GPS-Genauigkeit – Auf was muss geachtet werden

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Die GPS-Genauigkeit ist ein wichtiger Faktor bei der Navigation mit dem Handy oder dem Navigationssystem, sie entscheidet darüber, wie korrekt die eigentliche Navigation oder Standortbestimmung ist. Die korrekte Ermittlung der GPS-Position hängt von vielen Faktoren ab, ganz exakt lässt sich nie ausmachen, wie genau die Ortung durch Satelliten ist, wichtig ist, dass die Positionsbestimmung unter günstigen Voraussetzungen stattfindet.

Genauigkeit vom GPS-Empfänger

GPS-Empfänger greifen auf das global positioning system zurück, ein weltweites Netz aus Satelliten, die stets Signale aussenden, anhand derer die genaue Position des GPS-Empfängers ermittelt werden kann.

Unter optimalen Bedingungen, gutem Stand der Satelliten, wenige Hindernisse und mit einem aktuellen GPS-Empfänger kann eine statistische Genauigkeit von etwa 3 Metern erreicht werden. Moderne GPS-Empfänger können geographische Positionen anhand von Satellitendaten präzise berechnen, abhängig vom Empfänger sogar bis auf wenige Meter oder sogar Zentimeter. Umso mehr Frequenzen das Gerät verarbeitet, desto höher ist die Genauigkeit der Berechnung. Hier gilt jedoch, umso genauer und frequenzreicher der Empfänger, so teuer ist auch die Anschaffung.

Für eine Positionsbestimmung mit hoher Genauigkeit sind mindestens vier Satelliten notwendig, anhand des Satellitensignals können die nötigen Informationen berechnet werden.

Drei Satelliten sind notwendig, um Längen-, Breitengrad und die Höhe zu berechnen, der vierte Satellit ist wichtig, um die Uhr des GPS-Empfängers mit den Uhren der Satelliten zu synchronisieren.

Werden Daten mit dem Positionsbestimmungssystem eines Gerätes erfasst so können Informationen aus verschiedenen Quellen ermittelt werden, zum Beispiel Mobilfunknetze, Bluetooth, GPS oder WLAN.

navigating with smartphone outdoors 2021 10 14 18 58 13 utc 599x400 - GPS-Genauigkeit - Auf was muss geachtet werdenDies ist nicht nur mit einem GPS-Modul sondern auch mit einem Smartphone möglich, das eigene Handy kann somit als GPS-Gerät verwendet werden. Ganz gleich ob iPhone oder Android, die grundsätzlichen Messungen kann man mit dem eigenen Mobilfunktelefon durchführen. Bei einem Android Smartphone kann die Genauigkeit in drei Stufen eingestellt werden, diese sind im Bereich der Handyeinstellungen zu finden. Hier kann zusätzlich eingestellt werden, ob das Handy neben dem GPS auch verfügbare mobile Netze oder WLAN zur Positionierung verwenden soll. Android bietet auch die Möglichkeit ausschließlich GPS oder nur mobile Netze und WLAN zu verwenden, das hat auch einen Einfluss auf die Akkuleistung des Handys. Beim iPhone ist keine solche Selektion wie bei Android möglich, hier kann die Funktion des GPS-Dienstes lediglich an- oder ausgeschaltet werden, man kann somit einer bestimmten App im Hauptmenü die Nutzung von GPS und den Zugriff auf den Standort verbieten oder erlauben.

Ergänzend zu bereits vorhandenen Anwendungen auf dem Telefon kann für verschiedene Vorhaben eine passende App installiert werden, die dem Nutzer zusätzliche Funktionen und GPS-Daten bietet.

Störfaktoren für die Positionsbestimmung

Viele Faktoren können die GPS-Genauigkeit beeinflussen und beeinträchtigen, wichtig ist stets ein freier Himmel, damit sind nicht zwingend Wolken gemeint, diese beeinträchtigen das GPS-Signal nur minimal. Gute Empfangsbedingungen bietet ein freies Feld, ohne Berge und Schluchten.

Störungen in der Ionosphäre

Der GPS-Empfang kann durch unterschiedliche Faktoren beeinträchtigt werden, meist unabhängig von der Position des Empfängers, direkt im Umfeld der GPS-Satelliten. Die Sonneneinstrahlung ist verantwortlich für die Störungen in der Ionosphäre, diese atmosphärische Schicht liegt circa 60 bis 1000 Kilometer über der Erdoberfläche. Tagsüber werden die Gasmoleküle dort stark von der Einstrahlung der Sonne ionisiert, dies verlangsamt GPS-Signale, die sich sonst mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten würden. Die gesendeten Signale sind somit nicht konstant und die Berechnung wird ungenau. Die Beeinträchtigung durch diesen Störfaktor ist also zusätzlich von Ort und Tageszeit abhängig, mithilfe von Korrekturdaten kann dieser Fehler berechnet und korrigiert werden.

Verteilung der Satelliten

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Die Verteilung der Satelliten am Himmel wird durch den DOP Wert wiedergegeben, DOP steht für Dilution of Precision und bedeutet „Verringerung der Genauigkeit“. Dieser Wert ist ein guter Hinweis auf nutzbare Satelliten, sind diese weit über den Himmel verteilt bedeutet dies einen kleinen Wert und eine Ortung mit hoher Genauigkeit. Die Position, Geschwindigkeit und Stellung der GPS-Satelliten ist für ein gutes Signal weitaus bedeutsamer als Wolken oder Gewitter, dies stört die Messung nur minimal. Da sich Satelliten stets in Bewegung befinden und nicht an einer Stelle verweilen, ändert sich dieser Wert stetig, in Schluchten und Tälern steigt er weit an und die Genauigkeiten der Messungen nimmt ab. Ein neuer und moderner GPS-Empfänger sucht sich automatisch mindestens vier Satelliten, deren Konstellation den kleinsten DOP-Wert aufweist und bietet dem Empfänger eine Messung mit möglichst geringer Abweichung.

Abschattung

Der Begriff Abschattung beschreibt die schlechte oder ausbleibende Verbindung zu einem GPS-Satelliten, somit kann kein verwertbares GPS-Signal empfangen werden, die Ermittlung der Position ist somit kaum möglich oder sehr ungenau. In Tälern oder Städten ist somit generell mit einer hohen Abschattung und einem ungenauen Standort zu rechnen, hinzu kommt die Reflexion von bestehenden Signalen, diese können das GPS-Signal zusätzlich verfälschen. Reflektionen auf dem Wasser, Schnee- oder Eisflächen und auch an Hauswänden können mehrfache Signale erzeugen, die unterschiedlich beim Empfänger ankommen, diese Fehler in der Berechnung sorgen dafür, dass die ermittelte Position deutlich neben dem tatsächlichen GPS-Standort liegt. Mithilfe von Korrektursignalen können  besser ausgewertet werden und bieten dem Empfänger ein genaueres Ergebnis.

Korrektursignale

Korrektursignale können die Genauigkeit erhöhen, moderne GPS-Systeme können diese meist ohne Probleme lesen und verarbeiten, wenn diese verfügbar sind. Diese Signale werden von zusätzlichen Satelliten gesendet, sie kreisen nicht um die Erde, sondern sind geostationär, solche Hilfssatelliten können ionosphärische Störungen weitestgehend korrigieren.

GPS-Satelliten

Die Positionierung der Satelliten ist somit besonders wichtig für ein genaues Signal, zusätzlich zur Funktion der verwendeten Geräte. Ursprünglich hatte der Betreiber das GPS-System zu militärischen Zwecken ins Leben gerufen, seit vielen Jahren ist es mit Hilfe kompatibler Geräte auch für Zivilisten nutzbar.

Auf sechs Bahnebenen befinden sich 32 Navigations-Satelliten in Betrieb, sie befinden sich in einer Höhe von circa 20.000 km und umkreisen die Erde mit einer Geschwindigkeit von 14.000 km / h. So wird gewährleistet, dass mindestens vier, meistens jedoch sechs bis acht Satellitensignale gleichzeitig empfangen werden können. Diese Satelliten sind mit hochpräzisen Atomuhren ausgestattet und können ihr Signal so zu jedem Punkt senden.

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