GPS ist eine Navigationstechnologie, die mithilfe von Satelliten die genauen Informationen über einen Standort liefert. Grundsätzlich besteht ein GPS-System aus einer Gruppe von Satelliten und gut entwickelten Werkzeugen wie dem Empfänger. Das System sollte jedoch mindestens vier Satelliten umfassen. Jeder Satellit und der Empfänger sind mit einer stabilen Atomuhr ausgestattet. Die Satellitenuhren sind miteinander und mit den Bodenuhren synchronisiert. Der GPS-Empfänger hat auch eine Uhr, diese ist jedoch nicht synchronisiert und nicht stabil (weniger stabil). Jede Abweichung der tatsächlichen Zeit von Satelliten von der Bodenuhr sollte täglich korrigiert werden. Aus dem synchronisierten Netzwerk von Satelliten und Empfänger müssen vier unbekannte Größen (drei Koordinaten und Taktabweichung von der Satellitenzeit) berechnet werden.Die Arbeit des GPS-Empfängers besteht darin, Signale vom Satellitennetz zu empfangen, um drei unbekannte grundlegende Gleichungen von Zeit und Position zu berechnen.
Ein GPS-Signal enthält einen Pseudozufallscode sowie die Übertragungszeit und die Satellitenposition zu diesem Zeitpunkt. Das von GPS gesendete Signal wird auch als Trägerfrequenz mit Modulation bezeichnet. Ferner ist ein Pseudozufallscode eine Folge von Nullen und Einsen. In der Praxis werden die Empfängerposition und der Versatz der Empfängertakt relativ zur Empfängersystemzeit gleichzeitig berechnet, wobei die Navigationsgleichungen zur Verarbeitung der Flugzeit (TOFs) verwendet werden. TOF sind die vier Werte, die der Empfänger unter Verwendung der Ankunftszeit und der Sendezeit des Signals bildet. Der Standort wird normalerweise in Breiten-, Längen- und Höhenangaben relativ zu Geoiden (im Wesentlichen mittlerer Meeresspiegel) umgerechnet. Dann werden die Koordinaten auf dem Bildschirm angezeigt.
Elemente von GPS
Die Struktur des GPS ist komplex. Es besteht aus drei Hauptsegmenten eines Raumsegments, eines Steuerungssegments und eines Benutzersegments. Der Start des Satelliten in die mittlere Erdumlaufbahn ist eine anstrengende Aufgabe. Das Weltraumsegment umfasst 24 bis 32 Satelliten oder Raumfahrzeuge in derselben Umlaufbahn, jeweils 8 in drei Kreisbahnen. Mindestens sechs Satelliten sind von fast überall auf der Erdoberfläche immer in Sichtweite.
Neben dem Raumsegment befindet sich das Kontrollsegment. Im Steuersegment gibt es eine Hauptsteuerstation, eine alternative Hauptsteuerstation, Bodenantennen und eine Überwachungsstation. Das Anwendersegment besteht aus Tausenden von zivilen, kommerziellen und militärischen Ortungsdiensten. Ein GPS-Empfänger oder ein GPS-Gerät besteht aus einer Antenne, die auf die von Satelliten übertragene Frequenz abgestimmt ist. Es enthält auch einen Bildschirm zur Angabe von Ort und Zeit.
Ein GPS-Empfänger wird nach der Anzahl der Satelliten klassifiziert, die er gleichzeitig überwachen kann, dh nach der Anzahl der Kanäle. Empfänger haben im Allgemeinen vier bis fünf Kanäle, aber die jüngsten Fortschritte haben gezeigt, dass auch bis zu 20 Kanäle gemacht wurden.
Satellitenfrequenz: Alle Satellitenfrequenzen. Das Frequenzband umfasst fünf Typen wie L1, L2, L3, L4 und L5. Diese Bänder haben Frequenzbereiche zwischen 1176 MHz und 1600 MHz.
Wie GPS funktioniert
GPS-Satelliten drehen sich zweimal am Tag um die Erde. Es dreht sich in einem sehr genauen Verlauf und sendet Hinweise und Informationen an die Erde. Die GPS-Empfänger erhalten alle Informationen und wenden eine Triangulation an, um den genauen Standort des Benutzers zu ermitteln. Grundsätzlich kontrastiert der GPS-Empfänger die Dauer, zu der ein Signal von einem Satelliten verbreitet wurde, und teilt die Zeit zu, zu der es empfangen wurde. Der Zeitunterschied gibt an, wie weit der Empfänger von den Satelliten des GPS entfernt ist. Es misst die genaue Entfernung mit wenigen weiteren Satelliten und der Empfänger ermittelt die Position des Benutzers und zeigt sie auf der Karte des elektronischen Geräts an.
Der Empfänger muss mit mindestens drei Satelliten an das Signal gebunden sein, um eine zweidimensionale Position zu erzeugen, und er muss auch die Bewegung des Benutzers verfolgen. Durch die Verwendung von vier oder mehr Satelliten kann der Empfänger die dreidimensionale Position des Benutzers bestimmen, die aus Höhe, Breite und Länge besteht. Nach dem Bestimmen der Position des Benutzers berechnet das GPS-Gerät andere Informationen wie Geschwindigkeit, Peilung, Spur, Entfernung, Ziel, Sonnenaufgang und Sonnenuntergangszeit.
Wie genau ist GPS?
Die Empfänger des GPS sind aufgrund des parallelen Mehrkanaldesigns sehr genau. Die parallelen Kanäle sind sehr schnell und präzise, obwohl bestimmte Faktoren wie atmosphärisches Rauschen und Störungen manchmal die Genauigkeit von GPS-Empfängern im Allgemeinen stören und beeinträchtigen können.
Benutzer können auch mit Differential GPS (DGPS) eine verbesserte Präzision erzielen, bei der GPS-Signale so korrigiert werden, dass sie von drei bis fünf Metern umgeben sind. Die US-Küstenwache betreibt den häufigsten DGPS-Korrekturdienst. Das System enthält eine Anordnung von Türmen, die GPS-Signale empfangen und von Beacon-Sendern ein genaues Signal senden. Um das genaue Signal zu erhalten, müssen Benutzer neben einem GPS über einen Differenzial-Beacon-Empfänger und eine Beacon-Antenne verfügen.
Ursachen für GPS-Signalfehler
Zu den Faktoren, die die Genauigkeit von GPS-Signalen beeinträchtigen und somit die Genauigkeit beeinflussen können, gehören:
- Verzögerungen in der Ionosphäre und Troposphäre - Das Satellitensignal verlangsamt sich, wenn es die Schichten der Atmosphäre durchquert. Das GPS-System verwendet ein eingebautes Modell, mit dem die regelmäßige Dauer der Behinderung berechnet wird, die zur Korrektur dieser Art von Ungenauigkeit erforderlich ist.
- Signal-Mehrweg - Dieser Fehler tritt auf, wenn das Signal von Objekten wie höheren Gebäuden und größeren Steinen reflektiert wird, bevor es den Empfänger erreicht. Dies erhöht die Gesamtzeitdauer der Signalübertragung und verursacht Fehler und Ungenauigkeiten.
- Orbitalfehler - Diese Fehler werden auch als Ephemeridenfehler bezeichnet, mit denen die Ungenauigkeiten des Standortes des Satelliten berechnet werden.
- Anzahl der sichtbaren Satelliten - Die Genauigkeit hängt von der genauen Anzahl der Satelliten ab, die ein GPS-Empfänger sehen kann. Die Faktoren wie Gebäude, Gelände, elektronische Interferenzen blockieren die Signalgenauigkeit und den Empfang, was zu Positionsfehlern und manchmal zu keinem Einlesen von Signalen führt. Es funktioniert normalerweise nicht in Innenräumen, unter Wasser und unter der Erde.
Anwendungen
Nicht nur für militärische Zwecke ist ein GPS-Gerät weithin für seinen Einsatz in zivilen und kommerziellen Diensten bekannt. Einige zivile Anwendungen sind:
1. Astronomie: Wird in Astrometrie- und Himmelsmechanikberechnungen verwendet.
2. Automatisierte Fahrzeuge: Es wird auch in automatisierten Fahrzeugen (fahrerlosen Fahrzeugen) verwendet, um Standorte für PKW und LKW festzulegen.
3. Mobiltelefonie: Moderne Mobiltelefone sind mit einer GPS-Tracking-Software ausgestattet. Es ist vorhanden, weil man seine Position kennen und auch nahegelegene Versorgungsunternehmen wie Geldautomaten, Cafés, Rückhaltesysteme usw. verfolgen kann. Das erste GPS mit Handy-Funktion wurde in den 1990er Jahren eingeführt. In der Mobiltelefonie wird es auch zur Erkennung von Notrufen und vielen anderen Anwendungen verwendet.
4. Katastrophenhilfe und andere Rettungsdienste: Im Falle einer Naturkatastrophe ist ein GPS das beste Instrument, um den Standort zu identifizieren. Bereits vor Katastrophen wie Wirbelstürmen hilft GPS bei der Berechnung der geschätzten Zeit.
5. Flottenverfolgung: GPS ist ein Entwicklertool, das für sein Potenzial zur Verfolgung von Militärschiffen während der Kriegszeit bekannt ist.
6. Standort des Autos: Ein GPS-fähiges Auto erleichtert die Ortung.
7. Geo-Fechten: Beim Geo-Fechten verwenden wir GPS, um einen Menschen, ein Tier oder ein Auto zu verfolgen. Das Gerät ist am Fahrzeug, an der Person oder am Halsband des Tieres angebracht. Es bietet eine kontinuierliche Verfolgung und Aktualisierung.
8. Geo - Tagging: eine der wichtigsten Anwendungen ist Geotagging Bedeutung lokale Koordinaten auf digitale Objekte anwenden.
9. GPS für den Bergbau: Verwendet die Positionierungsgenauigkeit auf Zentimeter-Ebene.
10. GPS-Touren: Hilft bei der Bestimmung des Standorts von nahe gelegenen Sehenswürdigkeiten.
11. Vermessung: Vermessungsingenieure verwenden das Global Positioning System, um Karten zu zeichnen.