Kinematisches GPS zur Deformationsbestimmung - Beuth ...

2.3.2 Broadcast Ephemeriden
Die Broadcast Ephemeriden beruhen auf den Beobachtungen der Monitorstationen des GPS-
Kontrollsegments. Die Bahn- und Satellitenuhrbestimmung wird mit Pseudorange-Messungen dieser
fünf Stationen durchgeführt (mit den Daten der letzten 12-24 Stunden). Die Bahnen und Uhren
werden dann 12-36 Stunden extrapoliert und für jedes Zweistundenintervall werden Bahnelemente
(und Satellitenuhrkorrekturen) zu den Satelliten hochgeschickt. Da die Broadcast-Bahnen in Echtzeit
verfügbar sind und direkt von den Satelliten zu den Empfängern gesandt werden (Navigation Message),
sind sie besonders wichtig für Echtzeitanwendungen und alle Anwendungen, die keine große
Genauigkeit erfordern.
2.3.3 Präzise Ephemeriden
Seit Anfang der 90er Jahre bestimmt der zivile International GPS Service (IGS 1 ) präzise Bahndaten,
die mit zeitlicher Verzögerung und somit nur für Postprocessing-Anwendungen zur Verfügung stehen.
Als Datengrundlage dienen die Zweifrequenz-GPS-Beobachtungen von etwa 100 global verteilten
Stationen, die in 24-Stunden-Blöcken von den Stationen abgerufen werden. In sieben Analysezentren
werden die Orbits aller Satelliten berechnet und dann zu einer gemeinsamen Lösung zusammengefasst.
Im Gegensatz zu den Broadcast-Bahnen basieren hier die Bahnbestimmungen auf den
Trägerphasenmessungen. Die entgültigen IGS-Orbits liegen etwa nach zwei Wochen vor und weisen
eine Genauigkeit von einigen Zentimetern auf. Die Bahninformation ist im sogenannten SP3-Format
verfügbar: rechtwinklige, geozentrische, erdfeste Satellitenpositionen im ITRF und Satellitenuhrkorrekturen
in Abständen von 15 Minuten.
Die neueste Entwicklung der IGS-Bahnprodukte sind die Ultrarapid Orbits. Sie basieren auf Beobachtungen
einer Untergruppe von IGS-Stationen und werden alle 12 Stunden neu berechnet. Sie
bestehen aus 48 Stunden Orbitdaten, wobei die Daten der ersten 24 Stunden auf in diesem Zeitraum
durchgeführten Beobachtungen beruhen und die zweiten 24 Stunden extrapoliert wurden. Ihre
Genauigkeit liegt bei ca. 5 cm für den beobachteten und 10 cm für den vorhergesagten Teil.
[Bauer, 2003, Hofmann-Wellenhof, 2001, Hugentobler, 2000, Rothacher, 2004]
2.4 GPS-Signale, Datencodierung
Eine sehr übersichtliche Darstellung der GPS-Signalstruktur findet sich bei Rothacher, daher folgt
dieser Abschnitt in weiten Teilen seinen Ausführungen.
Alle Signale des Satelliten werden durch eine Atomuhr mit einer Frequenz von 10,23 MHz erzeugt.
Zwei Grundfrequenzen (Carrier Signals, Sinus-/Kosinuswellen, auch Träger genannt) im L-Band
werden permanent von den Satelliten ausgesendet:
• L 1 : f 1 =1575,43 MHz (=154x10,23 MHz), λ 1 =19 cm
• L 2 : f 2 =1227,60 MHz (=120x10,23 MHz), λ 2 =24 cm
Auf den Sinus-/Kosinuswellen werden durch BPSK-Modulationen (Binary Phase Shift Keying, BPSK)
sogenannte Codes aufmoduliert. Diese Codes bestehen aus einer Folge von binären Werten +1 und
-1 (Bits). Jedesmal wenn ein Wechsel des Code-Wertes erfolgt (von +1 auf -1 oder von -1 auf +1),
wird die Trägerphase um 180 ◦ gedreht (s. Abb. 2.3).
1 http://igscb.jpl.nasa.gov, Mai 2005
9