GPS Positionen

2D-Positionen

Eine 2-dimensionale Positionsbestimmung, die nur die Koordinaten X (Längengrad) und Y (Breitengrad) enthält. Es wird keine Höhe berechnet. Zur Berechnung eines 2D-Fix benötigen Sie mindestens 3 sichtbare Satelliten.

2drms

Ein Maß für die Positionsgenauigkeit, das als das Doppelte des RMS des horizontalen Fehlers definiert ist. Dies entspricht in etwa dem 95%-Konfidenzintervall oder dem “Zwei-Sigma-Wert”. So wird z. B. für die GPS-Absolutpositionierung unter der Richtlinie “Selektive Verfügbarkeit” eine Genauigkeit von 100 m 2drms angegeben, was bedeutet, dass etwa 95 % der horizontalen Positionslösungen innerhalb von 100 m vom korrekten Wert liegen.

3D-Positionen

Eine 3-dimensionale Positionsbestimmung, die nur die Koordinaten X (Längengrad), Y (Breitengrad) und Z (Höhe) enthält. Zur Berechnung eines 3D-Fix benötigen Sie mindestens 4 sichtbare Satelliten.

Absolute Positionsbestimmung

Modus, bei dem eine Position mit einem einzigen Empfänger in Bezug auf ein genau definiertes Koordinatensystem bestimmt wird, in der Regel ein geozentrisches System. Wird auch als Punktortung oder Ein-Empfänger-Positionierung bezeichnet.

AGPS

AGPS ist die Abkürzung für Assisted GPS. Assisted GPS wird verwendet, um die Startzeiten von GPS-Geräten zu verkürzen. GPS kann Probleme haben, eine Verbindung herzustellen, wenn das Signal schwach ist, und in einem solchen Fall hilft Assisted GPS dabei, eine Verbindung herzustellen. Ein Beispiel für unterstütztes GPS ist das Herunterladen von Almanachdaten über das Internet, um die Zeit bis zur ersten Ortung zu verkürzen.

Almanach-Daten

GPS-Empfänger verwenden Almanachdaten, um vorherzusagen, welche Satelliten in der Nähe sind, wenn sie nach GPS-Signalen suchen. Die Almanach-Daten enthalten eine Reihe von Parametern für jeden GPS-Satelliten, mit denen sich seine ungefähre Position in der Umlaufbahn berechnen lässt. Die Verwendung von Almanachdaten spart Zeit, da der Empfänger die Suche nach Satelliten, die sich unterhalb des Horizonts befinden, überspringen kann. GPS-Satelliten enthalten Almanachdaten in den Signalen, die sie an GPS-Empfänger senden. Obwohl sich die Abweichungen in den Satellitenbahnen mit der Zeit summieren können, müssen die Almanachdaten nicht sehr genau sein, um nützlich zu sein. Daten, die vor dem letzten Ausschalten des Empfängers erfasst wurden, können noch Wochen oder Monate lang genutzt werden.

Mehrdeutigkeit

Trägerphasenmessungen können nur in Bezug auf einen Zyklus oder eine Wellenlänge der L1- oder L2-Trägerwellen vorgenommen werden, da es unmöglich ist, verschiedene Trägerzyklen zu unterscheiden (sie sind alle “Sinuswellen”, wenn man die modulierten Nachrichten und PRN-Codes außer Acht lässt). Integrierte Trägerphasenmessungen können von Empfängern durchgeführt werden, die für eine trägerphasenbasierte Positionierung vorgesehen sind.

In diesem Fall kann die Änderung des Abstands zwischen Empfänger und Satellit gemessen werden, indem die Anzahl ganzer Wellenlängen seit dem ersten Einrasten des Signals gezählt und die momentane Teilphasenmessung addiert wird. Eine solche Messung ist jedoch eine verzerrte Entfernungsmessung, da die anfängliche Anzahl ganzer (ganzzahliger) Wellenlängen in der Empfänger-Satelliten-Entfernung unbekannt ist. Dieser unbekannte Wert wird als “Ambiguität” bezeichnet.

Sie ist für die verschiedenen Satelliten unterschiedlich und für die L1- und L2-Messungen unterschiedlich. Sie ist jedoch eine Konstante, wenn die Signalverfolgung während einer Beobachtungssitzung ununterbrochen fortgesetzt wird. Bei einer Signalblockade kommt es zu einem “Cycle Slip”, wodurch sich die neue Mehrdeutigkeit nach dem Cycle Slip von dem Wert davor unterscheidet.

Die Reparatur des Zyklusfehlers stellt daher die Kontinuität der Trägerzykluszählung wieder her und stellt sicher, dass es für jedes Satelliten-Empfänger-Paar nur eine Mehrdeutigkeit gibt.

Auflösung der Mehrdeutigkeit

Wenn der anfängliche ganzzahlige Mehrdeutigkeitswert für jedes Satelliten-Empfänger-Paar bestimmt werden kann, dann kann die mehrdeutige integrierte Trägerphasenmessung korrigiert werden, um eine eindeutige, aber sehr präzise (Beobachtungsgenauigkeit im Millimeterbereich) Empfänger-Satelliten-Entfernungsmessung zu erhalten. Eine Lösung, bei der die korrigierten Trägerphasenbeobachtungen verwendet werden, wird als “ambiguity-fixed” oder “bias-fixed” Lösung bezeichnet.

Der mathematische Prozess oder Algorithmus zur Bestimmung des Wertes für die Mehrdeutigkeiten heißt Ambiguity Resolution. Bei den AR-Techniken wurden enorme Fortschritte erzielt, die die heutigen trägerphasenbasierten GPS-Systeme sehr effizient machen, indem sie die Länge der benötigten Beobachtungsdaten verringern (was zu den so genannten “schnellen statischen Vermessungsverfahren” führt) und es sogar ermöglichen, diesen Prozess durchzuführen, während der Empfänger selbst in Bewegung ist (bei den so genannten “fliegenden” AR-Techniken).

(In der Praxis werden der AR-Prozess und die mehrdeutigkeitsfixierten Lösungen an den doppelt differenzierten Trägerphasen-Observablen durchgeführt, nicht an den einseitigen Satelliten-Empfänger-Messungen).

Antenne

Der Teil der GPS-Empfängerhardware, der das eingehende L-Band-Signal empfängt (und manchmal verstärkt). Antennen gibt es in allen Formen und Größen, aber die meisten verwenden heutzutage so genannte “Microstrip”- oder “Patch”-Antennenelemente. Die geodätischen Antennen hingegen können einen “Drosselring” zur Abschwächung von Mehrwegsignalen verwenden.


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