwerpunkt der Erde, Umrechnungsformeln der wichtigsten geodätischen Datums und das Potential der Erde beschreibt.
Üblicherweise werden harmonische Koeffizienten angegeben.
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WGS-84 (World Geodetic System 1984) - Weltweites geodätische System vo 1984
Das mathematische Ellipsoid, welches vom GPS-System seit Januar 1987 verwendet wird.
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Y code - Y Code
die verschlüsselte Version des P-Codes. Dieser Code ist nur für militärische Anwendungen bestimmt.
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GPS-Monitor
powered by
Antaris® Positioning Engine
Zur Erklärung der Grafiken
Aktuelle Daten - aktuelle Uhrzeit: 11:38 UTC
Verteilungsplot der horizontalen Position über die letzten 24 Stunden
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Verteilungsplot der Höhe über die letzten 24 Stunden
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Verlauf der Position im Vergleich zum Mittelwert für Breitengrad, Längengrad und Höhe in den letzten 24 Stunden
AK, 14.05.2016
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Verlauf der Position im Vergleich zum Mittelwert für Breitengrad, Längengrad und Höhe in den letzten 365 Tagen
Verlauf der Genauigkeit für die horizontale Position und Höhe in den letzten 365 Tagen
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Fortlaufender Skyplot mit Daten der letzten 7 Tage
Archivdaten
2004
Jul 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Aug 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Sep 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Oct 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Nov 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Dec 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
2005
Jan 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Feb 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
Mar 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Apr 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15
Herzlichen Dank an die Firma u-blox für das RCB-LJ GPS-Modul.
Die Daten auf dieser Seite sind nach bestem Wissen und Gewissen aus den NMEA-Daten des Empfängermoduls aufbereitet. Für
Fehler in den Rohdaten oder durch die Datenaufbereitung besteht keinerlei Haftung durch die Betreiber dieser Seite.
GPS-Konstellation und -Status
Satellitenkonstellation
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Aktuelle Konstellation der GPS-Satelliten
Aktive Satelliten: 0
Statusmeldungen
Meldung vom: 15.04.2005 - JDay: 105 - Alle Zeiten UTC.
Satellit
PRN: - Allgemeine
Meldungen -
von:
bis:
-
-
keine Meldungen
-
-
keine Meldungen
-
-
keine Meldungen
-
-
keine Meldungen
Satellit
PRN: 07
von:
bis:
03.04.2005 - 22:38
-
Ungeplanter Ausfall: Satellit bis auf weiteres unbenutzbar.
03.04.2005 - 22:38
13.04.2005 - 17:40
Zusammenfassung der effektiven ungeplanten
Unterbrechungszeit.
Satellit
PRN: 11
von:
bis:
06.04.2005 - 19:45
07.04.2005 - 07:45
Geplanter Ausfall: Wartung - Aktivierung der Ionenpumpe der
Atomuhr oder Softwaretest.
07.04.2005 - 14:00
08.04.2005 - 02:00
Neufestlegung einer Unterbrechungszeit.
07.04.2005 - 15:26
07.04.2005 - 17:47
Zusammenfassung der effektiven Unterbrechungszeiten.
Satellit
PRN: 13
von:
bis:
AK, 14.05.2016
Seite 64
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31.03.2005 - 13:00
01.04.2005 - 01:00
Geplanter Ausfall: Wartung - Aktivierung der Ionenpumpe der
Atomuhr oder Softwaretest.
31.03.2005 - 15:46
31.03.2005 - 19:15
Zusammenfassung der effektiven Unterbrechungszeiten.
Satellit
PRN: 14
von:
bis:
08.04.2005 - 21:30
09.04.2005 - 09:30
Geplanter Ausfall: Wartung - Aktivierung der Ionenpumpe der
Atomuhr oder Softwaretest.
08.04.2005 - 14:00
09.04.2005 - 02:00
Neufestlegung einer Unterbrechungszeit.
08.04.2005 - 14:00
-
Absage einer Unterbrechungszeit.
Satellit
PRN: 18
von:
bis:
14.04.2005 - 17:00
15.04.2005 - 05:00
Geplanter Ausfall: Delta-V Manöver - Bahnkorrektur des Satelliten.
14.04.2005 - 17:40
15.04.2005 - 00:26
Zusammenfassung der effektiven Unterbrechungszeiten.
Satellit
PRN: 20
von:
bis:
15.04.2005 - 17:00
16.04.2005 - 05:00
Satellit
PRN: 21
von:
bis:
04.04.2005 - 22:30
05.04.2005 - 10:30
Geplanter Ausfall: Wartung - Aktivierung der Ionenpumpe der
Atomuhr oder Softwaretest.
04.04.2005 - 16:00
05.04.2005 - 04:00
Neufestlegung einer Unterbrechungszeit.
04.04.2005 - 19:30
04.04.2005 - 21:41
Zusammenfassung der effektiven Unterbrechungszeiten.
Satellit
PRN: 22
von:
bis:
13.04.2005 - 19:45
14.04.2005 - 07:45
Geplanter Ausfall: Wartung - Aktivierung der Ionenpumpe der
Atomuhr oder Softwaretest.
13.04.2005 - 21:11
13.04.2005 - 23:58
Zusammenfassung der effektiven Unterbrechungszeiten.
Satellit
PRN: 24
von:
bis:
09.03.2005 - 15:45
10.03.2005 - 03:45
Geplanter Ausfall: Wartung - Aktivierung der Ionenpumpe der
Atomuhr oder Softwaretest.
15.03.2005 - 12:45
16.03.2005 - 12:45
Geplanter Ausfall: Delta-V Manöver - Bahnkorrektur des Satelliten.
09.03.2005 - 15:59
09.03.2005 - 19:00
Zusammenfassung der effektiven Unterbrechungszeiten.
15.03.2005 - 13:10
16.03.2005 - 02:42
Zusammenfassung der effektiven Unterbrechungszeiten.
Satellit
PRN: 26
von:
bis:
28.03.2005 - 01:45
28.03.2005 - 13:45
Geplanter Ausfall: Delta-V Manöver - Bahnkorrektur des Satelliten.
29.03.2005 - 01:45
29.03.2005 - 13:45
Neufestlegung einer Unterbrechungszeit.
29.03.2005 - 02:09
29.03.2005 - 10:08
Zusammenfassung der effektiven Unterbrechungszeiten.
Satellit
PRN: 28
von:
bis:
11.04.2005 - 14:00
12.04.2005 - 02:00
AK, 14.05.2016
Geplanter Ausfall: Wartung - Aktivierung der Ionenpumpe der
Atomuhr oder Softwaretest.
Geplanter Ausfall: Wartung - Aktivierung der Ionenpumpe der
Seite 65
68623524
Atomuhr oder Softwaretest.
11.04.2005 - 14:00
-
Absage einer Unterbrechungszeit.
Satellit
PRN: 31
von:
bis:
28.12.2004 - 00:42
04.04.2005 - 09:13
Zusammenfassung der effektiven ungeplanten
Unterbrechungszeit.
14.04.2005 - 16:35
-
Ungeplanter Ausfall: Satellit bis auf weiteres unbenutzbar.
14.04.2005 - 16:34
-
Ungeplanter Ausfall: Satellit bis auf weiteres unbenutzbar.
Für besonders Interessierte gibt es hier (englisch) noch detailliertere Informationen über den aktuellen Zustand der einzelnen
Satelliten.
Daten
für
die
Erstellung
der
Konstellationsgrafik:
http://www.navcen.uscg.gov/Ftp/gps/YUMA/yuma.txt
Datenbasis der NANUs (NANU = Notice Advisory to Navstar Users): http://www.navcen.uscg.gov/Ftp/gps/status.txt
Das Programm zur Auswertung der Daten wurde nach bestem Wissen und Gewissen erstellt. Für eventuelle Fehler bzw. den Folgen
daraus übernehme ich keine Verantwortung. Die Grafik für die Umlaufbahnen berücksichtigt keine Elliptik der Bahnen, da die GPSUmlaufbahnen nahezu kreisförmig sind.
Längen und Breitengrade
Koordinatensysteme zur Positionsangabe auf der Oberfläche der Erde werden schon seit Jahrhunderten verwendet. In der
westlichen Welt wurde der Äquator, die Wendekreise des Krebs und Steinbocks und dann die Breiten- und Längengrade
verwendet um Positionen auf der Erde zu beschreiben. Östliche Kartographen wie Phei Hsiu benutzten andere rechtwinklige
Systeme bereits im Jahre 270 nach Christus.
Im Laufe der Geschichte wurden vielerlei Einheiten für Längen und Winkelmessung eingesetzt. Der Meter steht sowohl mit der
Längen als auch der Winkelentfernung in Verbindung, ist er doch im späten 18. Jahrhundert als der zehnmillionste Teil der
Entfernung vom Pol zum Äquator definiert worden. Heute ist das am meisten verwendete Koordinatensystem der Breitengrad,
Längengrad und die Höhe. Der Nullmeridian und der Äquator sind die Referenzflächen zur Definition der Breiten und Länge.
Breitengrade
AK, 14.05.2016
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68623524
Nachfolgend wollen wir die Erde als kugelförmig betrachten, was sie in
erster Näherung ja auch zu sein scheint. Die Erde dreht sich in genau 24
Stunden einmal um ihre eigene Achse. Genau gesagt definiert diese
Drehung diese Achse. Stellt man sich eine richtige Achse vor, wie ein
Globus sie besitzt, so "durchstößt" diese Achse die Erde an zwei Punkten,
dem Nordpol und dem Südpol. Diese Punkte sind allerdings nicht mit
den magnetischen Polen der Erde identisch, also die Punkte zu denen ein
Kompass zeigt. Leider sind diese Punkte deutlich von den
geographischen Polen verschoben, was vor allem der schifffahrenden
Zunft schon immer viele graue Haare beschert hat. Genau in der Mitte
zwischen Nordpol und Südpol befindet sich der Äquator, der senkrecht
Längen und Breitengrade
zur Erdachse steht. Dieser erste Breitenkreis wird als Nullpunkt für die
Messung definiert. Ausgehend hiervon misst man den Winkel in Graden
nach Norden und Süden jeweils bis 90 ° und gibt dies als nördliche bzw.
südliche Breite an. Hierdurch entstehen weitere Breitenkreise mit deren Hilfe man eine Position auf der Erde immerhin schon
auf eine kreisförmige Linie um die Erde angeben kann. Navigationstechnisch ist die Breite auch relativ einfach über den
Sonnenstand oder die Sterne zu bestimmen und deshalb schon seit dem Ende des 15. Jahrhunderts zur Navigation benutzt
worden. So gibt beispielsweise auf der Nordhalbkugel die Höhe des Polarsterns über dem Horizont den Breitengrad an. Am
Äquator befindet er sich genau am Horizont, am Nordpol genau "über Kopf". Dass der Polarstern recht genau in "Verlängerung"
der Erdachse am Himmel steht, sieht man sehr gut an Langzeitaufnahmen vom Himmel. Dabei bilden alle Sterne als Kreise bzw.
Kreissegmente ab, lediglich der Polarstern bleibt ein Punkt.
Die Erde hat einen Radius von 6370 Kilometern und damit einen Umfang
von etwa 40000 km. Daraus ergibt sich ein Abstand der ganzzahligen
Breitengrade von etwa 111 km. Ein Grad ist in 60 Bogenminuten und
diese wieder jeweils in 60 Bogensekunden aufgeteilt. Eine Bogenminute,
also 1/60 eines Grades umfasst damit 1,85 km. Wie zufällig ist das genau
eine Nautische Meile (Seemeile). Das ist natürlich kein Zufall, sondern
die so furchtbar krumme Einheit der Nautischen Meile wurde auf obige
Weise definiert und macht das Ablesen von Entfernungen aus Karten mit
Gradeinteilung einfacher.
Neben dem Äquator und den Polen gibt es noch vier weitere "wichtige"
Breitenkreise. Das sind zum einen die Polarkreise, diese liegen jeweils bei
66,55° (66° 33') N bzw. S. Sie zeigen den Übergang der gemäßigten zu
Langzeitbelichtung mit dem Polarstern im Zentrum
den polaren Regionen an und markieren auch die Breitenkreise, oberhalb
bzw. unterhalb derer die Sonne zum Zeitpunkt der Sonnenwenden nicht
mehr auf- bzw. untergeht. Dieses Phänomen rührt vom Neigungswinkel der Erde von 23,45 ° gegenüber der Bahn um die Sonne
her.
Die beiden anderen wichtigen Breitengrade sind die Wendekreise. Der nördliche Wendekreis liegt bei 23,45° (23° 27')
nördlicher Breite. Hier steht etwa am 21. Juni die Sonne mittags senkrecht am Himmel. Der Wendekreis wird auch als
Wendekreis des Krebses bezeichnet, da sich zur Zeit dieser Sonnenwende die Sonne zu früheren Zeiten in diesem Sternbild
befand. Der südliche Wendekreis oder Wendekreis des Steinbocks befindet sich bei 23,45° südlicher Breite. Die
Wintersonnenwende findet etwa am 21. Dezember statt.
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Ansicht der Erde etwa zum Zeitpunkt der Sommersonnenwende (links) und der Wintersonnenwende (rechts)
Ganz nebenbei sollte man vielleicht noch erwähnen, dass die Erdachse nicht immer gleich stark geneigt ist. Diese Neigung
verändert sich langsam.
Jahr
Neigung der Erdachse
1900
23° 27' 8.2"
1978
23° 26' 21.0"
2000
23° 26' 32.0"
Diese Neigung ist nicht zu verwechseln mit der Präzession, also der Taumelbewegung der Erdachse. Diese Taumelbewegung um
den Pol der Ekliptik vollzieht sich einmal innerhalb von 25700 Jahren und sorgt vermutlich teilweise für die immer
wiederkehrenden Eiszeiten. Siehe auch hier für weitere Informationen.
Längengrade
Zusätzlich zu den Breitenkreisen werden noch Längenkreise eingeführt. Dies sind Kreise die senkrecht auf dem Äquator stehen
und durch beide Pole führen. Da man hier jedoch keinen gegebenen Nullpunkt wie den Äquator zur Verfügung stehen hat,
wurden einige Zeit lang unterschiedliche Nullmeridiane verwendet und erst 1883 auf einer internationalen geodätischen
Konferenz in Rom festgelegt, dass in Zukunft der Nullmeridian durch die Sternwarte im englischen Greenwich gehen sollte. Ein
Grund für die Wahl gerade dieses Ortes für den Nullmeridian ist, dass damit auch die Datumsgrenze durch den Pazifik, also
weitestgehend unbewohntes Gebiet geht. Da die Drehung der Erde keinen Anfang und kein Ende hat, war es erst sehr spät
möglich, den Längengrad auf dem man sich befindet zu bestimmen. Dieses Kunststück wurde erst möglich, als es im
18. Jahrhundert gelang, Uhren zu bauen die über einen längeren Zeitraum genau gehen. Mit deren Hilfe kann dann die Zeit des
Sonnenhöchststands an einem unbekannten Ort im Vergleich zum Sonnenhöchststand am Nullmeridian exakt bestimmt
werden. Erst im 18. Jahrhundert war also eine "genaue" Bestimmung der Position überall auf der Erde möglich geworden.
Die Längengrade werden in östlicher und westliche Richtung ausgehend vom Nullmeridian gemessen, reichen also von 180° Ost
bis 180° West. Häufig sieht man auch anstatt des Zusatzes N, S, O (im englischen E) und W negative Werte für Längen- und
oder Breitengrad. Dabei gilt, dass negative Werte nach Süden bzw. Westen zeigen. Wer wissen will, wieviele (ganzzahlige)
Längen- bzw. Breitengrade es gibt, findet hier noch etwas interessantes.
AK, 14.05.2016
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Grade für Richtungsangaben
Grade werden außer für die Angabe
von
(und
Längen
und
Breitengraden
Temperaturen)
auch
zur
Angabe von Richtungen verwendet.
Hier gilt, dass man anders als in der
Mathematik (da ist es rechts) mit 0°
oben bzw. im Norden anfängt. Man
zählt dann im Uhrzeigersinn (auch
hier anders als in der Mathematik)
bis 360° und gelangt wieder nach
Norden. Dazwischen befinden sich
bei 90° Osten, bei 180° Süden und
Richtungsangaben (Kompassrose). Die grosse Teilung sind 22,5°Schritte, die kleine Teilung 5° Schritte.
bei 270° Westen. Es gibt noch
weitere vier Zwischenstufen wie
NE (45°)
und
nochmals
acht
wiederum
dazwischen
wie
WNW (292,5°).
Großkreise
Grosskreise lassen sich am einfachsten im
Zusammenhang mit den "eigenartigen" Flugrouten
von Transatlantikflügen erklären. Man mag sich bei
Anblick der Flugroute eines Fluges beispielsweise
von Frankfurt nach Los Angeles eingezeichnet auf
einer "normalen", meist in Mercator Projektion
gezeichneten Karte fragen: Warum fliegen die
immer über Grönland, wenn es doch direkt viel
Vergleich der Flugroute auf dem Grosskreis und der "direkten" Linie auf der Karte.
näher wäre. Hier spielt uns die Kartenprojektion
und die Rundung der Erde einen Streich. Sehen wir
uns auf nebenstehender Grafik einmal an, wie die in etwa geflogene Route (gelb) und die vermeintlich kürzeste Route (violett)
auf der Karte an. In Wirklichkeit wird meist nicht so weit über Kanada geflogen, aber das hat wohl mit den Windverhältnissen
und der Luftraumeinteilung über den USA zu tun. Während die gelbe Linie einen Umweg über Grönland zu machen scheint, ist
die Strecke mit etwa 9300 km um über 1000 km kürzer als die "direkte" violette Linie mit 10600 km. Warum das so ist, wird
deutlich, wenn man sich die Erde dreidimensional als Kugel betrachtet.
AK, 14.05.2016
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Auf dem Bild rechts sind wieder die "direkte" Linie
in violett und die kürzeste Linie in gelb
eingezeichnet. Hier wird jetzt auch deutlich, dass
der Umweg obenrum über Grönland kein Umweg
ist, sondern tatsächlich der kürzeste Weg. Hingegen
ist die violette Linie ein Umweg der uns viel zu weit
südlich führt. Die kürzeste Linie von A nach B auf
einer Kugel führt immer über einen Großkreis. Ein
Großkreis ist ein Kreis, der den gleichen Radius wie
die Kugel selbst hat. Bewegt man sich auf einem
Grosskreis, ist das eine gerade Linie. So ist
Vergleich der Flugroute auf dem Großkreis und der "direkten" Linie auf der Erdkugel.
beispielsweise der Äquator ein Großkreis, alle
Längengrade sind Großkreise und es gibt beliebige
weitere, wie der auf der nebenstehenden Zeichnung
eingezeichnete gelbe Kreis, auf den man senkrecht draufsieht. Die Breitengradkreise sind (bis auf den Äquator) keine
Großkreise, deren Radien nehmen ja in Richtung der Pole bis auf Null ab. So schneiden auch alle Großkreise den Äquator in
zwei Punkten (was die Breitengradkreise nicht tun). Auf der Karte im obere Bild sind durch die Projektion die Großkreise von
West nach Ost umso stärker gekrümmt, je weiter sie in der Mitte vom Äquator zu den Polen reichen. Der Äquator selbst ist auch
auf dieser Karte eine Gerade. Die Längengrade, die ja ebenfalls Großkreise sind, sind bei diesen Karten immer Geraden, von
Nord nach Süd fliegt man keine "Kurve", man kann einfach den Längengraden folgen.
Kapitäne von Luft- und Wasserfahrzeugen kenne die gelbe Linie als Orthodrom und die violette Linie als Loxodrom. Letztere hat
natürlich den einen Vorteil, dass auf einer Mercator-Karte eine gerade Linie zwischen Anfangspunkt und Endepunkt der Reise
gezogen werden kann und dann die Linie alle Meridiane (Längengrade) im gleichen Winkel schneidet. Das bedeutet, man kann
nach einem konstanten Kurs auf dem Kompass fahren oder fliegen und kommt (wenn auch auf Umwegen) zum Ziel. Würde man
auf der violetten Kurve immer weiter fahren, so käme man auf einem spirlaförmigen Kurs mit immer enger werdenen "Runden"
irgendwann am Südpol an, während einen die gelbe Linie nach einer Umrundung der Erde wieder an den Ausgangspunkt
zurückbringt.
Kartenprojektionen
Kartenprojektionen versuchen der Oberfläche der Erde oder einen Teil davon auf einer ebenen Fläche abzubilden. Aufgrund der
Krümmung der Erde in allen Richtungen ist das nur mit Einschränkungen möglich. Die Schale einer Orange läßt sich auch nicht
einfach so flach auf dem Tisch ausbreiten. Man muss die Oberfläche einer Kugel immer auf irgendeine Art auf eine
zweidimensionale Fläche projezieren um sie abbilden zu können.
Eigenschaften der Kartenprojektionen
Durch diesen Abbildungsprozess kommt es immer zu einigen Verfälschungen der Konformität, Entfernung, Richtung und/oder
Größe. Manche Projektionen minimieren einige dieser Fehler auf Kosten anderer. Andere versuchen alle diese Eigenschaften
nur mäßig zu verfälschen. Dies wird natürlich umso gravierender, je größer das Gebiet ist, über das sich die Karte erstreckt.
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Nachfolgend werden einige Eigenschaften aufgezählt, die Karten haben sollten und können. Man muss sich aber bewusst sein,
dass bestenfalls ein Globus alle diese Eigenschaften auf einmal haben kann.
Gleichförmig (konform)
Man bezeichnet eine Kartenprojektion als gleichförmig, wenn der Masstab an jedem Punkt der Karte in jeder Richtung identisch
ist. Der Massstab kann dann allerdings nicht überall der gleiche sein. Meridiane (Längengrade) and Parallelen (Breitengrade)
schneiden sich in rechten Winkeln. Formen werden auf gleichförmigen Karten lokal erhalten. Eine Karte kann nicht gleichzeitig
formengetreu und flächengetreu sein.
Entfernungsgetreu (Äquidistant)
Eine Karte wird als Äquidistant bezeichnet, wenn sie Entfernungen vom Zentrum der Karte genauso wiedergibt, wie alle
anderen Entfernungen auf der Karte. Unter Äquidistant wird manchmal auch verstanden, wenn die Abstände im Netz der
Längen- und Breitengrade auf der Karte gleich sind.
Richtungsgetreu
Eine Karte ist richtungstreu, wenn die Azimute (Winkel von einem Punkt auf einer Linie zu einem anderen Punkt) in allen
Richtungen korrekt wiedergegeben werden. Eine Mercatorkarte ist richtungstreu.
Maßstabsgetreu
Eine Karte ist maßstabsgetreu, wenn das Verhältnis zwischen einer Entfernung auf der Karte und der gleichen Entfernung auf
der Erde überall auf der Karte das Gleiche ist.
Flächengetreu
Eine Karte ist flächentreu, wenn sie Flächen so darstellt, dass Wenn eine Karte Flächen auf der gesamten Karte so darstellt, dass
alle Flächen auf der Karte das gleiche Verhältnis zu den Flächen auf der Erde haben, die sie darstellen. Zur Flächentreue sei
folgendes interessantes Beispiel gezeigt: Afrika hat als einer der größten Kontinente (zweitgrößter nach Asien) eine Fläche von
29 800 000 km², Grönland als größte Insel der Erde nur 2 175 600 km² (also eine Fläche die um das 13,7 fache kleiner ist!). Auf
einer Karte in Mercator Projektion sieht Grönland ebenso groß aus wie Afrika. Die azimutale Lambert Projektion hingegen ist
flächengetreu und gibt Grönland im Flächenvergleich zu Afrika richtig wieder. (Die Karten der nachfolgenden Abbildung wurde
mit diesem Online-Kartengenerator erzeugt.)
Größenvergleich zwischen Grönland und Afrika in der richtungs- aber nicht flächengetreuen Mercatorprojektion (links) und in der flächengetreuen
Lambert-Projektion (rechts)
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Einteilung der Kartenprojektionen
Es gibt mittlerweile ein große Anzahl Kartenprojektionen, die jedoch nicht alle echte Projektionen sind in dem Sinn, dass sie
durch Lichtstrahlen die einen Globus durch- oder beleuchten darstellbar sind. Zahlreiche wichtige Projektionen werden auf
mathematischem Weg erzielt. Bei den "echten" Projektionen, deren zustandekommen wesentlich leichter vorstellbar ist, gibt es
drei Hauptgruppen, die nachfolgend kurz beschrieben werden sollen.
Planare oder azimutale Projektionen
Bei einer planaren Projektion wird, wie der Name schon sagt, die Kugeloberfläche auf eine Ebene projeziert. Hierbei sind
zunächst drei Projektionsarten zu unterscheiden.
Projektionsarten der azimutalen Projektion
Während bei der orthografischen Projektion mit parallelen Lichtstrahlen projeziert wird, "sitzt" bei der stereografischen
Projektion die Lichtquelle an der hinteren Wand der Kugel und bei der gnomonischen Projektion im Zentrum (Gnomonik ist
übrigens
die
Lehre
von
Sonnenuhren;
ein
Gnomon
der
Stab
der
Sonnenuhr
der
den
Schatten
wirft).
Weiterhin unterscheidet man, ob die Fläche auf die projeziert wird, die Kugel am Äquator berührt (äquatoriale Projektion), an
einem der Pole (polare Projektion) oder irgendwo dazwischen (schiefwinklige oder zwischenständige Projektion). Neben der
tangentialen Projektion, wo die Ebene die Kugel in einem Punkt berührt, gibt es noch die Variante, dass die Ebene die Kugel
schneidet. Folgende Bilder zeigen einige der unterschiedlichen Möglichkeiten.
Während bei der orthografischen Projektion mit parallelen Lichtstrahlen projeziert wird, "sitzt" bei der stereografischen
Projektion die Lichtquelle an der hinteren Wand der Kugel und bei der gnomonischen Projektion im Zentrum (Gnomonik ist
übrigens
die
Lehre
von
Sonnenuhren;
ein
Gnomon
der
Stab
der
Sonnenuhr
der
den
Schatten
wirft).
Weiterhin unterscheidet man, ob die Fläche auf die projeziert wird, die Kugel am Äquator berührt (äquatoriale Projektion), an
einem der Pole (polare Projektion) oder irgendwo dazwischen (schiefwinklige oder zwischenständige Projektion). Neben der
tangentialen Projektion, wo die Ebene die Kugel in einem Punkt berührt, gibt es noch die Variante, dass die Ebene die Kugel
schneidet. Folgende Bilder zeigen einige der unterschiedlichen Möglichkeiten.
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orthografische planare äquatoriale (links) und orthografische planare polare Projektion (rechts)
Die orthographische planare Projektion ist eine perspektivische Projektion aus
unendlicher Entfernung. Aus diesem Grund wird sie häufig dazu verwendet, die
Ansicht der Erde aus dem Weltraum wiederzugeben. Wie auch bei der
Lambertprojektion und der stereographischen Projektion kann nur eine
Hemisphäre auf einmal dargestellt werden. Die Projektion ist weder
flächengetreu noch gleichförmig, außerdem nimmt die Verzerrung zum Rand der
Hemisphäre stark zu. Die Richtungen vom Zentrum der Projektion aus sind
wahre Richtungen. Diese Projektion war den Griechen und Ägyptern bereits vor
mehr als 2000 Jahren bekannt.
orthographische planare (schiefwinklige) Projektion
stereografische planare äquatoriale (links) und
AK, 14.05.2016
gnomonische planare äquatoriale Projektion (rechts)
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Das auffälligste Merkmal der azimutal äquidistanten Projektion ist die Tatsache, dass
Entfernungen, die vom Mittelpunkt der Karte gemessen werden, wahre Entfernungen
sind. Entsprechend definiert ein Kreis um den Mittelpunkt der Projektion Punkte, die alle
gleich weit von diesem Punkt entfernt sind. Die gilt jedoch nur für den tentralen Punkt,
für den die Karte hergestellt ist. Die Projektion als polare Ansicht ist mindestens einige
hundert
Jahre
bekannt.
Diese
Projektion
ist
nützlich
zur
globalen
Entfernungsabschätzung von einem gegebenen auf der Karte zentralen Punkt aus.
Azimutal äquidistante Projektion (Quelle)
Die polare stereografische Projektion ist eine
gleichförmige azimutale Projektion die bis zu den
Griechen zurückdatiert. Diese Projektion wird vor
allem zur Kartographie der Polregionen verwendet.
In der polaren Ausführung sind alle Meridiane
gerade Linien und Breitenkreise sind Kreise oder
Kreissegmente.
Polare stereografische Projektion (Quelle)
Die Lambert azimutale Projektion wurde 1772 von
Lambert entwickelt und wird üblicherweise zur
Projektion von großen Regionen wie Kontinenten und
Hemisphären verwendet. Sie ist eine azimutale,
flächentreue Projektion aber sie ist nicht
perspektivisch. Die Verzerrung ist Null im Mittelpunkt
der Projektion und nimmt radial von diesem Punkt
nach außen zu. Diese Projektion ist nicht mit der
Lambert azimutale Projektion (Quelle)
Lambert conformal Projektion zu verwechseln, die
sehr häufig anzuteffen ist und eine Kegelprojektion ist.
Die ähnlich aussehende orthografische planare Projektion ist zum Vergleich nicht flächentreu, Flächen zu den Rändern hin
werden dort stark verzerrt wiedergegeben.
Zylindrische Projektionen
AK, 14.05.2016
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Alle zylindrischen Projektionen kommen dadurch
zustande, dass eine Kugelfläche Bei der tangentiale
Zylinderprojektion berührt der Zylinder die Kugel an
einem Grosskreis (z.B. Äquator). Die Projektion
entsteht dadurch, dass eine Lichtquelle im Zentrum
der Erdkugel die Kontinente auf der
Zylinderoberfläche abbildet.
Zylindrische Mercatorprojektion als Beispiel für eine tangentiale Zylinderprojektion
Die Mercatorprojektion ist eine solche Projektion. Gerhard Kremer (15121594), genannt Mercator stellte diese Projektion 1569 das erste mal in
Duisburg vor. Der große Vorteil der Mercatorprojektion ist, dass sie
richtungsgetreu oder winkeltreu ist, Loxodrome (Kursgleichen; Linien mit
konstanter Richtung) werden immer als Geraden wiedergegeben.
Grosskreise hingegen werden (mit Ausnahme des Äquators) als gekrümmte
Linien wiedergegeben. Ein entscheidender Nachteil der Mercatorprojektion
Mercator Projektion (Quelle)
ist die extrem starke Grossenverzerrung zu den Polen hin, wie am Beispiel
Afrika und Grönland oben deutlich gemacht wurde.
Ähnlich der Mercatorprojektion ist die äquidistante zylindrische Projektion.
Hier wird die Projektion mathematisch so korrigiert, dass die Abstände der
Breitengrade gleich sind. Diese Projektion ist daher auch unter dem Namen
"Plate Carée" bekannt. Die Projektion ist beispielsweise and der Wand der
NASA Mission Control zu sehen. In dieser Projektion werden die Gebiete
Plate Carée Projektion (Quelle)
Nahe der Pole nur in Ost-West-Richtung gedehnt und sind damit weniger
verzerrt als bei der Mercator-Projektion. Alle Meridiane (Längengrade) und
Breitengrade sind gerade Linien.
Eine weitere Variante der Zylinderprojektionen ist, dass der Zylinder die Kugel nicht in einem Grosskreis sondern in zwei
Kleinkreisen schneidet, der Radius des Zylinders also kleiner ist, als der der Kugel.
AK, 14.05.2016
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Transversale Zylinderprojektion
Für eine Zylinderprojektion muss der Zylinder die Kugel nicht am
Äquator berühren. Es sind auch schiefwinklige Projektionen möglich.
Wird der Zylinder gegenüber der Kugel im 90° gedreht, so gelangt man zu transversalen Zylinderprojektionen. Im Bild rechts
die transversale Mercatorprojektion. Diese Projektionsart wird auch Gauss-Krüger-Projektion genannt. Viele bekannte
Koordinatensysteme für Karten (Grids) verwenden diese Projektion. So das UTM-System, Gauß-Krüger (German Grid), British
Grid, Irish Grid, Finnish Grid, Swedish Grid und Taiwan Grid. Für die Verwendung dieser Projektion auf Karten wird nicht von
einer Lichtquelle in der Kugelmitte ausgehend alles projeziert sondern ein jeweils nur wenige Grade breite schmale Streifen. Die
Meridiane, an denen sich Kugel und Zylinder berühren, nennt man Bezugsmeridiane. Jede der Streifen besitzt einen
Bezugsmeridian, an dem die Projektion verzerrungsfrei ist. Dadurch, dass die Streifen nur sehr schmal sind, lassen sich die
Verzerrungen minimieren. Mehr zur transversalen Zylinderprojektion beim Thema "Grids".
Kegelprojektion
Bei Kegelprojektionen wird die Kugeloberfläche auf einen geeigneten Kegel
projeziert. Auch hier kann der Kegel die Kugel in einem Kreis berühren oder in zwei
Kreisen schneiden. Die Berührungs- oder Schnittkreise sind immer Kleinkreise. Die
Form des Kegels und der Berührungskreis entscheiden über das Aussehen der
Projektion. Wie bei den meisten Projektionen ist die Verzerrung umso größer, je
größer das abgebildete Gebiet ist. Wie bereits oben erwähnt ist die Lambert
conformal Projektion eine der bekanntesten Kegelprojektionen. Dabei handelt es
sich um eine Kegelprojektion mit zwei Schnittkreisen zwischen Kugel und Kegel.
Diese verzerrungsfrei wiedergegebenen Breitengrade werden dann als
Standardparallelen bezeichnet.
Konisch tangentiale Projektion
Wer noch ein wenig mit verschiedenen Projektionen "spielen" will, sei auf das Java-Applet hier verwiesen (englische Seite).
Kartenbezugssysteme
Der Begriff "map datum"
Zunächst etwas zum Begriff selbst: Der englische Begriff "map datum" lässt sich leider nur wenig zufriedenstellend ins Deutsche
übersetzen. Das Wort "Kartendatum" klingt im Deutschen seltsam, gängiger ist "Kartenbezugssystem".
Die Form der Erde
AK, 14.05.2016
Seite 76
68623524
Frühe Vorstellungen der Form der Erde führten zu Beschreibungen der Erde als Auster (Die Babylonier
3000 vor Christus), einer rechteckigen Schachtel, eine kreisrunde Scheibe, einer zylindrischen Säule,
einer Kugel oder einer sehr runden Birne (Columbus in seinem letzten Lebensjahr). Flache Modelle der
Erde werden noch immer zur Flächenvermessung verwendet, wenn die Entfernungen klein genug sind,
so dass die Erdkrümmung vernachlässigt werden kann (weniger als 10 km). Kugelmodelle der Erde
Die Erde
beschreiben die Erde als Kugel mit einem bestimmten Radius und werden häufig für
Kurzstreckennavigation (VOR/DME) und für globale Entfernungsabschätzungen verwendet. Sphärische
Modelle versagen allerdings bei der Beschreibung der tatsächlichen Form der Erde.
Ellipsoide, Geoide und topografische Oberflächen
Die leichte Abflachung der Erde an den Polen resultiert in einem Unterschied von ca. 20 Kilometern zwischen dem
durchschnittlichen Kugelradius und dem tatsächlich gemessenen Polradius der Erde. Oder anders gesagt, der Durchmesser am
Äquator ist um etwa 1/300 größer als der an den Polen. Für genaue Entfernungs- und Richtungsberechnungen über große
Distanzen werden elliptische Modelle der Erde benötigt. Loran-C und GPS Navigationsgeräte verwenden elliptische Modelle der
Erde für die Berechnung der Position und Wegpunkinformation. Elliptische Modelle definieren ein Ellipsoid über einen
äquatorialen und eine polaren Radius. Bei der Erde ist der äquatoriale Radius die Haupt-halbachse (semi-major axis) und der
polare Radius die Neben-halbachse (semi-minor axis). Die besten dieser Modelle können die Erdoberfläche auf etwa hundert
Meter genau, bezogen auf eine geglättete Meeresoberfläche, beschreiben. Zur weiteren Verfeinerung können dann noch
Unterschiede zwischen der tatsächlichen Meeresoberfläche (wenn überall Meer wäre) und dem Ellipsoid angegeben werden. Auf
diese Weise erhält man Geoide zur Beschreibung der Erde. Das Wort Geoid kommt übrigens aus dem Griechischen und bedeutet
etwa "erdförmig".
WGS-84 Geoid als farbiges Relief (dünne weisse Linien zeigen die Kontinente) Der tiefste Punkt(violett) ist -107 m, der höchste (rot) 85,4 m.
(Quelle)
Man gelangt also in mehreren Vereinfachungsstufen von der topografischen Oberfläche der Erde zu einem beschreibenden
Ellipsoid. Die topografische Oberfläche der Erde beschreibt die Erde, so wie sie tatsächlich ist, mit allen Hügeln, Bergen, Gräben
usw. Diese Oberfläche ist extrem detailliert und verändert sich zudem noch ständig.
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Die Meereshöhe ist die durchschnittliche Höhe der Ozeane.
Gezeitenkräfte und lokale Gravitationsunterschiede bewirken
weltweite Unterschiede dieser Höhe im Bereich von
Hunderten von Metern. Wäre überall auf der Erde nur
Wasser, so hätte aufgrund der Gravitationsunterschiede die
Erde trotzallem weder die Form einer Kugel noch die eines
einfachen Ellipsoiden.
Gravitationsmodelle versuchen nun die Variationen des
Stark (ca. 15000 fach) überhöhtes 3D-Modell des WGS-84 Geoids (Quelle)
Gravitationsfeldes im Detail zu beschreiben. Die Wichtigkeit
dieses Vorgehens erklärt sich aus der Idee des Nivellierens.
Vermessungsarbeiten gehen von einer planen Fläche aus, die
senkrecht zur Richtung eines Bleilots steht, welches direkt auf den Schwerpunkt der Erde zeigt. Lokale Unterschiede in der
Gravitation, bedingt durch Unterschiede im Material des Erdkerns und der Oberfläche machen diese Gravitationsoberfläche
irregulär. Genau diese Oberfläche mit gleicher Gravitation bezeichnet man nun als Geoid. Dieser berücksichtigt also wie gesagt
keine Berge und Täler, lediglich Unterschiede in der Gravitation. Trotzdem erkennt man an Geoidmodellen grob die Kontinente
wieder, da die Landmassen die Gravitation beeinflussen. Das Geoid gibt also sozusagen Normal-Null für die gesamten Erde an.
So definiert das WGS-84 Geoid Höhen für jeden Punkt auf der gesamten Erde.
Das U.S. National Imagery and Mapping Agency (NIMA) veröffentlicht beispielsweise ein 10 x 10 ° Netz der Geoidhöhen des
WGS-84 Geoids. Über eine lineare Interpolation lässt sich für jede Position aus den nächstgelegenen Netzpunkten die
Geoidhöhe berechnen. Somit lässt sich auch mit begrenztem Speicherplatz in GPS-Geräten ein recht exaktes Abbild des Geoids
erzeugen. Es gibt jedoch auch genauere Geoid-Daten, beispielsweise mit 0.25 ° Abständen. Auf den Seiten der NIMA gibt es
Daten zum WGS-84 Geoid zum Herunterladen.
Das Ellipsoid als nächste Vereinfachungsstufe versucht nun,
den Geoiden möglichst gut zu beschreiben. Seit Ende des 18.
Jahrhunderts ist bekannt, dass die Erde eine ellipsoide Form
hat. Aus nebenstehender zweidimensionalen Zeichnung mit
Ellipsen anstatt Ellipsoiden wird deutlich, dass das nicht
immer ganz einfach ist. Auch funktioniert das nicht für alle
Punkte auf der Erde mit dem gleichen Ellipsoiden gleich gut.
So passt beispielsweise die blaue Ellipse überall halbwegs gut
zur tatsächlichen Form der Erde (orange) aber nirgendwo
perfekt. Dieses Ellipsoid würde etwa dem WGS84 Ellipsoiden
Unterschiedliche Ellipsoide passen in unterschiedlichen Gebieten der Erde
entsprechen. Die rote Ellipse hingegen passt sehr gut im
Bereich rechts oben, ansonsten allerdings nicht so gut. Die
grüne Ellipse hingegen passt überall sehr schecht mit Ausnahme eines relativ kleinen Bereichs links unten. Die blaue Ellipse
passt links unten und links oben ganz gut.
Diese Tatsache, dass die Ellipsoid nur immer für kleine Bereiche passen, ist der Grund dafür, dass es heute so viele verschiedene
Referenzellipsoide und damit auch Kartenbezugssysteme gibt. Zum einen wurden bestehende Systeme verbessert, zum anderen
verwenden verschiedene Länder und Behörden jeweils Ellipsoide, die für Ihren Aufgabenbereich oder ihr Land im besten
passen, so wie im Bild oben die rote oder grüne Ellipse. Das Referenzellipsoid ist vom Kartenbezugssystem unabhängig, aber das
Kartendatum beruht auf einem bestimmten Referenzellipsoid.
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GPS und Höhenangaben
Im Zusammenhang mit Ellipsoiden steht auch die Art, wie GPS-Geräte die Höhe bestimmen bzw. angeben. Was hat es denn mit
Normal Null (N.N.) auf sich und gibt es einen weltweit einheitlichen Meeresspiegel?
Höhenangaben in Deutschland beispielsweise beziehen sich auf den Amsterdamer Pegel, der mittleren Wasserstand der
Nordsee repräsentiert. Als Referenzpunkt wurde 1879 ein Normalhöhenpunkt an der Berliner Sternwarte gewählt der mit
37,000 m über N.N. bestimmt wurde. Im Jahre 1912 wurde wegen Abriss der Sternwarte eine neuer Bezugspunkt gewählt.
Dieser liegt östlich von Berlin bei Hoppegarten und liegt 54,638 m über N.N.
Die österrreichische Landesvermessung bezieht sich hingegen auf eine Marke am Pegel von Triest (Adria). Die schweizerische
Landesvermessung auf das Mittelmeer bei Marseille. Der Referenzpunkt ist der Felsblock "Pierre du Niton" im Genfer See mit
373,600 m über N.N. Die russische und andere osteuropäische Landesvermessungen beziehen ihr N.N. auf den Wasserstand der
Ostsee am Kronstädter Pegel in St. Petersburg. Man sieht also, dass es weder eine in Europa noch weltweit einheitliche
Meereshöhe gibt. So ist beispielsweise der Unterschied zwischen "Null" in Deutschland und der Schweiz 27 cm und es empfiehlt
sich speziell beim Brückenbau diesen Unterschied zu beachten und richtig zu korrigieren. Siehe hier.
Unterschiede zwischen Ellipsoid, Geoid (Mittlere Meereshöhe) und der tatsächlichen Erdoberfläche.
Wie bereits besprochen soll das Ellipsoid ungefähr die Form der Erde widerspiegeln, ist darin jedoch durch die Möglichkeiten
der Form eines Ellipsoids beschränkt. Das Geoid gibt die Gestalt der Erde wieder, wenn sie komplett mit Wasser bedeckt wäre
und nur die Gravitation einen Einfluss auf die Höhen an jedem Punkt hätte. Die tatsächliche Erdoberfläche unterscheidet sich
hiervon mehr oder weniger stark. An Land kommen topologische Gegebenheiten hinzu, auf den Meeren entspricht die
Oberfläche im wesentlichen der Geoidoberfläche. Lediglich der Einfluss von Gezeiten, Strömungen und Winden hat hier
Abweichungen zur Folge. Folgende Definitionen sind von Interesse:
Geoidhöhe
Abstand des Geoids vom geodätischen Ellipsoid, außerhalb des Ellipsoids positiv.
Ellipsoidische Höhe
Der Abstand eines Punktes vom Bezugsellipsoid, gemessen längs der
Ellipsoidnormalen.
Orthometrische Höhe
Der Abstand eines Punktes über dem Geoid gemessen längs der gekrümmten
Lotlinie durch den Punkt (Höhe über dem mittleren Meeresniveau) an der
Erdoberfläche. Außerhalb des Geoids liegende Höhen sind positiv.
GPS-Geräte bestimmen zunächst die Höhe über dem Ellipsoid (Ellipsoidische Höhe). Mit Hilfe von Geoidinformationen, die als
Raster des Geoids im Gerät eingespeichert sind, wird für die aktuelle Position das Geoid interpoliert und dann die Höhe bezogen
auf das Geoid berechnet und angezeigt. Aus dieser Interpolation des Geoids ergeben sich leichte Unterschiede zum tatsächlichen
Geoid, die aber nicht ins Gewicht fallen, da die Höhenmessung mittels Handheld-GPS-Geräten sowieso nicht so exakt
durchführbar ist. Diese ist um etwa einen Faktor 1,5 weniger gut als die horizontalen Messungen der Position. GPS Geräte zeigen
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also die Höhe über einem theoretischen Meeresspiegel für den jeweiligen Ort an, der wiederum auf dem Meer sehr gut mit dem
tatsächlichen Meeresspiegel übereinstimmen sollte.
Referenzellipsoide
Referenzellipsoide werden üblicherweise durch eine Haupt-halbachse (Äquatorradius) und eine Abflachung (das Verhältnis
zwischen Äquator- und Polradius) beschrieben. Andere Parameter wie die Neben-halbachse (Polradius) und die Exzentrizität
können aus diesen Angaben berechnet werden. Damit die Abflachung nicht in Zahlen wie 0,003... angegeben werden muss,
verwendet man den Kehrwert 1/Abflachung und erhält "schöne" Zahlen. Nachfolgende Tabelle enthält eine kleine Auswahl von
Referenzellipsoiden.
Bezeichnung
Haupt-halbachse
1/Abflachung
Bessel 1841
6377397,155
299,1528128
Fischer 1968
6378150,0
298,3
International
6378388,0
297,0
WGS 60
6378165,0
298,3
WGS 66
6378145,0
298,25
WGS 72
6378135,0
298,26
WGS 84
6378137,0
298,257223563
Hier findet sich alle Kartenbezugssysteme aus dem Programm Geotrans (englisch) der NIMA mit Positionen zwischen den
verschiedenen Kartenbezugssystemen konvertiert werden können.
Kartendatum
Für das Kartendatum WGS 84 wird das Ellipsoid WGS 84
unverändert übernommen, der Mittelpunkt des Ellipsoids und
der
Mittelpunkt
des
Koordinatensystems
liegen
im
Schwerpunkt der Erde. Für andere Kartendatums jedoch wird
zuweilen das Ellipsoids gegenüber dem Erdschwerpunkt
verschoben. Auf dem zweidimensionalen Bild oben sind die
Mittelpunkte der Ellispoide eingezeichnet und man erkennt,
dass sie nicht alle am gleichen Ort sind. Auf dem Bild rechts
wird dieser Sachverhalt nochmals in 3D dargestellt. Die kleine
grüne Kugel ist der Mittelpunkt eines Referenzellipsoids,
Verschiebung des Ursprungs
dessen Ursprung vom Erdmittelpunkt aus verschoben ist.
Nachfolgend einige Beispiele einer deratigen Verschiebung in
den drei Achsen (X, Y, Z). Das zeigt, dass selbst mit gleichem
Ellipsoid zuweilen unterschiedliche Koordinaten herauskommen können, die vom Gebiet, das die Karte zeigt abhängig sind. So
basieren beispielsweise sowohl das deutsche wie auch das schweizer Koordinatensystem auf dem Bessel 1841-Ellipsoid, das
schweizer CH-1903 Kartendatum unterscheidet sich jedoch vom Potsdam-Datum durch eine Verschiebung des
Koordintenursprungs. Nachfolgend sind noch einige Beispiele für die verschiebungen von Ellipsoide für verschiedene
Kartenbezugssysteme aufgeführt:
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Kartenbezugssystem
Ellipsoid
WGS 84
WGS 84
Massawa
Bessel 1841
European 1950
International 1924
European 1950
International 1924
X
Y
Z
Einsatzgebiet
0
0
639
405
60 Äthiopien
0 weltweit
-112
-77
-145 Tunesien
-84
-107
-120 Portugal, Spanien
Sollen Positionsangaben zwischen verschiedenen Kartenbezugssystemen umgerechnet werden ist nicht nur die Verschiebung
des Ellipsoids zu berücksichtigen sondern zudem noch die unterschiedlichen Radien der Ellipsoide wenn die Bezugssystem auf
unterschiedlichen Referenzellipsoiden beruhen. Hier sind über 200 Kartenbezugssysteme und deren Umrechnungsparameter
zu WGS84 einsehbar. Dadurch kann mit jedem GPS der Benutzerdefinierte Kartenbezugssysteme unterstützt jedes der
Bezugssysteme verwendet werden.
Positionsverschiebung durch falsches Kartendatum
Wie wir gesehen haben, sind sehr viele Parameter daran beteiligt, bis man eine Position auf der Erde beispielsweise in Längenund Breitengrad angeben kann. Dementsprechend kritisch ist auch die Wahl des richtigen Kartendatums beim Arbeiten mit
dem GPS und beispielsweise die Angabe des Kartendatums bei der Weitergabe von Koordinaten und dem Arbeiten mit Karten.
Ein falsches Kartendatum kann zu Fehlern bei der Positionsbestimmung von mehreren hundert Metern führen.
Zur Verdeutlichung folgendes Beispiel: Ein Bayer hat Freunde in aller Welt und will diese ins Hofbräuhaus nach München
einladen. Alle seine Freunde haben ein GPS-Gerät, kennen sich aber ansonsten in München nicht aus. Er teilt den Freunden
folgende Koordinaten des Hofbräuhauses mit:
N 48° 08.265' E 11° 34.796'
Die Freunde geben die Koordinaten in Ihre GPS-Geräte ein und ...
finden das Höfbräuhaus nicht. Jedenfalls nicht auf Anhieb.
Warum das?
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Jeder der Freunde hat sein GPS-Gerät
auf ein Kartendatum gestellt, das er sehr
häufig für die Arbeit im eigenen Land
braucht. So hat der Schweizer CH-1903
eingestellt, der Japaner TOKYO und der
Südafrikaner CAPE. Der Bayer hingegen
hatte WGS 84 eingestellt (Der blaue Kreis
zeigt
die
Beispielsweise
TOKYO
wahre
Position).
das
Bezugssystem
für
sind
die
angegebenen
Koordinaten um über 700 m "falsch".
Dies ist zugegebenermassen ein wenig
konstruiert, da sich glücklicherweise vor
allem beim Arbeiten mit GPS immer
mehr das System WGS 84 durchsetzt und
meist auch gemeint ist, wenn man nichts
angibt, (die Geräte sind üblicherweise
auch so voreingestellt). Aber dennoch
gilt: Bei der Angabe von Koordinaten
Koordinatenverschiebung durch unterschiedliche Kartendatums
sollte das Bezugssystem nicht vergessen
werden.
Es
ist
auch
möglich,
verschiedene Kartenbezugssysteme ineinander umzurechnen, jedoch sollte man das der Einfachheit halber den GPS-Geräten
(die mittlerweile fast alle erdenklichen Systeme beherrschen) oder Computerprogrammen überlassen, weshalb dies hier nicht
besprochen wird.
Bei der Arbeit mit Karten, also dem Auslesen und Einzeichnen von Koordinaten aus und in Karten sollte aber unbedingt darauf
geachtet werden, das richtige Bezugssystem zu wählen. Dieses ist meist nicht WGS 84 und sollte eigentlich irgendwo auf der
Karte angegeben sein. Das ist es leider nicht immer und das Herausfinden des verwendeten Bezugssystems gestaltet sich häufig
als sehr, sehr schwierig.
Wer allerdings bei einer Wanderung nur einfach sichergehen will, dass er sein Auto an einer Position wiederfindet, die er zu
Beginn gespeichert hat, muss sich glücklicherweise hierüber keine Sorgen machen.
Im übrigen hat das Kartenbezugssystem nichts mit der Art der Angabe der Koordinaten zu tun. Das für verschiedene Karten und
Länder unterschiedliche "Grid" ist völlig unabhängiges Thema und wird hier besprochen.
Links:
Geoinformatik-Lexikon der Universität Rostock
Seite mit Parametern der Bezugssysteme
Grids
"Grids" oder Kartennetze stellen eigentlich nichts anderes dar, als eine andere Schreibweise für Längen- und Breitengrad einer
Position auf der Erde. Man mag sich fragen, warum man dann nicht gleich bei Längen- und Breitengraden bleibt.
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Der Grund ist, dass die metrischen Grids einige Vorteile gegenüber dem Gradsystem haben. Dies hängt zum Teil mit den
Kartenprojektionen zusammen, mit denen die Koordinatensysteme verwendet werden. Der Hauptgrund ist, dass ein
Längengrad auf der Erde am Äquator (111 km) eine wesentlich größere Strecke in Kilometern ist, als in Polnähe (z.B. am 48sten
Breitengrad 74 km). Für eine Karte ist es günstig, wenn der Massstab auf der ganzen Karte der gleiche ist. Dann ist aber der
Abstand der Längengrade auf der Karte nicht überall gleich. Eine einfache Mercatorprojektion erfüllt diese Bedingung für große
Gebiete, wie wir am Beispiel Grönland - Afrika im Kapitel Kartenprojektionen sehen, nicht. Hier sind nach der Projektion die
Abstände der Längengrade konstant.
Nun ist das Ausmessen oder Eintragen einer Position auf der Karte wesentlich einfacher, wenn den Koordinaten auf der Karte
ein rechtwinkliges Gitter mit gleichen Abständen zugrunde liegt. Auch Entfernungen lassen sich so vernünftig ausmessen. Wie
gesagt kann keine der einfachen Kartenprojektionen für große Gebiete dies leisten.
Zunächst ein Beispiel für ein kleines Gebiet.
Swissgrid
Für kleinere Länder ist eine einfache Projektion ausreichend. Als kleines Land gilt
hier beispielsweise die Schweiz. Das schweizer Koordinatensystem Swissgrid ergibt
sich folgendermassen. Zunächst geht man von einem Bessel-Ellipsoiden zur
Beschreibung der Erde aus (siehe Kartendatum). Über eine (winkeltreue)
schiefachsige Zylinder (Mercator) Projektion erhält man die Kartenabbildung. Die
Achse des abbildenden Zylinders liegt dabei in der Meridianebene des
Fundamentalpunkts, für den die Position der alten Sternwarte in der Hauptstadt
Bern gewählt wurde. Im Fundamentalpunkt ist die Abbildung längentreu
(Skalenfaktor=1). Die Meridianebende des Fundamentalpunkts ist die Ebene die
durch den Erdmittelpunkt und den Längengrad von Bern beschrieben wird. Sieht
man sich typische Koordiaten des Schweizer Koordinatensystems (z.B.
Projektion für das schweizer Koordinatensystem
616274 271397) an, so fällt folgendes auf.
Die x-Koordinaten sind in der ganzen
Schweiz immer deutlich größer als die yKoordinaten und es gibt keine negativen
Werte. Dies dient dazu, Verwechslungen
zwischen positiven und negativen und
auch zwischen den x und den y
Koordinaten zu vermeiden. Als 0,0Punkt wurde ein Punkt gewählt, der weit
ausserhalb der Schweiz (in der Nähe von
Schweizer Koordinatensystem
Bordeaux, Frankreich) liegt. Die alte
Sternwarte in Bern hat exakt die
Koordianten 600000 200000. Die Koordinaten geben also die Entfernung in Metern vom "Ursprung" an. Durch die
rechtwinklige Anordnung der Koordinaten und die gleichen Abstände lassen sich leicht Koordinaten aus Karten ausmessen und
in Positionen in Karten entragen. Um sich dies zu erleichtern kann man sich leicht jeweils für Karten eines Massstabes
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Schablonen zum Eintragen oder Auslesen von Koordinaten machen. Hier gibt es Beispiele dafür (englisch).
Gauss-Krüger oder German Grid
Für größere Gebiete wird die Verzerrung
durch die einfache transversale
Mercator-Projektion zu gross. Daher
behilft man sich, indem man nicht das
gesamte Gebiet auf einmal projeziert,
sondern immer nur kleinere Bereiche. So
basieren die amtlichen deutschen
topographischen Karten darauf, dass
Projektion für das Gauss-Krüger oder German-Grid System
zunächst wieder vom Bessel Ellipsoid
ausgegangen wird. Anschliessend werden
für die Fläche der Bundesrepublik über transversale Mercatorprojektionen (siehe Kartenprojektionen) jeweils etwa 3 ° breite
Streifen um die Meridiane 6°, 9°, 12° und 15° projeziert. Die Streifen sind also etwa 200 km breit. Dadurch, dass mehrere
Streifen projeziert werden, wird die Verzerrung, die mit wachsendem Abstand zum Mittelmeridian der Projektion zunimmt,
minimiert. Auf der Abbildung links ist einer der projezierten Streifen zu sehen (schwarz), rechts wie die Streifen angeordnet
werden. Wie man sieht, lassen sich die Streifen nicht nahtlos über große Flächen aneinander fügen. Diese Erfahrung macht man
auch, wenn man versucht, mehrere Karten in der Gauss-Krüger Projektion aneinander zu kleben. Im Prinzip kann man sich aber
mit den Karten wieder fast eine Kugel bauen.
Die Koordinaten selbst sind metrisch, geben also Meter oder Kilometer an. Dabei hat der Mittelmeridian einen Rechtswert (OstWest-Richtung) von 500000 m (dieses vorgehen ist auch bekannt als "false-easting"). Es dient wieder dazu, negative Werte zu
vermeiden. Als Hochwert wird der Abstand in Metern vom Äquator mit 0 m gerechnet. Zur Erklärung der Koordinaten ein
Beispiel: 4 392006 5328980.
Die erste Zahl gibt den Mittelmeridian an, wobei die Zahl mit 3 zu multiplizieren ist, um den tatsächlichen Längengrad zu
erhalten. In diesem Fall ist das also 12 ° (östliche Länge). Der 12. Längengrad (östlich) hätte die Gauss-Krüger-Koordinaten 4
500000. Der oben angegebene Punkt befindet sich mit einem Rechtswert von 392006 m also 107,994 km westlich (links) vom
12 ° Längengrad. Der Hochwert gibt an, dass der Punkt sich 5328,980 Kilometer vom Äquator aus nördlich befindet. Das
entspricht bei einem Erdumfang von 40000 Kilometern oder 10000 Kilometern zwischen Äquator und Nordpol also etwa knapp
unter dem 48sten Breitengrad (90 ° / 10 000 km * 5329 km = 47,9 °). Da in ganz Deutschland die Rechtswerte 6-stellig und die
Hochwerte 7-stellig sind, ist eine Verwechslung ausgeschlossen. Ein Online-Lexikon zum Thema Geoinformatik und speziell der
Gauss-Krüger-Projektion gibt es hier von der Universität Rostock.
UTM-Grid
Das UTM-Grid ist prinzipiell sehr ähnlich aufgebaut, wie das Gauss-Krüger-Grid. Da es für nahezu die ganze Welt (mit
Ausnahme der Polregionen) gedacht ist, ist es ebenfalls in Zonen unterteilt. Die Zentralmeridiane für die Projektion haben einen
Abstand von 6 °. Dadurch erhält man 60 Streifen (Zonen) die jeweils von 84 ° Nord bis 80 ° Süd reichen. Die Polregionen
werden demnach vom UTM-System nicht abgedeckt. Wie beim German-Grid wird auf das Zonensystem ein rechtwinkliges
Koordinatensystem gelegt.
Als Ursprung für jede Zone wird wieder der Schnittpunkt des Äquators mit dem jeweiligen Zentralmeridian gewählt. Für
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Positionen auf der Nordhalbkugel ist der Rechtswert des Zentralmeridian (false easting) 500 000, der Hochwert für den
Äquator (false northing) ist 0. Für Positionen der Südhalbkugel besitzt der Äquator den Hochwert 10000000, die Hochwerte auf
der Südhalbkugel reichen also von etwa 1 000 000 bis 10 000 000, die der Nordhalbkugel von 0 bis nahezu 10 000 000.
Zusätzlich zu den Koordinaten wird häufig noch die Zone als Zahlen-Buchstaben-Kombination angegeben. Die 60 Zonen sind in
Ost-Westrichtung so eingeteilt und nummeriert, dass der Nullmeridian (Greenwich) genau die Grenze zwischen der Zone 30
und 31 ist. Die Zonen von Süd nach Nord sind 8° hoch und werden mit Buchstaben bezeichnet. Angefangen wird mit dem
Buchstaben C von 80 ° Süd bis 78 ° Süd. Es gibt kein I und kein O um Verwechslungen mit der 1 oder 0 zu vermeiden.
In Nordeuropa gibt es einige Besonderheiten der Zoneneinteilung. So wurde beispielsweise die Zone 32 V etwas auf Kosten der
Zone 31 V verbreitert, um Norwegen nicht unnötig in zwei Zonen zu zerschneiden. Hier findet sich eine Weltkarte mit allen
eingezeichneten Zonen. Deutschland befindet sich in den Zonen 31, 32 und 33 (Ost-West) und T und U (Süd-Nord), die Schweiz
bis auf ein sehr kleines Gebiet im Westen (3,5 x 9 km) in Zone 32 T.
Die Koordianten des UTM Systems geben Positionen auf bis zu 1 Meter genau an. Ein Beispiel für UTM Koordinaten sieht
folgendermassen aus: 32 U 615338 5327433 (WGS84). Der Punkt liegt also in Zone 32 U, also irgendwo zischen 6 ° und 12 ° Ost
und zwischen 48 ° und 56 ° Nord. Der x-Wert ist mit 615338 Metern um 115238 Meter größer als der Ursprung dieser Zone (9 °
Ost), also bei etwas mehr als 10 ° Ost. Den Hochwert kennen wir so ähnlich schon vom Beispiel für die Gauss-KrügerKoordinten.
Tatsächlich handelt es sich um den selben Punkt. Der Hochwert ist jetzt allerdings um 1547 Meter kleiner. Zunächst scheint dies
eigenartig, wo doch beide Systeme den Äquator als Ursprung für die Hochwerte haben. Zwei Dinge sind für diese Abweichung
verantwortlich. Um Verzerrungen bei der Projektion minimieren zu können, obwohl 6 ° breite Streifen verwendet werden, wird
bei der Projektion der Erde auf den Zylinder ein Zylinder verwendet, der kleiner ist, als der Erdradius
(Schnittzylinderprojektion). Dadurch wird der Mittelmeridian verkürzt. Der Verkürzungsfaktor beträgt 0,9996. Die Entfernung
eines Punktes auf dem Mittelmeridain vom Äquator wird damit kürzer gemessen, als er wirklich ist. An den Rändern der
projezierten Streifen erhöht sich in der Äquatorregion dieser Faktor auf bis zu 1,0010. Entfernungen in UTM-Koordinaten sind
also nicht exakt auf Entfernungen im Gauss-Krüger-System zu übertragen.
Ein weiterer Grund für den Unterschied der Koordinaten ist das verwendete Ellipsoid. Bei Gauss-Krüger wird das BesselEllipsoid verwendet, bei den oben angegebenen UTM Koordinaten das WGS84 Ellipsoid.
Während das UTM-System eigentlich sehr einfach und zuverlässig zur Weitergabe von Koordinaten wirkt, birgt es ein grosses
Risiko. Ursprünglich wird für UTM Koordinaten für für Europa das Hayford-Ellipsoid (International 1950), für Nordamerika
das von Clarke 1866, für Afrika das von Clarke 1880 als Norm verwendet. Der Warschauer Pakt verwendete das Ellipsoid von
Krassowskij. Wo die Grenze zwische Europa und Afrika bei grenznahen Koordianten liegt, bzw. nach welchem Ellipsoid
Koordinaten auf Landkarten im Zweifelsfall berechnet wurden ist nicht immer leicht zu erraten.
Gesetztes Ziel ist aber weltweit für alle UTM-Koordinaten das WGS84 Ellipsoid zu verwenden.
Präzision, Richtigkeit und Genauigkeit
Hier nun kurze Erläuterung der drei Begriffe Präzision, Richtigkeit und Genauigkeit. Diese Begriffe wird nicht immer so ganz
korrekt verwendet (auch auf diesen Seiten nicht) aber man sollte sich der eigentlichen Bedeutung bewusst sein.
Präzision (precision)
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Die Präzision ist ein Maß für die Übereinstimmung zwischen unabhängigen Messergebnissen unter festen Bedingungen. Liegen
also mehrere Messwerte dicht beieinander, so hat die Messmethode eine hohe Präzision. Das bedeutet aber noch nicht, dass die
gemessenen Werte auch richtig sind. Sie könnten präzise falsch sein. Dies ist beispielsweise im zweiten Bild unten der Fall. Hier
könnten durch einen systematischen Fehler (bei GPS z.B. durch falsches Kartendatum) die Wert zwar sehr präzise bestimmt
worden sein, aber eben verschoben sein.
Richtigkeit (trueness, accuracy of the mean)
Die Richtigkeit ist ein Maß für die Übereinstimmung zwischen dem aus einem großen Datensatz erhaltenen Mittelwert und dem
anerkannten Referenzwert. Wenn also der Mittelwert aus vielen Messungen gut dem dem wahren Wert übereinstimmt, so ist die
Richtigkeit hoch. Dies sagt nichts darüber aus, wie stark die einzelnen Werte streuen.
Genauigkeit (accuracy)
Der Begriff Genauigkeit wird (fälschlicherweise) häufig mit Präzision gleichgesetzt. Die Genauigkeit ist ein Maß für die
Übereinstimmung zwischen dem (einzelnen) Messergebnis und dem wahren Wert der Messgröße. Eine hoher Genauigkeit kann
man also nur erreichen, wenn sowohl die Präzision als auch die Richtigkeit gut sind.
Unterschied zwischen Präzision und Richtigkeit. Nur im ersten Fall erhält man auch eine hohe Genauigkeit.
Die Erdatmosphäre
Vertikaler Aufbau der Atmosphäre
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Aufbau der Atmosphäre (Quelle unbekannt)
Troposphäre
Die Troposphäre reicht bis in 10 - 12 km Höhe. In ihr spielen sich alle wetterrelevanten Phänomene, wie z.B. die Wolkenbildung,
ab. Physikalisch ist sie durch eine mittlere stetige Temperaturabnahme mit zunehmender Höhe gekennzeichnet. Die obere
Grenze der Troposphäre ist die Tropopause. Die Lage der Tropopause ist stark von der geographischen Breite und der Jahreszeit
abhängig. Sie erreicht ihr Maximum von 17 - 18 km über den Tropen. Über den Polen beträgt sie nur ca. 8 km. Die Troposphäre
enthält 80 % der Masse der gesamten Atmosphäre. Die Troposphäre enthält auch fast den gesamten Wassersampf der
Atmosphäre. In ihrer untersten Schicht, der 1 - 2,5 km mächtigen planetarischen Grenzschicht bewirtk der Einfluß der
Erdoberfläche starke Veränderungen der meteorologischen Parameter Temperatur, Wind und Feuchtigkeit. In der Höhe der
Tropopause liegt die Temperatur bei etwa -60 °C. Hier treten auch die sogenannten Strahlströme (engl. jet streams) als relativ
schmale Bänder mit sehr hohen Windgeschwindigkeiten (bis 500 km/h) auf. Im Bereich dieser Strahlströme laufen ständig
wichtige Prozesse ab, die zu einer vertikalen Aufspaltung, Auflösung oder Neubildung der Tropopause führen.
Stratosphäre
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Ozongehalt in derAtmosphäre (Quelle unbekannt)
Die Stratosphäre (12 - 50 km) schließt nach oben an die Troposphäre an. Charakteristisch ist der deutliche Anstieg der
Ozonkonzentration mit einem Maximum in etwa 30 km Höhe. Auch die Temperatur steigt in dieser Sphäre wieder an und liegt
in 50 km Höhe bei ca. 0°C. Diese Erwärmung wird wesentlich durch das Ozon verursacht, welches der kurzwelligen Anteil der
Sonnenstrahlung absorbiert. Deshalb ist die Ozonschicht für das Leben auf der Erde von größter Wichtigkeit. Die Stratosphäre
ist praktisch wolkenfrei, da wegen der extrem niedrigen Temperaturen in der Tropopause auch der Transport von Wasserdampf
aus der Troposphäre in die Stratosphäre so gering ist, dass die Stratosphäre praktisch keinen Wasserdampf enthält. Die
Stratosphäre läßt sich in eine untere Stratosphäre unterteilen, die eine gleichbleibende Temperatur von -56 °C besitzt und einer
oberen Stratosphäre oberhalb von 20 km Höhe. Hier steigt infolge der Strahlungsabsorption die Temperatur bis auf
durchschnittlich 0 °C an. Wegen dieses Temperaturanstiegs mit der Höhe (vergleichbar mit einer Inversionswetterlage), finden
Vertikalbewegungen nur sehr begrenzt statt. In den unteren 30 km der Atmosphäre konzentrieren sich nahezu 99% der
gesamtem Masse der Atmosphäre.
Mesosphäre
Die Mesosphäre (50 - 85 km) ist wieder durch eine stetige Temperaturabnahme gekennzeichnet, die ihr Minimum mit fast 100 °C in ca. 80 km Höhe erreicht. Dies ist gleichzeitig die obere Grenze der Mesosphäre.
Thermosphäre
In der Thermosphäre (85 - 500 km) lassen sich wegen der geringen Teilchendichte praktisch keine Temperaturen sondern nur
Strahlungsenergien bestimmen.
Exosphäre
Die Exosphäre (> 500 km) schließt sich je nach Definition in 500 - 1000 km Höhe an. Hier ist der Druck bereits so niedrig, daß
von einem Vakuum gesprochen werden kann.
Andere Gliederungsmöglichkeiten
Neben der obigen Differenzierung, die auf dem Temperaturgradienten beruht, kann je nach Betrachtung der Atmosphäre auch
eine Einteilung nach anderen Kriterien gefunden werden.
Der Grad der Ionisierung gliedert die Atmosphäre in die Neutrosphäre, die sich vom Boden bis in etwa 80 km Höhe erstreckt,
die Ionosphäre von 80 - 1000 km und die Protonosphäre. Oberhalb der Stratosphäre gibt es kein Ozon, daß die energiereiche
Strahlung der Sonne absorbieren könnte, daher stellt sich in charakteristischen Schichtungen ein hoher Ionisierungsgrad ein,
die Ionosphäre wird in D (80 - 100 km), E (um 100 km) und F-Schichten (F1: 150 - 250 km; F2: 250 - 500 km) unterteilt, die
insbesondere in der Nachrichtentechnik eine wichtige Rolle spielen, da an diesen Schichten Radiowellen (Kurzwelle) reflektiert
werden. Darüber, schon in der Exosphäre, findet man nur noch ionisierte Wasserstoffatome, also Protonen, die dieser Sphäre
ihren Namen geben.
Die Zusammensetzung der Atmosphäre ist ein weiteres Unterscheidungskriterium. Die untere Atmosphäre ist bis auf wenige
Ausnahmen gut durchmischt und wird daher als Homosphäre bezeichnet. In der Homosphäre befindet sich die überwiegende
Masse der Atmosphäre, nämlich über 100 000 mal so viel wie in dem gesamten darüber liegenden Teil der Gashülle. Ab etwa
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80 bis 100 km Höhe erfolgt eine Ausrichtung nach dem Molekulargewicht, mit dem Höchsten unten und dem Niedrigsten oben.
Diesen Bereich nennt man Heterosphäre.
Die Reibung in der Atmosphäre ist ebenfalls ein Unterscheidungsmerkmal. Es wird die Peplosphäre von der freien Atmosphäre
unterschieden. Die Peplosphäre reicht je nach Orographie bis in ca. 2 km Höhe. Bekannter ist die Bezeichnung Grenzschicht,
oder englisch boundary-layer.
Die Zusammensetzung der Atmosphäre
Die atmosphärische Luft der Erde ist ein Gasgemisch mit den Hauptbestandteilen Stickstoff, Sauerstoff, Argon und
Kohlendioxid. Weiterhin sind Spuren der Edelgase Helium, Neon, Krypton und Xenon enthalten. Bis zu einer Höhe von rund
20 km ist fast stets Wasserdampf in stark schwankenden Anteilen (bis zu 4 Vol.-%) in der Luft enthalten.
Mittlere Zusammensetzung von trockener
Luft in der Troposphäre
Volumenanteil in %
in ppm (parts per million)
Anteile pro Million
78,08
20,95
0,934
0,0018
0,0005
0,0001
0,000009
0,035
0,00017
0,00003
0,00002
0,00005
780 800
209 500
9340
18
5
1
0,09
350
1,7
0,3
0,2
0,5
Stickstoff
Sauerstoff
Argon
Neon
Helium
Krypton
Xenon
Kohlendioxid
Methan
Distickstoffmonoxid
Kohlenmonoxid*
Wasserstoff
*Kohlenmonoxid zeigt starke zeitliche Schwankungen
Weiterhin enthält die Atmosphäre noch Spurengase wie Schwefel- und Stickstoffbverbindungen (Schwefeldioxid, Ammoniak,
Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid), Ozon, organische Halogenverbindungen und in der Atmosphäre erzeugte Radikale. Die
Lufthülle enthält außerdem noch feste und flüssige Teilchen unterschiedlicher Natur und Herkunft als Schwebeteilchen,
Staubpartikel und Aerosole.
Der Anteil Wasser in der Atmosphäre, der wie gesagt bis zu 4 % beträgt, kommt in allen Aggregatzuständen in der Atmosphäre
vor. Bis zu 80 % der Gesamtmenge des Wassers in der Atmosphäre sind unterhalb von 3000 m Höhe. In der Stratosphäre fehlt
Wasser mit 1 - 10 ppb (parts per billion; Anteile pro Milliarde). Trotz dieser vergleichsweise geringen Mengen spielt das Wasser
in der Atmosphäre eine besonders wichtige Rolle. Infolge von Phasnewechsel zwischen gasförmig, flüssig und fest ist es an
Energieumsetzungen und damit auch an der Wetterentwicklung wesentlich beteiligt. Auf Grund der Adsorptipnseigenschaften
im Infrarotbereich ist Wasser für die Erwärmung der Erdatmosphäre von grosser Bedeutung.
Die Funktionen der Atmosphäre
o
Schutz der Lebewesen vor schädlicher bzw. tödlicher Strahlung aus dem Weltraum (Filter für UV- und
Röntgenstrahlung der Sonne).
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o
Durchlassen von lebenswichtigem Sonnenlicht zu den Oberflächen der Kontinente und Ozeane (Energiequelle).
o
Schutz vor schneller Auskühlung und Überhitzung (z.B. Wärmeausgleich zwischen Tag und Nacht).
o
Ermöglicht eine durchschnittliche Erdoberflächentemperatur von ca. + 15 °C anstatt -18 °C.
o
Transport von Energie (fühlbare Wärme der Luft und latente Wärme des Wasserdampfs) aus Bereichen in
Äquatornähe in mittlere und höhere Breiten.
o
Transport von Wasserdampf-Feuchtigkeit durch die dynamischen Prozesse der allgemeinen Zirkulation,
wodurch die Niederschlagsverteilung bestimmt wird.
o
Hauptspeicher für Stickstoff (Für Pflanzen wichtig).
o
Reservoir für Kohlendioxid und Sauerstoff.
o
Ist einbezogen in verschiedene lebensnotwendige Stoffkreisläufe.
o
Verteilung und Abbau (Oxidation, Reaktionen mit Radikalen, Photolyse) von natürlichen und anthropogenen
(durch Menschen verursachte) Emissionen.
o
Schutz vor kleineren Meteoriten, die wegen der großen Reibung beim Eintritt in die Atmosphäre verglühen und
die Erdoberfläche nicht erreichen.
Die schützende Atmosphäre ist im Vergleich zum Durchmesser der Erde nur hauchdünn (Quelle unbekannt) .
Nordpol
Geografischer Nordpol
Der geografische Nordpol ist der Punkt, an dem die gedachte Erdachse die Erdoberfläche durchstößt. Es ist der Schnittpunkt
aller Längengrade und die geografische Position N 90 ° 0,0 ' E 0 ° 0,0 ' (Eigentlich es gibt keinen bzw. alle Längengrade an
dieser Position). Siehe auch die Seite "Längen- und Breitengrade".
Magnetischer Nordpol
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Mit dem magnetischen Nordpol wird meist der Magnetpol
bezeichnet, der sich in der Nähe des geografischen Nordpols
befindet. Tatsächlich sollte dieser aber als magnetischer
Südpol bezeichnet werden, da sich der Nordpol eines
Magneten (z.B. der eines Kompass) zu diesem hin ausrichtet
und sich bekanntlich entgegengesetzte Pole anziehen. Dieser
Nordmagnetpol ist also der Punkt, an dem die
Magnetfeldlinien, ausgehend vom magnetischen Pol im Süden
zusammenlaufen. Die Magnetfeldlinien der Erde "sehen" im
wesentlichen aus, wie die eines grossen Stabmagneten. Die
magnetischen Pole selbst wandern abhängig von der Stärke
der Sonnenaktivität von Tag zu Tag um bis zu 80 km.
Insgesamt gesehen wandert der Nordpol momentan langsam
Wanderung des Nordmagnetpols über die Jahrhunderte (Quelle)
durch den Norden Kanadas. Nachdem der magnetische Pol
lange Zeit Richtung Süden gewandert war, wandert er seit
etwa 1900 wieder in Richtung geografischem Norpol. Das
langfristige Wandern des Pols hängt mit den geologischen Aktivitäten im Erdinneren zusammen und läßt sich recht gut über
einige Jahre voraussagen.
Missweisung
Aufgrund dieser Tatsache, dass der
magnetische Pol im Norden nicht mit
dem geografischen Nordpol
übereinstimmt und auch sonst die
Magnetfeldlinien nicht sehr ideal
verlaufen, zeigt der Kompass fast
nirgendwo exakt nach Norden, sondern
je nachdem, wo man sich befindet mehr
nach Osten oder mehr nach Westen. Dies
kann in einzelnen Gebieten
Abweichungen von bis zu 180 °
ausmachen, der Kompass zeigt dann also
nach Süden.
Da diese Missweisung (Deklination) vor
allem für die Schiffahrt von großer
Isogonenkarte für 2002 (Link zur Berechnung eigener Karten)
Bedeutung ist oder zumindest war,
werden auch vor allem hier sogenannte
Isogonenkarten verwendet, in die die Missweisung für das befahrene Gebiet eingetragen ist.
Hier (englisch) gibt es die Möglichkeit, sich online die Kompassmissweisung berechnen zu lassen und nachfolgendes Bild zeigt
eine Isogonenkarte der Welt für das Jahr 2002. Da sich diese Missweisung über die Jahre verändert, ist es wichtig, zu wissen,
für wann die Werte, die in einer Karte eingetragen sind auch gelten.
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Häufig findet man auch in normalen Karten einen Hinweis auf die mittlere Missweisung im
abgebildeten Gebiet. Dabei wird häufig die Missweisung in zwei Teile aufgeteilt. Zum einen wie
stark das verwendeten Kartengitter (Grid) vom tatsächlichen Norden (TN) abweicht und
weiterhin die Kompassabweichung vom tatsächlichen Nordpol. Das Bild rechts zeigt, wie diese
Angaben aussehen können. Der Winkel zwischen Norden und dem Gitternetznorden beträgt in
diesem Beispiel 0° 32' W, die Deklination des Kompass in diesem Gebiet 13° 44' W. Für
Mitteleuropa ist die Deklination nahe bei Null und nimmt bis mindestens zum Jahr 2005 noch
weiter ab.
Angabe der Deklination auf Karten.
Norden und GPS-Geräte
Bei modernen GPS-Geräten hat man die Möglichkeit zwischen verschiedenen "Norden" zu wählen. Wie in obiger Zeichung gibt
es ein wahres Norden (true north), das die Richtung zum Breitengrad N 90° weist. Das ist sozusagen für das GPS-Gerät das
naheliegende Norden (eigentlich das einzige, dass er selbst kann). Dann gibt es das magnetische Norden, das ist entsprechend
für einen Kompass das naheliegende Norden. Arbeitet man mit einer Kombination aus Kompass und GPS, so ist man zuweilen
froh, wenn man den GPS entsprechend auf magnetisch Norden (magnetic north) umstellen kann. Dazu hat der GPS eine
vereinfachte Isogonenkarte gespeichert und korrigiert entsprechend die Missweisung, nur andersherum. Manche GPS-Geräte
haben auch zusätzlich einen Magnetkompass eingebaut (damit sie die Richtung auch im Stillstand anzeigen können). Das
Gitternetz-Norden (grid north) ist schliesslich noch eine Option, auf die man viele GPS-Geräte einstellen kann. Die erleichtert
das Abgleichen zwischen Karte und angezeigter Richtung am GPS. Normalerweise ist die Einstellung auf wahres Norden
empfehlenswert, da weiss man dann auch wie man dran ist und muss sich keine Gedanken um die Missweisung zu machen.
Sternzeit
Die Sternzeit wird aus der Umdrehung der Erde gegenüber dem Hintergrund der in großer Entfernung stehenden Sterne
abgeleitet, kann also aus nächtlichen Beobachtungen des Sternenhimmels bestimmt werden. Einen Sterntag definiert man in
erster Näherung als die Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Meridiandurchgängen eines Sterns. Dabei ist der
Meridian eines Beobachtungsortes der Großkreis auf der Himmelskugel, der durch die beiden Himmelspole und durch den
Zenit des Beobachtungsortes geht. Anders ausgedrückt ist der Meridian der vom Erdmittelpunkt aus auf die Himmelskugel
projizierte Längenkreis des Beobachtungsortes. Der Meridiandurchgang ist daher die präzisierte Festlegung des Zeitpunktes, zu
dem umgangssprachlich "der Stern genau im Süden steht" (zumindesten für Beobachter auf der Nordhalbkugel der Erde). Die
Dauer eines Sterntages in Einheiten der Weltzeit beträgt 23h 56m 04,0905 s.
Bestimmung der Länge des Sterntags
Um die Länge eines Sterntages präziser zu definieren und auch um für die Sternzeit einen Nullpunkt der Zeitzählung festlegen
zu können, müssen zunächst die Begriffe 'Stundenwinkel', 'Ekliptik', 'Himmelsäquator' und 'Frühlingspunkt' erläutert werden.
Durch einen beliebigen Punkt des Himmels -- z.B. den Ort eines Sterns -- und die beiden Himmelspole läßt sich eindeutig ein
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weiterer Großkreis festlegen, der im allgemeinen nicht mit dem Meridian zusammenfällt, sondern diesen an den Himmelspolen
schneidet. Der Schnittwinkel wird als Stundenwinkel bezeichnet. Er wird allerdings üblicherweise nicht im Gradmaß angegeben,
sondern in Stunden, Minuten und Sekunden (daher der Name). Der Vollkreis von 360 Grad entspricht dabei exakt 24 Stunden.
Infolge der Erdrotation wächst der Stundenwinkel während eines Sterntages um 24 Stunden.
Himmelsäquator und Frühlingspunkt
Der Himmelsäquator ist die Menge aller Punkte der Himmelskugel, die 90 Grad von beiden Himmelspolen entfernt sind, oder
auch der vom Erdmittelpunkt her an die Himmelskugel projizierte Erdäquator. Die Ekliptik ist die Bahn, die die Sonne im Laufe
eines Jahres zwischen den Sternen zieht. Himmelsäquator und Ekliptik fallen nicht zusammen (eine Folge der Schrägstellung
der Erdachse), sondern schneiden sich in zwei Punkten, deren einer als Frühlingspunkt bezeichnet wird.
0 Uhr Sternzeit
Als 0 Uhr Sternzeit wird nun der Meridiandurchgang des Frühlingspunktes definiert, was sich verallgemeinern läßt zur
Feststellung: 'Die Sternzeit ist der Stundenwinkel des Frühlingspunktes.' Der Frühlingspunkt ist natürlich ein fiktiver Punkt auf
der Himmelskugel und läßt sich deshalb nicht direkt beobachten. Aus den bekannten Koordinaten beobachteter Sterne kann
aber auf die Lage des Frühlingspunkts geschlossen werden. Aus dem oben gesagten wird auch deutlich, daß ein Sterntag die
Zeitspanne zwischen zwei Meridiandurchgängen des Frühlingspunktes ist. Nach dieser endgültigen Definition ist der Sterntag
um rund 9 Millisekunden kürzer als nach der eingangs vorgestellten Definition, eine Folge der Tatsache, daß der Frühlingspunkt
sich wegen der Präzession der Erdachse gegenüber den Sternen verschiebt.
Wegen des Bezugs auf den Meridian führt die obige Definition zu einer Sternzeit, die ortsabhängig ist. Um auf eine weltweit
einheitliche Sternzeit zu kommen, bezieht man sich auf den Meridian von Greenwich und bezeichnet die so erhaltene Zeitskala
als 'Greenwich Mean Siderial Time' (GMST). Um zwischen GMST und der lokalen Sternzeit umrechnen zu können, muß die
geographische Länge des Beobachtungsortes bekannt sein.
Bedeutung der Sternzeit
Die Bedeutung der Sternzeit liegt zum einen in der Möglichkeit, aus ihr und den Koordinaten eines Sternes (speziell der
Rektaszension) den Stundenwinkel und damit die momentane scheinbare Position des Sternes zu errechnen (die sich ja wegen
der Erdrotation ständig ändert). Zum anderen bildet die Sternzeit eine der Grundlagen der Weltzeit UTC.
(Dieser
Text
wurde
mit
freundlicher
Genehmigung
von
Chris Kronberg
von
der
Webseite
http://www.maa.mhn.de/Scholar/dt_times.html übernommen, auf der es noch interessante weitergehende Informationen zur
astronomischen Zeitmessung gibt. Der Autor dieses Textes ist Dirk Husfeld.)
NMEA-0183 Daten
Worum es sich dabei handelt
Die NMEA (National Marine Electronics Association, Nationale Vereinigung für Marineelektronik) engagiert sich für die
Ausbildung und den Fortschritt der Marine-Elektronikindustrie und dem Markt, den diese bedient. Es handelt sich dabei um
eine nicht auf Profit ausgelegte Vereinigung von Herstellern, Vertreibern, Ausbildungsinstitutionen und anderen mit Interesse
an diesem Markt (frei aus "NMEA News"). Genaueres über die NMEA findet sich hier (englisch).
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Wozu die Daten gut sind
Mit Hilfe der weitestgehend standardisierten NMEA-Daten gelingt es sehr leicht, die Daten praktisch jedes GPS-Geräts mit
einem Navigations- und Kartenprogramm auf dem PC, Laptop oder Handheld zu verwenden. Sogenannte GPS-Mäuse (GPSEmpfänger ohne Display nur mit serieller Schnittstelle) kommunizieren ausschliesslich auf diese Art mit Ihrer Aussenwelt. In
der Seefahrt werden Kursplotter und ähnliches mit Hilfe von NMEA-Datensätzen mit Positionsdaten versorgt.
Das Protokoll NMEA-0183
Die NMEA hat nun unter anderem den Standard NMEA-1083 definiert, um einen Datenaustausch zwischen verschiedenen
Geräten aus der Marineelektronik zu ermöglichen. Die NMEA-0180,0182 und 0183 Standards (die ersten beiden sind nicht
mehr von Bedeutung) sehen pro "Netz" ein Sendegerät und diverse Empfangsgeräte vor. Der Sender soll Daten nach dem RS232-Standard (vom PC als Datenformat der COM-Schnittstellen bekannt) ausgeben. Die Datenrate beträgt 4800 baud (ca. 600
bytes/Sekunde) und es ist in diesem Standard kein Stecker oder ähnliches definiert. Die Anschlussart bleibt also dem Hersteller
überlassen, weswegen alle Geräte unterschiedliche Stecker benötigen.
Die Einschränkung, dass es nur einen Sender geben darf sorgt dafür, dass nicht wild durcheinandergequatscht wird. Sollen die
Daten von mehreren Geräten zusammengefasst werden, braucht man mindestens ein Gerät, dass auch als Empfänger arbeitet
und alle erhaltenen Daten in einen neues "Netz" wieder kombiniert einspeist.
Die Daten werden im ASCII-Format (American Standard Code for Information Interchange, Amerikanischer Standard Code für
Informationsaustausch) übertragen. Dabei sind alle druckbaren Zeichen sowie Carriage-Return (CR, Waagenrücklauf) und LineFeed (LF, Neue Zeile) erlaubt und die Daten werden in der Form von Sätzen übertragen. Jeder dieser Sätze beginnt mir dem
Zeichen "$", einer zwei Zeichen langen Senderkennung, einer drei Zeichen langen Satzkennung und dann folgt eine Reihe von
Datensätzen, die mit Kommas unterteilt werden. Schliesslich wird der Satz mit einer optionalen Prüfsumme und einer CR/LF
abgeschlossen. Jeder Satz kann inklusive des führenden "$" und den beiden CR/LF bis zu 82 Zeichen enthalten. Ist ein
Datenfeld in einem Satz zwar vorgesehen aber nicht verfügbar, so wird er einfach weggelassen, das dazugehörige Komma zur
Trennung der Datensätze wird aber ohne Leerzeichen beibehalten. Durch Zählen der Kommas kann ein Empfänger dann aus
jeden Satz die entsprechenden Informationen richtig zuordnen.
Die meist optionale Prüfsumme besteht aus einem "*" und zwei Hexadezimalzahlen, die sich durch ein (bitweise) exklusiv-oder
(1+1=0, 1+0=1, 0+0=0) aller Zeichen zwischen dem "$" und dem "*" berechnen. Bei manchen Sätzen ist die Prüfsumme
notwendig.
Der Standard erlaubt weiterhin einzelnen Herstellern eigene (proprietäre) Satzformate. Diese fangen mit "$P" an, gefolgt von
der drei Buchstaben langen Herstellerkennung. Anschliessend folgen die Daten.
Einige gängige Senderkennung sind:
GP
GPS Empfänger
LC
Loran-C Empfänger (älteres Positionsbestimmungssystem)
OM
Omega Navigations Empfänger (altes Radionavigationssystem; ausser Betrieb)
II
Integrated Instrumentation (z.B. AutoHelm Seatalk System; Autopiloten)
Die Datensätze der unterschiedlichen Geräte können sehr viele verschiedene Informationen beinhalten, darunter Position,
Geschwindigkeit, Richtung, Wassertiefe, Wassertemperatur, Wegpunkte, Windgeschwindigkeit usw.
Nachfolgend sollen beispielhaft die Daten, die ein Garmin etrex Vista ausgibt näher beschrieben werden. Ein praktisches
Programm um sich unter anderem NMEA-0183 Daten anzusehen ist Visual-GPS.
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Wichtig ist, dass das Datenformat des GPS auf NMEA umgestellt wird (heisst beim Vista genau: NMEA In/NMEA Out). Die
Daten werden dann einmal alle zwei Sekunden über die Schnittstelle ausgegeben. Viele PC-Navigations- und Kartenprogramme
mit Anschlussmöglichkeit für GPS-Empfänger erwarten im übrigen auch das NMEA-Format zur Navigation. Funktioniert das
Zusammenspiel zwischen GPS und einem PC-Programm nicht, sollte man also sowohl kontrollieren, ob man den GPS an der
richtigen seriellen Schnittstelle (COM1 oder COM2) angeschlossen hat, als auch überprüfen, ob das Ausgabeformat am GPS auf
NMEA eingestellt ist.
Ein kompletter Block Daten sieht dann beispielsweise beim Garmin etrex Vista (Software Version 2.41) folgendermassen aus:
$GPRMC,191410,A,4735.5634,N,00739.3538,E,0.0,0.0,181102,0.4,E,A*19
$GPRMB,A,9.99,L,,Exit,4726.8323,N,00820.4822,E,29.212,107.2,,V,A*69
$GPGGA,191410,4735.5634,N,00739.3538,E,1,04,4.4,351.5,M,48.0,M,,*45
$GPGSA,A,3,,,,15,17,18,23,,,,,,4.7,4.4,1.5*3F
$GPGSV,2,1,08,02,59,282,00,03,42,287,00,06,16,094,00,15,80,090,48*79
$GPGLL,4735.5634,N,00739.3538,E,191410,A,A*4A
$GPBOD,221.9,T,221.5,M,Exit,*6B
$GPVTG,0.0,T,359.6,M,0.0,N,0.0,K*47
$PGRME,24.7,M,23.5,M,34.1,M*1D
$PGRMZ,1012,f*36
$PGRMM,WGS
$HCHDG,170.4,,,0.4,E*03
$GPRTE,1,1,c,*37
84*06
Wenn die Navigation mit einer Route aktiviert wurde, können noch weitere Sätze hinzukommen, die die Route beschreiben.
Interessant ist auch, dass anscheinend je nach leicht Softwareversion unterschiedliche Datensätze ausgegeben werden.
Nachfolgend sind noch einige Datensätze im einzelnen aufgeschlüsselt:
Der GPRMC-Datensatz (RMC = recommended minimum sentence C, empfohlener Minimumdatensatz) ist eine Empfehlung
für das Minimum, was ein GPS-Empfänger ausgeben soll.
$GPRMC,191410,A,4735.5634,N,00739.3538,E,0.0,0.0,181102,0.4,E,A*19
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^ ^
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^ ^
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| Prüfsumme
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Modus (A,D,E,N,S)
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magnetische
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Deklination 0.4° E
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Datum: 18.11.02
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wahrer Kurs (ohne Bewegung 0)
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Geschwindigkeit über Grund (Knoten)
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007° 39.3538' östliche Länge
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| 47° 35.5634' nördliche Breite
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Empfängerwarnung, A = Daten OK, V = Warnung
|
Uhrzeit der Positionsbestimmung: 19:14:10 UTC-Zeit
Das Datenfeld Modus ist erst in NMEA Version 2.3 eingeführt worden und kann sein: A = Autonom; D = Differentiell; E =
geschätzt (Estimated); N = ungültig (Not valid); S = Simulator
Der GPGGA-Datensatz enthält die wichtigsten Informationen zur GPS-Position und Genauigkeit.
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$GPGGA,191410,4735.5634,N,00739.3538,E,1,04,4.4,351.5,M,48.0,M,,*45
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^ ^ ^
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Höhe über dem
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Ellipsoid (WGS84)
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in Metern (48.0,M)
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Höhe über Meer (über Geoid)
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in Metern (351.5,M)
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| | HDOP (horizontal dilution
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| | of precision) Genauigkeit
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| Anzahl der erfassten Satelliten
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Qualität der Messung
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(0 = ungültig)
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(1 = GPS)
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(2 = DGPS)
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(6 = geschätzt nur NMEA-0183 2.3)
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Längengrad
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Breitengrad
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Uhrzeit
Der GPGSA-Datensatz (SA=satellites active, aktive Satelliten) enthält Informationen über die PRN-Nummern der Satelliten,
deren Signale zur Positionsbestimmung verwendet werden.
$GPGSA,A,3,,,,15,17,18,23,,,,,,4.7,4.4,1.5*3F
^ ^ ^
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VDOP (vertikale Genauigkeit)
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HDOP (horizontale Genauigkeit)
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PDOP (Genauigkeit)
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| | PRN-Nummern von maximal 12 Satelliten
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| Art der Positionsbestimmung (3 = 3D-fix)
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(2 = 2D-fix)
|
(1 = kein Fix)
|
Auto-Auswahl 2D oder 3D Bestimmung
Der GPGSV-Datensatz (SV=satellites in view, sichtbare Satelliten) enthält Informationen über Satelliten, die zur Zeit
möglicherweise empfangen werden können und Informationen zu deren Position, Signalstärke usw. Da pro Satz nur die
Informationen von vier Satelliten übertragen werden können (Beschränkung auf 82 Zeichen), kann es bis zu drei solche
Datensätze geben.
$GPGSV,2,1,08,02,59,282,00,03,42,287,00,06,16,094,00,15,80,090,48*79
Der GPGLL-Datensatz ist ein Überbleibsel aus der Zeit, als es nur LORAN-C als Navigationssystem gab und enthält die
geographische Position. Das GPS-Gerät emuliert sozusagen den LORAN-C Empfänger.
$GPGLL,4735.5634,N,00739.3538,E,191410,A,A*4A
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Der GPBOD-Datensatz gibt Informationen zur Richtung vom Startpunk zum Zielpunkt an. Der Kurs wird als wahrer (T=true)
und magnetischer (M=magnetic) Kurs zum benannten Zielpunkt (hier 'Exit', da keiner angegeben ist) ausgegeben.
$GPBOD,221.9,T,221.5,M,Exit,*6B
Der GPVTG-Datensatz enthält Daten zur Bewegungsgeschwindigkeit und Richtung.
$GPVTG,0.0,T,359.6,M,0.0,N,0.0,K*47
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Geschwindigkeit über Grund in km/h (K)
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Geschwindigkeit über Grund in Knoten (N)
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Kurs (magnetisch, M)
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Kurs (wahr, T)
Die folgenden drei Datensätze sind Garmin-eigene Datensätze, was die Kürzel P (proprietary) und GRM (Garmin).
Der PGRME-Datensatz enthält den geschätzen Fehler der horizontalen und vertikalen Position. Die Angaben sind jeweils in
Meter. Der erste Wert ist der horizontale, der zweite der vertikale und der dritte ein sphärischer Fehler (Kugelradius einer
"Fehlerkugel").
$PGRME,24.7,M,23.5,M,34.1,M*1D
Der PGRMZ-Datensatz enthält die Höhe in Fuss.
$PGRMZ,1012,f*36
Der PGRMM-Datensatz enthält das verwendete horizontale Datum. Zu beachten ist, dass die Positionsangaben aus den
Navigationsdatensätzen sich auf das hier angegebene Datum beziehen.
$PGRMM,WGS 84*06
Der HCHDG-Datensatz enthält Angaben vom Magnetkompass, den nur wenige GPS-Geräte besitzen (vista, summit, GPS76s).
Es sind Daten zur Richtung (170.4°) und Deklination (auch als 'deviation' bezeichnet; Abweichung von magnetisch Nord zu
wahrem Nord, siehe auch hier).
$HCHDG,170.4,,,0.4,E*03
Der GPRTE-Datensatz schliesslich enthält Angaben zur programmierten Route. Zum Zeitpunkt des angebenen Datenblocks
war keine Route definiert, ansonsten würde der Satz wesentlich mehr Informationen enthalten.
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$GPRTE,1,1,c,*37
Andere GPS-Geräte enthalten teilweise andere herstellerspezifische Datensätze, die für die Position wichtigsten sind jedoch
immer enthalten.
Detailliertere Informationen zur NMEA-0183 Datenstrutur findet sich hier (englisch).
Stecker für Garmin GPS
Für die Verbindung der GPS-Geräte mit einem Computer werden Kabel benötigt. Während bei manchen Geräten die
entsprechenden Kabel für eine Verbindung mit dem PC mitgeliefert werden, kostet ein eventueller nachträglicher Kauf eines
Originalkabels richtig Geld. Auch wer selbst ein spezielles Kabel für eine Verbindung mit PDAs und Palms oder für eine externe
Stromversorgung bauen möchte, hat häufig das Problem, dass er einen passenden Stecker benötigt.
Steckertypen und Belegung
In Europa gibt es zwei unterschiedliche Steckersysteme bei den von Garmin vertriebenen GPS-Geräten. Die "klassiche" Variante
mit einem Rundstecker und die "neue" Version, die mit der etrex-Serie eingeführt wurde mit eckigem Stecker. Für die in Europa
nicht erhältliche Rino-Serie gibt es noch eine dritte Variante. Die Steckerbelegung der beiden Stecker und die Belegung der
seriellen Schnittstelle am PC ist aus nachfolgenden Grafiken ersichtlich und ist teilweise auch im jeweilige Gerätehandbuch zu
finden.
Steckerbelegung bei Garmin GPS (jeweils Blick auf den GPS bzw. Computer)
Die obigen Abbildungen zeigen jeweils den Blick auf den entsprechenden GPS bzw. auf die serielle Schnittstelle des Computers.
Bei der externen Einspeisung der Betriebsspannung ist zu beachten, dass die verschiedenen Geräte unterschiedliche maximale
Versurgungsspannungen brauchen bzw. vertragen. Nachfolgend eine kleine Tabelle (Quelle: Garmin und hier) mit den
Versorgungsspannungen der Geräte.
erlaubter
empfohlene
Spannungsbereich Spannung
3 – 3.25
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3
Gerätetyp
eMap, eTrex, Geko (eckiger Stecker)
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3 – 3.25
3
Rino (kleiner runder Stecker)
5–8
6
GPS 12, GPS 38, GPS 40 (runder Stecker mit Loch in der Mitte)
5 – 40
12
GPS 95XL
6 – 40
12
GPSMAP 175, GPSMAP 195, GPSMAP 295
8 – 40
12
GPS 89, GPS 90, GPS 92
9 – 33
12
GPSCOM 190
10 – 18
12
GPSMAP 168 Sounder
10 – 32
12
GPS II, GPS II+, GPS III, GPS III Pilot, GPS III+, GPS 12CX, GPS 12MAP,
GPS 12XL, GPS 45, GPS 45XL, GPS 48, GPS 120, GPS 120XL, GPS 126,
GPS 128, GPSmap 60C(S), GPSMAP 130, GPSMAP 135 Sounder,
GPSMAP 162, GPSMAP 180, GPSMAP 185 Sounder, GPSMAP 205,
GPSMAP 210, GPSMAP 215, GPSMAP 220, GPSMAP 225, GPSMAP 230,
GPSMAP 235 Sounder, StreetPilot, StreetPilot ColorMap
11 – 33
12
GMA 340, GPS 100AUD, GPS 100PRT, GPS 100STD, GPS 150, GPS 150XL,
GPS 155TSO, GPS 155XLTSO, GPS 165TSO, GPS 400, GTX 320, GTX 327
12 – 18
12
GPS 125 Sounder
14
14
GNC 250, GNC 250XL, GNC 300, GNC 300XLTSO
28
28
GNC 420, GNS 430, GNS 530
Ich übernehme keine Garantie für die Richtigkeit und Vollständigkeit dieser Tabelle.
Das Pfranc-Prinzip
Da Garmin keine einzelnen Stecker verkauft, war es lange Zeit unmöglich an echte Stecker zu kommen und man war gezwungen
irgendwelche Eigenbauten einzusetzen.
Im Jahre 1996 hatte ein gewisser Lawrence Berg (Larry) die Idee, selbst gespritze Kunststoffstecker für seinen Garmin-GPS
herzustellen. Da er eine Spritzgussmaschine zur Verfügung hatte, hat er sich eine entsprechende Form hergestellt und gleich
mehrere Stecker angefertigt. Im zu dieser Zeit noch recht neuen Internet hat sich unter den Garmin-Nutzern schnell verbreitet,
dass Larry solche Stecker hatte und zunächst hat er viele Stecker kostenlos unter den Garmin-Besitzern verteilt. Der Aufwand
wurde immer größer und irgendwann kam es soweit, dass die Stecker im Gegenzug zu einem Versprechen abgegeben wurden,
nach Erhalt der Stecker einen bestimmten Betrag zu zahlen. Obwohl sich ein gewisser "Listenpreis" eingebürgert hat, ist dieser
nicht Fix sondern davon abhängig, wie zufrieden man mit den Steckern ist.
Und mittlerweile gibt es fast auf der ganzen Welt (62 in 50 Ländern im März 2004) "Niederlassungen", sogenannte Pfrancs, die
Stecker in Ihrem Gebiet oder Land versenden. Pfranc kommt von (P)OP (Franc)hisee, POP ist die Abkürzung für Purple Open
Projects, der Firma von Larry. Viele Pfrancs bieten mittlerweile auch verschiedene fertig konfektionierte Kabel an und noch
immer basiert die "Bezahlung" auf dem Prinzip der "Pledges" oder eben Versprechungen. Und es funktioniert.
Und Larry und seine Pfrancs haben mit der Zeit herausgefunden, dass die meisten Leute "cool" sind wie er es bezeichnet, also
durchaus verlässlich. Es ist doch erfreulich, dass die Welt eben nicht schlecht ist, wie manchmal behauptet wird, sondern die
Leute es durchaus zu schätzen wissen, dass solche Projekte existieren und ehrlich damit umgehen.
Die pfranc-Homepage (englisch) ist hier zu erreichen. Sie enthält Informationen über die Stecker und natürlich die
Liste aller Pfrancs in der ganzen Welt.
Für den deutschsprachigen Raum gibt es jeweils einen Pfranc in Deutschland, in der Schweiz und eine "Pfrancine" in Österreich.
Klick auf die Namen führt auf die Seite der Pfrancs bei Pfranc.com.
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Deutschland
Hans Trautenberg
zusätzliche Web-Seite
Österreich
Kathrin Wolf
Schweiz
Ulf Matthiesen
Für diesen "Artikel" hatte ich die drei Pfrancs per Mail kurz angeschrieben und innerhalb von 24 Stunden von allen eine nette
Antwort erhalten (vermutlich schneller, aber ich hatte mir diese Zeit genommen). Pfrancs sind also nette Leute, deshalb seid
auch nett zu ihnen.
Die Stecker
Mit einem herzlichen Dank an den Schweizer Pfranc Ulf für das Demomaterial hier noch ein paar Bilder der drei angebotenen
Steckervarianten:
pPlug
Der pPlug für die Garmin GPS mit dem runden vierpoligen Stecker
Auf dem Bild rechts sieht man den runden pPlug einmal komplett zusammengebaut und einmal in seinen Einzelteilen. Der
Platikstopfen rechts oben dient dazu, das Mittelloch zu verschliessen. Dies dient zur Sicherheit, denn ist das Loch verschlossen
passt der Stecker nicht mehr in die Buchse für den GPS 12, GPS 38 und den GPS 40, womit man verhindern kann, dass ein
Kabel ohne 6 V Spannungsregler an ein ein solches Gerät angeschlossen wird.
Bemerkenswert finde ich, dass daran gedacht wurde, den Stecker so zu konstruieren, dass man selbst entscheiden kann, in
welcher Richtung das Kabel vom Stecker wegführen soll. Dieser Stecker ist leicht zusammenzubauen, wenn man nicht nur
Daumen hat. Aber wer ins Auge fasst, ein Kabel selbst zu löten, sollte sowieso keine solchen Probleme haben.
ePlug
AK, 14.05.2016
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Der ePlug für die Garmin etrex und die Geko-Serie und den eMap.
Das Bild rechts zeigt den ePlug, den Stecker für die etrex und geko-Serie und den eMap. Wieder links unten der komplette
Stecker und rechts die Einzelteile.
Links: Biegen der Pins; Rechts: Drahttrick beim Zusammenbau.
Der Zusammenbau ist ein wenig knifflig, da die Federchen gerne herausfallen. Ich habe auf der pfranc-Homepage aber von
einem Drahttrick gelesen und finde das so genial, dass ich gleich ein Bild davon hier zeigen möchte. Zunächst werden die Pins in
die Halterung gesteckt und die Enden um 90° nach oben gebogen. Dann steckt man einfach einen Draht (oder eine dünne
aufgebogene Büroklammer) durch die Schlaufe und kann so die Pins ganz einfach bis zum Ende der Montage in Position halten.
e2Plug
Links: Biegen der Pins; Rechts: Drahttrick beim Zusammenbau.
Auf dem Bild rechts schliesslich der e2Plug, der ebenfalls für den etrex, geko und eMap passt, aber viel flacher ist und somit z.B.
besser geeignet ist, um mit Schutztasche um den GPS herum verwendet zu werden. Den fertig zusammengebauten Stecker habe
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ich nicht abgebildet, da ich mir nicht sicher bin, ob man das Teil wieder auseinander bekommt, wenn es einmal zu ist. Der Ring,
den man unten sieht wird über den Kabelansatz geschoben (vorher) und hält das Teil zusammen. Für den Zusammenbau dieses
blau-durchsichtigen Schmuckstücks braucht man den oben erwähnten Drahttrick übrigens nicht. Die Nase (Bild rechts oben)
kann bei diesem Stecker abgeschnitten werden, sie ist nicht nötig um ihn vor dem herausrutschen zu schützen.
Fazit
Alle drei Stecker sind wirklich gut gemacht, sind gut zusammenzubauen und passen sehr gut. Man kann sich eigentlich nichts
Besseres vorstellen.
GPS im Flugzeug
Umfrage
Wie die Umfrage unter den Besuchern vom Juni 2003 hier auf den GPS-Seiten von kowoma zeigt, haben bisher nicht allzuviele
Leute Ihren GPS (so sie denn überhaupt einen haben) auf Flügen in Passagierflugzeugen benutzt. Von 320 abgegebenen
Stimmen waren es immerhin 83 % (266 Stimmen). Lediglich 14 % (45 Stimmen) haben ihr GPS-Gerät bereits auf Flügen
verwendet und 9 Leute (3 %) wollten ihr GPS gerne benützen, durften dann aber nicht.
Funktioniert mein GPS im Flugzeug überhaupt?
Es sollte mit ziemlich jedem Handheld-GPS möglich sein, einen akzeptablen Satellitenempfang in Passagierflugzeugen zu
erreichen, sofern man einen Fensterplatz hat. Hat man diesen nicht, kann man das Gerät gleich eingepackt lassen. Es kommt
aber auch an Fenstern vereinzelt vor, dass aufgrund der ungünstigen Position von Satelliten und Flugzeug keine
Positionsbestimmung möglich ist, das wird aber sicherlich nicht während des ganzen Fluges anhalten. Man muss das Gerät
jedoch sehr nahe am Fenster halten und ein wenig probieren, wo und wie der Empfang am besten ist.
Wozu soll das Ganze gut sein?
Nun, wichtig ist es sicherlich nicht, man wird sein Flugziel auch ohne GPS erreichen, der Pilot hat ja eines...(hoffentlich, und
hoffentlich nicht nur das)
Aber es ist ganz einfach sehr interessant. Neben Flughöhe und Geschwindigkeit, die ja auch oft auf den Bordbildschirmen
angezeigt werden, hat man besonders bei Geräten mit Karte einen netten Nutzen: Man hat für alle größeren Städte, Flüsse und
Seen, die man beim Blick aus dem Fenster sieht, gleich den Namen parat. Vorausgesetzt die richtige Karte ist installiert.
Ist es denn erlaubt? Die Umfrage bei den Fluggesellschaften.
Gleich vornweg - hier gibt es nur eine Antwort: Vielleicht.
Ich habe parallel zur Umfrage unter den Besuchern von kowoma an alle Fluggesellschaften, die mir in den Sinn und unter die
Tastatur gekommen sind, per E-Mail oder bei deren Web-Formular die Anfrage verschickt (je nachdem englisch oder deutsch),
ob die Verwendung von GPS-Geräten an Bord erlaubt ist. Dabei habe ich immerhin 145 Fluggesellschaften zumindest insoweit
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erreicht, dass eine E-Mail nicht mit Empfänger unbekannt zurück kam, oder ein Formular keine Fehlermeldung brachte.
Interessanterweise sehen einige Fluggesellschaften anscheinend keine Kontaktaufnahme per E-Mail oder Web-Seite vor. So
beispielsweise Southwest Airlines, Ryanair, British Airways und Air-France. Ich habe zwar auch nicht davor zurückgeschreckt,
in solchen schwierigen Fällen auch an allgemeine, von mir geratene Mail-Adressen wie support@ oder info@ zu schreiben, hatte
aber nur selten Erfolg damit. Auf schriftliche Anfragen per Brief habe ich verzichtet.
Die Wirkung auf die Anfrage war erstaunlich, ebenso die Antwortzeiten. Die schnellsten Antworten kamen am selben Tag, 80 %
der angeschriebenen Fluggesellschaften haben jedoch innerhalb eines Monats überhaupt nicht geantwortet. Auffällig ist ein
Nord-Süd-Gefälle innerhalb von Europa. Die nordeuropäischen Fluglinien nehmen es anscheinend mit dem Kundendiest
anscheinend noch sehr ernst. Das finde ich sehr lobenswert.
Unter den Fluggesellschaften die nicht geantwortet haben befinden sich sicherlich zahlreiche, bei denen ich vielleicht überhaupt
nicht das richtige Ziel erreicht habe, oder bei denen man nicht sicher sein kann, dass der Empfänger auch des englischen
mächtig war. Andererseits hatten es aber auch eigentlich renomierte Fluggesellschaften wie: Deutsche BA, LTU, American
Airlines und die Swiss anscheinend nicht nötig, meine Anfrage überhaupt zu beantworten. Das ist nicht gerade ein Beweis für
Ihre Kundennähe.
Die Qualität der Antwort korrelierte leider auch ein wenig mit der Antwortzeit, zu oft sind schnelle Antworten auch
offensichtlich unüberlegte Antworten gewesen. Nachfolgend einige besonders schöne Antworten, die erste davon erhielt ich
auch besonders schnell:
Hapag-Lloyd-Flug:
Der Transport solcher Geräte ist zwar grundsätzlich erlaubt, der Betrieb derselben aber während des
kompletten Fluges wegen möglicher Interferenzen mit dem Cockpit-Instrumentarium streng
verboten!!.
Bei Transport von Fahrzeugen mit installierten Navigationssystemen müssen die GPS komplett
deaktiviert werden.
Dies entspricht den internationalen Transportvorschriften der IATA, wie Sie für alle Airlines
weltweit gelten.
Möglicherweise ist dies nicht die Antwort, die Sie vielleicht erhofft hatten. Aus unserer Sicht besteht
aber keinerlei Notwendigkeit für Passagiere während eines Fluges ein solches Gerät zu betreiben außer Neugier und 'Spieltrieb', die katastrophale Folgen haben könnten.
Ich konnte leider keinen Hinweis auf derartige Transportvorschriften der IATA finden, jedoch schreibt:
Scandinavian Airlines:
SAS policy regarding use of electronic equipment during flight, is the same as all AEA (Association
of European Airlines) airlines. That means that the use of portable electronic devices (PED) that does
not transmit a radio signal, may be used during the cruise portion of the flight (while the seatbelt sign
is OFF). This also means that a handheld GPS receiver may be used when the seatbelt sign is
OFF.All PED (even laptops, walkmans etc.) must be switched OFF during takeoff and landing
(seatbelt sign ON)
Es ist sehr interessant, dass es offensichtlich durchaus zumindest europaweit eigentlich Richtlinien gibt, welche Sorte Geräte in
Flugzeugen benutzt werden dürfen und welche nicht. Es haben sich also schon Leute hierüber ernsthaft Gedanken gemacht.
Delta Airlines erwähnt netterweise als einzige (mir bekannte) sogar auf Ihren Webseiten hier neben zahlreichen anderen
Geräten GPS-Empfänger mit dem Hinweis, dass der Betrieb während der "Cruise"-Phase (Anschnallzeichen aus!) erlaubt ist
(siehe Ähnlichkeit mit der Antwort von SAS oben in gelben Block).
Bei einem Flug mit EasyJet im Frühsommer 2004 habe ich im Bordmagazin die ausdrückliche Erwähnung von GPS-Geräten
und die Erlaubnis zur Verwendung wärend des normalen Fluges entdeckt.
Sehr interessant auch die Antwort von Augsburg Airlines, deren Vertreter sich zunächst dafür entschuldigt hat, dass er zuerst die
Regelungen abklären muss. Er hat netterweise nicht einfach geschrieben hat, es ist verboten, wie vermutlich manch anderer.
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Wie sich dann, nachdem er sich informiert hatte (ja, soetwas gibt es) herausstellte, (Hinweis zum Verständnis: Augsburgair
fliegt ausschliesslich für die Lufthansa) hat die Lufthansa ähnliche Regelungen wie die SAS, die swiss und Delta. Herzlichen
Dank an Augsburg Air für diese Informationen.
Wer nun in der Liste unten bei der Lufthansa nachsieht, wird trotzdem feststellen, dass hier eine negative Antwort gegeben
wurde. Nun, das war die Antwort der Lufthansa, und trotz mehrmaligem Nachfragen blieb es dabei, obwohl die mir
vorliegenden Richtlinien (Juli 2003) der Lufthansa zum Gebrauch von elektronischen Geräten an Bord eindeutig den Gebrauch
von GPS während der normalen Flugphase erlauben.
Manche Fluggesellschaften stellen GPS-Empfänger mit Radioempfängern gleich, deren Betrieb nicht erlaubt ist. Wieder andere
erlauben den Betrieb, solange das Gerät keine Antenne hat. Hier kommt einem spontan der Gedanke: Muss die Antenne
sichtbar sein? Andere Fluggesellschaften sagen: Es ist erlaubt, wenn es nicht selbst sendet. Eine japanische Fluglinie hatte leider
meine Frage nicht verstanden und schrieb, sie wären momentan nicht am Kauf von GPS-Geräten interessiert. Schade auch.
Ist es denn erlaubt? Fazit.
Nach allem was man über den Gebrauch von elektronischen Geräten in Flugzeugen findet, gilt folgendes:
o
Wenn es sendet ist es immer verboten! (Nebenbei bemerkt: Ganz speziell fallen hierunter Handies.)
o
Während Start, Landeanflug und Landung sind alle elektronischen Geräte (ausser im wesentlichen)
Armbanduhren und Herzschrittmacher (aha!) auszuschalten. Hier gilt bei allen Fluglinien: Sicher ist sicher, das
Risiko geht keiner ein. Das sollte auch jedem Passagier klar sein, deshalb: Bitte daran halten.
Interessanterweise scheint es jedoch auf der anderen Seite keinen einzigen wirklich nachgewiesenen bzw. reproduzierbaren Fall
zu geben, bei dem elektronische Geräte von Passagieren tatsächlich die Bordelektronik negativ beeinflusst hätten. Aber das wird
vermutlich auch wirklich keiner wollen, deshalb ist sicherlich Vorsicht geboten und im Zweifelsfall gilt: Verboten.
Geräte die nicht dafür gebaut sind, selbst zu senden, und darunter Fallen GPS-Geräte, stellen typischerweise kein Problem dar
und könnten eigentlich erlaubt sein. Interessant in dem Zusammenhang ist dieses Dokument (englisch), in dem GPS-Empfänger
den gleichen Status haben wie CD-Player und PCs und während des normalen Fluges verwendet werden dürfen. Regeln
(englisch) der FAA (Amerikanische Luftfahrtbehörde) sagen aber, dass keine elektronischen Geräte verwendet werden dürfen
(Ausnahme: Rasierapparat(?), Herzschrittmacher und einiges mehr), es sei denn, die Fluglinie bestätigt, dass das Gerät die
Bordelektronik nicht stört.
Ein Pilot der swiss (die ja, siehe oben, offiziell nicht geantwortet hat) hat mir in der Zwischenzeit mitgeteilt, dass es sehr wohl
eine offizielle Richtlinie zur Verwendung von GPS-Geräten bei Ihnen gibt. Diese deckt sich mit der oben zitierten Antwort der
SAS. Erlaubt, ausser bei Start und Landung.
Ist es denn erlaubt? Was nun?
Eines ist sicher: Das letzte Wort hat immer der Flugkapitän. Auch wenn auf der Homepage einer Fluggesellschaft noch so oft
steht, es ist erlaubt, wenn der Flugkapitän es verbietet, dann ist es verboten.
Aber interessanterweise sind es gerade die Piloten - die ja das beste technische Verständnis der Materie haben und auch wissen
was ein GPS ist - die in den meisten Fällen die Verwendung der Geräte erlauben werden. Manchmal wird man anscheinend wohl
gefragt, ob die Geräte "FCC approved" sind, was bedeutet, dass sie nicht nennenswert selbst strahlen. Alle GPS-Handgeräte
haben diese Zulassung, die meist auf dem Gehäuse oder in der Anleitung zu finden ist.
Wer es also genau wissen und auf Nummer sicher gehen will, sollte beim Einsteigen oder irgendwann zwischendurch im Cockpit
nachfragen (leider nicht mehr so einfach möglich) oder nachfragen lassen (wird meist gemacht). Die FlugbegleiterInnen selbst
werden in vielen Fällen überhaupt nichts mit den Geräten anzufangen wissen. Das kann bedeuten, dass wenn sie einen damit
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hantieren sehen, sie aus allen Wolken fallen und es für ein Handy halten. Oder aber es für einen kleinen Computer oder ein
Spielzeug halten und sich überhaupt nicht dafür interessieren. Letztere Erfahrung habe ich persönlich gemacht.
Ergebnis der Umfrage bei den Fluggesellschafte
Leider sind die nachfolgenden Listen mit Informationen welche Fluggesellschaft die Verwendung von GPS erlaubt und welche
nicht, vermutlich nicht einmal den Speicherplatz wert, den sie verbrauchen, da ich bei diversen Antworten ernsthafte und
begründete
Zweifel
habe,
ob
der
Antwortende
oder
die
Antwortende
wirklich
wusste,
worum
es
geht.
Ich betitele deshalb die Liste nicht mit: Fluggesellschaften, die die Verwendung erlauben bzw. verbieten sondern mit: Haben
geantwortet, dass sie die Verwendung erlauben bzw. verbieten.
Folgende haben geantwortet, dass sie die Verwendung erlauben:
Fluglinie
Land
Aeromexico
Arkia Israeli Airlines
Mexiko
Israel
Delta Airlines
Estonian Air
USA
Estland
EasyJet (Stand: 2004; Bordmagazin)
Deutschland
Falcon Air
Schweden
Icelandair
Qantas Airways
Island
Australien
SAS Scandinavian Airlines
US Airways
Schweden
USA
Folgende Fluggesellschaften haben geantwortet, dass sie die Verwendung nicht erlauben:
Fluglinie
Land
Aero Lloyd
Deutschland
Air New Zealand
Neuseeland
Air Transat
Kanada
Air Mauritius
Mauritius
Asiana
Südkorea
Austrian Airlines
Österreich
Continental Airlines
USA
Croatia Airlines
Kroatien
Deutsche Lufthansa
Deutschland
Edelweiss Air
Schweiz
Emirates Airways
Vereinigte Arabische Emirate
Hapag-Lloyd
Deutschland
Horizon Air
USA
KLM
Niederlande
Luxair
Luxemburg
United Airlines
USA
Virgin Atlantic
Grossbritannien
Wideroe
Norwegen
AK, 14.05.2016
Seite 105
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Stand der Listen ist: 01.07.2003
Zum Schluss
Herzlichen Dank an alle Vertreter der Fluggesellschaften, die sich wirklich die Mühe gemacht haben, eine fundierte und
verlässliche Antwort zu geben. Und eine Mahnung an alle, die garnicht geantwortet haben und vor allem and die, die nur der
Bequemlichkeit halber mit Nein geantwortet haben. Diese möchten doch bitte Ihren Kundenservice etwas ernster nehmen.
Alle Angaben sind selbstverständlich ohne Gewähr und ich übernehme wie bei allen Informationen auf www.kowoma.de weder
irgendwelche Garantien noch Haftungen dafür.
Software
Software für den PC
Softtraxx
Softtraxx (hier Version 1.7) ist eines der wenigen deutschsprachigen nicht kommerziellen Programme zum Thema GPS.
Hauptanwendung ist Austausche von Wegpunkten, Routen und Tracks zwischen PC und Garmin-GPS. Mehr...
G7ToWin
G7ToWin dient in erster Linie dazu, Wegpunkte, Routen und Tracks zwischen GPS-Geräten (Garmin, Magellan, Lorance/Eagle)
und dem PC auszutauschen. Mehr...
VisualGPS
Visual GPS von Apollocom ist ein Freeware-Programm zur Auswertung von NMEA0183 Datensätzen, die heute nahezu jedes
GPS-Gerät ausgeben kann. Mehr...
GPS 2.4
GPS 2.4 von Varol Okan bietet die Möglichkeit sich die Positionen und Umlaufbahnen der GPS-Satelliten anschaulich vor Augen
zu führen. Mehr...
Software für den Palm
CetusGPS
GPS-Program für den Palm. Wer den normalen gelben eTrex kennt, dem werden sehr viele der Möglichkeiten bekannt
vorkommen. Beeinhaltet die wesentlichen Funktionen die ein GPS-Gerät können muss. Deshalb vor allem interessant für Leute
mit einem Palm-Aufsteck-GPS. Mehr...
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Softtraxx von gps24.de
Softtraxx (hier Version 1.7) ist eines der wenigen deutschsprachigen nicht kommerziellen Programme zum Thema GPS. Die
momentane Hauptanwendung ist sicherlich die Übertragung von Routen, Wegpunkten und Tracks zwischen PC und GPS.
Unterstützt werden Garmin GPS-Geräte der etrex-Serie, der eMap, die GPS 70er Serie (72 und 76) und der GPSMap176.
Das Programm speichert die Wegpunktdaten in einem leicht auch von anderen Programmen handhabbaren Klartext-Format
und bietet einige aussergewöhnliche Bearbeitungs- und Visualisierungsmöglichkeiten für die Daten.
Eine weitere wichtige Funktionalität ist die Konvertierung von Routendaten gängiger Routenplaner (Map&Guide, MarcoPolo,
Motorrad Routenplaner) ins Garmin-eigene Datenformat, um dann die in diesen Programmen erstellten Routen auf den GPS
laden zu können.
Startbildschirm von softtraxx
Das Erste was man nach der Installation und dem Start von Softtraxx tun sollte, ist unter der Rubrik "Pfadangaben" einen
sinnvollen Pfad für die eigenen Wegpunkte auszuwählen. Tut man das nicht, findet man nach dem ersten Herunterladen seiner
Wegpunkte vom GPS diese im Hauptverzeichnis von C wieder.
Hat man dann also Wegpunkte, Tracks und Routen heruntergeladen, so werden diese im rechten Teil des Programmfensters
(das leider nicht frei skaliert werden kann) angezeigt. Tracks werden in rot, Routen in blau und Wegpunkte in grün dargestellt.
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Die Benennung der Wegpunkte und Routen ist frei und praktischerweise unabhängig vom Wegpunktnamen im GPS. Beides darf
nach Belieben geändert werden. Diese Funktion erreicht man durch Klick mit der rechten Maustaste auf einen Wegpunkt. Was
dabei leider nicht geändert werden kann sind die Koordinaten der Wegpunkte.
Erstellen und Ändern von Routen in softtraxx
Über das Menü der rechten Maustaste erreicht man auch die Funktion zum Erstellen bzw. Ändern von Routen. Hier lassen sich
sehr komfortabel aus den vorhandenen Wegpunkten neue Routen zusammenbauen oder bestehende Routen ändern. Es können
Wegpunkte an die Route angehängt oder in die Route eingefügt werden und die Reihenfolge kann beliebig verändert werden.
Die Gesamtentfernung wird ebenfalls angezeigt.
Tracks, Routen und Wegpunkte können in eine "Karte" eingezeichnet werden. Bisher kann der Karte keine Bitmap hinterlegt
werden, sondern besteht nur aus grauem Hintergrund. Es ist aber eine Möglichkeit zur Darstellung von digitalisiertem
Kartenmaterial geplant. Zusätzlich können beliebige Wegpunkte mit der Funktion "in Trackumgebung zeichnen" in eine
Trackdarstellung mit eingezeichnet werden. Die Karte lässt sich zoomen: Durch Aufziehen eines Rahmens von links oben nach
rechts unten kann man hineinzoomen, durch Aufziehen eines Rahmens von rechts unten nach links oben wird vollständig
herausgezoomt. Warum diese Zoom-out Funktion nicht durch einen einfachen Doppelklick auf die Karte gelöste wurde, der
dann vielleicht jeweils die letzte Stufe zurückzoomt, bleibt wohl Geheimnis der Entwickler. Auch wird der Kartenausschnitt
nicht immer korrekt dargestellt. Man darf aber nicht vergessen, dass das Programm noch in der Entwicklung ist.
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Kartenansicht von softtraxx
Eine sonst sehr selten anzutreffende Funktion ist die Möglichkeit, das Höhenprofil eines Tracks anzuzeigen. Besitzer von GPSGeräten mit Höhenmesser kennen die Ansicht vom GPS-Bildschirm, häufig wünscht man sich jedoch, dass man das Höhenprofil
beispielsweise einer Wanderung zuhause dann auch ausdrucken kann. Hier bietet softtraxx die Möglichkeit, die Höhe sowohl
gegen die Zeit als auch gegen den Weg darzustellen und natürlich auch auszudrucken.
Die Grafikdarstellung aller Ansichten lässt sich in einem eigenen Menü sehr detailliert konfigurieren.
Zeichnen und Drucken eines Höhenpofils in softtraxx
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Die Funktionen in Bezug auf Datenübertragung zu Routenplaner-Software konnte ich nicht überprüfen, da ich keine
entsprechende Routenplanersoftware habe, aber es ist durchaus anzunehmen, dass das Übertragen von dort erstellten Routen
reibungslos funktioniert.
Fazit
Softtraxx ist eines der wenigen kostenlosen deutschsprachigen Programme zur Verarbeitung von Garmin-GPS-Daten. Da es
neben einer soliden Wegpunkte-Verwaltung ein paar wirkliche Besonderheiten wie die Umwandlung von Routenplaner-Routen
in Garmin-GPS Routen bietet und eine gute Darstellung von aufgezeichneten Tracks und Höhenprofilen mitbringt, ist es absolut
empfehlenswert. Wer zudem noch nach einem deutschsprachigen Programm sucht, sollte mit dem Download der 1,5 MB nicht
länger warten.
Es bleibt zu wünschen, dass das Programm auch weiterentwickelt wird und bald zusätzliche Funktionen enthält, wie sie bereits
auf der Internet-Seite gezeigt werden. Hoffentlich bleibt das Programm auch dann noch kostenlos.
Auf der Download-Seite des Programms gibt es noch eine kurze Anleitung zum Download im Word-Format, auf das man
durchaus einen kurzen Blick werfen sollte.
Zur Seite von Softtraxx bei gps24.de
G7ToWin von Ron Henderson
G7ToWin (hier Version A.00.173) dient in erster Linie dazu, Wegpunkte, Routen und Tracks zwischen GPS-Geräten und dem PC
auszutauschen. Es gibt auch Versionen für PocketPCs. Unterstützt werden GPS-Empfänger von Garmin, Magellan und
Lowrance/Eagle jeweils mit ein paar Ausnahmen. Es wird sowohl die serielle Schnittstelle (COM1-16) als auch die USBSchnittstelle (neuere Garmin) unterstützt.
Bei bestimmten Geräten gibt es die Möglichkeit die Bildschirmanzeige oder die Almanachdaten des GPS herunterzuladen. Bei
Lowrance/Eagle Geräten lassen sich auch "Events" zwischen Computer und GPS austauschen.
Die Wegpunkte, Routen und Tracks können mit G7ToWin editiert nd in verschiedenen Dateiformaten abgespeichert werden
(z.B. OziExplorer, StreetAtlas, Fugawi,Maptech).
Das Programm ist Freeware und leider
im Moment nur in englisch verfügbar.
Das Programm braucht nicht installiert
zu werden, sondern ist nach dem
Auspacken des ZIP-Files sofort startklar.
Das Programm zeigt sich beim Start recht
unspektakular, was einen nicht
erschrecken sollte.
Startbildschirm von G7ToWin
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Das Erste, was man nach dem Start tun sollte ist, die
entsprechenden Daten für seinen GPS-Empfänger unter FileConfiguration einzutragen. Dabei ist das Wichtigste, unter
General den richtigen GPS und die Schnittstelle an dem das Gerät
angeschlossen ist, auszuwählen. Andere Einstellungen, wie dass
die Entfernung in km angezeigt wird usw. sind mehr
kosmetischer Natur. Unter dem Reiter "Icon Property" kann man
nun noch die zum eigenen GPS-Gerät passenden Icons für die
Wegpunkte auswählen. Die anderen Reiter dienen zur
Konfiguration bei Datenaustausch mit dem Programm
StreetAtlas. Nach dem Speichern der Konfiguration (Save
Configuration) weiss G7ToWin auch beim nächsten Start noch
von diesen Einstellungen.
Konfiguration von G7ToWin
Die am häufigsten genutzte Funktion ist
sicherlich
der
Austausch
von
Wegpunkten, Routen und Tracks mit
dem GPS. Weiterhin gibt es je nach GPSGerät noch ein paar zusätzliche Befehle
wie Anzeige der Batteriespannung des
GPS, Uhrzeit, Aktuelle Position, löschen
von Wegpunkten, Anzeigen des GPSDatenaustausch zwischen GPS und G7ToWin
Bildschirminhalts usw.
Die heruntergeladenen Wegpunkte und
Daten können anschliessend editiert und gespeichert werden und bei Bedarf wieder an das GPS übertragen werden.
Alles in allem ein prima Programm für alle, die Ihre Wegpunkte nicht mit meist teurer Software des GPS-Herstellers verwalten
wollen oder können oder Wegpunkte in ein anderes Format konvertieren wollen. Es ist auch das einzige mir bekannte
Programm zum Erstellen von "Screenshots" von GPS-Bildschirmen. Wer sich nicht davor scheut, dass das Programm nur
englisch ist (es hat ja nicht viel Text), sollte unbedingt mal einen Blick darauf werfen.
Visual GPS (hier in Version 3.33) von Apollocom ist ein Freeware-Programm zur Auswertung von NMEA0183 Datensätzen, die
heute nahezu jedes GPS-Gerät ausgeben kann. Es erlaubt die Anzeige, Auswertung und Aufzeichnung dieser Datensätze. Die
interessanteste Funktion ist sicherlich das Aufzeichnen und Auswerten von Messungen über einen längeren Zeitraum. Dadurch
ist es möglich über die Mittelwertbildung vieler Positionsbestimmungen eine Position sehr exakt zu bestimmen.
Das Program erlaubt auch die Berücksichtigung der HDOP/VDOP Werte (Güte der Positionsgenauigkeit) bei der
Mittelwertbildung. Weiterhin sehr interessant ist die grafische Anzeige der Satelliten und deren zurückgelegten Bahnen. Dies
erlaubt auch die grafische Darstellung einer eventuellen teilweisen Abschattung der Antenne durch beispielsweise hohe Häuser.
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Oberfläche von VisualGPS
Zur Homepage von VisualGPS
GPS V2.4 von Varol Okan
GPS V2.4 ist ein Programm zur Visualisierung der Umlaufbahnen von Satelliten. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf die
GPS Satelliten gelegt, das Programm kann aber auch andere Satellitendaten verarbeiten. Das Programm ist im Rahmen einer
Diplomarbeit an der Fachhochschule Dieburg 1996 geschrieben, ist kostenlos und wird erfreulicherweise noch immer
weitergeflegt. Das Programm ist zweisprachig deutsch und englisch.
Standardansicht des Programms mit vier Fenster mit Weltkarte 3D-Ansicht und "Skyview"
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Es erlaubt die Berechnung und Anzeige der Satellitenbahnen und -positionen in einer 3D Ansicht von aussen auf die Erde, auf
einer Karte der Erde und die Position der Satelliten am Himmel aus Sicht eines Benutzers oder in einer Ansicht, wie es GPSGeräte auf Ihren Satellitenseiten tun. Die 3D-Grafiken sind frei dreh- und zoombar und werden sehr schön dargestellt, wobei
alle anzeigenoptionen konfiguriert werden können.
In den verschiedenen Ansichten können die Bahnen selbst, die "Footprints" also die Position des Satellits über der Erde und die
Abdeckungsflächen der Signale angezeigt werden. Die Ansicht der Erde erlaubt zahlreiche Texturen, von
Landesgrenzendarstellung über Tag/Nacht-Ansicht. Es lassen sich sogar die aktuellen Wolkenbilder der Wettersatelliten
überlagern, die einfach im Internet abgerufen werden können.
Programmfenster mit Weltkarte mit überlagerter aktueller Wolkenkarte, den Positionen von Sonne und Mond sowie den Bahnen von 2 GPSSatelliten.
Das Programm berechnet die Positionen, die Azimuthe und Elevationen der Satelliten, die Bahnhöhe usw. Weiterhin können
auch Position von Sonne und Mond dargestellt werden.
Über eine Zeitrafferfunktion lassen sich die Bewegungen der Satelliten sehr anschaulich vor Augen führen. Es kann auch der
aktuelle "GPS-Satellitenhimmel" für jeden Ort der Erde abgefragt werden, wobei die immer aktuellen Bahndaten auf
Knopfdruck aus dem Internet geladen werden können.
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Programmfenster mit Weltkarte mit überlagerter aktueller Wolkenkarte, den Positionen von Sonne und Mond sowie den Bahnen von 2 GPSSatelliten.
Das Programm erfordert ein wenig "Einarbeitungszeit" bis man das System der Fenster und den Einfluss der aktuell
ausgewählten Ansicht auf das Menü und umgekehrt verstanden hat, bietet aber dafür eine Fülle frei auswählbarer Optionen.
Der Download ist mit über 13 MB nicht ganz ohne, aber im Zeitalter der schnellen Internetverbindungen noch verträglich. Das
Programm braucht nicht installiert zu werden sondern kann nach dem Auspacken des ZIP-Archivs einfach über die GPS.EXE
gestartet werden.
Hier geht es zur Homepage des Autors (dort klicken auf Satellite Tracking GPS).
CetusGPS von Kjeld Jensen
CetusGPS (hier in Version 1.1b11) dient im wesentlichen dazu, die Funktionen, die ein normales GPS-Gerät hat und haben sollte
auf dem Palm zur Verfügung zu stellen. Wer ein vollwertiges GPS-Gerät sein eigen nennt, hat eigentlich nicht sehr viel von
CetusGPS. Mit einer Ausnahme: Es ermöglicht eine Mittelwertbildung beim Speichern einzelner Positionen. Wer also einen
Garmin GPS hat (die keine Mittelwertbildung unterstützen), und ohne PC oder langwierigem Ausrechnen von Hand eine sehr
genaue Positionsbestimmung erreichen will, kann über einen langen Zeitraum (So lange die Batterien des GPS und Palm
mitspielen) die Position mitteln.
Ansonsten ist das Programm vor allem sehr interessant für Besitzer von am Palm aufsteckbaren GPS-Geräten ohne eigenes
Display. Hier bleiben wenig Wünsche offen. Es sind alle üblichen Funktionen wie das Speichern von Wegpunkten, ein
Navigationsbildschirm mit Anzeige von Richtung, Geschwindigkeit Höhe usw. eine Himmelansicht mit den Satellitenpositionen
und der Möglichkeit zur Aufzeichnung von Tracks vorhanden. Die Wegpunkte und Tracks können das auf den PC geladen
werden und dort mit dem Programm GPS TrackData verarbeitet werden.
AK, 14.05.2016
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links: Navigationsbildschirm
mitte: Speichern von Wegpunkten
rechts: Satellitenansicht
Aufzeichnen von Tracks
Gerätetests
Auf den folgenden Seiten werden Tests einzelner Geräte vorgestellt. Wer ein Gerät zum Test zur Verfügung stellen möchte oder
selbst einen Test geschrieben hat, der soll sich doch einfach melden.
Garmin Forerunner 301
Ein GPS mit Herzfrequenzanzeige. Als eierlegende Wollmilchsau die ultimative
Trainigsunterstützung? Aufzeichnen von Strecke, Geschwindigkeit und Puls beim Joggen,
Radfahren und anderen "Outdoor"-Sportarten? Erstellen und Durchziehen von komplexen
Trainingsprogrammen? Der Garmin Forerunner 301 soll dem Sportler alle Informationen und
Unterstützung geben, die er für ein erfolgreiches Training und zur Wettkampfvorbereitung
benötigt. Was das Gerät neues kann, steht hier...
Garmin Forerunner 301
(Quelle: Garmin)
Garmin Forerunner 201
AK, 14.05.2016
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Aufzeichnen von Strecke und Geschwindigkeit beim Joggen und Inline-Skaten?
Laufen gegen einen virtuellen Partner? Der Garmin Forerunner 201 soll dem
Sportler als Trainingsassistenten zur Seite stehen. Was das Gerät kann, steht hier...
Garmin Forerunner 201
(Bild: Garmin)
Akkulader im Test - Conrad AT-3 und Ansmann Digispeed 4
Wer seinen GPS immer dabei hat weiss es nur zu gut: Batterien
sind teuer und man braucht im Laufe der Zeit eine ganze Menge
davon.
Akkus
sind
eine
Alternative
um
zumindest
für
Tagesausflüge genügend "Saft" dabei zu haben. Womit man sie
zuhause - oder sogar schon unterwegs - wieder laden sollte, steht
hier...
Akku Ladegeräte von Ansmann und Conrad (Bild: Ansmann; Conrad)
CarKit für GPSmap60CS mit Mapsource CitySelect
Wer auf den neuen Garmin GPS Handhelds GPSmap60C und GPSmap60CS
wirklich die Autorouting-Fähigkeiten ausnutzen will kommt um das CarKit mit
CitySelect-karten von ganz Europa nicht herum. Wie das funktioniert und ob die
60er GPS sogar ein Autonavigationssystem zu ersetzen vermögen, lesen sie hier...
CarKit zum GPSmap60C(S)
(Bild: Garmin)
Garmin GPS und Fahrradhalterungen
AK, 14.05.2016
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Ein echter GPSler hat seinen GPS immer dabei. Auch auf dem
Fahrrad und da braucht er natürlich eine entsprechende
Halterung.
Was
es
da
alles
gibt,
finden
Sie
hier...
Garmin etrex in Softcase-Halterung von gps24
Garmin GPSmap60CS
Ganz neu (Anfang 2004) gibt es von Garmin zwei neue Handheld-GPS (die CS Version hat
gegenüber der C-Version noch elektronischen Kompass und Barometer) mit einigen bisher noch
nicht dagewesenen Funktionen. Die Geräte unterstützen als erste Handgeräte Autorouting, haben
ein Farbdisplay, sind mit 56 MB Speicher und einem schnelleren Prozessor auch für detailierte
Karten gerüstet und sollen trotzdem auch noch eine lange Batterielaufzeit haben. Was an all diesen
Versprechungen wirklich dran ist, wird im ausführlichen Test zum GPSmap60CS geklärt. Mehr...
GPSmap60CS (Bild: Garmin)
Garmin GPS72
Neben den etrex und den gekos erfreut sich der GPS72 recht großer Beliebtheit unter den GPSBegeisterten. Kein Wunder, ist es doch ein recht günstiges Gerät mit großem Funktionsumfang. Das alles
ist
Grund
genug,
ihn
einmal
etwas
genauer
unter
die
Lupe
zu
nehmen.
Mehr...
GPS72 (Bild: Garmin)
etrex Vista vs. GPSmap 76S
Ralf Schönfeld hat einen sehr ausführlichen Vergleichstest zwischen den beiden Garmin-Geräten etrex Vista und GPSmap 76S
durchgeführt. Wer sich für eines der beiden Geräte interessiert, sollte den Test unbedingt gelesen haben.
Zum Vergleichstest...
AK, 14.05.2016
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etrex Summit vs. GPS 12
Ebenfalls auf den Seiten von Ralf Schönfeld befindet sich ein Vergleichstest zwischen dem eTrex Summit und Garmin GPS 12.
Zum Vergleichstest...
geko 201
Der Garmin geko 201 bietet alles, was der Einsteiger in die Welt der
GPS-Navigation benötigt. Mit einem grösseren Funktionsumfang als der
kleine gelbe etrex aber merklich kleineren äusseren Dimensionen und
dem akzeptablen Preis ein rundum empfehlenswertes Gerät. Mehr...
Garmin Geko 201 GPS mit echtem Gecko
Geocaching
Worum geht es?
Geocaching (Cache = geheimes Versteck) ist eine Art Schatzsuchen oder Schnitzeljagd. Es geht darum, nur mit Kenntnis der
geographischen Koordinaten eines Verstecks (und natürlich eines GPS-Gerätes), dieses zu finden. Es soll auch Leute geben, die
die Verstecke nur mit Hilfe der Koordinaten und Landkarten suchen (und wohl auch finden).
Nun scheint es vielleicht auf den ersten Blick keine allzu schwere Aufgabe zu sein, wenn man die Genauigkeit bedenkt, die
mittlerweile von handelsüblichen GPS-Geräten erreicht wird. Und tatsächlich sind die meisten Caches überhaupt nicht schwer
zu finden, wenn man sie erst einmal hat. Bei der Suche eines Cache kennt man jedoch beispielsweise das vor einem liegende
Gelände nicht. Auch wenn sich schliesslich herausstellt, dass der Cache direkt an einem Weg lag, kann man sich vorher trotzdem
einige hundert Meter quer durchs Unterholz dorthin gekämpft haben. Meist weiss man auch nicht genau, wie der Cache
versteckt ist. Wenn man schliesslich in einem Umkreis von 20 Metern vom angegebenen Punkt jeden Stein umdreht und um
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Bäume schleicht, wird klar, dass auch Positionsgenauigkeiten von unter 20 Metern nicht bedeuten, dass man an die
entsprechenden Punkte nur hinlaufen muss.
Was gibt es denn zu finden?
Die Caches (manchmal auch mit Stash = Stapel) bezeichnet, sind meist irgendwelche Kühl- oder Frischhalteboxen oder irgend
ein anderes wasserdichtes Gebinde. Dort hinein gibt der Verstecker ein Logbuch, etwas zum Schreiben und nach Belieben kleine
Schätze (häufig sind es nur Plastikfiguren, manchmal auch CDs, Laserpointer, Schlüsselanhänger, Taschenmesser usw.)
Manchmal befinden sich auch "Travelbugs" in den Verstecken, doch dazu später.
Einen Cache suchen
Wenn man selbst einen Cache suchen will, schaut man einfach auf www.geocaching.com (englisch) oder der jüngeren Seite
www.navicache.com (englisch), was es denn für Caches in der Zielgegend gibt. Hier als Beispiel unser Cache bei Basel. Praktisch
ist hier die Möglichkeit einen Ort oder Koordinaten anzugeben und sich dann Caches im Umkreis anzeigen zu lassen. Eigentlich
sollte man mittlerweile fast überall einen Geocache in maximal 50 Kilometern Entfernung finden können, da es über 30000
Caches in fast 150 Ländern (Oktober 2002) gibt. Hat man sich einen Cache ausgewählt, den man suchen möchte, sollte man sich
zumindest die Koordinaten notieren oder gleich ins GPS-Gerät übertragen. Vielleicht will man noch die Seite mit den Hinweisen
ausdrucken, für alle Fälle. Auch kann es manchmal nützlich sein (vor allem, um Frustrationen am Anfang zu vermeiden), die
letzten Logbuch-Einträge des Caches durchzulesen. Meist finden sich dort glücklicherweise keine Hinweise, die den Spass am
suchen verderben könnten, aber ein Cache, der schon von den letzten drei Besuchern absolut nicht gefunden werden konnte, ist
entweder sehr schwierig oder nicht mehr da.
Nachdem man vielleicht noch etwas nettes als Schatz eingepackt hat, kann man sich auf den Weg machen und den Cache
suchen. Wer im Umgang mit dem GPS etwas geübt ist, sollte keine Probleme haben. Anfänger möchten vielleicht zuerst auf
einer grossen Wiese üben, und suchen ein Stück Holz, das sie am Tag vorher - nicht fünf Minuten vorher, das ist zu leicht, da
sich die echte GPS-(Un)Genauigkeit nicht so schnell zeigt - "versteckt" haben. Dabei merkt man dann, wie schwierig es ist, die
letzten 20 - 30 Meter zu einem Zielpunkt nach GPS zu gehen.
Wenn man nun seinen ersten Cache gefunden hat, sollte man sich ins (hoffentlich) beiliegende Logbuch eintragen. Und man
darf etwas vom Schatz herausnehmen und etwas anderes hineinlegen. Man hat also vielleicht gerade die neueste Musik-CD
gegen ein kleines Schweizer Taschenmesser (sehr beliebt und immer gleich wieder weg) getauscht. Man sollte auch darauf
achten, den Cache wieder gut zu verschliessen und sorgfältig so und genau dort zu verstecken, wie es vom Verstecker vorgesehen
ist.
Wieder zuhause angekommen sollte man auf geocaching.com oder navicache.com seinen Besuch wie eintragen. Jeder Besitzer
eines Cache freut sich riesig über diese Einträge und ist auch über Hinweise zum Zustand des Cache und Verstecks
(Wassereinbruch?) dankbar.
Selbst einen Schatz verstecken
Nachdem man beim Suchen auf den Geschmack gekommen ist, möchte man vielleicht selbst einen Cache verstecken. Zu einem
Cache gehört, wie oben bereits erwähnt, ein wasserdichter Behälter, ein Logbuch, etwas zum Schreiben (Bleistifte sind
vorteilhaft, weil sie weder einfrieren noch austrocknen noch auslaufen können) und ein Schatz.
AK, 14.05.2016
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Es ist empfehlenswert, dem Cache oder dem Logbuch einen Hinweis beizulegen,
was das ganze soll, damit ein eventueller rein zufälliger Finder auch weiss, was er
vor sich hat. Wie dieser Hinweis aussehen kann, lässt sich auf den oben genannten
Geocache Seiten nachlesen, oder man kann auch einfach unsere Vorlage für
www.geocaching.com Caches verwenden (pdf-File). Die Box wird nun an einem
sicheren Ort versteckt und die möglichst genauen Koordinaten dieses Ortes notiert.
Hierbei sollte auf guten Satellitenempfang, gute Satelliten-Geometrie und vor allem
Ausgepackter Geocache
die richtigen Einstellungen des GPS (Koordinatensystem WGS84) geachtet werden.
Wer einen GPS mit Möglichkeit der Mittelwertbildung über eine bestimmte Zeit
(averaging) besitzt, sollte diese verwenden. Weiterhin versteht sich von selbst, dass der Cache nicht ungefragt im Vorgarten des
Nachbarn deponiert werden darf. "Sicherer Ort" ist manchmal sehr relativ. Man glaubt kaum, wozu die Natur, Tiere, spielende
Kinder usw. fähig sind. Der Platz für einen Cache sollte also gewissenhaft ausgewählt werden, wenn man den Cache nicht bald
wieder "verlieren" möchte.
Wie erfahren die anderen von meinem Cache?
Wenn man nun also seinen Schatz versteckt hat, müssen natürlich andere Leute davon erfahren. Man kann unter
www.geocaching.com (englisch) nun ein Internet-Logbuch für seinen neuen Cache anlegen und die Koordinaten, ergänzende
Texte und vielleicht auch Bilder dazu ablegen. Man kann seinen Cache auch zusätzlich auf der jüngeren Seite
www.navicache.com (englisch) eintragen, damit möglichst viele Leute davon erfahren. Daraus ergibt sich allerdings die Gefahr
der Verwirrung, da ja Logbuch-Einträge auf der einen Seite nicht auch auf der anderen Seite erscheinen und somit die
angezeigten Informationen nicht zwingend aktuell sind. Wir persönlich halten es für ungünstig, dass es jetzt zwei Geocaching
Seiten gibt, aber was solls.
Unter www.geocaching.de gibt es zu beiden Seiten eine etwas ausführlichere Erklärung und Hilfestellung für alle, die sich auf
den englischen Seiten nicht so gut zurecht finden. Von da ab heisst es warten, bis sich die ersten Besucher melden und ab und an
sollte der Cache vom Besitzer besucht werden, um nach dem Rechten zu sehen. Für die Schweizer Caches und Geocacher
exisitert hier eine Info-Seite.
Und wer auf deutsch über und rund um Geocaches diskutieren möchte, der sollte unbedingt hier mal vorbeischauen.
Travelbugs
Travelbugs sind "Reisekäfer". Eigentlich handelt es sich dabei nur um
Metallplättchen, die durch eine eindeutige Nummer identifiziert werden können.
Sie sehen aus wie die altbekannten "Hundemarken" beim Militär und funktionieren
auch so ähnlich. Travelbugs gibt es bisher nur bei www.geocaching.com und können
auch nur dort bzw. beim europäischen Vertriebspartner (englisch) bestellt werden.
In der Schweiz gibt es jetzt hier einen offiziellen Vertrieb des geocaching-Zubehörs.
Wenn man nun einen Travelbug hat, wird dieser auf der geocaching-Seite aktiviert
und man kann ihn entweder so wie er ist verwenden. Oder, was netter ist, man
verbindet ihn mit einem Stofftier oder irgendetwas, gibt ihm einen schönen Namen
Travelbug
und vielleicht noch einen Auftrag. Eine Übersicht, was da so alles unterwegs ist,
findet man hier. Dieser Auftrag kann beispielsweise darin bestehen, ein bestimmtes
Land zu erreichen, hier kann jeder seiner Fantasie freien Lauf lassen. Wenn der Travelbug bereit ist für sein Reise, bringt man
ihn einfach zu einem Geocache, gibt auf der Internetseite an, dass der Travelbug jetzt dort ist, und wartet, dass er gefunden wird.
Von nun an kann der Travelbug von Cache zu Cache reisen und Dinge erleben.
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Jeder, der den Travelbug findet und weiterbewegt, trägt dies im Internet ein und man kann jederzeit erkennen, wo sich der
Travelbug gerade befindet und welchen Weg er genommen hat. Als Beispiel wieder einen unserer Travelbugs. Auf jeden Fall ist
es wichtig, nicht nur auf der Seite des Cache sondern auch auf der Seite des Travelbugs einzutragen, was mit dem Travelbug
passiert, also wer ihn genommen hat oder in welchen Cache er gesetzt wurde. Nächeres dazu hier (englisch).
Bei den Travelbugs ergeben sich auch potenziell Probleme mit der zweiten Geocaching Seite. Wenn ein Travelbug in einem
Cache landet, der nur dort gelistet ist, scheint er verloren, da er zwar aus dem einen Cache entfernt, aber im Neuen nicht wieder
eingetragen werden kann. Irgendwann wird ihn aber vermutlich wieder jemand finden und in einen Cache legen, der zu
geocaching.com gehört und dann ist die Welt für den Travelbug wieder in Ordnung.
Links zum Thema:
www.geocaching.com - Erfinder des Geocachings (englisch)
www.navicache.com - Eine andere Geocaching-Seite (englisch)
www.swissgeocache.ch - Schweizer Geocaching-Seite
www.geocaching.de - Deutsche Einstiegsseite ins Geocaching
www.geocache-forum.de - Diskussionsforum zum Theam Geocaching
Degree Confluence Project
Was ist das?
"Degree Confluence Points" also Zusammenflusspunkte von Graden meint geografische Punkte an denen sich ganzzahlige
Längen- und Breitengrade schneiden. Dies kann z.B. sein: N 48° 0.000' Breite und E 10° 0.000' Länge. Auf deutsch sagt man
wohl am besten einfach Konfluenzpunkte dazu.
Wie kommt man auf sowas?
Im Jahr 1996 hat Alex Jarrett das Projekt gestartet, da ihm die Idee gefiel, Orte zu besuchen, die durch eine runde Zahl
repräsentiert werden. Er wollte wissen, wie es dort aussieht. Die Frage war auch, ob vor ihm schon andere Leute diese Punkte als
besonders empfunden hatten. Zudem hatte er sich von einem Freund dazu überreden lassen, ein GPS-Gerät zu kaufen und
musste damit jetzt irgendetwas unternehmen. So hat er selbst zahlreiche Konfluenzpunkte besucht und auf seiner Webseite
darüber berichtet. Irgendwann begannen dann andere Leute ebenfalls diese Punkte zu besuchen und das ganze wurde immer
umfangreicher... Zu finden ist das Projekt jetzt unter www.confluence.org.
Was ist das Ziel?
Das Ziel ist so einfach wie umfangreich: Alle Konfluenzpunkte auf der Erde zu besuchen. Und es gibt viele davon: Da es für jeden
der 181 ganzzahligen Breitengrad (der Äquator bei 0° und 1° bis 90° nördlich sowie 1° bis 90° südlich) 360 ganzzahlige
Längegrade (0°, 180° sowie 1° bis 179° westlich und 1° bis 179° östlich) gibt, errechnen sich daraus 65160 Punkte. Abziehen
müssen wir noch 2x 359 Punkte, da sich an den Polen ja alle 360 Längengrade in einem Punkt befinden und es bleiben 64442
Punkte. Da in Richtung der Pole der Abstand zwischen den Punkten stark abnimmt, werden dort einige ausgelassen bzw. nur als
sekundäre Konfluenzpunkte angesehen. Während am Äquator der Abstand zwischen zwei Längengraden noch etwa 111 km
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beträgt und es in unseren mittleren Breiten (45° bis 50°) noch etwa 75 km sind, liegen bei 85 ° die Längengrade nur noch knapp
10 km auseinander.
Ab 49 ° nördlich bzw. südlich wird jeder dritte Punkt weggelassen. Nämlich dann, wenn der Rest beim Teilen des Längengrads
durch 3 den Wert 2/3 annimmt, also die Rechenoperation Längengrad modulo 3 den Wert 2 ergibt. Dies wird in Richtung der
Pole solange durchgeführt, bis der Abstand zwischen den Punkten unter 2/3 des Abstands am Äquator beträgt. Dies ist bei 64°
der Fall und hier wird zusätzlich noch jeder Punkt weggelassen, bei dem die modulo 3 Rechnung 1 ergibt, also der Rest beim
Teilen durch 3 den Wert 1/3 ergibt. Bei 89° werden nur 10 der möglichen 360 Punkte besucht und bei 90° nur einer. Es bleiben
also 47650 Punkt übrig, von denen sich etwa 12000 auf Land befinden.
Das Ziel ist nun, möglichst alle diese Punkte zu Besuchen und zu Fotografieren. Daraus wird langsam aber sicher eine Weltkarte
mit Fotos der Konfluenzpunkte. Hier die Weltkarte und die Karte von Europa.
In Deutschland gibt es beispielsweise 32 primäre (Quadrate) und
weitere 15 sekundäre (Dreiecke) Konfluenzpunkte, die mehr oder
weniger zugänglich sind und schon mindestens einmal besucht
wurden. Da Deutschland sich zu einem großen Teil oberhalb von 49°
nördlicher Breite befindet, wird hier jeder dritte Punkt nur als
sekundärer Punkt berücksichtigt.
Konfluenzpunkte in Deutschland (Quelle: www.confluence.org)
Wie besucht man einen Konfluenzpunkt?
Das Besuchen eines Konfluenzpunktes bedarf im Grunde genommen wenig Vorbereitung. Man könnte einfach im GPS
geradzahlige Koordinaten eingeben und drauf los fahren oder laufen. Praktischer ist es jedoch, wenn man unter
www.confluence.org ein wenig nachsieht, in welchem Gebiet sich ein gewünschter Punkt befindet, damit man sich nachher nicht
unterwartet in einem See oder einem Gletscher wiederfindet. Auf der erwähnten Seite findet man zu jedem Konfluenzpunkt der
Erde eine Karte und ein wenig Angaben über die Lage. So ausgestattet kann die "Suche" nach dem Punkt losgehen. Wie beim
Geocaching klingt das Laufen zu einem im GPS eingegebenen Punkt wieder sehr einfach, wer aber schon einmal nach GPS
gelaufen bzw. gefahren ist, weiss wie mühsam es sein kann, einen Punkt querfeldein zu erreichen. Meist wird erst auf dem
Rückweg der bequeme Weg entdeckt, der praktisch genau zum Zielpunkt geführt hätte. Da die GPS-Position je nach
Empfangsqualität mehr oder weniger stark schwanken kann, sieht man Konfluenz-suchende häufig beim "Confluence Dance",
also dem hin- und herlaufen in einem etwa 25 x 25 m grossen Gebiet um den Punkt zu erwischen, an dem das GPS-Gerät Werte
mit möglichst vielen Nullen nach dem Komma anzeigt.
Hat man nun einen Konfluenzpunkt gesucht und gefunden, oder es zumindest versucht, so darf man seine Bemühungen im
Internet veröffentlichen. Zu jedem Konfluenzpunkt gibt es eine Web-Seite mit Beschreibung und Bildern. Als Beispiel ein von
uns besuchter Punkt in der Provence in Frankreich (englisch).
Weitere "Spielereien"
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GPS-Drawing
GPS-Drawing bedeutet Zeichnen mit GPS. Dabei kann man
Strecken zurücklegen, die die Umrisse von irgendwelchen
Objekten, Schriftzügen oder ähnlichem haben. Man kann auch
Beispiel einer GPS-Zeichnung (Quelle: gps-drawing; Jeremy Wood )
einfach seine Bewegungen, Fahrten, Flüge oder ähnliches
aufzeichnen und sich an den entstehenden Linien freuen. Der
Phantasie sind keine Grenzen gesetzt.
Da man aber das Gezeichnete nur auf der Track-Aufzeichnung des GPS sieht, und das erst im Nachhinein, ist die Orientierung
schwierig und das ganze muss halbwegs geplant sein, will man nicht nur einen Liniendurcheinander erzeugen.
Teilweise besonders interessant sind die Tracks überlagert auf Kartenmaterial oder dreidimensional mit Höheninformationen.
GPS-Drawing ist eine schöne Idee, leider jedoch nicht allzu verbreitet aber vielleicht wird es ja noch. Und wer weiss: So wie es
Sandburgenbaumeisterschaften gibt, gibt es vielleicht irgendwann Meisterschaften wer die schönsten GPS-Drawing Figuren
zeichnet.
Wer mehr über GPS-Drawing wissen möchte, oder Anregungen für eigene Experimente sucht, der sollte unbedingt mal hier
(englisch) vorbeischauen.
Links zum Thema:
www.gpsdrawing.com - Erfinder(?) des GPS-Zeichnens (englisch)
Interessante Seiten zum Thema
http://kanadier.gps-info.de/d-gpsundkanu.htm
GPS-Seiten von Ralf Schönfeld mit sehr vielen Informationen rund um GPS. Besonders ausführlich wird über Geräte und
Software berichtet. Sehr häufig aktualisiert und immer einen Blick wert...
http://www.gs-enduro.de/
Schonungslos umfangreiche Informationen zum Thema Navigation. Speziell der Teil über Projektionen und Karten enthält alles,
was man wissen will (vielleicht sogar noch mehr). Unbedingt vorbeischauen und ein wenig Zeit mitbringen.
http://home.wtal.de/noegs/
GPS-Seite von Thomas Hasse mit ausgezeichneter FAQ zu GPS und allen verwandten Themen basierend auf der
maus.technik.gp-Newsgroup. Ausserdem gibt es ein grosses GPS-Lexikon und ein Magazin names GPS-MAG mit vielen Artikeln
zu Themen rund um GPS.
AK, 14.05.2016
Seite 123
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GPS-Zubehör
www.gpskabel.de
Qualitativ hochwertige Kabel zur Verbindung von Palm (und Verwandten) mit Garmin GPS.
Gerätehersteller
www.garmin.com
Garmin ist der wohl führende Hersteller von GPS-Geräten für den privaten Gebrauch (englisch).
www.magellangps.com
Ein weiterer recht bekannter Hersteller für GPS-Geräte. Magellan bietet auch einen aufsteckbaren GPS-Empfänger für den Palm
an (englisch).
www.trimble.com
Ein zumindest hierzulande wenig bekannter Hersteller für GPS-Geräte. Ist eher auf Profi-Geräte zur Landvermessung
spezialisiert (englisch).
www.u-blox.com
Schweizer Hersteller von qualitativ hochwertigen GPS-Bausteinen. Eigentlich vor allem für professionelle Systementwickler
gedacht, aber durchaus auch für Bastler interessant.
www.leica-geosystems.com
Leica ist ein unter Vermessern ebenfalls sehr bekannter Hersteller, der jedoch keine Geräte für den typischen Privatgebrauch
herstellt.
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Ebenfalls eine tolle GPS-Seite mit einer Menge interessanter FAQ.
AK, 14.05.2016
Seite 124
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http://www.waypoint-gps.de eingetragen von Marion Lehmann (Link melden)
Kompetenter Versandhandel von GPS Empfängern und Software für Straßennavigation und für Anwendungen im
Outdoorbereich wie Wandern, Segeln, Motorrad- oder Fahrradfahren.
http://www.gpswandern.de eingetragen von Helmut Karger (Link melden)
Wanderseite mit Tourenbeschreibungen und Downloadmöglichkeit der entsprechenden GPS-Routen im PCX5-Format.
http://www.BIKERTECH.de eingetragen von Gunnar Mill (Link melden)
GPS Halterungen aus Kunststoff - Kleinserienfertigung. Offroadtauglich - Für Motorrad + Fahrrad + KFZ . Zubehör für GPSElektrik
http://www.GPS-Tracks.com eingetragen von Christian Steiner (Link melden)
Über 2600 Alpin- und Bike-Touren im gesamten Alpenraum mit wegkrümmungsgenauen GPS-Daten. Alle Touren auf
Satellitenkarte selektierbar und mit grafischen Overlays für elektronische Karten.
http://home.vr-web.de/~benji/ eingetragen von Thomas Peter (Link melden)
Weitere ausführliche Informationen zum Thema GPS in seinen Funktionen
http://www.planiglobe.com eingetragen von Roland Kantz (Link melden)
Geografische Karten erstellen, eigene Lokationen (lat/lon) eingeben, PostScript oder Illustrator Version downloaden.
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http://www.ifb-klotz-s.de/TrackViewer/ eingetragen von Holger Wiegleb (Link melden)
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Software-Lösung für sehbehinderte Fußgänger auf Basis von GPS-Navigation
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AK, 14.05.2016
Seite 125
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http://www.gps.gov.uk/additionalInfo/gpsSpreadsheet.asp eingetragen von Markus Hugentobler (Link melden)
Auf diesen Seiten von Ordonance Survey(GB)findet sehr gute ( in englisch)Informationen zur Koordinatentransformation inkl
einem Excelfile mit den nötigen Infos/Formeln und einem VBA-Modul mit den programmierten transformationsformeln
(Helmert)
http://www.suunto-store.de eingetragen von Thorsten Lauterbach (Link melden)
Sehr guter Onlineshop für SUUNTO Uhren. Viele GPS- und Outdooruhren mit umfangreichen Beschreibungen und Bildern.
http://www.hanshehl.de/multimedia1.htm eingetragen von Dr. Hehl Hans (Link melden)
Navigation im Merecedes-Geländewagen G 270CDI mit Comand 2.0 und viele weitere Tipps über Mercedes-Geländewagen.
http://www.sping.com/seaclear/index.htm eingetragen von Jan H. Kuhlmann (Link melden)
SeaClear ist ein PC Karten-Plotter und eine Navigations-Software (Freeware !!). An ein GPS angeschlossen, zeigt er das Schiff
auf der Karte und viele weitere Informationen im Navigationsfeld. Als Bitmaps können vom Papier eingescannte Karten genutzt
werde
AK, 14.05.2016
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http://www.semsons.com/bluetcarchar3.html eingetragen von Bootsmann (Link melden)
Garmin Bluetooth KFZ-Lader
http://www.ATLSoft.de eingetragen von Bernd Altmeier (Link melden)
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http://www.norwegen-angelforum.de eingetragen von Christian R. (Link melden)
Auch beim fischen brauch man Gps, Echolot und Kartenplotter. Deutsches Angelforum über Norwegen
http://www.macgps.com eingetragen von Fritz Wettstein (Link melden)
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und für Anwendungen im Outdoorbereich wie Wandern, Segeln, Motorrad- oder Fahrradfahren.
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AK, 14.05.2016
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