Die meisten GNSS-Empfänger (Global Navigation Satellite System) bestehen aus zwei Teilen: der Antenne und der Verarbeitungseinheit oder dem Empfänger. Die Antenne ist der Ort, an dem die Satellitensignale empfangen werden, während die GNSS Empfänger macht aus den empfangenen Informationen Sinn und wandelt sie in für uns verständliche Messwerte wie Breiten- und Längengrad um.
Was ist eine Doppelantenne?
Bei Doppelantennensystemen werden sie gewöhnlich als "primäre" und "sekundäre" Antennen bezeichnet. Das abgebildete RT3000 abgebildete Gerät hat zwei GNSS-Empfänger eingebaut. Obwohl die GNSS-Empfänger die ganze Arbeit machen, beziehen sich die tatsächlichen Messungen, die sie erzeugen, auf die Position der Antennen selbst.
Dies ist wichtig, weil die Länge der Antennenkabel bedeutet, dass ein Empfänger manchmal ziemlich weit von den ausgegebenen Positionsmessungen entfernt sein kann. Bei Satellitennavigationsgeräten und alltäglichen GPS-Produkten spielt dies keine Rolle, da sie ohnehin selten eine Genauigkeit von mehr als einigen Metern erreichen.
Was sind GNSS-Segmente?
Es ist wichtig zu erkennen, dass sich die Berechnungen über Position, Geschwindigkeit und Höhe auf die Antenne selbst und nicht auf den Empfänger beziehen. Um zu verstehen, wie ein GNSS funktioniert, müssen wir das GNSS in Teile zerlegen und ein wenig über jedes einzelne verstehen. Da GPS das System ist, mit dem die Leute am besten vertraut sind, werden wir uns das einfach ansehen und es in drei Teile zerlegen:
- Das Raumsegment
- Das Kontrollsegment
- Das Benutzersegment
1) Das Raumsegment
Das Raumsegment betrifft die Satelliten in der Umlaufbahn. Im Jahr 2015 bestand die GPS-Konstellation aus 32 nicht geostationären Satelliten in mittlerer Erdumlaufbahn, wobei nicht alle Satelliten aktiv sind. Jeder Satellit umkreist einmal alle 11 Stunden, 58 Minuten und 2 Sekunden in einer durchschnittlichen Höhe von 20.200 km (das ist ein Orbitalradius von 26.571 km).
Die GPS-Satellitenkonstellation ist in sechs gleich weit voneinander entfernte Umlaufbahnen mit nicht weniger als vier Satelliten in jeder Ebene angeordnet. Diese Anordnung stellt sicher, dass von jedem beliebigen Punkt der Erde aus fast jederzeit mindestens vier Satelliten in 15° Höhe über dem Horizont zu sehen sind - obwohl es in Wirklichkeit meist mehr sind.
Was ist die Funktion des Raumsegments?
Obwohl sich die Satelliten in Alter und Design unterscheiden, bleibt ihr Funktionsprinzip dasselbe. Jeder enthält vier hochpräzise Taktgeber mit einer Grundfrequenz von 10,23 MHz, und sie senden ständig zwei Trägerwellen im L-Band aus, die mit Lichtgeschwindigkeit zur Erde zurückkehren. Diese Trägerwellen werden als L1 und L2 bezeichnet.
- Der L1-Träger hat eine Frequenz von 1575,42 MHz (10,23 MHz × 154 = 1575,42 MHz).
- Der L2-Träger hat eine Frequenz von 1227,60 MHz (10,23 MHz × 120 = 1227,60 MHz).
Die Trägerwellen sind wichtig, weil sie die Informationen vom Satelliten zurück zur Erde bringen, und es sind diese Informationen, die es unserem Empfänger ermöglichen, herauszufinden, wo wir uns befinden.Lesen Sie bitte unsere GPS-Signal-Seite fürweitere Einzelheiten.
2) Das Kontrollsegment
Das Kontrollsegment bezieht sich auf eine Reihe von Bodenstationen rund um den Globus (in der Nähe des Äquators), die zur Verfolgung, Steuerung und Übermittlung von Informationen an die einzelnen GPS-Satelliten dienen.
Was ist die Funktion des Kontrollsegments?
Dies ist eine wichtige Aufgabe, da die Uhren der einzelnen Satelliten unbedingt synchronisiert werden müssen, da das gesamte System von der Zeitmessung abhängt. Die Bahninformationen, die an die einzelnen Satelliten gesendet werden, sind ebenfalls von entscheidender Bedeutung, da wir sie benötigen, um herauszufinden, wo sich der Satellit befand, als die Informationen gesendet wurden. All diese Informationen werden an die Satelliten gesendet und dann mit der L1-Trägerwellen-Navigationsnachricht an Ihren GPS-Empfänger weitergeleitet.
3) Das Nutzersegment
Das Benutzersegment ist der Teil, der die meisten Menschen interessiert. Zu diesem Segment gehören alle Personen und Gegenstände, die über einen GPS-Empfänger verfügen; Navigationsgeräte, Mobiltelefone, UAVs, Strafverfolgungsbehörden. Wie funktioniert es also?
Was ist die Funktion des Nutzersegments?
Wie wir bereits gesehen haben, gibt es eine Konstellation von Satelliten, die über unseren Köpfen kreisen und einen konstanten Informationsstrom mit Lichtgeschwindigkeit zur Erde zurückschicken. Zu verstehen, wie dies zur Lokalisierung unseres Standortes beiträgt, braucht etwas Zeit, aber es basiert auf einem Prozess, der Trilateration genannt wird.
Bevor wir zu sehr ins Detail gehen, sollten wir ein weit verbreitetes Missverständnis ausräumen. Der GNSS-Empfänger in Ihrem Navigationsgerät oder Telefon sendet zu keinem Zeitpunkt Informationen an die Satelliten. Die heute verwendeten Empfänger sind völlig passiv - sie empfangen lediglich Informationen. Wenn das europäische Galileo-System in Betrieb genommen wird, werden die Empfänger etwas anders sein, denn es wird eine Notfunktion geben, die bei Aktivierung Informationen sendet, aber im normalen Betrieb wird dies nicht der Fall sein.
Wenn man hört, dass etwas per GPS geortet wird, zum Beispiel ein gepanzertes Fahrzeug, dann passiert Folgendes. Der GNSS-Empfänger auf dem Fahrzeug empfängt Signale von den Satelliten und ermittelt, wo sich das Fahrzeug befindet. Sobald er seine Position kennt, sendet er diese Informationen über ein anderes System, z. B. eine GSM-Datenverbindung, an eine Überwachungsstation zurück.
Fazit
Daher arbeiten die GNSS-Empfänger zunächst durch den Empfang von Signalen, die von den entsprechenden Satelliten im Orbit gesendet werden. Welche Signale verwendet werden, hängt von der Art des Empfängers ab. Ein GPS-Empfänger kann nur die Signale der GPS-Satelliten nutzen, während ein GLONASS-Empfänger nur die Signale der GLONASS-Satelliten nutzen kann. Es gibt jedoch noch eine andere Art von Empfänger, der tatsächlich Signale von beiden Satellitentypen (GPS und GLONASS) nutzen kann, um seine Messungen zu ergänzen.
Nun haben wir also besprochen, wie ein GNSS-Empfänger funktioniert. Um eine umfassende Antwort auf die Frage zu geben,Was ist GNSS? zu geben, müssen wir uns als Nächstes mit den GPS-Empfängern befassen.
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