GPS

Es mag gut fünf Jahre her sein, daß erwarb ich eines der ersten mobilen Navigationssysteme. Das war noch eine sehr primitive Angelegenheit mit einem PAD, einer Autohalterung, einer GPS-Maus und dem Anschlußkabel für den Zigarettenanzünder. Im Bereich der Mittelkonsole meines Autos sah es aus, wie unter meinem Computerschreibtisch: ein Gewirr von Kabeln, Steckern, Anschlüssen, Buchsen und Abdeckungen. Aber das Gerät funktionierte irgendwann, und ich war begeistert, welche Schleichwege das Gerät so kannte. Ok - es gab auch Strassen, die nicht verzeichnet waren, und eine übele Fehlleistung lies mich mal bei Osnabrück eine Stunde lang im Kreis fahren - aber alles in Allem war ich hoch zufrieden; so zufrieden, daß ich die ganzen Karten aus dem Auto ausräumte, die da so rumflogen.
Bis ich dann eines Tages auf dem Rückweg von Frankfurt nach Thüringen einen Totalausfall hatte. Nichts ging mehr am GPS. Nun ja, dachte ich mir, so schlimm isses ja nicht, in Frankfurt waren wir so oft, da finden wir schon alleine heim.
Kurz vor Arnsberg, wohin ich mich folglich verfahren hatte, hielt ich an einer Tanke an, und kaufte eine Karte. Ich brauchte fast eine halbe Stunde, um mich halbwegs zu orientieren. Auf dem Rückweg mußte ich ständig anhalten, weil ich keine Karte mehr zu lesen gewohnt war, und verfuhr mich noch einige Male - erst in tiefster Nacht kam ich zuhause an. Ich hatte meinen eigenen Orientierungssinn fast völlig verloren durch dieses Ding !

Das GPS-System ist ein vom amerikanischen Verteidigungsministerium (DOD; Department of Defense) ersonnenes, realisiertes und betriebenes System, das aus (geplant) 24 Satelliten besteht (21 werden benötigt, 3 sind aktiver Ersatz; heute sind es allerdings meist um die 30 aktive Satelliten), welche die Erde in einer nominellen Höhe von 20200 km umkreisen.
GPS Satelliten senden Signale aus, welche die genaue Ortsbestimmung eines GPS Empfängers ermöglichen.
Die Empfänger können ihre Position ermitteln, wenn sie feststehend sind, sich auf der Erdoberfläche in der Erdatmosphäre oder in niederen Umlaufbahnen bewegen.
GPS wird sowohl in der Luft-, Land- und Seefahrtnavigation als auch bei der Landvermessung und anderen Anwendungen eingesetzt, bei denen es auf genaue Positionsbestimmung ankommt.
Das GPS-Signal wird jedem auf oder in der Nähe des Planeten kostenlos zur Verfügung gestellt, der einen GPS-Empfänger besitzt und eine uneingeschränkte »Sicht« auf die Satelliten hat.
Der eigentlich Name des Systems ist NAVSTAR (Navigation System for Timing and Ranging), bekannt ist es aber nur als GPS (Global Positioning System).

Eine alternative Entwicklung hierzu stellt das russische GLONASS-System dar.

Das Global Navigation Satellite System (GLONASS), entwickelt von den ehemaligen Sowjetrepubliken, hat viel gemeinsam mit dem U. S.' Global Positioning System (GPS) in Dingen wie der Satellittenkonstellation, Orbit und Signalstruktur.
1982 wurden die ersten GLONASS Satelliten in die Umlaufbahn gebracht ( für experimentelle Arbeiten).
Obwohl die anfänglichen Pläne den Betrieb für 1991 vorsahen, war ein vollständiges System, welches eine komplette Konstellation der Satelliten erfordert , erst zu Beginn 1996 vollendet.
Der aktuelle Stand fluktuiert.
Das Raum-Segment GLONASS wird von 24 Satelliten gebildet, welche auf drei Kreis-Bahnen liegen.
Jeder Satellit wird von seiner Slot-Nummer identifiziert, die die Kreis-Bahn (1-8, 9- 16,17-24) und den Ort innerhalb de Bahn definiert. Die drei Orbits sind 120 Grad, und die Satelliten innerhalb des gleichen Bahn durch 45 Grad getrennt.
Die GLONASS Umlaufbahnen sind ungefähr kreisförmig mit einer Inklination (Neigung) von ca. 64,8 Grad, ein Semiaxis von 25440 Km und eine Periode von 11h 15m 44s.
Das Boden-Kontroll-Segment von GLONASS befindet sich auf dem ehemaligem Territorium der Sowjetunion.
Das Boden-Kontrollzentrum und die Zeit Standards sind in Moskau und die Telemetry- und Trackingstationen in St. Petersburg, Ternopol, Eniseisk, Komsomolsk-na-Amure.
Das KOOS der GLONASS Satellitenbahnen ist gemäss dem PZ-90 System, früher der Sowjet Geodetic System 1985/1990, definiert.
Die Zeit-Skala wird als Russian UTC definiert.
Im Unterschied zu GPS schliesst das GLONASS Zeit-System Schalt Sekunden mit ein.
Alle Satelliten übertragen gleichzeitig in zwei Frequenz-Bändern , um dem Anwender eine Korrektur der ionospherischen Verzögerungen der übertragenen Signalen zu ermöglichen.
Jedoch ist jedem Satellit eine besondere Frequenz innerhalb des Bandes zugewiesen, bestimmt durch die Frequenz-Kanal-Nummer des Satelliten.
Die unterschiedlichen Frequenzen erlauben es dem Empfänger , den Satelliten zu identifizieren. Im momentanen setup, übertragen zwei Satelliten in der gleichen Umlaufbahn, an antipodischen Orten, auf genau der gleicher Frequenz, mit einigen Ausnahmen.
Die tatsächliche Übertragungsfrequenz kann von der Kanal-Nummer-k durch Anwendung folgender Ausdrücke abgeleitet werden:
Frequenz Band L1 : f1(k) = 1602 MHz + k * 9/16 MHz
Frequenz Band L2 : f2(k) = 1246 MHz + k * 7/16 MHz

Die Träger-Frequenz modulieren die GLONASS Satelliten mit ihren navigation messages.
Zwei Modulationen können für die Positionsbestimmung (ranging) verwendet werden, den Coarse Acquisition code (groben Erfassungs-Kode), mit einer Chip-Länge von 586.7 Meter, und den precision code mit einer Chip-Länge von 58.67 Meter.
Die Satelliten übertragen auch Information über ihre Ephemeriden, das Almanach der aktuellen Konstellation und Korrektur-Parameter für dieZeit.
Die Ephemeriden werden von dem Boden-Kontrollzentrum für eine Periode von 24-h vorausgesagt, und der Satellit überträgt einen neuen Satz von Ephemeriden alle 30 Minuten.
Das Almanach wird ungefähr einmal pro Tag aktualisiert.

Beide Systeme:

* sind Eigentum und werde betrieben von den jeweiligen Verteidigungsministerien,
* stellen eine präzise, globale und kontinuierliche Positions- und Geschwindigkeitsbestimmung bereit,
* verwenden spread spectrum Signale auf zwei Frequenzen im L-Band (1.2 GHz und 1.6 GHz)
* und stellen Standard-Genauigkeit für den Zivilen Bereich und Präzisions-Genauigkeit für »befugte« Anwender bereit.