GPS Global Positioning System - niklausburren.ch
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Berner Fa<strong>ch</strong>ho<strong>ch</strong>s<strong>ch</strong>ule<br />
Ho<strong>ch</strong>s<strong>ch</strong>ule für<br />
Te<strong>ch</strong>nik und Ar<strong>ch</strong>itektur Burgdorf<br />
Satellitennavigation<br />
mit<br />
<strong>GPS</strong> <strong>Global</strong> <strong>Positioning</strong> <strong>System</strong><br />
Funktionsweise und Anwendungen<br />
Semesterarbeit<br />
Autoren Niklaus Burren Markus Siegenthaler<br />
Klasse E2A<br />
Betreuer Fausi Marti<br />
Dr. Hans Köppel<br />
Dozent für Kommunikation Dozent für Chemie und Te<strong>ch</strong>nologie<br />
Datum 20. März - 28. Mai 2003
Zusammenfassung I<br />
Zusammenfassung<br />
In den letzten Jahren verdrängte die Satelliten-Navigation zunehmend herkömmli<strong>ch</strong>e<br />
Ortungssysteme. Dazu beigetragen haben folgende drei Hauptfaktoren:<br />
• Die orbitale Navigation ermögli<strong>ch</strong>t eine dreidimensionale Ortsbestimmung, woraus<br />
si<strong>ch</strong> Ges<strong>ch</strong>windigkeit und Ri<strong>ch</strong>tung von bewegenden Objekten ableiten lassen.<br />
• Das eingesetzte Satellitennetz erlaubt die weltweite Nutzung desselben <strong>System</strong>s.<br />
• Empfängermodule für Satellitennavigationssysteme wurden stets kleiner, was das<br />
Einsatzgebiet sowohl im zivilen als au<strong>ch</strong> im militäris<strong>ch</strong>en Berei<strong>ch</strong> stark vergrösserte.<br />
Dieser Beri<strong>ch</strong>t soll das Funktionsprinzip der Satellitennavigation anhand des marktführenden<br />
<strong>GPS</strong>-<strong>System</strong>s (<strong>Global</strong> <strong>Positioning</strong> <strong>System</strong>) der USA erläutern. Der zweite Teil des<br />
Dokuments befasst si<strong>ch</strong> mit dem Einsatzgebiet und der zukünftigen Entwicklung von<br />
Satellitennavigationssystemen. Diese Semesterarbeit ist das Ergebnis eines fä<strong>ch</strong>erübergreifenden<br />
Projekts, das zum Ziel hatte, einen Teil des Stoffes des Fa<strong>ch</strong>gebiets Te<strong>ch</strong>nologie<br />
zu ergänzen und das in den Deuts<strong>ch</strong>-Praktika erworbene Wissen praktis<strong>ch</strong> anzuwenden.<br />
Ein Fa<strong>ch</strong>bu<strong>ch</strong> zur Funktionsweise von <strong>GPS</strong> stellte die Hauptquelle dar. Ausserdem dienten<br />
aktuelle Publikationen aus Internet und Fa<strong>ch</strong>zeits<strong>ch</strong>riften zur Erarbeitung der restli<strong>ch</strong>en<br />
Themen.
Abstract II<br />
Abstract<br />
In the last years the satellite navigation replaced more and more conventional detection<br />
systems. The reasons for this <strong>ch</strong>ange are the following three main factors:<br />
• Orbital navigation makes a three-dimensional position detection possible. From this<br />
data you can derive speed and direction of moving objects.<br />
• This now appointed satellite net permits the world-wide use of the same system.<br />
• Receiver modules for satellite navigation systems became always smaller and smaller<br />
whi<strong>ch</strong> increased the operational area in the civilian as well as in the military range.<br />
This report describes the operational principle of this trend-setting navigation te<strong>ch</strong>nology<br />
whi<strong>ch</strong> is based on the leading <strong>GPS</strong> (<strong>Global</strong> <strong>Positioning</strong> system) of the USA. The second<br />
part of the report deals with the operational area and the future development of satellite<br />
navigation systems. This report is the result of project within various disciplines. The main<br />
goal on one hand was to supplement a part of the material of the course in te<strong>ch</strong>nology<br />
and on the other hand to apply the knowledge acquired in the German tutorial.<br />
A reference book served for the description of the functionality of <strong>GPS</strong> as main source. In<br />
addition relevant publications from the internet and te<strong>ch</strong>nical periodicals served to work<br />
out the remaining topics.
Inhaltsverzei<strong>ch</strong>nis III<br />
Inhaltsverzei<strong>ch</strong>nis<br />
1. Einleitung ................................................................................................................. 1<br />
2. Ges<strong>ch</strong>i<strong>ch</strong>te des <strong>GPS</strong> ............................................................................................... 2<br />
2.1. Funknavigation .................................................................................................. 2<br />
2.2. Satellitennavigation ........................................................................................... 2<br />
2.3. NAVSTAR-<strong>GPS</strong>................................................................................................. 3<br />
3. Funktionsprinzip...................................................................................................... 5<br />
3.1. Positionsbestimmung ........................................................................................ 5<br />
3.1.1. Erzeugung der Laufzeit bei <strong>GPS</strong> ............................................................ 5<br />
3.1.2. Positionsbestimmung im 2D-Modell........................................................ 6<br />
3.1.3. Positionsbestimmung im Raum .............................................................. 7<br />
3.1.4. Einfluss des Zeitfehlers (Δt0)................................................................... 7<br />
3.1.5. Bere<strong>ch</strong>nung der Position ........................................................................ 9<br />
3.1.6. Die Signale der Satelliten ..................................................................... 11<br />
3.2. Differential-<strong>GPS</strong> (D<strong>GPS</strong>) ................................................................................. 13<br />
3.2.1. Allgemein.............................................................................................. 13<br />
3.2.2. D<strong>GPS</strong> in der S<strong>ch</strong>weiz ........................................................................... 13<br />
3.3. Übersi<strong>ch</strong>t der Genauigkeit von <strong>GPS</strong>................................................................ 14<br />
4. <strong>GPS</strong>-Anwendungen ............................................................................................... 15<br />
4.1. Einleitung......................................................................................................... 15<br />
4.2. Militäris<strong>ch</strong>e Anwendungen............................................................................... 15<br />
4.2.1. Allgemein.............................................................................................. 15<br />
4.2.2. <strong>GPS</strong>-Gesteuerte Waffensysteme.......................................................... 16<br />
4.3. Strassenverkehr .............................................................................................. 17<br />
4.4. Vermessungswesen ........................................................................................ 18<br />
4.5. Freizeit, Sport und Expeditionen ..................................................................... 19<br />
4.6. Zeitmessung.................................................................................................... 19<br />
5. Zukunft der Satellitennavigation.......................................................................... 20<br />
5.1. Heutige Probleme............................................................................................ 20<br />
5.2. GNSS-1 ........................................................................................................... 20<br />
5.2.1. Allgemein.............................................................................................. 20
Inhaltsverzei<strong>ch</strong>nis IV<br />
5.2.2. Kombination von <strong>GPS</strong> und GLONASS ................................................. 21<br />
5.2.3. GBAS Ground Based Augmentation <strong>System</strong>s...................................... 21<br />
5.2.4. SBAS Space Based Augmentation <strong>System</strong>s ........................................ 21<br />
5.3. GALILEO ......................................................................................................... 22<br />
5.3.1. Allgemein.............................................................................................. 22<br />
5.3.2. Zeitplan................................................................................................. 22<br />
5.3.3. Finanzierung......................................................................................... 22<br />
5.3.4. Leistungsmerkmale............................................................................... 23<br />
5.3.5. GALILEO – ein Teil von GNSS-2.......................................................... 24<br />
6. S<strong>ch</strong>lussbemerkungen ........................................................................................... 26<br />
Glossar ........................................................................................................................... 27<br />
Literaturverzei<strong>ch</strong>nis ...................................................................................................... 28<br />
Quellenna<strong>ch</strong>weise ................................................................................................... 28<br />
Weitere Literatur...................................................................................................... 29
Einleitung 1<br />
1. Einleitung<br />
Orten und Navigieren sind elementare Fertigkeiten von Mens<strong>ch</strong> und Tier. Die Nahrungssu<strong>ch</strong>e<br />
oder die Flu<strong>ch</strong>t vor Feinden wäre unmögli<strong>ch</strong>, wenn das Tier ni<strong>ch</strong>t wüsste, wo es<br />
si<strong>ch</strong> befindet und wohin sein einges<strong>ch</strong>lagener Weg führt. Der Mens<strong>ch</strong> ergänzte im Laufe<br />
der Zeit seinen Orientierungssinn dur<strong>ch</strong> te<strong>ch</strong>nis<strong>ch</strong>e Hilfsmittel.<br />
Die S<strong>ch</strong>ifffahrt stellte der Mens<strong>ch</strong>heit das erste grosse Ortungsproblem. Bezei<strong>ch</strong>nenderweise<br />
ist der Begriff Navigation au<strong>ch</strong> vom lateinis<strong>ch</strong>en Wort navis (S<strong>ch</strong>iff) abgeleitet.<br />
Zwar kann ein Küstens<strong>ch</strong>iff natürli<strong>ch</strong>en Landmarken wie Bergen oder Klippen folgen, auf<br />
offener See benötigt man aber andere Hilfsmittel, da dort diese Fixpunkte fehlen. Die<br />
Himmelsri<strong>ch</strong>tungen konnten beispielsweise na<strong>ch</strong> dem Stand der Sonne oder der Sterne<br />
abges<strong>ch</strong>ätzt werden. Ein Seemann kann mit Hilfe der Astronavigation seine Position bis<br />
auf 5 km genau bestimmen.<br />
Die Luftfahrt verlangte jedo<strong>ch</strong> ein genaueres, bei jeder Witterung anwendbares Verfahren,<br />
da Flugzeuge wesentli<strong>ch</strong> s<strong>ch</strong>neller und wetterabhängiger sind als S<strong>ch</strong>iffe.<br />
So wurden im Ersten Weltkrieg erste Navigationssysteme für die Luftwaffe mit Hilfe der<br />
Funkte<strong>ch</strong>nik entwickelt. Mit den Mögli<strong>ch</strong>keiten der Raumfahrt begannen die Militärs der<br />
USA und der UDSSR während des Kalten Krieges erste satellitengestützte Navigationssysteme<br />
zu s<strong>ch</strong>affen. Sol<strong>ch</strong>e <strong>System</strong>e sind weniger anfällig auf atmosphäris<strong>ch</strong>e Störungen<br />
als die Funksysteme aus den 40er Jahren und lassen si<strong>ch</strong> au<strong>ch</strong> global einsetzen.<br />
Das wohl am weitesten verbreitete Navigationssystem ist das NAVSTAR-<strong>GPS</strong> der amerikanis<strong>ch</strong>en<br />
Armee. Der Anteil militäris<strong>ch</strong>er Anwendungen ma<strong>ch</strong>t heute nur no<strong>ch</strong> ein<br />
Bru<strong>ch</strong>teil der <strong>GPS</strong>-Nutzung aus, während der Markt für zivile <strong>GPS</strong>-Anwendungen immer<br />
ras<strong>ch</strong>er expandiert.<br />
Kernthemen dieses Beri<strong>ch</strong>ts sind die grundsätzli<strong>ch</strong>e Funktionsweise und die Anwendungsgebiete<br />
des Navigationssystems <strong>GPS</strong>. Weiterhin wird auf die Problematik eingegangen,<br />
die die zivile Nutzung einer militäris<strong>ch</strong>en Einri<strong>ch</strong>tung mit si<strong>ch</strong> bringt.<br />
Dabei wird ebenfalls die Entwicklung des ersten rein zivilen Satellitennavigatiossystems<br />
GALILEO der Europäis<strong>ch</strong>en Union ein Thema sein.<br />
Der Beri<strong>ch</strong>t ri<strong>ch</strong>tet si<strong>ch</strong> an die Dozenten und die Studierenden der HTA Burgdorf und<br />
andere Interessierte. Es sind keine speziellen Kenntnisse auf dem Gebiet der Funkte<strong>ch</strong>nik<br />
oder der Raumfahrt zum Verständnis erforderli<strong>ch</strong>. Bei der Erläuterung der Funktionsweise<br />
von <strong>GPS</strong> wird jedo<strong>ch</strong> davon ausgegangen, dass man mit der Vektorgeometrie im<br />
dreidimensionalen Raum vertraut ist.<br />
Als Hauptquelle diente das Fa<strong>ch</strong>bu<strong>ch</strong> „<strong>GPS</strong> Grundlagen“ von Jean-Marie Zogg.<br />
Der ehemalige Dozent der HTW Chur arbeitet heute für die Firma u-blox in Thalwil, die<br />
Komponenten und Antennen für <strong>GPS</strong>-Empfänger herstellt. Die restli<strong>ch</strong>en Kapitel basieren<br />
auf diversen aktuellen Artikeln, die wir bei Internet-Re<strong>ch</strong>er<strong>ch</strong>en gefunden haben.<br />
Dazu gehören beispielsweise eine Semesterarbeit der HTW Chur, ein Beri<strong>ch</strong>t zur UKW-<br />
Tagung 2002 von Dipl.-Ing. Eri<strong>ch</strong> H. Franke oder die GALILEO-Hompage der EU.<br />
Zum Thema <strong>GPS</strong> sind grundsätzli<strong>ch</strong>, vor allem im Internet, sehr viele Publikationen zu<br />
finden. Jedo<strong>ch</strong> ist deren Inhalt aufgrund mangelnden Wissens des Verfassers häufig<br />
unpräzise oder widersprü<strong>ch</strong>li<strong>ch</strong>. Gemäss unserer Erfahrung empfiehlt es si<strong>ch</strong> deshalb zur<br />
Erarbeitung des <strong>GPS</strong>-Basiswissens eine Publikation einer Ho<strong>ch</strong>s<strong>ch</strong>ule oder ein Fa<strong>ch</strong>bu<strong>ch</strong><br />
eines qualifizierten Verfassers zu verwenden.
Ges<strong>ch</strong>i<strong>ch</strong>te des <strong>GPS</strong> 2<br />
2. Ges<strong>ch</strong>i<strong>ch</strong>te des <strong>GPS</strong><br />
2.1. Funknavigation<br />
Seit den dreissiger Jahren dienen stationäre Funksender zur Ortung und Navigation an<br />
Bord von Flugzeugen und S<strong>ch</strong>iffen. Mit Hilfe eines Peilgerätes kann die Ri<strong>ch</strong>tung bestimmt<br />
werden, aus der die Signale des Funksenders oder die Reflexionen des eigenen<br />
Bordsenders kommen. Dadur<strong>ch</strong> lässt si<strong>ch</strong> auf den momentanen Standort bzw. den Bewegungszustand<br />
des Flugzeuges s<strong>ch</strong>liessen. Peilungen zu zwei Sendern in unters<strong>ch</strong>iedli<strong>ch</strong>er<br />
Ri<strong>ch</strong>tung bestimmen als S<strong>ch</strong>nittpunkt die eigene Position.<br />
Abb. 2.1: Mobile Sendestation<br />
des LORAN-<strong>System</strong>s [2]<br />
Das während dem zweiten Weltkrieg für die Luftwaffe<br />
entwickelte LORAN-<strong>System</strong> (LOng RAnge Navigationsystem)<br />
beruht auf diesem Prinzip. Mit mobilen Sendestationen<br />
(siehe Abb. 2.1) können lokal provisoris<strong>ch</strong>e Funknetze<br />
aufgebaut werden.<br />
Allerdings weist diese Methode einige Na<strong>ch</strong>teile auf, wel<strong>ch</strong>e<br />
s<strong>ch</strong>liessli<strong>ch</strong> au<strong>ch</strong> zur Entwicklung des <strong>GPS</strong> geführt<br />
haben: Eine Ortung mit LORAN ist nur regional mögli<strong>ch</strong>,<br />
da entspre<strong>ch</strong>ende Sender über Meeren und Gebirgen<br />
fehlen. Ausserdem müssten für das Navigieren über feindli<strong>ch</strong>em<br />
Gebiet Funksender innerhalb oder zumindest am<br />
Rande des Kriegsgebietes platziert werden, was häufig<br />
s<strong>ch</strong>wierig ist und das <strong>System</strong> verletzbar ma<strong>ch</strong>t.<br />
Das zweite Problem ist die Rei<strong>ch</strong>weite der Sender. Da si<strong>ch</strong> elektromagnetis<strong>ch</strong>e Wellen<br />
geradlinig ausbreiten, die Erde jedo<strong>ch</strong> kugelförmig ist, lässt si<strong>ch</strong> das Sendesignal nur auf<br />
Kurze Strecken direkt und ungestört empfangen. Zwar lässt si<strong>ch</strong> die Rei<strong>ch</strong>weite mit zusätzli<strong>ch</strong>en<br />
Senderpositionen auf Türmen und Bergen vergrössern, aber für grosse Distanzen<br />
ist man auf Lang- und Längstwellen angewiesen, die si<strong>ch</strong> entlang der Erdoberflä<strong>ch</strong>e<br />
ausbreiten. Allerdings sind diese Wellen sehr störanfällig und man kann sie nur mit<br />
mässiger Genauigkeit empfangen.<br />
2.2. Satellitennavigation<br />
Abb. 2.2: 6 Timation-1-Satelliten<br />
bildeten das TRANSIT-<strong>System</strong> [2]<br />
Dies führte dazu, dass mit dem Beginn der Raumfahrt<br />
die Entwicklung satellitengestützter Navigationssysteme<br />
vorangetrieben wurde, da man si<strong>ch</strong> so den<br />
oben genannten irdis<strong>ch</strong>en Widrigkeiten entziehen kann.<br />
Die US-Navy arbeitete seit den se<strong>ch</strong>ziger Jahren an<br />
einem Satellitennavigationssystem namens TRANSIT.<br />
1964 wurde das <strong>System</strong> in Betrieb genommen. Es<br />
bestand aus se<strong>ch</strong>s Timation-1-Satelliten (siehe Abb.<br />
2.2 und Abb. 2.2), die in etwa 1000 Kilometern Höhe<br />
auf polaren Umlaufbahnen die Erde umkreisten.
Ges<strong>ch</strong>i<strong>ch</strong>te des <strong>GPS</strong> 3<br />
Abb. 2.3: Die Timation-1-Satelliten<br />
wurden mit Thor-Agena Raketen auf<br />
polare Umlaufbahnen gebra<strong>ch</strong>t [2]<br />
Das <strong>System</strong> ermögli<strong>ch</strong>te eine zweidimensionale<br />
Positionsbestimmung (Latitude und Longitude). Da<br />
aber eine Ortung nur in den Zeitabständen von<br />
einer halben Stunde bis maximal zwei Stunden mit<br />
einer Genauigkeit von rund 200 m mögli<strong>ch</strong> war,<br />
eignete si<strong>ch</strong> das <strong>System</strong> nur zum Navigieren von<br />
S<strong>ch</strong>iffen auf hoher See.<br />
Zur selben Zeit entwickelte die Sowjetunion ein<br />
eigenes Navigationssystem mit dem Namen ZIKA-<br />
DA. Es umfasste zwölf Satelliten auf polaren Umlaufbahnen<br />
und hatte etwa dieselben Eigens<strong>ch</strong>aften<br />
wie das amerikanis<strong>ch</strong>e TRANSIT-<strong>System</strong>.<br />
Wie bereits erwähnt, lässt si<strong>ch</strong> mit TRANSIT Höhen- und Breitengrad bestimmen. Da<br />
jedo<strong>ch</strong> für die Luftfahrt die Höhe au<strong>ch</strong> eine sehr wi<strong>ch</strong>tige Rolle spielt, entwickelte die US-<br />
Airforce parallel zur Navy ein <strong>System</strong> namens 612B für die dreidimensionale<br />
Navigation.<br />
2.3. NAVSTAR-<strong>GPS</strong><br />
S<strong>ch</strong>liessli<strong>ch</strong> fasste das amerikanis<strong>ch</strong>e Verteidigungsministerium (DoD, Department of<br />
Defence) 1973 die getrennten Entwicklungsarbeiten der US-Navy und der Airforce zu<br />
einem gemeinsamen Projekt zusammen. Das Ergebnis dieser Zusammenarbeit war<br />
NAVSTAR <strong>GPS</strong> (Navigation Satellite Timing and Ranging <strong>Global</strong> <strong>Positioning</strong> <strong>System</strong>).<br />
Den vollen operativen Betrieb errei<strong>ch</strong>te das <strong>System</strong> am 17. Juli 1995, na<strong>ch</strong>dem der erste<br />
Satellit des so genannten Block-l im Februar 1978 ins All ges<strong>ch</strong>ossen worden war.<br />
Die grösste Verzögerung erlitt das Projekt dur<strong>ch</strong> das Unglück des Spaceshuttles Challenger,<br />
als beim Start im Dezember 1981 eine der Feststoffraketen des Shuttles explodierte<br />
(siehe Abb. 2.4 und Abb. 2.5). Die Untersu<strong>ch</strong>ung des Unfalls dauerte bis zum Juli<br />
1983. Erst dann konnte das NAVSTAR-<strong>GPS</strong>-Projekt wieder aufgenommen werden.<br />
Abb. 2.4: Die Raumfähre Challenger<br />
beim Aussetzen eines<br />
Satelliten [13]<br />
Abb. 2.5: Der Unfall der Raumfähre Challenger<br />
im Dezember 1981 verzögerte das NAVSTAR-<br />
<strong>GPS</strong>-Projekt um mehrere Jahre [14]
Ges<strong>ch</strong>i<strong>ch</strong>te des <strong>GPS</strong> 4<br />
Ende 1984 startete der zehnte und letzte Satellit des ersten Blocks. Block-l war ein Versu<strong>ch</strong>ssystem<br />
mit dem prinzipielle Untersu<strong>ch</strong>ungen zur <strong>GPS</strong>-Navigation dur<strong>ch</strong>geführt<br />
wurden. Heute sind die Satelliten des ersten Blocks nur no<strong>ch</strong> Weltraums<strong>ch</strong>rott.<br />
Der letzte Trabant wurde 1994 ausges<strong>ch</strong>altet. Die Satelliten errei<strong>ch</strong>ten dur<strong>ch</strong>s<strong>ch</strong>nittli<strong>ch</strong><br />
eine Lebensdauer von 7.17 Jahre (inklusive des Verlusts beim Challenger-Unfall), obwohl<br />
nur eine Betriebsdauer von maximal 5 Jahren vorgesehen wurde.<br />
Abb. 2.6: Heutige <strong>GPS</strong>-Satelliten bieten<br />
einen besseren S<strong>ch</strong>utz gegenüber<br />
elektromagnetis<strong>ch</strong>en Störungen und<br />
Sabotage [1]<br />
Der eigentli<strong>ch</strong>e Grundstein für das heutige <strong>GPS</strong>-<br />
<strong>System</strong> wurde im Februar 1989 mit dem Start des<br />
ersten Satelliten von Block-II gelegt. Bis Ende<br />
1996 wurden insgesamt 25 Satelliten mit Hilfe von<br />
Spaceshuttles in die Erdumlaufbahn gebra<strong>ch</strong>t. Die<br />
neuen Satelliten (siehe Abb. 2.6) von Block-II<br />
haben ni<strong>ch</strong>t nur eine längere Lebensdauer mit 7.5<br />
Jahren als die Trabanten von Block-l, sie bieten<br />
au<strong>ch</strong> mehr S<strong>ch</strong>utz gegenüber elektromagnetis<strong>ch</strong>en<br />
Störungen und Sabotage.<br />
Am 1. Mai 2000 wies US-Präsident Bill Clinton die<br />
Streitkräfte an, die Störung des <strong>Global</strong>en Positionierungssystems<br />
(SA Selective Availability) zu<br />
beenden.<br />
Die US-Armee hatte bislang die Genauigkeit des <strong>System</strong>s absi<strong>ch</strong>tli<strong>ch</strong> reduziert, aus<br />
Angst, Feinde könnten <strong>GPS</strong> zur Raketensteuerung benutzen. Allerdings blockiert die<br />
USA das Navigationssystem weiterhin in Regionen die als Gefahr angesehen werden.<br />
Heute wird <strong>GPS</strong> zunehmend au<strong>ch</strong> im zivilen Berei<strong>ch</strong> genutzt. Beispiele dafür sind Navigationsgeräte<br />
für Autos, Flugzeuge, Boote aber au<strong>ch</strong> Wanderer und Skifahrer.
Funktionsprinzip 5<br />
3. Funktionsprinzip<br />
3.1. Positionsbestimmung<br />
Das Ortungsverfahren des <strong>GPS</strong> beruht auf dem Prinzip der Entfernungsbestimmung<br />
zwis<strong>ch</strong>en Beoba<strong>ch</strong>tungsstandort und den vers<strong>ch</strong>iedenen Satelliten, deren Position genauestens<br />
bekannt ist. Mit Hilfe der gemessenen Laufzeit und der Ges<strong>ch</strong>windigkeit lässt<br />
si<strong>ch</strong> gemäss physikalis<strong>ch</strong>er Definition (v=Δs/t) der Weg bzw. die Distanz ermitteln. Das<br />
wohl bekannteste Beispiel von Blitz und Donner soll diesen Sa<strong>ch</strong>verhalt verdeutli<strong>ch</strong>en. In<br />
diesem Fall bes<strong>ch</strong>reibt die Laufzeit die Zeitdifferenz zwis<strong>ch</strong>en Eins<strong>ch</strong>lag des Blitzes und<br />
Eintreffen des akustis<strong>ch</strong>en Grollens des Donners am Beoba<strong>ch</strong>tungsstandort. Die Entfernung<br />
des Blitzes zum Beoba<strong>ch</strong>ter erre<strong>ch</strong>net si<strong>ch</strong> nun aus Laufzeit multipliziert mit der<br />
S<strong>ch</strong>allges<strong>ch</strong>windigkeit (ca. 330 m/s).<br />
3.1.1. Erzeugung der Laufzeit bei <strong>GPS</strong><br />
24 Satelliten kreisen auf einer Höhe von<br />
20´180km, auf se<strong>ch</strong>s vers<strong>ch</strong>iedenen, zum<br />
Äquator um 55° geneigten Umlaufbahnen<br />
um die Erde. Ein Satellit brau<strong>ch</strong>t für eine<br />
Erdumrundung genau 11 Stunden und 58<br />
Minuten.<br />
In jedem Block-II-Satelliten sind insgesamt<br />
vier Atomuhren eingebaut, zwei Rubidium<br />
und zwei Cäsium Atomuhren (siehe Abb.<br />
3.1) mit einer Uhrenstabilität von 10 -13 s<br />
oder anders gesagt: Die Abwei<strong>ch</strong>ung einer<br />
sol<strong>ch</strong>en Uhr beträgt in 1´000´000 Jahren<br />
maximal eine Sekunde von der exakten<br />
Zeit.<br />
Abb. 3.1: Atomuhren dieses Typs sind für<br />
ho<strong>ch</strong>präzise Zeit an Bord der Satelliten zuständig<br />
[6]<br />
Um die Genauigkeit no<strong>ch</strong> zu steigern, werden die Atomuhren periodis<strong>ch</strong> von vers<strong>ch</strong>iedenen<br />
Kontrollsystemen auf der Erde na<strong>ch</strong>gestellt bzw. syn<strong>ch</strong>ronisiert. Jeder Satellit sendet<br />
auf einer Frequenz von 1´575,42 MHz seine genau bekannte Position und seine exakte<br />
Bordzeit zur Erde. Diese gesendeten Signale bewegen si<strong>ch</strong> mit Li<strong>ch</strong>tges<strong>ch</strong>windigkeit<br />
(c=300´000km/s) und benötigen somit ca. 67.3 ms vom Satelliten bis zum senkre<strong>ch</strong>t<br />
darunter liegenden Erdoberflä<strong>ch</strong>enpunkt (kürzester Weg).<br />
Nun kann also jedermann auf der Erde diese <strong>GPS</strong>-Signale empfangen und mit Hilfe dieser<br />
die Laufzeit bestimmen, indem er die Aussendezeit mit der Ankunftszeit verglei<strong>ch</strong>t<br />
und die Differenz bere<strong>ch</strong>net. Voraussetzung für einen wahrheitsgetreuen Wert der Laufzeit<br />
ist eine äusserst genaue Uhr.<br />
Die Entfernung S erre<strong>ch</strong>net si<strong>ch</strong> also aus dem Produkt von Laufzeit τ und Li<strong>ch</strong>tges<strong>ch</strong>windigkeit<br />
c.<br />
S =<br />
τ ⋅<br />
c
Funktionsprinzip 6<br />
Um mit einem <strong>GPS</strong>-Empfänger die genaue Position bestimmen zu können, rei<strong>ch</strong>t jedo<strong>ch</strong><br />
eine Entfernungsbestimmung ni<strong>ch</strong>t aus. Insgesamt sind vier Distanzparameter notwendig,<br />
damit si<strong>ch</strong> der momentane Standort des <strong>GPS</strong>-Benutzers eindeutig und exakt definieren<br />
lässt.<br />
3.1.2. Positionsbestimmung im 2D-Modell<br />
Zur Vereinfa<strong>ch</strong>ung bes<strong>ch</strong>ränken wir uns zunä<strong>ch</strong>st auf eine Positionsbestimmung von X-<br />
und Y-Parametern, wozu zwei Satelliten genügen. Stellen Sie si<strong>ch</strong> vor, Sie befinden si<strong>ch</strong><br />
auf einer Ebene, auf wel<strong>ch</strong>er ein kartesis<strong>ch</strong>es Koordinatensystem eingezei<strong>ch</strong>net ist<br />
(Abb. 3.2). Über Ihnen kreisen zwei Satelliten und senden Signale aus. Nun messen Sie<br />
die Laufzeiten zu den einzelnen Satelliten. Mit Hilfe dieser zwei Werte lassen si<strong>ch</strong> die<br />
exakten Entfernungen S1 und S2 bere<strong>ch</strong>nen. Aus Si<strong>ch</strong>t des ersten Satelliten befinden<br />
si<strong>ch</strong> die Menge aller Punkte mit Abstand S1 auf einem Kreis mit Radius S1. Au<strong>ch</strong> um den<br />
zweiten Satellit lässt si<strong>ch</strong> ein virtueller Kreis mit Radius S2 einzei<strong>ch</strong>nen. Die beiden Kreise<br />
s<strong>ch</strong>neiden si<strong>ch</strong> in zwei Punkten. Brau<strong>ch</strong>en wir nun no<strong>ch</strong> einen dritten Satelliten? Nein,<br />
wir wissen ja, dass wir uns wenigstens irgendwo in der Nähe der Erde befinden müssen.<br />
Genau genommen haben wir damit unseren dritten "Satelliten" bzw. dritten Kreis, der mit<br />
den beiden anderen überlappen muss. Dieser im Bild grau hinterlegte Berei<strong>ch</strong> wäre in der<br />
Realität der Berei<strong>ch</strong>, in wel<strong>ch</strong>em <strong>GPS</strong> genutzt werden könnte. Sogar ho<strong>ch</strong> fliegende<br />
Flugzeuge bewegen si<strong>ch</strong> innerhalb dieser Zone. Damit bleibt also nur ein einziger Punkt<br />
übrig, an dem wir uns befinden können, und unsere Position ist genau bestimmt.<br />
YP<br />
0<br />
0<br />
Y-Koordinaten<br />
Distanzkreise<br />
S1=τ1 * c<br />
S2=τ2 * c<br />
XP<br />
Position des<br />
Empfängers<br />
(XP, YP)<br />
X-Koordinaten<br />
Abb. 3.2: S<strong>ch</strong>ematis<strong>ch</strong>e Darstellung der zweidimensionalen Positionsbere<strong>ch</strong>nung (na<strong>ch</strong>: [1])
Funktionsprinzip 7<br />
3.1.3. Positionsbestimmung im Raum<br />
Die nun no<strong>ch</strong> fehlende dritte Koordinate Z, wel<strong>ch</strong>e zur Ermittlung der eindeutigen Position<br />
im dreidimensionalen Raum notwendig ist, lässt si<strong>ch</strong> mit Hilfe eines dritten Satelliten<br />
bestimmen. Nun bes<strong>ch</strong>reibt die Menge aller Punkte, wel<strong>ch</strong>e zum jeweiligen Satelliten die<br />
mit der Laufzeit bere<strong>ch</strong>nete Entfernung hat, die Oberflä<strong>ch</strong>e einer Kugel. Die drei virtuellen<br />
Kugeln s<strong>ch</strong>neiden si<strong>ch</strong> in einem Punkt, der gesu<strong>ch</strong>ten Position (Abb. 3.3).<br />
Abb. 3.3: Der S<strong>ch</strong>nittpunkt der drei virtuellen Kugeln bes<strong>ch</strong>reibt die Koordinaten der gesu<strong>ch</strong>ten<br />
Position [1]<br />
3.1.4. Einfluss des Zeitfehlers (Δt0)<br />
Wären in den <strong>GPS</strong>-Empfängern Atomuhren eingebaut, was aus Kostengründen absolut<br />
undenkbar ist, so würde die oben bes<strong>ch</strong>riebene Methode genaue Koordinatenpunkte<br />
liefern. In Wirkli<strong>ch</strong>keit ist ein gewisser Zeitfehler infolge Ungenauigkeit der in den Empfängern<br />
implementierten Uhren vorhanden. Nur s<strong>ch</strong>on eine Verfäls<strong>ch</strong>ung der gemessenen<br />
Laufzeit um 1μs bewirkt einen Positionsfehler von 300 m.<br />
Die Tatsa<strong>ch</strong>e, dass die Uhren aller drei Satelliten syn<strong>ch</strong>ron laufen, hilft uns bei der Korrektur<br />
dieses Fehlers weiter. Aus den drei Laufzeitmessungen resultieren nämli<strong>ch</strong> drei<br />
Zeitfehler, wel<strong>ch</strong>e jedo<strong>ch</strong> dank der Syn<strong>ch</strong>ronisation alle den glei<strong>ch</strong>en Betrag haben.
Funktionsprinzip 8<br />
Ist die Zeitmessung nun mit einem unbekannten konstanten Zeitfehler behaftet, haben wir<br />
vier unbekannte Grössen:<br />
• geographis<strong>ch</strong>e Länge (X)<br />
• geographis<strong>ch</strong>e Breite (Y)<br />
• geographis<strong>ch</strong>e Höhe (Z)<br />
• Zeitfehler (Δt0)<br />
Die Mathematik gibt uns einen Algorithmus zur eindeutigen Bestimmung dieser vier Parameter.<br />
Mit vier voneinander unabhängigen Glei<strong>ch</strong>ungen lassen si<strong>ch</strong> diese bere<strong>ch</strong>nen.<br />
Die dazu benötigten Laufzeiten liefern uns nun eben vier vers<strong>ch</strong>iedene Satelliten (siehe<br />
Abb. 3.4).<br />
Abb. 3.4: Vier Satelliten sind zur eindeutigen Positionsbestimmung notwendig [1]
Funktionsprinzip 9<br />
3.1.5. Bere<strong>ch</strong>nung der Position<br />
Der Positionsbere<strong>ch</strong>nung liegt ein kartesis<strong>ch</strong>es dreidimensionales Koordinatensystem mit<br />
geozentris<strong>ch</strong>em Ursprung zugrunde (Abb. 3.5).<br />
Abb. 3.5: Dreidimensionales Koordinatensystem mit geozentris<strong>ch</strong>em Ursprung [1]<br />
Δ t = Δt<br />
+ Δt<br />
(1a)<br />
gemessen<br />
PSR gemessen<br />
0<br />
0<br />
= Δt<br />
⋅ c = ( Δt<br />
+ Δt<br />
) ⋅ c<br />
(2a)<br />
PSR R t 0 c ⋅ Δ + = (3a)<br />
R: Wahrer Abstand vom Satelliten zum Anwender<br />
c: Li<strong>ch</strong>tges<strong>ch</strong>windigkeit<br />
Δt: Laufzeit vom Satelliten zum Anwender<br />
Δt0: Differenz zwis<strong>ch</strong>en Satelliten- und Anwenderuhr<br />
PSR: Fehlerbehaftete Distanzmessung, Pseudorange
Funktionsprinzip 10<br />
Der Abstand R vom Satelliten zum Anwender bere<strong>ch</strong>net si<strong>ch</strong> im kartesis<strong>ch</strong>en Koordinatensystem<br />
wie folgt:<br />
R −<br />
2<br />
2<br />
2<br />
= ( XSat<br />
− X Anw ) + ( YSat<br />
− YAnw<br />
) + ( ZS<br />
Z at Anw )<br />
(4a)<br />
somit (4a) in (3a)<br />
2<br />
2<br />
2<br />
PSR ( XSat<br />
− X Anw ) + ( YSat<br />
− YAnw<br />
) + ( ZS<br />
− Z at Anw ) + c * Δt<br />
0<br />
= (5a)<br />
Um die vier Unbekannten (Δt0, XAnw, YAnw, ZAnw) zu bestimmen, sind vier unabhängige<br />
Glei<strong>ch</strong>ungen notwendig.<br />
Für die vier Satelliten (i=1 ... 4) gilt:<br />
2<br />
2<br />
2<br />
PSR i ( XSat<br />
_ i − X Anw ) + ( YSat<br />
_ i − YAnw<br />
) + ( ZS<br />
− Z at _ i Anw ) + c * Δt<br />
0<br />
= (6a)<br />
Die vier Glei<strong>ch</strong>ungen von (6a) ergeben ein ni<strong>ch</strong>tlineares Glei<strong>ch</strong>ungssystem, dessen Lösungsmenge<br />
si<strong>ch</strong> nur na<strong>ch</strong> dem S<strong>ch</strong>ema von Taylor bestimmen lässt. Auf die vollumfängli<strong>ch</strong>e<br />
Auflösung des <strong>System</strong>s gehen wir ni<strong>ch</strong>t ein. Die Lösungsmenge bes<strong>ch</strong>reibt die gesu<strong>ch</strong>ten<br />
Koordinaten X, Y, und Z sowie den Zeitfehler Δt0. Der bere<strong>ch</strong>nete Wert von Δt0<br />
entspri<strong>ch</strong>t dem Zeitfehler des Empfängers und dient somit für dessen Uhrenkorrektur.
Funktionsprinzip 11<br />
3.1.6. Die Signale der Satelliten<br />
Jeder der <strong>GPS</strong>-Satelliten überträgt zwei Trägersignale im Mikrowellenberei<strong>ch</strong>, deren<br />
Bezei<strong>ch</strong>nungen L1 und L2 sind (die Bezei<strong>ch</strong>nung L1 und L2 weist auf die Frequenz hin,<br />
die im L-Band, d.h. im Berei<strong>ch</strong> von 1000 bis 2000 MHz liegt). Zivile <strong>GPS</strong>-Empfänger<br />
verwenden vorwiegend die L1-Frequenz mit 1575,42 MHz. Die L2-Frequenz mit 1227,60<br />
MHz dient auss<strong>ch</strong>ließli<strong>ch</strong> militäris<strong>ch</strong>en Zwecken. Die neuste Generation Satelliten werden<br />
die Mögli<strong>ch</strong>keit einer weiteren Frequenz für zivile Anwendungen haben. Die Frequenzen<br />
L1 und L2 sind ganzzahlige Vielfa<strong>ch</strong>e der Resonanzfrequenz einer der vier in den Satelliten<br />
eingebauten Atomuhren. Diese Resonanzfrequenz beträgt f0=10,23 MHz. Die Gründe<br />
für die Wahl gerade dieser Trägerfrequenzen sind folgende:<br />
• Die Frequenzen sollten 2 MHz ni<strong>ch</strong>t übersteigen, da sonst Ri<strong>ch</strong>tantennen in den Empfängern<br />
notwendig wären.<br />
• Ionosphäris<strong>ch</strong>e Verzögerungen sind in den Berei<strong>ch</strong>en kleiner 100 MHz und grösser 1<br />
GHz enorm ho<strong>ch</strong>.<br />
• Elektromagnetis<strong>ch</strong>e Wellen wei<strong>ch</strong>en in ihrer Ausbreitungsges<strong>ch</strong>windigkeit umso stärker<br />
von der Li<strong>ch</strong>tges<strong>ch</strong>windigkeit ab, je kleiner die Frequenz ist. Dies würde die Laufzeitbere<strong>ch</strong>nungen<br />
negativ beeinflussen.<br />
Drei unters<strong>ch</strong>iedli<strong>ch</strong>e Binärcodes modulieren die beiden Trägerfrequenzen L1 und L2.<br />
Der C/A-Code (coarse aquisition, grobe Bestimmung) ist ein 1023 „<strong>ch</strong>ip“ langer Code,<br />
wobei ein „<strong>ch</strong>ip“ dasselbe ist wie ein Bit, also eine Eins oder eine Null. Der Begriff „<strong>ch</strong>ip“<br />
wird in diesem Fall verwendet, weil das Signal no<strong>ch</strong> keine Information trägt. Der C/A-<br />
Code ist ein Pseudozufälliger Code (PRN – pseudo random noise), der wie zufällig aussieht,<br />
jedo<strong>ch</strong> für jeden Satelliten eindeutig festgelegt ist. Die Empfänger identifizieren die<br />
Satelliten mit diesen PRN-Nummern. Insgesamt existieren 32 dieser PRN-Nummern,<br />
obwohl die im All vorhandenen <strong>GPS</strong>-Satelliten nur 24 benötigen. Die restli<strong>ch</strong>en Identifikationsnummern<br />
dienen als Reserve. Dies ermögli<strong>ch</strong>t den Start und die Aktivierung eines<br />
Ersatzsatelliten, bevor der zu ersetzenden Satellit tatsä<strong>ch</strong>li<strong>ch</strong> ausfällt. Der C/A Code ist<br />
Basis für alle zivilen <strong>GPS</strong>-Empfänger.<br />
Der P-Code (Pricise-Code) ist aufgrund seiner detaillierten Information wesentli<strong>ch</strong> länger<br />
als der C/A-Code. Im Gegensatz zum C/A-Code, der nur auf L1 aufmoduliert ist, wird der<br />
P-Code auf den Trägerwellen L1 und L2 geführt. Dies bringt den Vorteil, dass si<strong>ch</strong> einige<br />
Fehlereinflüsse beheben lassen. Somit ist der P-Code wesentli<strong>ch</strong> genauer als der C/A-<br />
Code. Aufgrund dessen haben die Netzbetreiber diesen Code ni<strong>ch</strong>t für jedermann zugängli<strong>ch</strong><br />
gema<strong>ch</strong>t, d.h. er ist vers<strong>ch</strong>lüsselt.<br />
Die eigentli<strong>ch</strong>e Navigationsna<strong>ch</strong>ri<strong>ch</strong>t ist ein den Trägerfrequenzen aufmoduliertes 50 Hz<br />
Signal oder anders gesagt ein kontinuierli<strong>ch</strong>er Datenstrom von 50 Bit pro Sekunde.<br />
Grundsätzli<strong>ch</strong> unters<strong>ch</strong>eidet man innerhalb der Navigationsna<strong>ch</strong>ri<strong>ch</strong>t zwis<strong>ch</strong>en Ephemeriden-<br />
und Almana<strong>ch</strong>-Daten. Ephemeridendaten enthalten ho<strong>ch</strong>präzise Angaben über die<br />
Umlaufbahn des Satelliten, von wel<strong>ch</strong>em die Na<strong>ch</strong>ri<strong>ch</strong>t stammt. Almana<strong>ch</strong>informationen<br />
bes<strong>ch</strong>reiben angenäherte Bahndaten aller anderen Satelliten. Weiter beinhaltet die Navigationsna<strong>ch</strong>ri<strong>ch</strong>t<br />
die <strong>System</strong>zeit, d.h. die genaue Zeit der im Satelliten eingebauten Atomuhren,<br />
Zeitkorrekturparameter sowie Informationen über den allgemeinen <strong>System</strong>zustand.<br />
Abb. 3.6 und Abb. 3.7 zeigen die einzelnen Bestandteile des Satellitensignals basierend<br />
auf der L1-Trägerfrequenz. Die logis<strong>ch</strong>e Verknüpfung des Datensignals mit dem C/A-
Funktionsprinzip 12<br />
Code erfolgt mittels EXOR. Das dabei entstehende, modulierte Signal wird auf den Träger<br />
L1 multipliziert.<br />
Abb. 3.6: Vereinfa<strong>ch</strong>te Darstellung des Satellitensignals [1]<br />
Abb. 3.7: Zeitdiagramm der einzelnen Signale [1]<br />
Die Spei<strong>ch</strong>erung der Ephemeriden- und Almana<strong>ch</strong>daten im <strong>GPS</strong>-Empfänger führt dazu,<br />
dass Empfänger, die für ni<strong>ch</strong>t sehr lange , d.h. ni<strong>ch</strong>t gerade für Wo<strong>ch</strong>en ausges<strong>ch</strong>altet<br />
waren, nur kurze Zeit für eine Positionsbestimmung benötigen. Sind die im Empfänger<br />
gespei<strong>ch</strong>erten Almana<strong>ch</strong>- und Ephemeridendaten aktuell, so spri<strong>ch</strong>t man beim Eins<strong>ch</strong>alten<br />
des Geräts von einem "Warmstart", die Positionsbestimmung dauert ledigli<strong>ch</strong> ca. 15<br />
Sekunden. Sind die Ephemeriden veraltet, spri<strong>ch</strong>t man von einem "Kaltstart". Hierbei<br />
dauert es etwa 45 Sekunden bis zur ersten Positionsbestimmung. Sind die Almana<strong>ch</strong>daten<br />
veraltet, was passiert, wenn der Empfänger für einige Wo<strong>ch</strong>en ausges<strong>ch</strong>altet war, so<br />
muss zunä<strong>ch</strong>st die Übertragung der Almana<strong>ch</strong> Daten abgewartet werden, um ents<strong>ch</strong>eiden<br />
zu können, wel<strong>ch</strong>e Satelliten empfangen werden können. Dies dauert bis zu 10 Minuten.<br />
Wurde die Position des Empfängers in ausges<strong>ch</strong>altetem Zustand um mehr als<br />
300 km verändert, so stimmen die "si<strong>ch</strong>tbaren" Satelliten ni<strong>ch</strong>t mehr mit den Satelliten<br />
überein, die vom Empfänger erwartet werden, der ja no<strong>ch</strong> von der alten Position ausgeht,<br />
weshalb au<strong>ch</strong> hier die Zeit bis zur ersten Positionsbestimmung länger dauert.
Funktionsprinzip 13<br />
3.2. Differential-<strong>GPS</strong> (D<strong>GPS</strong>)<br />
3.2.1. Allgemein<br />
Eine Ausnutzung des NAVSTAR-<strong>GPS</strong> bis zur Grenze der theoretis<strong>ch</strong>en Leistungsfähigkeit<br />
ist mit Hilfe des Differential-<strong>GPS</strong> (D<strong>GPS</strong>) errei<strong>ch</strong>bar.<br />
Das Prinzip des D<strong>GPS</strong> ist sehr einfa<strong>ch</strong>. Auf einem bekannten und genau vermessenen<br />
Punkt befindet si<strong>ch</strong> eine <strong>GPS</strong>-Referenzstation. Diese bestimmt ihre Position mittels vier<br />
Satelliten. Da die <strong>GPS</strong>-Referenzstation ihre genaue Position kennt, kann sie die Abwei<strong>ch</strong>ung<br />
von der gemessenen Position bere<strong>ch</strong>nen. Diese Abwei<strong>ch</strong>ung (Differenzposition)<br />
gilt ebenfalls für alle im Berei<strong>ch</strong> von bis zu 200 km vorhandenen <strong>GPS</strong>-Empfängern um<br />
die Referenzstation. Die Differenzposition kann somit zur Korrektur von der von weiteren<br />
<strong>GPS</strong>-Empfängern gemessenen Position genutzt werden (Abb. 3.8).<br />
Abb. 3.8: Prinzip des D<strong>GPS</strong> mit einer <strong>GPS</strong>-Referenzstation [1]<br />
3.2.2. D<strong>GPS</strong> in der S<strong>ch</strong>weiz<br />
Der s<strong>ch</strong>weizeris<strong>ch</strong>e D<strong>GPS</strong>-Dienst ist seit 1996 ein Pilotprojekt der Landestopographie in<br />
Zusammenarbeit mit der SWISSCOM und ermögli<strong>ch</strong>t die Positionierung und Navigation<br />
mit Meter-Genauigkeit dur<strong>ch</strong> Kombination von <strong>GPS</strong>- und Korrektursignalen, die über<br />
UKW/RDS ausgesendet werden. Der Empfang der Korrekturdaten ist grundsätzli<strong>ch</strong> in der<br />
ganzen S<strong>ch</strong>weiz über die Senderkette von Radio DRS3 mögli<strong>ch</strong>, d.h. überall wo DRS3
Funktionsprinzip 14<br />
empfangen werden kann, ist D<strong>GPS</strong> mögli<strong>ch</strong>. Nebst dem <strong>GPS</strong>-Empfänger ist für die Benutzung<br />
des D<strong>GPS</strong>-Dienstes ein spezieller RDS-Decoder erforderli<strong>ch</strong>, der die vers<strong>ch</strong>lüsselten<br />
Korrekturdaten decodiert und sie dem <strong>GPS</strong>-Empfänger in einem Standardformat<br />
(RTCM 2.0) zuführt.<br />
Das Bundesamt für Landestopographie erhebt für diese Dienstleistung Gebühren, deren<br />
Betrag si<strong>ch</strong> na<strong>ch</strong> der errei<strong>ch</strong>baren Genauigkeit ri<strong>ch</strong>tet (Tabelle 3.1).<br />
Tabelle 3.1: Gebühren für D<strong>GPS</strong> [1]<br />
Service Genauigkeit Jahreslizenz<br />
INTERMEDIATE 2-5 Meter CHF 750.00<br />
PREMIUM 1-2 Meter CHF 1'320.00<br />
3.3. Übersi<strong>ch</strong>t der Genauigkeit von <strong>GPS</strong><br />
Genauigkeit des ursprüngli<strong>ch</strong>en <strong>GPS</strong>-<strong>System</strong>s mit aktivierter SA 100 Meter<br />
Typis<strong>ch</strong>e Genauigkeit ohne SA 15 Meter<br />
Typis<strong>ch</strong>e Genauigkeit für D<strong>GPS</strong> 2 - 5 Meter<br />
Die mögli<strong>ch</strong>en 15 m Abwei<strong>ch</strong>ung beim „normalen“ <strong>GPS</strong> können dur<strong>ch</strong> folgende Faktoren<br />
entstehen:<br />
Störungen dur<strong>ch</strong> die Ionosphäre ± 5 Meter<br />
S<strong>ch</strong>wankungen der Satellitenumlaufbahnen ± 2.5 Meter<br />
Uhrenfehler der Satelliten ± 2 Meter<br />
Mehrwegeffekte (Reflexionseffekte) ± 1 Meter<br />
Störungen dur<strong>ch</strong> die Troposphäre ± 0.5 Meter<br />
Re<strong>ch</strong>nungs- und Rundungsfehler ± 1 Meter<br />
Numeris<strong>ch</strong>en Angaben von [6]
<strong>GPS</strong>-Anwendungen 15<br />
4. <strong>GPS</strong>-Anwendungen<br />
4.1. Einleitung<br />
Das vom amerikanis<strong>ch</strong>en Verteidigungsministerium entwickelte <strong>GPS</strong>-<strong>System</strong> diente zu<br />
Beginn auss<strong>ch</strong>liessli<strong>ch</strong> für militäris<strong>ch</strong>e Zwecke. Als das Navigationssystem 1995 seine<br />
volle Funktionsfähigkeit errei<strong>ch</strong>te, wurden zunehmend au<strong>ch</strong> zivile Anwendungen geprüft<br />
und entwickelt. Im Jahr 2000 s<strong>ch</strong>ätzten Experten, dass gerade no<strong>ch</strong> 1.6 % [11, S. 134]<br />
des gesamten <strong>GPS</strong>-Marktes auf militäris<strong>ch</strong>e Anwendungen entfallen. S<strong>ch</strong>liessli<strong>ch</strong> erlangte<br />
die zivile <strong>GPS</strong>-Nutzung dur<strong>ch</strong> die Aufhebung der künstli<strong>ch</strong>en Vers<strong>ch</strong>le<strong>ch</strong>terung SA am<br />
1. Mai desselben Jahres den endgültigen Dur<strong>ch</strong>bru<strong>ch</strong>.<br />
Heute wird die <strong>GPS</strong>-gestützte Navigation in vielen Berei<strong>ch</strong>en der Wirts<strong>ch</strong>aft, Wissens<strong>ch</strong>aft,<br />
Te<strong>ch</strong>nik, Tourismus, Fors<strong>ch</strong>ung und Vermessung eingesetzt. Überall dort, wo<br />
raumbezogene Geodaten eine wesentli<strong>ch</strong>e Rolle spielen, können <strong>GPS</strong>-Verfahren eingesetzt<br />
werden.<br />
4.2. Militäris<strong>ch</strong>e Anwendungen<br />
4.2.1. Allgemein<br />
Die US-Armee setzte das <strong>GPS</strong>-<strong>System</strong> zum ersten Mal 1991 während dem Golfkrieg ein.<br />
Innerhalb kurzer Zeit wurden grosse Mengen lei<strong>ch</strong>ter <strong>GPS</strong>-Empfänger (siehe Abb. 4.1)<br />
an die amerikanis<strong>ch</strong>en Soldaten, zur Orientierung in der kuwaitis<strong>ch</strong>en und irakis<strong>ch</strong>en<br />
Wüste, abgegeben.<br />
Abb. 4.1: <strong>GPS</strong>-Empfänger<br />
der US-Armee [3]<br />
Für diesen Zweck hob das amerikanis<strong>ch</strong>e Verteidigungsministerium<br />
die künstli<strong>ch</strong>e Vers<strong>ch</strong>le<strong>ch</strong>terung auf und vers<strong>ch</strong>ob sogar<br />
einige Satelliten aus ihren Standardumlaufbahnen, um die<br />
bestmögli<strong>ch</strong>e Empfangsqualität in der Golfregion zu gewährleisten.<br />
Die US-Armee und die NATO setzten <strong>GPS</strong> überall dort ein, wo<br />
si<strong>ch</strong> Soldaten, Fahrzeuge, Flugzeuge oder ferngesteuerte<br />
Raketen im unbekannten Gelände bewegen. Ausserdem eignet<br />
si<strong>ch</strong> <strong>GPS</strong> zu Markierungszwecken. So lassen si<strong>ch</strong> beispielsweise<br />
Minenfelder oder geheime Depots mit Hilfe des<br />
Navigationssystems ohne grossen Aufwand wieder finden.<br />
Momentan sind Entwicklungen für so genannte TIAs (Tactical Information Assistants) im<br />
Gange. Diese Geräte sollen sowohl die Position des Soldaten als au<strong>ch</strong> die Position von<br />
beoba<strong>ch</strong>teten feindli<strong>ch</strong>en Objekten per <strong>GPS</strong> direkt der Einsatzzentrale übermitteln, wel<strong>ch</strong>e<br />
dann sofort entspre<strong>ch</strong>ende Abwehrmassnamen einleiten kann.
<strong>GPS</strong>-Anwendungen 16<br />
4.2.2. <strong>GPS</strong>-Gesteuerte Waffensysteme<br />
Herkömmli<strong>ch</strong>e Waffen werden zunehmend von steuerbaren Präzisionswaffen abgelöst.<br />
So lag deren Anteil na<strong>ch</strong> Financial Times Deuts<strong>ch</strong>land [4] im Golfkrieg 1991 no<strong>ch</strong> bei<br />
9 %, im Kosovo-Konflikt bei 35 % und im Afghanistan-Krieg bereits bei 69 %. Im aktuellen<br />
Golfkrieg geht man davon aus, dass die Kriegskoalition USA-Grossbritannien nahezu<br />
90 % der Angriffe mit <strong>GPS</strong>-gestützten Präzisionswaffen bestritten hat. Die Terrorangst<br />
sowie der Afghanistan-Krieg waren zwei Hauptfaktoren, die die Reform der amerikanis<strong>ch</strong>en<br />
Militärte<strong>ch</strong>nologie bes<strong>ch</strong>leunigten.<br />
Das te<strong>ch</strong>nis<strong>ch</strong>e Rückgrad zur Steuerung dieser neuentwickelten Präzisionswaffen stellt<br />
das Navigationssystem <strong>GPS</strong> dar.<br />
Abb. 4.2 Ablauf eines <strong>GPS</strong>-gesteuerten Mars<strong>ch</strong>flugkörperangriffs.<br />
[4]<br />
So können einzelne Häuser, Bunker,<br />
Paläste oder Personen mit<br />
Präzisionss<strong>ch</strong>lägen angegriffen<br />
werden. Abb. 4.2 zeigt s<strong>ch</strong>rittweise<br />
den Ablauf eines <strong>GPS</strong>-gestützten<br />
Mars<strong>ch</strong>flugkörperangriffs.<br />
Der Vorteil eines ganz gezielten<br />
Angriffs ist, dass die umliegende<br />
Zivilbevölkerung und deren Infrastruktur<br />
ges<strong>ch</strong>ont werden können.<br />
Allerdings ist ein Präzisionswaffensystem<br />
no<strong>ch</strong> keine Garantie für<br />
absolute Treffsi<strong>ch</strong>erheit. Ein Ziel<br />
kann nur so gut getroffen werden,<br />
wie es die Positionsdaten des Ziels<br />
selbst erlauben. Dadur<strong>ch</strong> werden<br />
Standortinformationen zur Waffe der<br />
Zukunft, glauben Militärexperten.<br />
Eine weitere Voraussetzung für das<br />
korrekte Anvisieren von Zielen ist,<br />
dass der <strong>GPS</strong>-Empfang für die<br />
ferngelenkten Waffen bis zum Eintreffen<br />
in das Ziel gewährleistet ist.<br />
Das Pentagon zeigt si<strong>ch</strong> deshalb au<strong>ch</strong> besorgt über das Ers<strong>ch</strong>einen von handelsübli<strong>ch</strong>en<br />
<strong>GPS</strong>-Sendern, die das Navigationssystem der amerikanis<strong>ch</strong>en Streitkräfte empfindli<strong>ch</strong><br />
stören können.<br />
Wie Oberst Douglas Loverro bestätigte [12], können die auf dem Markt frei erhältli<strong>ch</strong>en<br />
Geräte alle <strong>GPS</strong>-Signale im Umkreis von vier Kilometern so massiv stören, dass ferngelenkte<br />
Bomben und Flugzeuge unmögli<strong>ch</strong> per <strong>GPS</strong> navigieren können.
<strong>GPS</strong>-Anwendungen 17<br />
Abb. 4.3: JDAM-Bombe [4]<br />
4.3. Strassenverkehr<br />
Die mit der JDAM-Te<strong>ch</strong>nologie (Joint Direct Attack Munition)<br />
ausgerüsteten Bomben sind die am meisten verwendeten<br />
ferngelenkten Waffen. Sie sind, wie in Abb. 4.3<br />
zu sehen ist, mit einem <strong>GPS</strong>-Empfängermodul (1) bestückt,<br />
das mit einer Lenkflosse (2) am Heck der Bombe<br />
gekoppelt ist. JDAM-Bomben erlauben einen Einsatz aus<br />
si<strong>ch</strong>erer Entfernung mit einer Zielgenauigkeit von ca. 13<br />
m.<br />
Wie si<strong>ch</strong> in der Vergangenheit gezeigt hat, wird si<strong>ch</strong> wohl der Strassenverkehr zum<br />
grössten Markt für <strong>GPS</strong> entwickeln [3]. Die so genannten autonomen Führungssysteme<br />
bestehen meistens aus einem kompakten Computer mit einem Display für Kartenanzeigen<br />
und einem Lautspre<strong>ch</strong>ersystem für Spra<strong>ch</strong>ausgabe.<br />
Abb. 4.4: Das <strong>GPS</strong>-gesteuerte Führungssystem<br />
von Blaupunkt zeigt den Weg sowie<br />
die aktuelle Position auf einer Karte an [3]<br />
Je na<strong>ch</strong>dem wo man si<strong>ch</strong> befindet, wird die<br />
ri<strong>ch</strong>tige Karte mit der momentanen Position<br />
eingeblendet. Gibt man den Zielort ein, bere<strong>ch</strong>net<br />
das <strong>System</strong> den s<strong>ch</strong>nellsten Weg<br />
zum Ziel und projiziert diesen in die Karte.<br />
Ausserdem werden oft au<strong>ch</strong> die ungefähre<br />
Fahrdauer und der dur<strong>ch</strong>s<strong>ch</strong>nittli<strong>ch</strong>e Kraftstoffverbrau<strong>ch</strong><br />
bere<strong>ch</strong>net.<br />
Mit Hilfe der Spra<strong>ch</strong>ausgabe ist es dem <strong>System</strong><br />
mögli<strong>ch</strong>, dem Fahrzeuglenker während<br />
der Fahrt Abbiegeanweisungen zu geben.<br />
Auf dem japanis<strong>ch</strong>en Markt sind Führungssysteme für Autos s<strong>ch</strong>on seit längerer Zeit<br />
Standard [3]. Die Erfahrung dort zeigt, dass si<strong>ch</strong> nur sol<strong>ch</strong>e <strong>System</strong>e gut verkaufen lassen,<br />
wel<strong>ch</strong>e Navigationshinweise per Spra<strong>ch</strong>ausgabe geben und somit dem Lenker ein<br />
freieres Fahren ermögli<strong>ch</strong>ten.<br />
Eine wi<strong>ch</strong>tige Voraussetzung für ein korrekt funktionierendes Führungssystem ist die<br />
Verfügbarkeit von aktuellen digitalen Strassenkarten, wel<strong>ch</strong>e ähnli<strong>ch</strong> wie die bekannten<br />
Routenplaner für PCs auf CD-ROM mitgeführt werden. Die digitalen Positionsangaben<br />
werden mit Hilfe des genauen D<strong>GPS</strong> ermittelt. Im städtis<strong>ch</strong>en Berei<strong>ch</strong> gibt es jedo<strong>ch</strong> viele<br />
Faktoren, die den Empfang des <strong>GPS</strong>-Signals beeinträ<strong>ch</strong>tigen oder sogar verhindern.<br />
Beispiele hierfür sind Signalunterbre<strong>ch</strong>ungen in Tunnelstrecken oder Reflexionen des<br />
<strong>GPS</strong>-Signals an Gebäuden, was zu Verfäls<strong>ch</strong>ungen der Signallaufzeit führen kann.<br />
Da man si<strong>ch</strong> also ni<strong>ch</strong>t immer auf einen korrekten <strong>GPS</strong>-Empfang verlassen kann, werden<br />
die im Strassenverkehr eingesetzten Navigationssysteme mit zusätzli<strong>ch</strong>en Sensoren<br />
ausgerüstet, wel<strong>ch</strong>e für eine gewisse Zeit das Navigieren ohne <strong>GPS</strong>-Daten ermögli<strong>ch</strong>en<br />
sollen. So sind moderne Führungssysteme zusätzli<strong>ch</strong> mit einem elektronis<strong>ch</strong>en Kompass<br />
und einem Radimpulsgeber, der die Radumdrehungen des Fahrzeugs zählt, ausgestattet.
<strong>GPS</strong>-Anwendungen 18<br />
Mit Hilfe dieser Sensoren ist es dem Fahrzeugre<strong>ch</strong>ner mögli<strong>ch</strong>, beim Ausfall von <strong>GPS</strong><br />
den Kurs eine gewisse Strecke selbständig zu bere<strong>ch</strong>nen. Ausserdem wird momentan<br />
der Einsatz von so genannten elektronis<strong>ch</strong>en Wegweisern geprüft. Die bei Kreuzungen<br />
installierten Geräte übermitteln dann dem Führungssystem des Autos per Funk die zur<br />
Navigation nötigen Informationen. Weiterhin ist es Führungssystemen mögli<strong>ch</strong>, mit Hilfe<br />
von RDS (Radio Data <strong>System</strong>) aktuelle Verkehrsinformationen zu empfangen und automatis<strong>ch</strong><br />
die s<strong>ch</strong>nellste Umfahrungsroute für mögli<strong>ch</strong>e Verkehrshindernisse zu bere<strong>ch</strong>nen.<br />
Für die Zukunft ist neben der Steigerung der Genauigkeit und der Zuverlässigkeit von<br />
Führungssystemen im Strassenverkehr au<strong>ch</strong> die Integration von neuen Funktionen geplant.<br />
Die Automobilindustrie ist bestrebt, Autoradio und Klimaanlagensteuerung sowie<br />
neue Unterhaltungsfunktionen wie Videodisplays oder Computerspiele im Navigationssystem<br />
zu einem Gerät zu vereinen.<br />
Während auf dem japanis<strong>ch</strong>en Markt autonome Führungssysteme in Privatwagen bereits<br />
stark verbreitet sind, kommen in Europa und den USA sol<strong>ch</strong>e Geräte hauptsä<strong>ch</strong>li<strong>ch</strong> in der<br />
Wirts<strong>ch</strong>aft zum Einsatz. Vor allem Transportfirmen setzten diese Te<strong>ch</strong>nik bei ihren Lastwagen<br />
ein, um die Transportwege zu optimieren und Leerfahrten zu vermeiden. Weiterhin<br />
prüfen Versi<strong>ch</strong>erungsgesells<strong>ch</strong>aften und die Polizei den Einsatz von <strong>GPS</strong>-<br />
Empfängern, die ständig ihre Position übermitteln, um gestohlene Fahrzeuge wieder<br />
auffinden zu können.<br />
4.4. Vermessungswesen<br />
Geometer setzen vermehrt das sehr genaue Differential-<strong>GPS</strong> (D<strong>GPS</strong>) ein, um s<strong>ch</strong>nellere<br />
und genauere Vermessungen dur<strong>ch</strong>zuführen, als dies die konventionellen Verfahren<br />
erlauben. Vermessungen per Satellit bis auf Millimetergenauigkeit sind für Geometer mit<br />
dem Quantensprung vom Re<strong>ch</strong>ens<strong>ch</strong>ieber zum Computer verglei<strong>ch</strong>bar.<br />
Heute gibt es au<strong>ch</strong> <strong>GPS</strong>-<strong>System</strong>e für Vermessungen mit mobiler Referenzstation.<br />
Der Geometer kann diese Monitorstation an einem Punkt, dessen Koordinaten er genau<br />
kennt, platzieren und unabhängig von kostenpfli<strong>ch</strong>tigen, öffentli<strong>ch</strong>en Referenzstationen<br />
differentielle <strong>GPS</strong>-Messungen in einem bestimmten Umkreis dur<strong>ch</strong>führen.<br />
Mit <strong>GPS</strong> können Grundstücke, Strassen, Bahnstrecken, Flüsse und sogar Seetiefen und<br />
Berghöhen vermessen werden. Ein praktis<strong>ch</strong>es Beispiel für die Anwendung des globalen<br />
Navigationssystems im Vermessungswesen ist der neue Gotthard-Basistunnel. Die oberirdis<strong>ch</strong>e<br />
Vermessung der 57 km langen Tunnelstrecke erfolgte mit Hilfe von D<strong>GPS</strong> und<br />
konnte in einem Bru<strong>ch</strong>teil der Zeit, die die konventionelle optis<strong>ch</strong>e Messmethode erfordert<br />
hätte, erledigt werden. Au<strong>ch</strong> die Bewegung der Kontinente wird heute mit Hilfe von <strong>GPS</strong><br />
überwa<strong>ch</strong>t.<br />
1995 ermittelte die S<strong>ch</strong>weizeris<strong>ch</strong>e Landestopografie bei der Landesvermessung mit Hilfe<br />
des Differential-<strong>GPS</strong>, dass die S<strong>ch</strong>weiz drei Meter bereiter und zwei Meter [11] länger ist<br />
als bisher angenommen.
<strong>GPS</strong>-Anwendungen 19<br />
4.5. Freizeit, Sport und Expeditionen<br />
Seit dem es mögli<strong>ch</strong> ist, <strong>GPS</strong>-Empfänger im "Tas<strong>ch</strong>enformat" herzustellen und die Geräte<br />
das Navigieren mit elektronis<strong>ch</strong>en Karten erlauben, bedienen si<strong>ch</strong> immer mehr Wanderer<br />
und Tourenskifahrer dieser Navigationshilfe.<br />
Au<strong>ch</strong> bei Expeditionen in entlegene Gebiete baut man vermehrt auf die neue Navigations-Te<strong>ch</strong>nik.<br />
So wurde beispielsweise bei der Expedition zu den Korowai, einem der<br />
letzten im Regenwald von Neuguinea lebenden Völkern, ein <strong>GPS</strong>-Empfänger als Orientierungshilfe<br />
eingesetzt.<br />
Bei Segelflugzeug- und Hängegleitwettbewerben wird heute oft die Flugbahn mit Hilfe<br />
von <strong>GPS</strong> protokolliert.<br />
4.6. Zeitmessung<br />
Das aus 100 Atomuhren (vier pro Satellit) aufgebaute Zeitsystem von <strong>GPS</strong> lässt si<strong>ch</strong><br />
neben der Koordinatenbere<strong>ch</strong>nung au<strong>ch</strong> für exakte Zeitmessungen einsetzen. So ist es<br />
na<strong>ch</strong> Zogg [1, S. 79] mögli<strong>ch</strong>, weltweit die Zeit (UTC Universal Time Coordinated) mit<br />
einer Genauigkeit von<br />
1 bis 6 ns zu bestimmen. Dies ist viel genauer als es Funkuhren erlauben, bei denen die<br />
Laufzeit des Signals vom Sender zum Empfänger ni<strong>ch</strong>t kompensiert werden kann. Beträgt<br />
die Distanz zum Funkuhrsender beispielsweise 300 km, trifft das Signal mit einer<br />
Verzögerung von 1 ms beim Empfänger ein, wodur<strong>ch</strong> die Zeitmessung 10'000 mal ungenauer<br />
wird als mit einem <strong>GPS</strong>-Empfänger.<br />
Weltweit präzise Zeitmessungen werden oft zur Syn<strong>ch</strong>ronisation von Steuerungen und<br />
Kommunikationsanlagen eingesetzt. Institute, die ihre Uhren miteinander verglei<strong>ch</strong>en<br />
wollen, empfangen an vers<strong>ch</strong>iedenen Orten das <strong>GPS</strong>-Signal desselben Satelliten und<br />
ermitteln den Unters<strong>ch</strong>ied zwis<strong>ch</strong>en der Zeit, der lokalen Uhren und der <strong>GPS</strong>-<strong>System</strong>zeit.<br />
Die Standunters<strong>ch</strong>iede der Uhren lässt si<strong>ch</strong> dann dur<strong>ch</strong> die Differenz der gemessenen<br />
Unters<strong>ch</strong>iede ermitteln. Dabei spielt der Stand der <strong>GPS</strong>-<strong>System</strong>zeit keine Rolle, da es<br />
si<strong>ch</strong> um ein differentielles Verfahren handelt. So erfolgen heute Zeitverglei<strong>ch</strong>e mit den<br />
Atomuhren der Physikalis<strong>ch</strong>-Te<strong>ch</strong>nis<strong>ch</strong>en Bundesanstalt (PTB) in Frankfurt und Zeitinstituten<br />
auf der ganzen Welt.
Zukunft der Satellitennavigation 20<br />
5. Zukunft der Satellitennavigation<br />
5.1. Heutige Probleme<br />
Bei der vollen Inbetriebnahme von <strong>GPS</strong> 1995 war man sehr zuversi<strong>ch</strong>tli<strong>ch</strong>, dass die orbitale<br />
Satellitennavigation mit ihren hervorragenden Eigens<strong>ch</strong>aften innerhalb von wenigen<br />
Jahren alle bisherigen Verfahren ablösen würde. Voller Euphorie wurden zivile Luft- und<br />
S<strong>ch</strong>ifffahrtsnavigationssysteme entwickelt, die rein auf <strong>GPS</strong> basierten.<br />
Inzwis<strong>ch</strong>en wird jedo<strong>ch</strong> in weiten Kreisen [10] über die Gefahren gespro<strong>ch</strong>en, <strong>GPS</strong> als<br />
alleiniges Navigationssystem zu nutzen.<br />
Zum einen besteht immer no<strong>ch</strong> die Tatsa<strong>ch</strong>e, dass das <strong>GPS</strong>-Verfahren für die Si<strong>ch</strong>erheitsbelange<br />
der USA, d.h. für militäris<strong>ch</strong>e Zwecke, entwickelt wurde. Es enthält dementspre<strong>ch</strong>end<br />
geeignete Me<strong>ch</strong>anismen, um den Zugang von ni<strong>ch</strong>t autorisierten Benutzern zu<br />
ers<strong>ch</strong>weren, zu denen au<strong>ch</strong> zivile Anwender gehören. Falls also der US-<br />
Verteidigungsminister mit der Zustimmung des Präsidenten die Si<strong>ch</strong>erheit der USA als<br />
gefährdet erklärt, können die Eigens<strong>ch</strong>aften von <strong>GPS</strong> au<strong>ch</strong> weiterhin ohne Vorwarnung<br />
für zivile Nutzer vers<strong>ch</strong>le<strong>ch</strong>tert werden.<br />
Zum anderen lässt die Zuverlässigkeit von <strong>GPS</strong> im zivilen Berei<strong>ch</strong> au<strong>ch</strong> na<strong>ch</strong> der Aufhebung<br />
der künstli<strong>ch</strong>en Vers<strong>ch</strong>le<strong>ch</strong>terung SA (Selective Availability) von 2000 zu wüns<strong>ch</strong>en<br />
übrig und stellt somit den alleinigen Einsatz von <strong>GPS</strong> in Frage. Beispielsweise ist die<br />
Abdeckung in hohen Breitengraden, über die zahlrei<strong>ch</strong>e Flugrouten führen, ni<strong>ch</strong>t immer<br />
flä<strong>ch</strong>endeckend. Au<strong>ch</strong> in di<strong>ch</strong>t bebauten Stadtvierteln kann die Signalverfügbarkeit ni<strong>ch</strong>t<br />
gewährleistet werden.<br />
Da die Fixierung auf nur ein <strong>System</strong> zu riskant ist, setzt man heute na<strong>ch</strong> wie vor alte<br />
Navigationssysteme wie das LORAN-<strong>System</strong> oder Funkfeuer ein, um <strong>GPS</strong> zu ergänzen.<br />
1999 bes<strong>ch</strong>loss die EU aufgrund der Na<strong>ch</strong>teile von <strong>GPS</strong> ein eigenes Satelliten- Navigationssystem<br />
namens GALILEO zur zivilen Nutzung zu entwickeln. Aufgrund der Struktur<br />
der Satellitenkonstellation wird die Genauigkeit von GALILEO grösser und konstanter als<br />
die von <strong>GPS</strong> sein. Das europäis<strong>ch</strong>e <strong>System</strong> wird so konzipiert, dass Empfänger im Dualbetrieb<br />
glei<strong>ch</strong>zeitig mit GALILEO und <strong>GPS</strong> arbeiten können und somit eine Zuverlässigkeit<br />
errei<strong>ch</strong>en, die die reine Satellitennavigation re<strong>ch</strong>tfertigt.<br />
Fernziel dieser Entwicklungen ist GNSS-2 (<strong>Global</strong> Navigation Satellite <strong>System</strong>) ein internationales<br />
Navigationssystem bestehend aus <strong>GPS</strong>, GALILEO und dem russis<strong>ch</strong>en Pendant<br />
zu <strong>GPS</strong> dem GLONASS-<strong>System</strong>. Dur<strong>ch</strong> die Kombination von drei autonomen <strong>System</strong>en<br />
könnte die Genauigkeit und die Ausfallsi<strong>ch</strong>erheit der Satelliten-Navigation enorm<br />
gesteigert und glei<strong>ch</strong>zeitig das heutige Monopol der USA unterwandert werden.<br />
5.2. GNSS-1<br />
5.2.1. Allgemein<br />
S<strong>ch</strong>on heute fasst GNSS-1 das amerikanis<strong>ch</strong>e <strong>GPS</strong> und das russis<strong>ch</strong>e GLONASS zu<br />
einem grossen <strong>System</strong> zusammen. Allerdings handelt es si<strong>ch</strong> hierbei ni<strong>ch</strong>t um ein globales<br />
Projekt. Die USA, Europa und Japan entwickelten unabhängig voneinander ihr eigenes<br />
<strong>System</strong>. Die europäis<strong>ch</strong>e Version von GNSS-1 läuft unter dem Namen EGNOS (Eu-
Zukunft der Satellitennavigation 21<br />
ropean Ground Navigation Overlay <strong>System</strong>) und soll zur Kompensation der mangelnden<br />
Zuverlässigkeit von <strong>GPS</strong> in der EU bis zur Fertigstellung von GALILEO eingesetzt werden.<br />
Obwohl die europäis<strong>ch</strong>e Verstärkung von <strong>GPS</strong> EGNOS erst im Jahr 2004 seine<br />
volle Einsatzfähigkeit errei<strong>ch</strong>t, ist es bereits heute effektiv nutzbar.<br />
GNSS beruht neben der Kombination bestehender Navigationseinri<strong>ch</strong>tungen auf Zusatzsystemen<br />
im All (SBAS Space Based Augmentation <strong>System</strong>s) und auf der Erdoberflä<strong>ch</strong>e<br />
(GBAS Ground Based Augmentation <strong>System</strong>s).<br />
5.2.2. Kombination von <strong>GPS</strong> und GLONASS<br />
GNSS-fähige Navigationsgeräte sind mit einem Dualbandempfänger ausgerüstet, der das<br />
parallele Empfangen von <strong>GPS</strong>- und GLONASS-Daten ermögli<strong>ch</strong>t. Dur<strong>ch</strong> die grössere<br />
Anzahl von verfügbaren Satelliten ist die Wahrs<strong>ch</strong>einli<strong>ch</strong>keit bedeutend grösser, dass<br />
man si<strong>ch</strong> im Berei<strong>ch</strong> einer idealen Konstellation befindet, wodur<strong>ch</strong> die Genauigkeit der<br />
Positionsbestimmung steigt. Aufgrund der unters<strong>ch</strong>iedli<strong>ch</strong>en Eigens<strong>ch</strong>aften von <strong>GPS</strong> und<br />
GLONASS kann jedo<strong>ch</strong> ni<strong>ch</strong>t in jedem Fall eine Steigerung der Genauigkeit garantiert<br />
werden, da der Effekt hauptsä<strong>ch</strong>li<strong>ch</strong> auf der grösseren Verfügbarkeit an Satelliten beruht.<br />
5.2.3. GBAS Ground Based Augmentation <strong>System</strong>s<br />
Zu den bodengestützten Zusatzsystemen gehören fixe Monitorstationen, die analog zum<br />
Differential-<strong>GPS</strong> ihre eigene Position per Satellitennavigation bestimmen, um daraus<br />
Korrekturdaten zu gewinnen. Der einzige Unters<strong>ch</strong>ied zu D<strong>GPS</strong> besteht darin, dass die<br />
Stationen ebenfalls einen Dualbandempfänger besitzen und sowohl auf <strong>GPS</strong> als au<strong>ch</strong><br />
GLONASS zugreifen.<br />
Zudem besteht die Mögli<strong>ch</strong>keit, die Monitorstationen mit einem konventionellen Navigationssystem,<br />
wie dem modernisierten LORAN-C, zu koppeln und so die Zuverlässigkeit<br />
des Gesamtsystems no<strong>ch</strong> zu steigern.<br />
5.2.4. SBAS Space Based Augmentation <strong>System</strong>s<br />
Die weltraumgestützte Erweiterung der europäis<strong>ch</strong>en Union besteht im Endausbau aus<br />
drei geostationären Satelliten in 36’000 km Höhe. Die drei fix über Europa si<strong>ch</strong>tbaren<br />
Erdtrabanten senden ein <strong>GPS</strong>-ähnli<strong>ch</strong>es Navigationssignal, das zusätzli<strong>ch</strong> einen so genannten<br />
„GNSS Integrity Channel“ (GIC) enthält. Über diesen Kanal werden Informationen<br />
über die Verfügbarkeit von <strong>GPS</strong>, CLONASS und EGNOS übermittelt. Während man<br />
bei <strong>GPS</strong> glei<strong>ch</strong>zeitig mindestens die Signale von fünf Satelliten auswerten muss, um ein<br />
Problem, das dur<strong>ch</strong> einen Satelliten hervorgerufen wird, zu erkennen, genügt es bei<br />
EGNOS ledigli<strong>ch</strong> den Integrity-Channel abzufragen.<br />
Allerdings birgt diese Te<strong>ch</strong>nik au<strong>ch</strong> Na<strong>ch</strong>teile. Da der zusätzli<strong>ch</strong>e Kanal im standardisierten<br />
<strong>GPS</strong>-Signal eingebettet ist arbeiten amerikanis<strong>ch</strong>e Navigationsgeräte ohne modifizierte<br />
<strong>System</strong>-Software, die die zusätzli<strong>ch</strong>e Information abfängt, ni<strong>ch</strong>t unter EGNOS.
Zukunft der Satellitennavigation 22<br />
5.3. GALILEO<br />
5.3.1. Allgemein<br />
Mit dem Start des GALILEO-Projekts ma<strong>ch</strong>te die Europäis<strong>ch</strong>e Union den ersten S<strong>ch</strong>ritt zu<br />
einer rein zivilen Satellitennavigation. Europa s<strong>ch</strong>afft mit GALILEO ein konkurrenzfähiges<br />
Alternativsystem zu <strong>GPS</strong> und wird so das heutige de facto Monopol der USA bre<strong>ch</strong>en.<br />
Das europäis<strong>ch</strong>e Navigationssystem zielt als rein ziviles <strong>System</strong> auf Massenanwendungen<br />
im privaten, ges<strong>ch</strong>äftli<strong>ch</strong>en und im si<strong>ch</strong>erheitste<strong>ch</strong>nis<strong>ch</strong>en Umfeld. Die Zivilluftfahrt<br />
stellt dabei die grösste treibende Kraft hinter dem GALILEO-Projekt dar, da sie bei satellitengestützten<br />
Anflug- und Landemanöver auf ein genaues und vor allem unterbru<strong>ch</strong>freies<br />
<strong>System</strong> angewiesen ist.<br />
5.3.2. Zeitplan<br />
Die europäis<strong>ch</strong>e Transport Kommission (European Transport Council, ETC) bes<strong>ch</strong>loss<br />
1999 die Definitionsphase für GALILEO. Die Entwicklungsphase begann im Jahr 2001<br />
und soll bis Ende 2005 abges<strong>ch</strong>lossen sein. Zu den Hauptentwicklungen zählen z.B. die<br />
Atomuhren mit der geforderten Genauigkeit von 10 -9 s Abwei<strong>ch</strong>ung pro Jahr. Ausserdem<br />
sollen in diesem Zeitraum zwei bis vier Prototyp-Satelliten zu Testzwecken in den Erdorbit<br />
gebra<strong>ch</strong>t werden.<br />
2006 beginnt die Realisierungsphase. In dieser Periode bringt die Europäis<strong>ch</strong>e Weltraumorganisation<br />
ESA mir ihren ARIANE-5-Raketen die restli<strong>ch</strong>en 26 bis 28 der insgesamt<br />
30 Satelliten in ihre Umlaufbahnen. Auf der Erdoberflä<strong>ch</strong>e werden zeitglei<strong>ch</strong> alle<br />
Einri<strong>ch</strong>tungen des Bodensegments installiert. Dazu gehören unter anderem <strong>System</strong> zur<br />
Kontrolle der Satellitenumlaufbahnen und Monitorstationen für differentielle Messungen.<br />
Die kommerzielle Verfügbarkeit soll dann in den Jahren 2008 bis 2010 errei<strong>ch</strong>t werden.<br />
Während die Entwicklungsarbeiten für GALILEO am laufen sind, arbeiten die Amerikaner<br />
an der dritten Generation ihres <strong>GPS</strong>-<strong>System</strong>s, dem so genannten Block-III. Bei der Konzeption<br />
des dritten Blocks orientieren si<strong>ch</strong> die USA erstmals au<strong>ch</strong> an den Bedürfnissen<br />
des zivilen Marktes und stecken Aspekte der nationalen Si<strong>ch</strong>erheit zurück.<br />
Die Europäis<strong>ch</strong>e Union ist deshalb bestrebt ihren Zeitplan einzuhalten, um für GALILEO<br />
mögli<strong>ch</strong>st viele Marktanteile vor der eventuellen Inbetriebnahme von <strong>GPS</strong>-III si<strong>ch</strong>ern zu<br />
können.<br />
5.3.3. Finanzierung<br />
Das Navigationsprojekt der EU ist verglei<strong>ch</strong>smässig preiswert gemäss einer Informationsbros<strong>ch</strong>üre<br />
der EU [9, S. 6]. Die Entwicklungs- und Einri<strong>ch</strong>tungskosten für GALILEO,<br />
eins<strong>ch</strong>liessli<strong>ch</strong> des Starts von 30 Satelliten und der Bereitstellung der Einri<strong>ch</strong>tungen auf<br />
dem Boden, betragen 3,2 bis 3,4 Milliarden Euro. Dies entspri<strong>ch</strong>t den Kosten für den Bau<br />
von 150 km Autobahn in Ballungsgebieten oder jenen für das Bohren eines einzigen<br />
Haupttunnels auf der künftigen Ho<strong>ch</strong>ges<strong>ch</strong>windigkeitsstrecke zwis<strong>ch</strong>en Lyon und Turin.
Zukunft der Satellitennavigation 23<br />
Der Beitrag von 550 Millionen Euro der Europäis<strong>ch</strong>en Union für die Entwicklungsphase<br />
(2001-2005) wurde bereits in den Gemeins<strong>ch</strong>aftshaushalt einkalkuliert. Die europäis<strong>ch</strong>e<br />
Weltraumorganisation ESA verfügt ebenfalls über dieselbe Summe.<br />
Die für die Erri<strong>ch</strong>tungsphase (2006-2007) gere<strong>ch</strong>neten 2.15 Milliarden Euro sollen aus<br />
öffentli<strong>ch</strong>en Mitteln und ebenfalls aus dem Gemeins<strong>ch</strong>aftshaushalt entnommenen werden.<br />
Dazu kommen no<strong>ch</strong> die Privatfinanzierungen von Unternehmen, die si<strong>ch</strong> zur Teilnahme<br />
an diesem Projekt ents<strong>ch</strong>lossen haben.<br />
Für die Betriebsphase ab 2008 sieht eine Studie von PricewaterhouseCoopers [9, S. 6]<br />
eine zurückgehende öffentli<strong>ch</strong>e Beteiligung bis 2015 vor. Von da an sollte si<strong>ch</strong> das Unternehmen<br />
mit den Einnahmen aus den gebührenpfli<strong>ch</strong>tigen Angeboten selbst finanzieren<br />
können.<br />
5.3.4. Leistungsmerkmale<br />
Der komplette Neuaufbau eines Funksystems eröffnet völlig neue Mögli<strong>ch</strong>keiten. Man<br />
kann nun bei der Entwicklung das gesamte <strong>System</strong> auf die Bedürfnisse und Ansprü<strong>ch</strong>e<br />
der zivilen Anwender abstimmen:<br />
GALILEO beruht na<strong>ch</strong> Franke [8, S. 3-4] ähnli<strong>ch</strong> wie <strong>GPS</strong> auf einer Konstellation von 30<br />
Satelliten, die si<strong>ch</strong> auf einer Umlaufbahn in 23’222 km Höhe befinden und die gesamte<br />
Erdkugel abdecken. Dur<strong>ch</strong> die neuartige Anordnung der Erdtrabanten und ein Netz von<br />
Relais-Stationen auf der Erdoberflä<strong>ch</strong>e soll GALILEO eine wesentli<strong>ch</strong> höhere Genauigkeit<br />
mit weniger Unterbre<strong>ch</strong>ungen als das <strong>GPS</strong>-<strong>System</strong> errei<strong>ch</strong>en.<br />
Es ist vorgesehen, dass die GALILEO-Satelliten auf vier Frequenzen im L-Band senden<br />
werden. Dabei steht neben dem reinen Navigationsteil eine Bandbreite von 250 bis 1500<br />
Bit/s (vgl. <strong>GPS</strong> 50 Bit/s) für zusätzli<strong>ch</strong>e Nutzdaten und so genannte Pilotsignale zur Verfügung.<br />
Letztere sollen dazu dienen, die Effekte der Mehrwegausbreitung zu minimieren,<br />
wie sie im mobilen Einsatz in stark bebautem Gelände sowie bei landenden Flugzeugen<br />
auftreten können. Zudem arbeitet man an einer Integritätsmeldung, die den Nutzer sofort<br />
über mögli<strong>ch</strong>e Fehler bei der Positionsbestimmung informiert.<br />
Die Industrie forderte von den Entwicklern die höhere Datenrate um Mehrwertdienste wie<br />
Verkehrs- und Tourismusinformationen, Landkartenupdates und vieles mehr direkt mit<br />
den Navigationsdaten versenden zu können.<br />
Mit GALILEO werden zwei Anwendungsberei<strong>ch</strong>e, den „Mass Market“ und den „Safty<br />
Related Market“, definiert:<br />
Zum „Mass Market“ zählen alle privaten Anwendungen. Für dieses Benutzersegment wird<br />
eine Genauigkeit von besser 10 m und eine Verfügbarkeit von mindestens 70 % vorgesehen.<br />
Der „Safty Related Market“ beinhaltet alle professionellen Anwendungen, die auf<br />
eine grosse Genauigkeit und Ausfallsi<strong>ch</strong>erheit angewiesen sind. Dazu zählen beispielsweise<br />
die Zivilluftfahrt und die S<strong>ch</strong>ifffahrt. Das kostenpfli<strong>ch</strong>tige Angebot garantiert eine<br />
Genauigkeit von besser 4 m bei einer Signalverfügbarkeit von 99 % und besser.
Zukunft der Satellitennavigation 24<br />
5.3.5. GALILEO - ein Teil von GNSS-2<br />
Trotz der Überlegenheit des zukünftigen europäis<strong>ch</strong>en Navigationssystems beabsi<strong>ch</strong>tigen<br />
die Europäer ni<strong>ch</strong>t die protektionistis<strong>ch</strong>e und monopolistis<strong>ch</strong>e Haltung der USA anzunehmen.<br />
Man gibt offen zu, dass es si<strong>ch</strong>erer ist, GALILEO und <strong>GPS</strong> glei<strong>ch</strong>zeitig zu verwendenden.<br />
So soll das europäis<strong>ch</strong>e Satellitennavigationssystem mit der Inbetriebnahme<br />
im Jahr 2008 die zweite Phase des GNSS Projekts einleiten. So wie momentan EGNOS<br />
das <strong>GPS</strong>-Signal lokal für Europa verstärkt, kann mit GALILEO weltweit eine Signalverbesserung<br />
errei<strong>ch</strong>t werden.<br />
Die Satelliteninfrastruktur von GNSS-2 wird dur<strong>ch</strong> GALILEO doppelt so gross sein wie die<br />
von GNSS-1. Dadur<strong>ch</strong> kann die Abdeckung und Genauigkeit des internationalen <strong>System</strong>s<br />
erhebli<strong>ch</strong> verbessert werden.<br />
Abbildungen Abb. 5.1 bis Abb. 5.3 zeigen eine Simulation der Verbesserung der Positionsgenauigkeit,<br />
die mit Hilfe von EGNOS und GALILEO während 95 % der Zeit errei<strong>ch</strong>t<br />
werden.<br />
Abb. 5.1 Dur<strong>ch</strong>s<strong>ch</strong>nittli<strong>ch</strong>e Positionierungsgenauigkeit,<br />
die mit der <strong>GPS</strong><br />
Konstellation allein errei<strong>ch</strong>t wird<br />
(in m). [5]<br />
Abb. 5.2 Dur<strong>ch</strong>s<strong>ch</strong>nittli<strong>ch</strong>e Positionierungsgenauigkeit,<br />
die mit der dur<strong>ch</strong><br />
EGNOS verstärkten <strong>GPS</strong>-Konstellation<br />
errei<strong>ch</strong> wird (in m). [5]
Zukunft der Satellitennavigation 25<br />
Abb. 5.3 Dur<strong>ch</strong>s<strong>ch</strong>nittli<strong>ch</strong>e Positionierungsgenauigkeit,<br />
die mit <strong>GPS</strong>,<br />
EGNOS und GALILEO errei<strong>ch</strong>t wird<br />
(in m). [5]
S<strong>ch</strong>lussbemerkungen 26<br />
6. S<strong>ch</strong>lussbemerkungen<br />
Ziel dieser Semesterarbeit war es, den Studierenden der HTA Burgdorf die Satellitennavigation,<br />
insbesondere <strong>GPS</strong>, näher zu bringen und glei<strong>ch</strong>zeitig dabei das in den Deuts<strong>ch</strong>-<br />
Praktika erworbene Wissen praktis<strong>ch</strong> anzuwenden.<br />
Mit Hilfe der Satellitennavigation ist eine dreidimensionale Positionsbestimmung (Höhe,<br />
Längen- und Breitengrad) mögli<strong>ch</strong>, woraus si<strong>ch</strong> ebenfalls Ri<strong>ch</strong>tung und Ges<strong>ch</strong>windigkeit<br />
von si<strong>ch</strong> bewegenden Objekten ableiteten lässt. Die genannten Eigens<strong>ch</strong>aften ermögli<strong>ch</strong>en<br />
völlig neue Anwendungen im Berei<strong>ch</strong> der Landesvermessung, der Luftfahrt, des<br />
Strassenverkehrs oder der Kriegsführung. Dank dem Forts<strong>ch</strong>ritt der Mikroelektronik wurden<br />
die Empfänger so klein und preiswert, dass die Navigationsgeräte au<strong>ch</strong> für private<br />
Anwender ers<strong>ch</strong>wingli<strong>ch</strong> geworden sind und beispielsweise zur Orientierung auf Wanderund<br />
Skitouren eingesetzt werden.<br />
Die orbitale Navigation kann si<strong>ch</strong> jedo<strong>ch</strong> nur vollständig etablieren, wenn man si<strong>ch</strong> vom<br />
monopolistis<strong>ch</strong>en <strong>System</strong> des amerikanis<strong>ch</strong>en <strong>GPS</strong> abwendet und alternative, zivile<br />
<strong>System</strong>e s<strong>ch</strong>afft. Dabei s<strong>ch</strong>eint eine Zusammenarbeit auf internationaler Ebene unerlässli<strong>ch</strong>,<br />
um den Bedürfnissen der Wirts<strong>ch</strong>aft gere<strong>ch</strong>t werden zu können.<br />
Wir hoffen, dass wir mit diesem Beri<strong>ch</strong>t unseren Mitstudenten einen guten Einblick in das<br />
Gebiet der Satellitennavigation geben können und so den Stoff des Fa<strong>ch</strong>s Te<strong>ch</strong>nologie<br />
sinnvoll ergänzen.
Glossar 27<br />
Glossar<br />
Begriff Erläuterung<br />
C/A-Code Coarse-Aquisition-Code<br />
Code zur Identifikation der Satelliten und zur Bestimmung der Laufzeit<br />
D<strong>GPS</strong> Differential <strong>GPS</strong><br />
<strong>GPS</strong>-Funktion mit Positionskorrekturparametern, die von Referenzstationen<br />
ermittelt werden<br />
EGNOS European Ground Navigation Overlay <strong>System</strong><br />
Europäis<strong>ch</strong>e Version von GNSS zur Verstärkung der <strong>GPS</strong>-Signale im<br />
Berei<strong>ch</strong> der EU<br />
GBAS Ground Based Augmentation <strong>System</strong>s<br />
Zusatzeinri<strong>ch</strong>tungen für das GNSS-Projekt auf der Erdoberflä<strong>ch</strong>e<br />
GLONASS <strong>Global</strong> Navigation Satellite <strong>System</strong><br />
Russis<strong>ch</strong>es Satellitennavigationssystem mit ähnli<strong>ch</strong>en Eigens<strong>ch</strong>aften<br />
wie <strong>GPS</strong><br />
GNSS <strong>Global</strong> Navigation Satellite <strong>System</strong><br />
Projekt, das dur<strong>ch</strong> die Kombination mehrerer Navigationssysteme<br />
und mit Hilfe von Zusatzeinri<strong>ch</strong>tungen im All und auf der Erdoberflä<strong>ch</strong>e<br />
die Positionierungsgenauigkeit erhöht<br />
JDAM Joint Direct Attack Munition<br />
<strong>GPS</strong> gelenkte Waffen mit Zielgenauigkeit von ca. 13 m<br />
LORAN Long Range Navigation <strong>System</strong><br />
Funknavigationssystem, das erstmals während des Zweiten Weltkrieges<br />
eingesetzt wurde<br />
NAVSTAR <strong>GPS</strong> Navigation Satellite Timing and Ranging <strong>Global</strong> <strong>Positioning</strong> <strong>System</strong><br />
Satellitennavigationssystem des US-Verteidigungsministerium (Meistens<br />
mit der Kurzform <strong>GPS</strong> bezei<strong>ch</strong>net)<br />
P-Code Pricise-Code<br />
Erweiterter C/A-Code für erhöhte Genauigkeit bei der Positionsbestimmung<br />
PRN-Code Pseudo-Random-Noise<br />
Pseudozufälliger Code, d.h. Code, der wie zufällig aussieht<br />
SA Selective Availability<br />
<strong>System</strong> zur Verfäls<strong>ch</strong>ung der <strong>GPS</strong>-Signale. (Aufgehoben seit dem<br />
1. Mai 2000)<br />
SBAS Space Based Augmentation <strong>System</strong>s<br />
Zusatzeinri<strong>ch</strong>tungen für das GNSS-Projekt auf der Erdumlaufbahn<br />
TIA Tactical Information Assistant<br />
Gerät zur Ermittlung eigener und feindli<strong>ch</strong>er Positionen mit direkter<br />
Verbindung zur jeweiligen Einsatzzentrale
Literaturverzei<strong>ch</strong>nis 28<br />
Literaturverzei<strong>ch</strong>nis<br />
Quellenna<strong>ch</strong>weise<br />
[1] Zogg, J. M.: <strong>GPS</strong> Grundlagen – Einführung in das <strong>System</strong>,<br />
u-blox AG, Thalwil 2001<br />
[2] Parkinson, B.: Timation and <strong>GPS</strong> Satellite History,<br />
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http://ncst-www.nrl.navy.mil/NCSTOrigin/Timation.html<br />
[3] Bauer, C. et al.: <strong>GPS</strong> <strong>Global</strong> <strong>Positioning</strong> <strong>System</strong>,<br />
Literargymnasium Rämibühl, Züri<strong>ch</strong> 1997,<br />
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[4] Hegmann, G.: Militärte<strong>ch</strong>nologie: Angriff der Computer-Bomben,<br />
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Kowoma, Mai 2003,<br />
http://www.kowoma.de/gps/Satelliten.htm<br />
[7] Sintrade AG (Swiss International Trade LTD), Differential-<strong>GPS</strong> in der S<strong>ch</strong>weiz,<br />
Mai 2003,<br />
http://www.sintrade.<strong>ch</strong>/dgps.html<br />
[8] Franke, E. H.: Galileo, GNSS, EGNOS und WAAS – Neues aus der Welt der<br />
Satellitennavigation, Beitrag zur 47. UKW-Tagung 2002 in Weinheim, Königba<strong>ch</strong>-<br />
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http://www.afusoft.de/medien/hamradio/publications/<strong>GPS</strong>-EGNOS-GALILEO-1.pdf<br />
[9] Europäis<strong>ch</strong>e Kommission: GALILEO – Das europäis<strong>ch</strong>e Satellitennavigations-<br />
projekt, Informationsbros<strong>ch</strong>üre, März 2002,<br />
http://europa.eu.int/comm/dgs/energy_transport/galileo/doc/galileo_info_note_200<br />
2_03_26_de.pdf
Literaturverzei<strong>ch</strong>nis 29<br />
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[12] Geo24: Pentagon für<strong>ch</strong>tet 40-Dollar <strong>GPS</strong>-Störsender, der ferngelenkte Waffen<br />
blockkiert, 2003,<br />
http://www.geo24.de/article/articleview/89/1/3/<br />
[13] Norsk Astronautisk Forening: Bildene bak bokstavene,<br />
http://www.romfart.no/Diverse/Tekst/OmRomfart.shtml<br />
[14] O’Brien M.: Soaring toward Von Braun’s vision,<br />
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http://www.cnn.com/2000/TECH/space/10/05/downlinks/<br />
Weitere Literatur<br />
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Europäis<strong>ch</strong>e Entwicklungen und ihr Bezug zu Radionavigationsplänen,<br />
DVW-S<strong>ch</strong>riftenreihe Nr. 41 S. 36-46, Wittwer-Verlag, Stuttgart 2000<br />
http://kgise.geo.tu-dresden.de/gg/publikat/radionavigationsplaene.pdf<br />
Walter, P. O.:<br />
Die Ges<strong>ch</strong>i<strong>ch</strong>te des <strong>GPS</strong>-<strong>System</strong>s,<br />
Europäis<strong>ch</strong>es Segel-Informationssystem ESYS, Januar 2002,<br />
http://www.esys.org/te<strong>ch</strong>nik/gps_hist.html<br />
Hirs<strong>ch</strong>l, R.:<br />
<strong>GPS</strong>-Signale und deren Verarbeitung,<br />
Universität Wien, 29. November 1998,<br />
http://www.ap.univie.ac.at/users/hirs<strong>ch</strong>l/gps/gps.html<br />
Dana, P. H.:<br />
<strong>Global</strong> <strong>Positioning</strong> <strong>System</strong> Overview,<br />
Department of Geography, University of Texas at Austin, 1994,<br />
http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/gps/gps_f.html