Global Navigation Satellite System – Erklärung

Metergenaue Bestimmung von Standort und Position auf dem gesamten Globus sind mithilfe von satellitengestützten Navigationssystemen möglich und finden weltweit Verwendung.

Global Navigation Satellite System gilt als Sammelbegriff und umschreibt verschiedene Satellitennavigationssysteme, die weltweit angewendet und genutzt werden können. Mithilfe GNSS basierter Systeme wird auf mehrere Satellitensysteme zugegriffen, dies bietet Empfängern das beste Signal.

Funktionsweise von GNSS

GNSS basierte Systeme arbeiten auf Basis von Funkcodes, um diese zu empfangen und zu lesen muss der entsprechende Empfänger Signale von mindestens vier Satelliten gleichzeitig empfangen. Die Position wird dann mit der genauen Uhrzeit und Position per Funk weitergetragen, Voraussetzung hierfür ist gute Sicht und freier Himmel.

Die Referenzdaten der Satelliten werden von den Bodenstationen regelmäßig abgeglichen, um stets genaue Informationen zu senden.

Mithilfe stationärer Empfangsstationen ist es möglich, die Genauigkeit zu verbessern, diese übermitteln zusätzliche Korrektursignale an den Empfänger des Signals. So kann die Position teilweise bis auf den Zentimeter genau bestimmt werden.

Genauigkeit der Messungen mit GNSS

Die Position der Satelliten ändert sich stetig, da sie die Erde umkreisen, somit ändert sich auch immer die Entfernung zur Erdoberfläche. Die tatsächliche Entfernung ergibt sich aus der Signallaufzeit und dem individuellen Code jedes einzelnen Satelliten. Jeder Satellit senden seinen Code regelmäßig aus, aus diesen Angaben kann die genaue Entfernung exakt berechnet und wiedergegeben werden.

Die berechneten Koordinaten beruhen auf dem verwendeten Koordinatensystem des Navigationssystems. Anhand der Raumkoordinaten kann somit die genaue geographische Lage, Breite und Höhe definiert werden. Hier ist zu beachten, dass sich Koordinationssysteme ändern und auch voneinander unterscheiden, hier kann es durchaus zu Abweichungen kommen. Die Kartierung wird stets angepasst, doch die einzelnen Abschnitte der Erde sind in ständiger Entwicklung und erleben oft schnelle Veränderungen, hier kann es ebenfalls zu einer Reihe von Abweichungen kommen.

Die Genauigkeit dieser Messung des Empfängers verbessert sich, wenn mehr als vier Satellitensignale zur gleichen Zeit empfangen werden. So können satellitenbedingte Fehler durch Positionierung oder Zeitmessung im System korrigiert werden.

Verschiedene GNSS Satellitennavigationssysteme

Um die Bestimmung von Positionen mit einem GPS-Navigationssatellitensystem durchzuführen, kann auf verschiedene Systeme zurückgegriffen werden.

Navstar GPS – Global Positioning System

Navstar GPS ist ein System der Vereinigten Staaten von Amerika, ursprünglich wurde es für das Militär verwendet, jedoch in den neunziger Jahren zur Nutzung für die Allgemeinheit freigegeben. Der Begriff Navstar ist eine Abkürzung und ein Akronym für Navigation Signal Timing and Ranging, weltweit wird Navstar GPS aus den USA am häufigsten verwendet.

GLONASS

Glonass ist das satellitengestützte Ortungssystem aus Russland und wird vom dortigen Verteidigungsministerium dort betrieben. Der Begriff Glonass ist eine Abkürzung und bedeutet übersetzt ebenfalls Globales Satellitennavigationssystem, welches auch ursprünglich für den Einsatz im militärischen Bereich entwickelt wurde. Zwischenzeitlich ist das System Glonass für die zivile Nutzung freigegeben worden, es findet oft Anwendung in Kombination mit den anderen weltweiten Satellitensystemen.

Galileo

Bei Galileo handelt es sich um ein weltweites Navigationssatelliten- und Zeitgebungssystem, kurz GNSS, welches von der Europäischen Union betrieben wird. Das Galileo System aus Europa basiert auf 28 Satelliten, die sich im Weltraum befinden. Durch die verfügbaren Ergänzungssysteme anderer Satelliten wird die Navigation genauer.

Beidou / Compass

Beidou / Compass ist das Global positioning system aus China, seit dem Jahr 2022 ist es für die Nutzung durch Zivilisten freigegeben und bietet Anwendern eine Messgenauigkeit bis auf wenige Meter. Der Begriff Beidou bedeutet übersetzte Großer Bär und beschreibt das bekannte Sternbild, es ist ebenfalls auf der ganzen Welt anwendbar.

Anwendungen GNSS

Zusätzlich zur Ortung und Navigation können GNSS-Satelliten auch andere Signale senden, beispielsweise Radiosignale. Durch die Lokalisierung dieser Signalquelle und der Positionierung kann das Ausbreitungsmedium ermittelt werden. Dies bietet die Möglichkeit Beobachtungen der Erdatmosphäre und der Reflektivität von Wasseroberflächen durchzuführen. Zusätzlich wird GNSS für Kartierungsanwendungen benötigt, es ist die zuverlässigste Technik zur Vermessung von Land und Strecke und der Erfassung geowissenschaftlicher Daten.

Positionsbestimmung mithilfe von GNSS

Um solche Signale zu empfangen und zu nutzen ist entsprechendes Equipment notwendig, ein Sender und ein Empfänger. Bei dem Sender handelt es sich um GNSS oder GPS-Geräte, Empfangsgeräte können alle mobilen Endgeräte, wie Smartphones, Tablets oder auch der klassische PC sein. Da die verfügbaren Navigationssysteme kombiniert werden können ist es möglich eine zentimetergenaue Ortung durchzuführen.

Nutzung der GNSS Systeme im Alltag

GPS und GNSS sind reine Systeme auf Basis von Satelliten zur Positionsbestimmung oder Navigation, um beispielsweise eine Personenortung durchzuführen wird zusätzlich ein GPS oder GNSS Empfänger benötigt.

Jedes Navigationssystem greift auf ein global positioning system zurück, viele Anbieter kombinieren die verschiedenen GNSS basierten Systeme und stellen dem Anwender somit eine Messgenauigkeit bis auf wenige Zentimeter zur Verfügung.

Neben einem klassischen System zur Navigation für das Auto oder Radtouren, können Nutzer GPS-Sender für viele Zwecke einsetzen, der GPS-Empfänger ist hier meist das eigene Smartphone.

GPS-Systeme bieten die Möglichkeit Fahrzeuge, Fahrräder, Personen oder Gegenstände zur orten. Durch die exakten Messungen von Positionen und Zeit kann ein solches System auch den Verlauf einer Strecke aufzeichnen, diese Aufzeichnung ist dann im Online-System des Anbieters zu finden. Dieser speichert die Angaben meist über einen längeren Zeitraum, die können jederzeit abgerufen und ausgewertet werden.