Wie funktioniert GNSS?

Die Antenne und die Verarbeitungseinheit oder der Empfänger. Die Antenne ist der Ort, an dem die Satellitensignale empfangen werden, während die GNSS Der Empfänger macht aus den empfangenen Informationen einen Sinn und wandelt sie in für uns verständliche Maße um, z. B. in Breiten- und Längengrade.

Bei Doppelantennensystemen werden sie gewöhnlich als "primäre" und "sekundäre" Antennen bezeichnet. Die RT3000 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.

Es ist wichtig zu wissen, dass sich die Berechnungen von 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 seine Bestandteile zerlegen und ein wenig über jeden einzelnen verstehen. Da GPS das System ist, mit dem die meisten Menschen am meisten vertraut sind, werden wir es in drei Teile aufteilen:

• Das Raumsegment
• Das Kontrollsegment
• Das Nutzersegment

Das Raumsegment befasst sich mit den Satelliten in der Umlaufbahn. Im Jahr 2015 besteht die GPS-Konstellation aus 32 nicht geostationären Satelliten in einer mittleren Erdumlaufbahn, obwohl nicht alle Satelliten aktiv sind. Jeder Satellit kreist einmal alle 11 Stunden, 58 Minuten und 2 Sekunden in einer durchschnittlichen Höhe von 20 200 km (das entspricht einem Orbitradius von 26 571 km).

Die GPS-Satellitenkonstellation ist in sechs gleichmäßig verteilten Bahnebenen angeordnet, mit nicht weniger als vier Satelliten in jeder Ebene. Diese Anordnung stellt sicher, dass mindestens vier Satelliten zu fast jeder Zeit und von jedem Punkt der Erde aus 15° über dem Horizont zu sehen sind - obwohl es in der Realität meist mehr sind.

Die Satelliten unterscheiden sich zwar in Alter und Bauart, ihr Funktionsprinzip ist jedoch gleich geblieben. Jeder von ihnen enthält vier hochpräzise Uhren mit einer Grundfrequenz von 10,23 MHz und sendet ständig zwei Trägerwellen im L-Band, 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. Sehen Sie bitte unser GPS-Signal-Seite für weitere Einzelheiten dazu.

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.

Das Nutzersegment ist der Teil, an dem die meisten Menschen interessiert sind. Dieses Segment umfasst jeden oder alles, was einen GPS-Empfänger hat: Navigationsgeräte, Mobiltelefone, Drohnen, Strafverfolgungsbehörden. Wie funktioniert es also?

Wie wir bereits gesehen haben, gibt es eine Konstellation von Satelliten, die über unseren Köpfen kreisen und einen ständigen Strom von Informationen mit Lichtgeschwindigkeit zur Erde zurücksenden. Um zu verstehen, wie dies dazu beiträgt, unseren Standort zu bestimmen, braucht man etwas Zeit, aber es basiert auf einem Prozess namens Trilateration.

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 geht, werden die Empfänger etwas anders sein, denn es wird eine Notfallfunktion geben, die bei Aktivierung Informationen sendet, aber im normalen Betrieb wird dies nicht der Fall sein.

Wenn man davon spricht, dass etwas per GPS geortet wird, z. B. ein gepanzertes Fahrzeug, dann geschieht Folgendes. Der GNSS-Empfänger des Fahrzeugs empfängt Signale von den Satelliten und ermittelt seine Position. Sobald er seine Position kennt, sendet er diese Informationen über ein anderes System, z. B. eine GSM-Datenverbindung, an eine Überwachungsstation zurück.

Derzeit funktionieren GNSS-Empfänger also durch den Empfang von Signalen, die von den entsprechenden Satelliten in der Umlaufbahn 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 verwenden kann. Es gibt aber auch eine andere Art von Empfänger, der die Signale beider 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? das nächste zu untersuchende Thema ist GPS-Empfänger.

RT3000 v4

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