Kompendium der Verkehrstelematik - Technische Hochschule Wildau

05220 Satellitennavigation
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Bei exakter Zeitsynchronität zwischen Empfänger- und Satellitenuhr
würden drei Messungen zur mathematischen Bestimmung
ausreichen, doch erst eine vierte Messung eliminiert
die Fehler ungenauer Empfängeruhren.
Entfernungsbestimmung durch Laufzeitmessungen
Die Entfernung zwischen Satellit und Empfänger wird mathematisch
nach der einfachen und altbekannten Formel Weg =
Geschwindigkeit x Zeit ermittelt.
Wie funktioniert das genau? GPS-Satelliten senden in kurzen
Zeitabständen mit Lichtgeschwindigkeit ein Hochfrequenzsignal,
dem Sendezeit und Position des Satelliten aufgeprägt
sind. Die Wellen brauchen eine bestimmte Zeit zum Zurücklegen
des Weges zwischen der Sendeantenne des Satelliten
und der Empfängerantenne. Stehen die exakten Zeitpunkte
des Signalstarts und des Empfangs fest, läßt sich daraus die
Laufzeit des Signals ermitteln. Diese wird mit der Lichtgeschwindigkeit
multipliziert - das Produkt ist die Entfernung
zum Satelliten (Geschwindigkeit x Zeit = Entfernung).
Während die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer
Wellen, also die Lichtgeschwindigkeit, bekannt ist,
Signallaufzeit erfordert die Bestimmung der Signallaufzeit ein exaktes
„Timing”. Die Lösung des Problems liegt in der Synchronisation
der Satelliten- und Empfängersignale.
Wie beschrieben strahlen GPS-Satelliten mit der Trägerwelle
L1 den C/A-Code aus. Die Empfänger erzeugen diesen Code
synchron als Kopie - eine deckungsgleiche Abbildung elektromagnetischer
Impulse. Sendet der Satellit sein Signal,
trifft der Satelliten-Code zeitversetzt zum Empfänger-Code
ein, weil er erst die Strecke zum Empfänger zurücklegen muß.
Diese Verzögerung bzw. Zeitdifferenz realisiert der Empfänger,
indem er den Satelliten-Code solange verschiebt, bis
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