Einsteigen in GPS - Dummies

GPS steht für Global Positioning System. Ein spezieller Funkempfänger misst die Entfernung von Ihrem Standort zu Satelliten, die die Erde umkreisen und Funksignale senden. GPS kann Ihre Position überall auf der Welt bestimmen. Ziemlich cool, oder? Abgesehen vom Kauf des Empfängers ist das System für jedermann kostenlos.

Sie können einen preiswerten GPS-Empfänger kaufen, einige Batterien hineinlegen, einschalten und Presto! Ihr Standort wird auf dem Bildschirm angezeigt. Keine Karte, Kompass, Sextant oder Sonnenuhr ist erforderlich. Genau wie Magie. Es ist nicht wirklich magisch, sondern hat sich aus einigen großen praktischen Anwendungen der Wissenschaft entwickelt, die sich in den letzten 50 Jahren zusammengefunden haben.

Wie GPS funktioniert

Die Feinheiten des GPS sind in Mathematik, Physik und Technik vertieft, aber man muss kein Raketenwissenschaftler sein, um zu verstehen, wie GPS funktioniert. GPS besteht aus drei Teilen:

• Satelliten
• Bodenstationen
• Empfängern

Beobachtungssatelliten

Im GPS-Jargon ist ein Satellit das Raumsegment. Eine Konstellation von 24 GPS-Satelliten (21 betriebsbereit und 3 Ersatz) umkreist etwa 12 000 Meilen über der Erde. Die Satelliten zoomen mit rund 7 000 Meilen pro Stunde durch den Himmel. Es dauert etwa 12 Stunden, bis ein Satellit die Erde vollständig umkreist und ungefähr alle 24 Stunden genau denselben Punkt passiert. Die Satelliten sind so positioniert, dass ein GPS-Empfänger Signale von mindestens sechs der Satelliten jederzeit und an jedem Ort der Erde empfangen kann (wenn nichts die Signale behindert).

Ein Satellit hat drei wichtige Teile der Hardware:

• Computer: Dieser Bordcomputer steuert seinen Flug und andere Funktionen.
• Atomuhr: Dies hält die genaue Zeit innerhalb von drei Nanosekunden (etwa drei Milliardstel einer Sekunde).
• Funksender: Dies sendet Signale an die Erde.

GPS-Satelliten helfen Ihnen nicht nur, gefunden zu werden. Alle GPS-Satelliten seit 1980 tragen NUDET-Sensoren. Nein, das ist kein High-Tech Pornografie-Erkennungssystem. NUDET ist ein Akronym für NUclear DETonation; GPS-Satelliten verfügen über Sensoren zum Aufspüren von Kernwaffen-Explosionen, zur Beurteilung der Bedrohung durch nukleare Angriffe und zur Beurteilung von Schäden durch Kernschläge.

Die solarbetriebenen GPS-Satelliten haben eine begrenzte Lebensdauer (ca. 10 Jahre). Wenn sie versagen, werden Ersatzteile aktiviert oder neue Satelliten werden in den Orbit geschickt, um die alten Satelliten zu ersetzen. Dies gibt der Regierung eine Chance, das GPS-System aufzurüsten, indem sie Hardware mit neuen Funktionen in den Weltraum bringt.

GPS-Satelliten senden zwei Arten von Funksignalen: C / A-Code und P-Code. Coarse Acquisition (C / A-Code) ist der Signaltyp, den Consumer-GPS-Geräte empfangen. Präzisionscode (P-Code) liefert hochpräzise Positionsinformationen. P-Code ist schwer zu stören und zu spoofen. Das US-Militär ist der Hauptbenutzer von P-Code-Übertragungen und es verwendet eine verschlüsselte Form der Daten, so dass nur spezielle Empfänger auf die Information zugreifen können.

Bodenstationen abdecken

Bodenstationen sind das Kontrollsegment von GPS. Fünf unbemannte Bodenstationen auf der Erde überwachen die Satelliten. Informationen von den Stationen werden an eine Hauptkontrollstation - das Consolidated Space Operations Center (CSOC) der Schriever Air Force Base in Colorado - gesendet, wo die Daten verarbeitet werden, um die Ephemeriden und Timing-Fehler jedes Satelliten zu bestimmen.

Eine Ephemeris ist eine Liste der vorhergesagten Positionen von astronomischen Körpern wie den Planeten oder dem Mond. Ephemeriden (der Plural von Ephemeriden ) existieren seit Tausenden von Jahren wegen ihrer Bedeutung für die Himmelsnavigation. Ephemeriden werden zusammengestellt, um die Positionen der zahlreichen Satelliten zu verfolgen, die die Erde umkreisen.

Die verarbeiteten Daten werden einmal täglich mit Bodenantennen auf der ganzen Welt an die Satelliten gesendet. Dies entspricht ungefähr dem Synchronisieren eines Personal Digital Assistant (PDA) mit Ihrem PC, um sicherzustellen, dass alle Daten zwischen den beiden Geräten synchron sind. Da die Satelliten kleine eingebaute Raketen haben, kann der CSOC sie steuern, um sicherzustellen, dass sie in einer korrekten Umlaufbahn bleiben.

GPS-Empfänger

Jeder, der einen GPS-Empfänger besitzt, kann die Satellitensignale empfangen, um festzustellen, wo er sich befindet. Verbraucher können praktische GPS-Empfänger in Sportgeschäften kaufen. Sie sind einfach zu bedienen und richten sich hauptsächlich an Freizeit- und andere Anwendungen, die keine hohe Ortsgenauigkeit erfordern. Die drei großen Hersteller im Consumer-GPS-Markt sind Garmin, Magellan und Lowrance. Consumer-GPS-Empfänger sind kostengünstig, von weniger als $ 100 bis $ 400 in den USA.

Wie genau ist ein GPS-Empfänger?

Nach Angaben der Regierung und der Hersteller von GPS-Empfängern, erwarten Sie, dass Ihre GPS-Einheit innerhalb von 49 Fuß genau ist (das sind 15 Meter für Metrik-versierte Leute). Wenn Ihr GPS meldet, dass Sie sich an einem bestimmten Ort befinden, können Sie sich halbwegs sicher sein, dass Sie sich in einem Umkreis von 49 Fuß um den exakten Koordinatensatz befinden.

GPS-Empfänger sagen Ihnen, wie genau Ihre Position ist. Basierend auf der Qualität der Satellitensignale, die das Gerät empfängt, zeigt der Bildschirm die geschätzte Genauigkeit in Fuß oder Metern an. Genauigkeit hängt von

• Empfängerstandort

Hindernisse, die Satellitensignale blockieren

Obwohl GPS-Empfänger mit einer Genauigkeit von weniger als zwei Zentimetern liefern, sind sie sehr spezialisiert und teuer, erfordern viel Training und sind nicht t sehr tragbar. Ihre Genauigkeit wird mit DGPS erreicht und die gesammelten Daten werden nachbearbeitet, um Standortfehler zu reduzieren. Der durchschnittliche GPS-Benutzer benötigt diese Genauigkeit nicht.

Wolken, Regen, Schnee und Wetter reduzieren die Stärke von GPS-Signalen nicht genug, um die Genauigkeit zu verringern.Der einzige Weg, auf dem das Wetter die Signale schwächen kann, ist, wenn sich eine beträchtliche Menge von Regen oder Schnee auf der GPS-Empfängerantenne oder auf einem Baumdach eines Baums ansammelt.