Globale Navigationssatellitensysteme - Cheatsheet

Definition und Grundprinzipien von GNSS

Definition:

GNSS (Global Navigation Satellite Systems) sind Satellitensysteme zur Bestimmung der Position und Zeitbestimmung weltweit.

Details:

• GNSS umfasst Systeme wie GPS (USA), GLONASS (Russland), Galileo (EU) und BeiDou (China).
• Funktion durch Triangulation: mindestens vier Satelliten notwendig.
• Satelliten senden Signale mit Zeitstempeln und Orbitaldaten.
• Empfänger auf der Erde berechnet Position aus Signallaufzeiten.
• Genaue Zeit und Position durch Korrekturalgorithmen verbessert.
• Fehlerquellen: Satellitenbahnfehler, Signalverzögerung in der Atmosphäre, Mehrwegeffekte.

Signalstruktur und -modulation

Definition:

Signalstruktur und -modulation bezieht sich auf den Aufbau und die Art der Modulation der Signale, die von Navigationssatelliten gesendet werden.

Details:

• GNSS-Signale bestehen aus Code ({C_A}-Code, {P}-Code), Trägersignal und Navigationsnachricht.
• Modulationstypen: \textit{Binary Phase Shift Keying (BPSK)}, \textit{Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)}
• BPSK wird oft verwendet, um die \textit{C_A}-Codes zu modulieren.
• QPSK kann für komplexere Signalstrukturen verwendet werden.
• Wichtige Freuqenzen: L1 (1575.42 MHz), L2 (1227.60 MHz)
• Signalkomponenten: Trägersignal, Kodierung (z.B. PRN-Codes), Navigationsnachrichtsblöcke mit Almanach, Ephemeriden und Zeitkorrekturen.

Technologische Merkmale von Galileo

Definition:

Merkmale des europäischen Satellitennavigationssystems Galileo.

Details:

• Höhere Präzision: Positonsgenauigkeit bis zu 1 Meter für öffentliche Nutzung.
• Dualfrequenzbetrieb: Sendung auf E1, E5 und E6 Bändern.
• Interoperabilität: Kompatibel mit GPS und GLONASS.
• Signalstruktur: Verwendung von Code Division Multiple Access (CDMA).
• Uhren: Atomuhren (Rubidium, Wasserstoff-Maser).
• Such- und Rettungsfunktion: Globales COSPAS-SARSAT Rettungsdienstsignal.
• Unabhängigkeit: Erstes ziviles GNSS, unabhängig von militärischer Kontrolle.
• Dienste: Open Service (OS), Commercial Service (CS), Safety of Life Service (SoL), Public Regulated Service (PRS).

Aufbau des Satellitennetzwerks von GPS

Definition:

Satellitennetzwerk von GPS besteht aus einer Konstellation von Satelliten, die in bestimmten Umlaufbahnen positioniert sind und Signale zur Positionsbestimmung senden.

Details:

• Insgesamt 31 Satelliten in Betrieb
• 24 aktive Satelliten für eine vollständige Abdeckung
• Satelliten bewegen sich in 6 Umlaufbahnebenen
• Umlaufzeit: ca. 12 Stunden
• Höhe: ca. 20.200 km über der Erdoberfläche
• Jeder Satellit sendet auf mehreren Frequenzen (z.B. L1, L2)

Vergleich von GNSS-Systemen (GPS, Galileo, GLONASS, Beidou)

Definition:

Vergleich von GNSS-Systemen (GPS, Galileo, GLONASS, Beidou).

Details:

• GPS: Amerikanisches System, 24 Satelliten, bietet weltweite Abdeckung, Genauigkeit etwa 5-10 Meter.
• Galileo: Europäisches System, 30 Satelliten geplant, höher Präzision, zivil gesteuert.
• GLONASS: Russisches System, 24 Satelliten, vergleichbare Genauigkeit zu GPS.
• Beidou: Chinesisches System, 35 Satelliten, regionaler und globaler Dienst, hohe Genauigkeit ähnlich wie Galileo.
• Signalstruktur: GPS (L1, L2), Galileo (E1, E5), GLONASS (L1, L2), Beidou (B1, B2).
• Kooperationsmöglichkeiten: Multi-GNSS-Empfänger nutzen Signale mehrerer Systeme für erhöhte Genauigkeit.

Technologische Besonderheiten und Innovationen von Beidou

Definition:

Chinesisches GNSS, bietet globale und regionale Dienste.

Details:

• BDS-2 für regionale Abdeckung, BDS-3 für globale Abdeckung.
• Ortungsgenauigkeit: ca. 2,34 m horizontal, 4,61 m vertikal.
• Nutzt zwei Frequenzbänder: B1I (1575,42 MHz), B2a (1176,45 MHz).
• Kommunikationslink innerhalb des Systems ermöglicht Kurzmitteilungen.
• Erweiterte Inter-Satelliten-Link (ISL) für verbesserte Kommunikation und Navigation.
• Verstärkte Mehrwegeverfahren zur Signaloptimierung.
• Bessere Sternenkameras und Atomuhren für höhere Präzision.

Architektur und Komponenten von GNSS

Definition:

GNSS besteht aus drei Hauptsegmenten: Raumsegment, Bodensegment und Nutzsegment.

Details:

• Raumsegment: Satellitenkonstellation, sendet Navigationssignale
• Bodensegment: Kontrollzentren, Bodenkontrollstationen, Überwachungsstationen überwachen und steuern die Satelliten
• Nutzsegment: GNSS-Empfänger, verarbeiten Signale und bestimmen Position
• Trilateration: Methode zur Positionsbestimmung
• Signale: L1, L2 Frequenzen
• Fehlerquellen: Ionosphäre, Troposphäre, Mehrwegeffekte
• DGPS: Differentielles GPS zur Fehlerkorrektur

Anwendungsgebiete und Nutzungsmuster von GNSS

Definition:

Anwendungsgebiete und Nutzungsmuster von GNSS (Globales Navigationssatellitensystem)

Details:

• Navigationssysteme - für Fahrzeuge, Schiffe, Flugzeuge, Fußgänger
• Geodäsie und Landvermessung - präzise Positionsbestimmung und Kartografie
• Fernerkundung und Umweltmonitoring - z.B. Wettervorhersage, Klimaforschung
• Zeitsynchronisation - für Finanztransaktionen, Kommunikation, Stromnetze
• Rettungsdienste und Notfallhilfe - Ortung und Koordination von Einsätzen
• Freizeit und Sport - Outdoor-Aktivitäten wie Wandern und Geocaching
• Telekommunikation - Unterstützung für Mobilfunknetze und Internetdienste